Надійність сталезалізобетонних конструкцій

приймемо вартість базового інвестиційного проекту або вартість конструкцій, розрахованих за діючими нормами В_К.

Для цієї системи одним із методів теорії надійності розраховується значення ймовірності відмови Q_KH (нормативне) та оцінюється можлива величина збитків В₀. Тоді ризик збитків нормативного базового варіанта буде становити:

R_AH=Q_KH·В₀. (20)

Криву залежності (19) можна побудувати із загальноприйнятих передумов стосовно функцій залежності ймовірності відмови від вартості системи В_К

Q_H=ц(B_K), (21)

приймаючи вартість конструкції лінійно зв'язаною з її несучої здатністю:

1) функція (21) - диференційована, монотонна;

2) при наближенні В_К до 0, Q_K - наближається до 1;

3) при зростанні В_К значення Q_K асимптотично наближається до 0.

Розглядаються конструкції та їх елементи, для яких можна виділити основний випадковий параметр, що визначає ймовірність відмови конструкції в цілому, наприклад, максимальне зусилля по довжині елемента або найбільше напруження в небезпечному перерізі. Навантаження представлені у вигляді випадкових процесів , а міцність конструкцій - у вигляді випадкових величин .

Імовірність відмови конструкції визначалась за методикою, розробленою С.Ф.Пічугіним, як викид випадкового процесу резерву несучої здатності в область від'ємних значень

. (22)

Імовірність відмови визначалась за формулою

, (23)

де , и ? ефективна частота, коефіцієнт широкосмуговості та значення щільності розподілу випадкового процесу в точці ; ? заданий термін експлуатації об'єкта; ? характеристика безпеки за формулою (15).

Для сталевих конструкцій їх вартість практично лінійно залежить від параметрів перерізу (при невеликих відхиленнях від нормативних значень).

Для прийнятих передумов сумарний ризик буде складатися з ризику втрат при відмові конструкції R та ризику витрат при будівництві R_к:

. (24)

Для ілюстрації методу розглянемо граничні випадки закономірностей змін від вартості конструкцій С_к: для об'єктів, що мають обмежене значення, та для об'єктів, що мають важливе значення.

У першому випадку втрати В_ОБ, В_п, В_л практично близькі до нуля, і вартість втрат визначається вартістю будівництва аналогічного нового об'єкта або відновлення старого. Залежності ризиків від вартості конструкції та для цього випадку зображені на рис.17. Як свідчать дані таблиці 3, для будівель з обмеженою відповідальністю сумарний ризик ?R практично дорівнює відновній вартості даного об'єкта і мало змінюється при введенні коефіцієнта г_n.

Для другого випадку - особливо відповідального будівельного об'єкта, коли параметр економічних втрат (ПЕВ) становить понад 100, де

ПЕВ=В₀/С_к,н , (25)

графік залежності R₀ від С_к (див. рис.18) розглядався тільки навколо базової точки R_0,н(С_к,н). Для об'єктів розглядався ризик, пов'язаний із їх вартістю, як ризик перевитрат

R_п=(С_к-С_к,н)·k (26)

Отже, сумарний ризик:

. (27)

Залежності ризиків R₀; ?R; R_п від С_к наведені на рис. 18.

Для конструкції з терміном служби, близьким до нормативного, при ПЕВ=1..10 значення г_n практично не відрізняється від 1.0, як і співвідношення ризиків та . У той же час для особливо відповідальних конструкцій при ПЕВ>250 і г_n?1.15 значення ризику може зменшуватись проти у 20-50 разів, що, безумовно, повинно вплинути на визначення страхових внесків.

Таблиця 3

Порівняльна оцінка коефіцієнтів г_n для сталезалізобетонного ригеля

Запропонована методика дозволяє обґрунтовано встановлювати значення коефіцієнта надійності за призначенням г_n, користуючись наближеними оцінками параметра ризику відмови системи конструкцій будівель та споруд, і відкриває можливості для визначення актуарних ризиків при страхуванні будівельних об'єктів.

У цьому розділі були визначені залежності між імовірністю відмови дефектної конструкції, значенням вартості підсилення конструкції та сумою можливих збитків. Ризик втрат при недоцільному підсиленні становить

R_підс=k·с_підс (28)

тобто дорівнює вартості конструкції підсилення з коефіцієнтом k, що враховує технологічні особливості виконання підсилення.

Ймовірність відмови конструкції з дефектом Q_d визначається за методиками розділу 4.

Підсилена комплексна конструкція матиме ймовірність відмови Q_підс, причому, як правило,

Q_деф>>Q₀><Q_підс . (29)

Отже, для економічної доцільності виконання підсилення повинно виконуватись співвідношення:

R_деф>R_підс (30)

Або

B₀·Q_деф-В₀·Q_підс-k·с_підс>0 . (31)

Враховуючи (32):

ПЕВ·с_к·(Q_деф-Q_підс)>k·с_підс , (32)

(33)

Можна оцінити максимальну відносну вартість виконання підсилення конструкції k·c_підс/с_к порівняно з початковою її вартістю с_к залежно від параметра економічних втрат ПЕВ та імовірності відмови дефектної конструкції Q_деф.

У випадку, коли Q_деф>>Q_підс, то складовим Q_підс можна знехтувати. Тоді формула (33) набуде вигляду

(34)

Для визначення оптимальної вартості витрат на конструкцію підсилення В_опт=k·с_підс слід використати загальні залежності між ризиками витрат на підсилення та ризиками збитків (втрат) при руйнуванні (відмові) конструкції, проілюстровані на рис.19.

Але для випадку аналізу вартості підсилення відносно вартості дефектної конструкції досить важко встановити співвідношення б. Тому це співвідношення варто визначати для початкової вартості конструкції с₀, будуючи нову залежність імовірності відмови Q_деф з урахуванням дефектів конструкцій.

При виконанні підсилення ризик відмови підсиленої конструкції буде визначатись за формулою,

R_к,підс=Q_підс·B₀ , (35)

де Q_підс - імовірність відмови підсиленої конструкції залежно від вартості підсилення В_підс.

Тоді сумарний ризик втрат становитиме:

?R=Q_підс·B0+B_підс . (36)

Вартість підсилення суттєво нелінійно пов'язана з витратами матеріалів на підсилення через відносно високу вартість робіт із виконання кожного конкретного підсилення. Тому задача визначення оптимальних витрат на підсилення може бути розв'язана тільки для кожного окремого випадку розроблення проекту підсилення.

Запропонована методика визначення страхової доцільності витрат на підсилення на основі теорії ризиків та апарату теорії надійності будівельних конструкцій дозволяє приймати економічно обґрунтовані рішення щодо граничної вартості підсилення конструкцій та систем із дефектами.

Сьомий розділ присвячено обгрунтуванню пропозицій до норм проектування СЗБК, що розроблені автором під керівництвом Стороженка Л.І, як зведені правила до проекту норм ДБН ... 2005 „Бетонні та залізобетонні конструкції”.

Тут містяться пропозиції щодо призначення розрахункових опорів бетону в трубобетонних конструкціях з урахуванням об'ємного напружено-деформованого стану. Запропоновано враховувати збільшене R_b для центрально стиснутих коротких елементів коефіцієнтом умов роботи г_c?1.3-1.4, який зменшується до г_c=1.0 з ростом ексцентриситету та довжини елементу.

Розроблено пропозиції щодо врахування умов виготовлення СЗБК, а також щодо нормативів при випробуваннях СЗБК. Упровадження запропонованих норм дозволить отримати нормативну базу, яка сприятиме ширшому застосуванню СЗБК, наближенню існуючих методів розрахунку до європейських норм Ес4, використанню більш надійних конструкцій та методів їх проектування і мінімізує страхові ризики при новому будівництві й реконструкції будівель і споруд із використанням комплексних сталезалізобетонних конструкцій.

В рамках окресленого підходу може бути виконане регулювання надійності елементів СЗБК за допомогою коефіцієнта надійності за призначенням , який повинен бути функцією величини параметра економічних втрат. Мінімізуючи функцію , отримуємо шукане значення коефіцієнта надійності за призначенням . Строге аналітичне представлення і розв'язання даної залежності можливе при точному знанні всіх вартісних співвідношень для даного конструктивного елементу, однак, як показують практичні розрахунки, значення достатньо стабільні в околі точки (див. рис. 17,18).

Таким чином, у рамках даного підходу коефіцієнт надійності за призначенням відіграє роль регулятора, який фактичну надійність елемента приводить до оптимальної із соціально-економічних міркувань. Саму залежність коефіцієнта від рівня можна представити у вигляді прямої з осередненою оцінкою (рис. 20):

. (37)

У додатках викладено матеріал, який доповнює зміст роботи.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ І ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Викладені дослідження свідчать про розв'язання в дисертації важливої науково-технічної проблеми визначення та керування надійністю й ризиками при проектуванні сталезалізобетонних конструкцій як нових типів, так і таких, які утворюються при підсиленні сталевих та залізобетонних конструкцій, що дозволяє зробити наступні висновки:

1. Дослідження різних методів розрахунку несучої здатності СЗБК (за методом граничної рівноваги, за деформаційним методом, МКЕ, варіаційним) дозволили зробити висновок про їх задовільну взаємну збіжність. Однак визначення надійності конструкцій за кожним із цих методів має свої особливості. Метод граничної рівноваги, як найбільш простий, дозволяє застосувати прямі методи статистичного моделювання. Деформаційний метод дає змогу при розрахунку надійності міцності контролювати і надійність за граничними деформаціями. Варіаційні методи дозволяють визначати екстремальні навантаження на СЗБК, однак дещо завищують надійність для звичайних розрахункових ситуацій. МКЕ дозволяє визначити надійність складних систем (типу вузлів конструкцій) з урахуванням місцевої стійкості та концентрації напружень. Отже, в кожному конкретному випадкові визначення надійності можливе і доцільне застосування різних методів розрахунку напружено-деформованого стану СЗБК.

2. Експериментально визначено вплив особливостей роботи комплексних сталезалізобетонних конструкцій на мінливість міцності та деформативності їх елементів, що дозволило оцінити ступінь урахування об'ємного напружено-деформованого стану при проектуванні СЗБК із нормативною забезпеченістю несучої здатності.

3. Розроблені комплексні будівельні системи та методи розрахунку каркасів промислових і цивільних будівель із підвищеною надійністю за рахунок сумісної роботи всіх елементів та постадійного контролю надійності при завантаженні та включенні в роботу наступних елементів сталезалізобетонної системи, що реалізовано на численних будівлях України та Росії.

4. Визначені та порівняні ступені впливу на надійність СЗБК системи розрахункових коефіцієнтів надійності та методів розрахунку напружено-деформованого стану комплексних елементів із різними статистичними характеристиками матеріалів, що їх утворюють.

5. Розроблені теоретичні положення стосовно визначення байєсівськими методами апостеріорної ймовірності безвідмовної роботи СЗБК, що утворюються при підсиленні експлуатованих конструкцій. Визначено межі зміни ймовірнісних показників при врахуванні фактичного стану та кількості відмов елементів багатоелементних систем.

6. Розроблено методику аналізу страхових ризиків конструктивних систем, що дозволяє визначати коефіцієнти надійності за призначенням для кожної окремої конструкції (елемента чи системи) в околі розрахункової базової точки. Ця методика дозволяє довести ймовірнісний аналіз надійності конструкції до конкретних вартісних (грошових) показників ризику, що значно полегшує прийняття рішення щодо потрібної матеріаломісткості та надійності кожної конструкції.

7. Задача прийняття рішення про необхідність підсилення конструкцій із дефектами розв'язана шляхом зіставлення ризиків витрат при підсиленні та можливих збитків при відмові конструкції, що дозволило формалізувати процес прийняття управлінського рішення керування надійністю конструктивних систем із дефектами й пошкодженнями.

8. Проведені натурні експериментальні дослідження запропонованих нових типів СЗБК, як щойно збудованих систем, так і підсилених експлуатованих, свідчать про достовірність та прийнятність розроблених методів. Запропонована оцінка забезпеченості експериментальних досліджень через коефіцієнт безпеки С.

9. У результаті експериментально-теоретичних та ймовірнісних досліджень надійності й ризиків запропоновано методику розрахунку значень часткових коефіцієнтів надійності для нових сталезалізобетонних конструкцій та норм їх проектування.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Семко О.В. Імовірнісні аспекти розрахунку сталезалізобетонних конструкцій. -К.: Сталь, 2004. -316 с.

2. Стороженко Л.И., Семко А.В., Ефименко В.И. Сталежелезобетонные конструкции. -К.: Четверта хвиля, 1997.- 160 с.

3. Семко А.В. К расчету стальных конструкций, усиленных обетонированием // Современные конструкции из металла и древесины: Сборник трудов.- Одесса, 1997 -С.203-207.

4. Семко О.В. Оцінка ймовірності стану конструкцій за результатами обстежень //Проблеми теорії і практики залізобетону: Збірник наукових статей. -Полтава, 1997.- С.414-416.

5. Семко А.В. О некоторых подходах к учету влияния изменчивости прочности бетона в пределах одного изделия на надежность конструкций // Сталезалізобетонні конструкції: Збірник наукових праць. -Кривий Ріг, 1998.- С.161-163.

6. Семко А.В. Учет значительной изменчивости геометрических параметров в расчете сталежелезобетонных конструкций // Бетон и железобетон в Украине.- 2001. - №2(6).-С.20-22.

7. Семко О.В. Імовірнісні передумови розрахунку сталезалізобетонних конструкцій //Будівельні конструкції. Зб. наук. праць. -К.: НДІБК, 2003.- Вип. 59.-С.183-189.

8. Семко О.В. До розрахунку надійності сталезалізобетонних конструкцій байесівськими методами // Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее. -К.: УкрНИИпроектстальконструкция, 2004. - С.186-196.

9. Семко О.В. Застосування теорії ризиків для визначення коефіцієнту надійності за призначенням //Современные строительные конструкции из металла и древесины: Сб. науч. тр.- Одесса.:ОГАСА., 2005.-С.178-185.

10. Семко О.В. До визначення страхової доцільності підсилення конструкцій//Сб. научн. тр. Строительство, материаловедение, машиностроение. „Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта”.- Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - Вип. 35.- С.222-226.

11. Семко О.В. Про статистичну забезпеченість результатів експериментальних досліджень // Науковій вісник будівництва. -Харків: ХДТУБА. -2005. - Вип. №33. -С.231-235.

12. Семко О.В. Експериментальні дослідження несучої здатності гнучких анкерів в сталезалізобетонних конструкціях // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). -Полтава: ПолтНТУ. -2005. - Вип. 15. -С.66-72.

13. Семко О.В. Експериментальні дослідження сталезалізобетонних конструкцій // Будівельні конструкції. Зб. наук. праць. -К.:НДІБК. -2005. - Вип. 62. -С.298-304.

14. Павликов А.Н., Семко А.В. О некоторых закономерностях изменения упруго-пластического момента сопротивления//Строительные конструкции: Научн-техн. сб.- К.: 1991.- Вып.44.-С.87-89.

15. Експериментальні дослідження несучої здатності стиснутих трубобетонних елементів квадратного перерізу/ Стороженко Л.І., Семко О.В., Васюта В.В., Головко Г.В.// Механіка і фізика руйнування будівельних матеріалів та конструкцій. Зб.наук.праць.-Львів-Дубляни.1996.-С.389-391.

16. Стороженко Л.И., Семко А.В. Усиление стальних конструкций обетонированием // Сб. науч. тр. “Металлостроительство-96”. -Донецк-Макеевка. Т. 2. -1996. -С.25-26.

17. Семко А.В., Зернюк Е.В., Спирин В.В. О расчете надежности косоизгибаемых железобетонных элементов // Коммунальное хозяйство городов. К.: Техника.-1997.- Вып.10.-С.7-9.

18. Семко О.В., Зернюк О.В. До визначення положення площини деформацій за результатами експерименту // Науковий вісник будівництва. -Харків: ХДТУБА. -1997. -. №1. -С.103-104.

19. Пашинський В.А., Семко О.В., Семко Т.В. До кореляційного аналізу мультиколінеарних систем // Коммунальное хозяйство городов. -Харьков: ХДАМГ. -1999. -№19.-С.84-87.

20. Стороженко Л.І., Семко О.В., Пенц В.Ф. Проблеми подальшого розвитку сталезалізобетонних конструкцій // Таврійський науковий вісник.-Херсон, 1999. - Вип.2. -С.32-33.

21. Пат. №358447А (E04G25/02) Допоміжна опорна рама./ Стороженко Л.І., Семко О.В.// Бюл. - 2001.- №3.- С.1.121

22. Стороженко Л.І., Семко О.В. Класифікація дефектів будівельних конструкцій Полтавщини за віком будівництва // Будівельні конструкції. Зб. наук. праць.-К.: НДІБК,2001. -Вип. 54.-С.639-642.

23. Стороженко Л.І., Семко О.В. Стелезалізобетонні конструкції в промисловому будівництві // Сталезалізобетонні конструкції.-Кривий Ріг, 2002. - Вип. 5. - С.14-17.

24. Семко О.В., Будзько М.В. Експериментальні дослідження трубобетонних елементів із використанням корозійно пошкоджених труб // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). -Полтава: ПолтНТУ.- 2002. - Вип. 8. - С. 58-62.

25. Семко О.В., Трусов Г.М. Сталезалізобетонний ригель виробничої будівлі // Строительство и техногенная безопасность: Сб. науч. тр.- Симферополь: КАПКС, 2002. - Вып. 6. - С.137-138.

26. Стороженко Л.І., Семко О.В., Сколибог О.В. Згинальні залізобетонні елементи, армовані сталевими листами//Будівельні конструкції. Зб. наук. праць.- К.: НДІБК, 2003. - Вип. 59, кн.2 - С.31-39.

27. Стороженко Л.І., Семко О.В., Сколибог О.В. Дослідження збірного сталезалізобетонного ригеля із металевою опалубкою, що не знімається // Ресурсоекономні матеріали та конструкції, будівлі та споруди.- Рівне,2003. - Вип. 9. - С.330-336.

28. Пат. 59636А. Збірний сталезалізобетонний ригель покриття / Стороженко Л.І., Пічугін С.Ф., Семко О.В., Трусов Г.М., Сколибог О.В. // Бюл.- 2003р.- №9.-С. 4.133.

29. Пат. №59934. Збірний попередньо напружений сталезалізобетонний ригель перекриття із зовнішнім армуванням / Стороженко Л.І., Семко О.В., Сколибог О.В.//Бюл.- 2003р. - №9.-С. 4.133

30. Стороженко Л.І., Семко О.В., Воскобійник О.П. Експериментальні дослідження трубобетонних конструкцій для баштових споруд // Вісник ДДАБА. -2003р. - Вип. 39(2).- С.119-124.

31. Семко О.В., Міхненко Д.А. Статистичний аналіз результатів випробовувань центрально стиснутих трубобетонних елементів // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). -Полтава: ПолтНТУ. -2003.- Вип. 11. -С.175-179.

32. Семко О.В., Семко В.О. До визначення надійності сталевих балок з дефектами полиць // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. -Рівне,2003. - Вип. 10.-С.209-211.

33. Семко О.В., Клименко Є.В. Про зв'язок технічних станів будівельних споруд зі страховими ризиками // Вісник ОДАБА. - Одеса,2003. - Вип. 12. - С.231-236.

34. Пичугин С.Ф., Семко А.В., Трусов Г.Н. О некоторых закономерностях минимизации массы легких стальных каркасов производственных зданий // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). -Полтава: ПолтНТУ. -2003. - Вип. 13. - С.46-49.

35. Пічугін С.Ф., Семко О.В., Бібік М.В. Про використання жорстких вантів для підсилення залізобетонних балок // Строительство, материаловедение, машиностроение. -Днепропетровск: ПГАСА, 2003. - Вып.25.- С.196-200.

36. Пічугін С.Ф., Семко О.В., Бібік М.В. Методика експериментальних досліджень розтягнуто-зігнутих сталевих елементів за межею пружності // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво). -Полтава: ПолтНТУ. - 2004. - Вип. 14. - С.26-30.

37. Семко О.В., Семко В.О. До визначення граничних розмірів дефектів та пошкоджень сталевих балок // Строительство, материаловедение, машиностроение. -Днепропетровск: ПГАСА, 2004.- №30.- С.171-175.

38. Семко О.В., Довженко О.О. Про забезпечення сумісної роботи елементів збірно-монолітного сталезалізобетонного перекриття при використанні панелей з порожнинами // Сталезалізобетонні конструкції. -Кривий Ріг: КрТУ, 2004. - Вип. 6. - С.49-55.

39. Семко О.В., Махінько А.В. Про можливість спрощень при статистичному моделювання міцності сталезалізобетонних елементів конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди.-Рівне, 2004. - Вип. 11. - С.272-278.

40. Стороженко Л.И., Семко А.В. Сравнение методик расчета трубобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов. -К.: Техніка, 2005. - Вып. №63. -С.59-67.

41. Стороженко Л.І., Семко О.В., Воскобійник О.П. Про екстремальні значення показників надійності стиснутих трубобетонних елементів // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне, 2005. - Вип. 12. -С.308-317.

ДОДАТКОВИЙ СПИСОК РОБІТ, ЯКІ РОЗКРИВАЮТЬ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

42. Семко А.В. О графе компонент ц-преобразования // Теория графов: Сборник трудов института математики АН УССР.- К., 1977. -С. 82-84.

43. Пичугин С.Ф. Семко А.В. Об одной оценке надежности статически неопределимых упругопластических рам // Надежность строительных конструкцій: Межвуз. сб. науч. тр.-Куйбышев ,1990. - С. 124 - 126.

44. Клименко Е.В., Павликов А.Н., Семко А.В. Вероятностный подход к описанию процесса трещинообразования // Надежность строительных конструкций: Межвуз. сб. науч. тр. -Куйбышев.- 1991. -С.7-8.

45. Буцкий В.Н., Стороженко Л.И., Семко А.В. Объемное напряженно-деформированное состояние сжатого бетона, заключенного в стальную оболочку // Инженерные проблемы современного бетона и железобетона. -Минск. -1997. -С.138-146.

46. Семко О.В. Про деякі закономірності зв'язку прогинів та рівня завантаження прогонів // Металеві конструкції. -Дніпропетровськ. 2000. - Вип. 7.-С.138-139.

47. Стороженко Л.І., Семко О.В., Воскобійник О.П. Про вплив вартості сталі на оптимальні характеристики трубобетонного перерізу // Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее. -К.: УкрНИИпроектстальконструкция, 2004. -С.34-41.

48. Стороженко Л.І., Семко О.В., Пенц В.Ф. Сталезалізобетонні конструкції: навчальний посібник. - Полтава: ПолтНТУ ім. Ю.Кондратюка, 2005. -181 с.

49. Пат. №7770 (E04G13/06). Сталезалізобетонний сходовий марш / Бідний О.В., СтороженкоЛ.І., Семко О.В., Сколибог О.В.// Бюл. - 2005.- №7.- С.5.118.

50. Стороженко Л.І., Семко О.В., Воскобійник О.П. Аналіз зміни фізико-механічних властивостей довгих трубобетонних елементів по висоті // Науковий вісник будівництва. -Харків: ХДТУБА, 2005. - Вип. 33. -С.191-194.

51. Стороженко Л.І., Семко О.В., Воскобійник О.П. Методика оцінки випадкових ексцентриситетів трубобетонних елементів, що виникають унаслідок їх фізичної та геометричної нелінійності // Будівельні конструкції: Зб. наук. праць. -К.:НДІБК, 2005. - Вип. 62. -С.323-331.

52. Пічугін С.Ф., Семко О.В., Махінько А.В. Аналіз надійності конструкцій перекриттів пониженої товщини // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне, 2005. - Вип. 12. -С.262-271.

Размещено на Allbest.ru