Методологія оцінювання, прогнозування та регулювання технічного стану будівель і споруд із залізобетону

На етапі розроблення методики обстеження СО, використовуючи запропоновану методологію, визначає швидкість зменшення ПЕП та небезпеку переходу конструкції в інший технічний стан. При цьому розробляється детальна інструкція для служби спостереження.

Усі дані щодо параметрів ПЕП конструкцій, які були отримані в ході обстежень спеціалізованою організацією та службою спостереження, заносяться до технічного журналу та служать базовими матеріалами для описання процесу експлуатації.

Виходячи із загальної концепції описання процесу експлуатації та прогнозування технічного стану окремих конструкцій та будівель і споруд у цілому, обстеження, що виконуються для паспортизації спеціалізованою організацією, є втручанням у процес експлуатації. Це втручання має непрямий характер. Тобто саме обстеження не впливає на знос та деградацію конструкції, але уточнює уявлення про цей процес.

Чергового обстеження, що проводиться спеціалізованою організацією, слід виконувати згідно з розрахунками за розробленою математичною моделлю за умов мінімізації витрат на експлуатацію та недопущення настання іншого технічного стану конструкцій.

Періодичність обстежень, які виконуються службою спостережень з внесенням параметрів окремих ПЕП до журналу з технічної експлуатації, повинна збігатися з черговими оглядами будівель та споруд. Періодичність визначення ПЕП розраховується таким чином:

t_i = и T_min ? 0,5 року, (33)

де t_i - термін до наступного обстеження конструкції та визначення ПЕП; T_min - залишковий ресурс.

Такий підхід дає можливість вести спостереження за окремими параметрами системи будівлі чи споруди практично без перерви та вчасно адекватно відреагувати на зміну технічного стану, і відповідно вжити необхідні заходи.

Причому, зі зниженням залишкового ресурсу зменшується і періодичність обстежень. Відповідальність будівель та споруд пропонується враховувати за коефіцієнтом и у виразі, що визначає частоту проведених спостережень (табл. 3).

Таблиця 3. Значення коефіцієнта и залежно від ступеня відповідальності будівлі чи споруди

У шостому розділі наведено приклади практичного використання методології прогнозування та регулювання технічного стану будівельних конструкцій.

Маючи дані щодо експлуатації аналогічних конструкцій в умовах, близьких до тих, що розглядаються, отримуємо криву експлуатації (у даному випадку розглядається плита перекриття головного виробничого корпусу Білицького молочноконсервного комбінату). Трансформуємо рівняння експлуатації в безрозмірний вигляд, замінивши площу арматури на відносну величину a_s. На підставі статистичної обробки відхилень теоретичних значень, отриманих за запропонованою методикою, від експериментальних параметрів, обґрунтовано пропозицію в практичних розрахунках обмежитися показником ступеня поліному кривої експлуатації - чотири, а прогнозоване значення знаходити як середнє арифметичне з усіх поліномів цього та нижчого ступенів.

Цю методику прогнозування зміни окремих ПЕП, а значить і технічного стану, апробовано на дослідах, проведених автором, а також досить представницькій вибірці результатів спостереження за зміною різного виду ПЕП, отриманих іншими вченими.

Результати прогнозування за допомогою поліномів різного ступеня та середнє значення ПЕП, а також зіставлення прогнозованого (теоретичного) значення з експериментальним має такі статистичні характеристики: середнє арифметичне відхилення складало 0,99, середнє квадратичне - 0,323 при коефіцієнті варіації 32,7%. Це дає змогу зробити висновок про статистичну обґрунтованість та надійність запропонованої методики прогнозування зміни окремих ПЕП і прогнозування зміни технічного стану конструкцій та будівель і споруд у цілому.

Наведено приклади визначення кількості втручань у процес експлуатації.

Розглянуто методику визначення ПЕП дослідної балки Б-2-2, рівень короткочасного довантаження якої становить 0,85F_U. Аналіз наведених графічних залежностей показує збіжність результатів, причому теоретичні значення відносних деформацій у бетоні дещо перевищують експериментальні, що йде в запас та підвищує надійність роботи конструкцій. Аналіз статистичних показників відхилень теоретичних прогинів від експериментальних свідчить про задовільне збігання. Це дає змогу оцінювати наведену методику розрахунку прогинів конструкцій при таких видах завантаження, як достовірну та прийнятну.

Зіставлення теоретичних та експериментальних значень руйнуючих зусиль (розглядалися лише балки другої серії, як ті, що мають більш складний напружений стан) показало, що запропонована методика визначення міцності дещо завищує несучу здатність конструкції. Однак статистичні показники зіставлення теоретичних та експериментальних руйнуючих навантажень (= 0,943; у= 0,034; н= 0,036) дають підставу рекомендувати цю методику для розрахунку міцності елементів при дії нетривалого довантаження високого рівня. Таким чином, запропонована методика дає можливість визначити фактичну міцність та деформативність конструкцій, тобто ПЕП як першої, така і другої групи, а значить достовірно оцінити технічний стан конструкції, що зазнає режимного навантаження.

ВИСНОВКИ

1. Робота залізобетонних конструкцій під час експлуатації досить широко досліджена. Однак відсутня єдина методологія визначення технічного стану залізобетонних конструкцій, прогнозування його в часі та регулювання в процесі експлуатації. Це потребує додаткових експериментально-теоретичних досліджень, розроблення передумов та математичних моделей, які б достовірно описали процес експлуатації конструкцій.

2. На основі розробленої математичної моделі створена цілісна методологія оцінювання, прогнозування та регулювання технічного стану залізобетонних конструкцій та будівель і споруд в цілому на підставі прямого і диференційованого врахування факторів, що впливають на ПЕП.

3. Математичну модель експлуатації окремої конструкції або будівлі чи споруди в цілому створено на апостеріорній інформації. Показано, що опис кривої експлуатації поліномом другого ступеня є достовірним та надійним.

4. Виконано комплексний аналіз впливу характерних дефектів та пошкоджень залізобетонних конструкцій на їх ПЕП. Встановлено ступінь впливу пошкоджень на один з основних ПЕП - міцність. Для нормального перерізу зігнутих елементів найбільший вплив мають: площа робочої арматури, робоча висота перерізу (для сильно- та середньоармованих конструкцій), клас бетону та ширина перерізу впливають незначно, особливо при малих відсотках армування; для стиснутих елементів суттєвий вплив мають: кількість стиснутої та розтягнутої (для випадку відносно великих ексцентриситетів); клас бетону (для відносно малих ексцентриситетів). Розроблено спрощені підходи до оцінювання ступеня такого впливу. ПЕП, залежно від наслідків перевищення ними своїх граничних значень, поділено на дві групи: перша - ПЕП, перевищення яких призводить до руйнування конструкції, а друга - унеможливлює нормальну експлуатацію.

5. Залізобетонні конструкції слід відносити до одного з трьох технічних станів: I - задовільний (ПЕП обох груп не перевищують своїх граничних значень); II - непридатний до нормальної експлуатації (бодай один з ПЕП II групи перевищує своє граничне значення, а I - знаходяться в допустимих межах); III - аварійний (хоча б один з ПЕП I групи перевищує допустиме значення).

6. Віднесення будівлі (споруди) в цілому до одного з трьох технічних станів виконується на підставі аналізу роботи системи (залізобетонних конструкцій та вузлів їх з'єднань) з урахуванням фактичного технічного стану окремих елементів.

7. Розроблено методику розрахунку пошкоджених у процесі експлуатації залізобетонних конструкцій для випадків, які не передбачені чинними нормами, а саме: руйнування стиснутої зони ребра таврового елемента, що згинається, та стиснутої зони бетону позацентрово стиснутих залізобетонних конструкцій. Методика базується на підході чинних норм та доповнює їх.

8. Прогнозування ПЕП, а значить і технічного стану окремих конструкцій і будівель (споруд) у цілому, визначається на підставі отриманих в ході обстежень даних шляхом екстраполяції кривих експлуатації як середнє арифметичне, отримане поліномами різних ступенів (не вище ніж четвертого).

9. Початковий ресурс конструкції встановлено відповідно до стратегії експлуатації (з використанням капітальних ремонтів або реконструкції чи без них) на підставі кривих експлуатації конструкцій, що експлуатувалися в аналогічних умовах шляхом введення коефіцієнта ресурсу . Залишковий ресурс визначається екстраполяцією кривої експлуатації.

10. Регулювання технічного стану залізобетонних конструкцій здійснюється шляхом підвищення ПЕП в ході капітального ремонту (реконструкції) або уточненням області допустимих значень. Проведено експериментально-теоретичні дослідження напружено-деформованого стану, міцності, тріщиностійкості та деформативності залізобетонних конструкцій, що згинаються, і в ході експлуатації зазнали короткочасного навантаження високого рівня. Встановлено, що:

- при цьому виді навантаження проявляються суттєві пластичні деформації в бетоні (при рівнях 0,7F_U, 0,85F_U, 0,9F_U, деформації крайньої стиснутої фібри зросли відповідно на 30%, 50%, 75%, деформації арматури - на 7%, 84%);

- міцність елементів знизилася на 0,6% при довантаженні до рівня 0,7F_U та 7,6% - до 0,9F_U. При рівні довантаження 0,85F_U в бетоні стиснутої зони проявляються деструктивні процеси. Доводити довантаження конструкцій до такого рівня не рекомендується;

- експериментально встановлено, що при довантаженні до рівня 0,9F_U прогин балки зріс на 87% і перевищив граничне значення, тому в процесі експлуатації слід уникати нетривалого довантаження до рівня більше ніж 0,85F_U.

Розроблена методика визначення ПЕП дає можливість прогнозувати процес зміни технічного стану таких конструкцій.

11. Запропонована чотирирівнева система проведення моніторингу технічного стану залізобетонних конструкцій дозволяє постійно отримувати зіставну достовірну інформацію про величини ПЕП, технічний стан окремих конструкцій і будівель та споруд у цілому.

12. Кількість втручань (активних та пасивних) у хід експлуатації конструкції визначається за допомогою розробленої методики, що враховує фактичний стан конструкцій та мінімізує витрати на їх експлуатацію.

13. Розроблено алгоритми та програми прогнозування, регулювання технічного стану конструкцій та визначення стратегії втручань у процес експлуатації. Зіставлення теоретичних значень показників експлуатаційної придатності, визначених за запропонованою методологією з представницькою вибіркою експериментальних даних, отриманих автором та іншими дослідниками, показують хорошу збіжність результатів (середнє арифметичне відхилення складало 0,99, середнє квадратичне - 0,323 при коефіцієнті варіації 32,7%.). Це свідчить про можливість використання методик під час експлуатації будівель та споруд.

СПИСОК ОСНОВНИХ ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Клименко Є.В., Шпінталь М.Я., Альхарірі В.А. Робота бетону стиснутої зони залізобетонних елементів, що згинаються, при складних режимах навантаження // Зб. наук. пр. (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка, 1998. - Вип. 2. - С. 181- 185.

2. Клименко Є.В., Шпінталь М.Я., Мироненко В.О. Напружено-деформований стан поперечного перерізу залізобетонних елементів, що згинаються, при змінному режимі навантаження // Зб. наук. пр. (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка, 2000. - Вип. 5. - с. 122- 129.

3. Клименко Є.В. Технічний стан будівельних конструкцій та його оцінка // Коммунальное хозяйство городов // Науч.-техн. сб. - К.:Техніка, 2000. - Вып. 22. - С. 78- 81.

4. Клименко Є.В., Редкин О.В. До питання визначення та оцінювання технічного стану будівель і споруд // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ВМК «Місто майстрів». - 2001. - Вип.3. - С. 118- 120.

5. Клименко Є.В., Довженко О.О. Регулювання технічного стану будівель та споруд // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди // Зб. наук. пр. / Рівнен. держ. техн. ун-т. - Рівне, 2001. - Вип. 6. - С.280- 285.

6. Клименко Є.В. Визначення технічного стану будівель та споруд // Будівельні конструкції. Міжвідом. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК, 2001. - Вип. 54. - С. 301- 305.

7. Клименко Є.В. Проблема прогнозування технічного стану будівель та споруд // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка, 2002. - Вып. 39.- С.55- 58.

8. Клименко Є.В. Проблеми паспортизації будівель та споруд // Зб. наук. пр. (галузеве ма-шинобудування, будівництво) / Полт. нац. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка, 2002.- Вип.9.- С.102- 105.

9. Клименко Є.В. До питання прогнозування технічного стану залізобетонних конструкцій // Будівельні конструкції. Міжвідомч. наук.-техн. зб.: У 2-х кн. - Кн. 2. - К.: НДІБК, 2003. - Вип. 59. - С. 68- 73.

10. Клименко Є.В., Семко О.В. Про зв'язок технічних станів будівель та споруд зі страховими ризиками // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ВМК «Місто майстрів». - 2003. - Вип.12. - С. 231- 235.

11. Клименко Є.В., Погрібний В.В., Чибісов О.Г. Проблеми паспортизації будинків і споруд виробничого призначення // Будівельне виробництво - К.: НДІБВ. - 2003 р. - № 44. - с. 22- 24.

12. Клименко Є.В. Регулирование технического состояния железобетонных конструкций транспортных сооружений // Вісн. Придніпровської держ. акад. будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБтаА. - 2004. - № 7- 8. - С.65- 71.

13. Клименко Є.В. До питання надійності залізобетонних конструкцій // Будівельні кон-струкції. Міжвідомч. наук.-техн. зб.: Зб. пр. у 2 т. - Том 2. - К.: НДІБК, 2005. - Вип. 62. - С. 210- 215.

14. Клименко Є.В. Мониторинг технического состояния строительных конструкций во время реконструкции // Сб. науч. тр. Строительство, материаловедение, машиностроение. - № 35: «Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта.» - Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - С.261- 267.

15. Клименко Є.В. Моніторинг технічного стану будівель та споруд // Наук. вісн. будівництва. - ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2005. - Вип. 33. - С. 54- 57.

16. Клименко Є.В. Про один аспект прогнозування роботи будівельних конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. / Нац. ун- т водного господарства та природокористування. - Рівне, 2005. - Вип.12. - С. 420- 426.

17. Клименко Є.В. До питання ранжирування параметрів залізобетонних конструкцій при визначенні їх технічного стану // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2006. - Вип.21. - С. 116- 120.

18. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Імовірнісний підхід до оцінювання технічного стану будівель та споруд // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2006. - Вип.22. - С. 113- 121.

19. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Математична модель процесу експлуатації будівель та споруд // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. / Нац. ун- т водного господарства та природокористування. - Рівне, 2006. - Вип.14. - С. 470- 475.

20. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Методологія оцінювання технічного стану залізобетонних конструкцій // Сучасне промислове та цивільне будівництво. - Макіївка. - 2006. - Том. 3. - № 2. - С. 109- 113.

21. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. До питання прогнозування технічного стану сталезалізобетонних конструкцій // Будівельні конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. - К.: НДІБК, 2006. - Вип. 65. - С. 247- 252.

22. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Технічний стан залізобетонних конструкцій після нетривалого перевантаження // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2006. - Вип.23. - С. 69- 76.

23. Клименко Є.В. Початковий ресурс залізобетонних конструкцій // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2006. - Вип.24. - С. 114- 119.

24. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Розрахунок залізобетонних конструкцій, пошкоджених в процесі експлуатації // Вісн. Львів. держ. аграрного ун- ту: Архітектура і сільськогосподарське будівництво. - Львів: Львів. держагроун- т, 2007. - С. 161- 167.

25. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Організація робіт з моніторингу технічного стану залізобетонних конструкцій // Дороги і мости: Зб. наук. пр.: У 2-х т. - Т.1. - К.: ДерждорНДІ, 2007. - Вип. 7. - С. 223- 230.

26. Клименко Є.В., Овсій М.О. Визначення терміну наступного обстеження і паспортизації будівель та споруд з урахуванням технічного стану їх конструкцій (елементів) // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. - К.: Техніка, 2007. - Вып. 76.- С.3- 7.

27. Клименко Є.В. Методика прогнозування технічного стану // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. - Одеса: ОДАБА, 2007. - Вип.26. - С. 172- 179.

Размещено на Allbest.ru