автореферат диссертации по транспорту, 05.22.19, диссертация на тему:Эксплуатационная надежность морских причалов в портах Вьетнама

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Фам Ван Чунг

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ МОРСКИХ ПРИЧАЛОВ В ПОРТАХ ВЬЕТНАМА

Специальность 05.22.19 - Эксплуатация водного транспорта, судовождение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2009

1 4 ЯНВ 20!0

003490098

Работа выполнена в Московской государственной академии водного транспорта на кафедре «Водные пути и порты»

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Костюков В. Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Чирков В. П.

кандидат технических наук Самарин В.Ф.

Ведущая организация Волжская государственная академия

водного транспорта

Защита диссертации состоится «.¿7» .¿Л-^лб-Л. 2010г. в //Г часов на заседании диссертационного совета Д 223. Ш .01 при Московской государственной академии водного транспорта по адресу: 11^105, г. Москва, Новоданиловская набережная, д.2, корп.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии водного транспорта и на сайте www.msawt.ru.

Отзывы на автореферат прошу присылать в двух экземплярах, заверенных печатью организации, в Московскую государственную академию водного транспорта по адресу: 11^105, г. Москва, Новоданиловская набережная, д.2, корп.1, стр.2, (ъуа ззб

Автореферат разослан «2-5» ¿¿г-л^Л- 2009г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 223.006.01, кандидат технических наук, доцент

Е.А.Корчагин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена проблеме эксплуатационной надежности причальных сооружений в морских портах Вьетнама, для которого морской транспорт является самым важным и самым дешевым видом транспорта. Практически все внешнеторговые связи Вьетнама осуществляет морским транспортом. Морской транспорт также играет большую роль и во внутренних перевозках страны, особенно в направлении север - юг. Поэтому исследования прочности и долговечности портовых перегрузочных комплексов являются важными для решения экономических и других проблем страны.

Цель работы. Разработать методику оценки эксплуатационной надежности и остаточного ресурса основных элементов причалов, входящих в состав портовых перегрузочных комплексов.

Задачи исследований.

• Разработать методику и выполнить диагностирование основных несущих элементов причалов свайной конструкции и металлических одноанкерных больверков в морских портах Вьетнама.

• Провести систематизацию дефектов и разрушений несущих элементов конструкций и определить статистические параметры распределения прочностных и геометрических характеристик.

• Разработать основные положения методики оценки допускаемой эксплуатационной надежности причальных сооружений свайного типа.

• Выполнить поверочные расчеты эксплуатационной надежности причальных сооружений свайного типа с оценкой их остаточного ресурса.

Методы исследований. Натурные обследования железобетонных и металлических конструкций причалов выполнены приборами, предназначенными для неразрушающих испытаний строительных материалов и изделий.

Расчетные исследования конструкций выполнены на компьютере с по-

мощью программы SAP 2000, а также - с использованием метода Монте-Карло. Расчеты эксплуатационной надежности металлических свай выполнены с использованием метода линеаризации функций.

Теоретические и практические результаты, выносимые на защиту:

• Методика определения эксплуатационной надежности существующих причальных сооружений в портах Вьетнама;

• Расчетная модель оценки допускаемой вероятности физического износа железобетонных и металлических свай причальных сооружений;

• Результаты исследования скорости коррозионного износа железобетонных призматических и металлических свай круглого сечения для морских условий Вьетнама;

Научная новизна. Проведены комплексные исследования конструкций морских причалов, позволившие определить скорость коррозионного износа, допускаемую эксплуатационную надежность и остаточный ресурс исследуемых сооружений.

Практическая ценность. Основные положения и результаты выполненной работы позволяют дать рекомендации по выбору режима эксплуатации перегрузочных комплексов, претерпевших физический износ в течение прошедшего срока службы.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечена за счет:

• соответствия приборов и оборудования требованиям стандартов и условиям испытаний конструкций причалов;

• достаточного объема статистической информации, полученной при натурных исследованиях конструкции по основным расчетным показателям;

• использованием современных математических методов.

Реализация результатов исследований. Результаты работы вошли в

материалы паспортизации причалов порта Хайфон, осуществляемой Мини-

стерством транспорта Вьетнама.

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в журнале «Речной транспорт XXI век» (№2, 2009г.), входящий в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы из 175 наименований, в том числе 11 зарубежных и 3-х приложений. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка и 49 таблиц.

СОДЕРЖАЩЕЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна, сформулированы задачи исследований и основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена аналитическому обзору современного состояния вопроса с анализом работ, посвященных причинам разрушения гидротехнических сооружений из железобетона и металла и оценке эксплуатационной надежности портовых гидротехнических сооружений. К таким работам относятся труды Б. Ф. Горюнова, В. Б. Кузнецова, В. Д. Костюков, В. Ф. Самарина, А. Я. Будина, И. В. Костина, М. А. Сахненко, Нгуен Ван Ви и других.

Практически во всех известных работах отсутствуют материалы по исследованиям одного из наиболее важных вопросов в методике расчета эксплуатационной надежности конструкций - оценки допускаемой надежности сооружения. В диссертации делается попытка найти пути к решению этого вопроса.

Для этого в заключение главы 1 приводится постановка задачи диссертационного исследования:

• Провести натурные испытания причалов свайного типа в портах ТюаВе и Хайфон

• Определить статистические параметры прочностных и геометрических характеристик основных несущих элементов конструкции.

• Разработать основные положения методики определения допускаемой эксплуатационной надежности причальных сооружений свайного типа с оценкой их остаточного ресурса.

Во второй главе изложены методика и результаты натурных исследований и технического диагностирования основных элементов конструкций причалов.

В состав натурных исследований вошли:

• Обследование надводной и подводной частей причала в порту Тюа-Ве с промерами глубин и проведением геодезических измерений;

• Измерение геометрических размеров, трещин и каверн в несущих элементах конструкции;

• Определение состояния бетона методами неразрушающего контроля, для чего использовались два метода: акустический (УЗК) и метод пластических деформаций.

Акустические испытания проводились с применением прибора PUNDIT, при этом использовался как сравнительный метод анализа распределения скорости УЗК по сооружению, так и метод измерений абсолютных значений УЗК. Во втором случае значения прочности бетона на сжатие определялись по унифицированной зависимости V-R,

Rn(Kr/cM2)

/

у

/

/

Рисунок 1 - Унифицированная зависимость У-Я. Проверка прочности бетона в железобетонных конструкциях осуществлялась методом пластических деформаций с помощью молотка БНМГОТ.

Яя(мм)

1 -1- г'

•4- *

у

- Ь-

Ш

ш

/ ш

/ 411

Рисунок 2 - Унифицированная зависимость Яэ-К. Результаты статистического анализа прочности бетона свай, плит ростверка, ригелей и кордонных плит представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты статистического анализа прочности бетона основных несущих элементов причалов в порту ТюаВе. (за 25 лет эксплуатации)

Элемент Оценка мат. Стандарт ст, Число ис- Доверительный

ожидания МПа МПа пытании интервал при >¿=0,95

Ригель 33 4,8 440 32,61 -33,39

Железобетонные 31 2,91 440 30,71 -31,29

сваи

Кордонная плита 38 5,62 440 37,60-38,40

Плита ростверка 30 4,25 240 29,55 - 30,46

На основании данных о дефектах свай в таблице 2 - представлены результаты статистического анализа площади поперечного сечения свай с учетом изменения их размеров.

По изменению геометрических размеров поперечных сечений свай определялась скорость коррозионного износа свай для климатических условий Вьетнама.

Соответственно оценка скорости износа элементов за время их эксплуатации

Г-Г 2025-1777.6 оп г. л

р =-=--= 9.9см / год (1)

Т 25

где /•"- проектная площадь поперечного сечения сваи без дефектов;

Ё -математическое ожидание площади поперечного сечения сваи с учетом дефектов;

Г-срок службы сваи.

Таблица 2 - Результаты статистического анализа геометрических размеров поперечного сечения свай

Год по- Проектная Оценка математиче- Стан- Число Доверительный ин-

стройки/ площадь ского ожидания пло- дарт испыта- тервал площади по-

год кон- поперечного щади поперечного се- <т, ний перечного сечения

троля сечения чения свай в 1999 го- см2 свай в 1999 году при

свай 45x45, ду, И, см2 /7=0.95

Б, см2

1974/1999 2025 1777,6 49,43 50 1764-1791

Аналогичные исследования коррозии металлического шпунта и свай круглого сечения в климатических условиях Вьетнама дали следующие результаты (таблица 3)

Таблица 3 - Результаты статистического анализа коррозионного износа металлического шпунта в порту Хайфон

Год по-сгройки/год обследования Исходная толщина шпунта, Ьмм Среднее значение толщины шпунта при обследовании, Число испытаний, N Стандарт, <У Доверит, интервал при Р = 0.95

1976/2001 21 19,93 45 0,34 20,93-21,08

Таким образом, на основании полученных данных скорость коррозионного износа шпунта в порту Хайфон составляет

V = ^^ = 21 ~19'93 = 0,0428мм ¡год (2)

Т 25

где кк- проектная толщина шпунта без коррозии;

Ик -математическое ожидание толщины шпунта с учетом коррози;

Г-срок службы шпунта. Средняя скорость коррозии металлической сваи в зоне переменного горизонта составляет 0,3 - 0,45 мм/год.

В третьей главе на основании работ А. Р. Ржаницына, Ю. А. Павлова и В. Д. Костюкова предложена методика расчета эксплуатационной надежности причальных сооружений свайного типа.

За основной показатель надежности причального сооружения принимаем вероятность его безотказной работы, т. е. вероятность того, что в период эксплуатации сооружения не наступит отказ - предельное состояние первой и/или второй групп. Для любого момента времени ? условие безотказной работы _/ -го несущего элемента сооружения или основания должно соблюдаться с вероятностью р^ не ниже нормативного значения Рп.

р,=/>М>[р„] (3)

при

(4)

где У} - резерв контролируемого параметра напряженного или деформированного состояния у —го элемента конструкции сооружения, случайная величина (сложная функция случайных аргументов); ^ - показатель прочности _/ -го несущего элемента сооружения, случайная величина (сложная функция случайных аргументов); 5} - нагрузка на ] -й несущий элемент конструкции сооружения, случайная величина (сложная функция случайных аргументов);

[Р„] - нормативная вероятность безотказной работы, нормативная надежность.

Математическое ожидание (среднее) и дисперсию для резерва контролируемого параметра определяем через соответствующие характеристики статистически независимых распределений нагрузки и прочности:

(5)

Д,=.Оя+Д9 (6)

э

где К - математическое ожидание резерва контролируемого параметра напряженного или деформированного - состояния у го элемента конструкции сооружения;

- математическое ожидания соответственно показателя прочности и нагрузки на .]-й несущий элемент конструкции сооружения;

Иу - дисперсия резерва контролируемого параметра напряженного или деформированного состояния)'-го элемента конструкции сооружения;

Аъ Дя - дисперсии соответственно показателя прочности и нагрузки на }-й несущий элемент конструкции сооружения.

Гарантия неразрушимости несущих элементов pj

где Ф- функция нормального распределения.

Для нормального или близкого к нормальному закону распределения Лу и Sj аргумент г определяется из выражения

Математическое ожидание функции случайных аргументов равно величине определенной по детерминистической зависимости при подстановке математических ожиданий случайных аргументов

где г л, 5 л - математические ожидания случайных аргументов функций прочности и нагрузки.

Дисперсия функции (прочности или нагрузки) случайных аргументов

(7)

(9)

где /^.-"з " ВТ0Р°й и третий центральные моменты случайных аргументов прочности или нагрузки;

п - число случайных аргументов в функции прочности или нагрузки;

- первая и вторая производные функции случай-

ных аргументов соответственно прочности и нагрузки. Основными элементами причальных сооружений свайного типа являются следующие:

1. свая;

2. ростверк;

3. ригель;

4. массив грунта, взаимодействующий со сваями.

Рисунок 3 - Основные несущие элементы причала Возможные виды отказов элементов сооружения представлены в таблице 4.

Таблице 4 - Возможные виды отказов для элементов причального сооружения свайного типа

Элемент Виды возможных отказов

1 1 .Разрушение сваи

2.Потеря несущей способности сваи по грунту

2 1. Разрушение плиты ростверка

2. Разрушение ригеля

3 1 .Потеря общей устойчивости

Детерминистическое уравнение связи - уравнение или алгоритм расчета, устанавливающие функциональную связь между показателями нагрузки и прочности - между входными параметрами и результатами расчета и соответствующие существующим нормам проектирования. В соответствии с (4) в общем виде уравнение связи имеет вид

= (11) Детерминистические уравнения связи запишем для возможных видов отказов несущих конструктивных элементов.

1. Разрушение сваи, ригеля, плиты ростверка:

Гын-М^-М. (12)

где Е = МЯГ, Б =

М„р - несущая способность конструктивных элементов в зоне максимального момента;

Мн - максимальный момент из статического расчета секции причала.

2. Потеря несущей способности сваи по грушу на вертикальную нагрузки

(13)

где R = Fd,S = N

^ - несущая способность по грунту висячей забивной сваи и сваи-оболочки, работающих на сжимающую нагрузку. 3. Возможным видом отказа для элемента 3 является потеря общей устойчивости массива грунта совместно с сооружением по кругло цилиндрической поверхности скольжения или по фиксированным плоскостям скольжения.

Для круглоцилиндрической поверхности скольжения

где М^ и М^ - соответственно суммы моментов удерживающих и сдвигающих сил относительно критического центра окружности скольжения.

Для фиксированных поверхностей скольжения

где Куд и ЯсЛ - суммы горизонтальных проекций основания, представляющих соответственно удерживающие и сдвигающие силы. Таким образом, используя детерминистические уравнения связи и методы вычисления математических ожиданий и дисперсий функций прочности и нагрузки, можно вычислить вероятность безаварийного события в работе конструкции

Четвертая глава посвящена разработке предложений по учету одного из основных расчетных показателей в эксплуатационной надежности - допускаемой вероятности гарантии неразрушимости эксплуатируемой конструкции, необходимого для определения остаточного ресурса перегрузочного комплекса.

В работах В.Д. Костюкова, М.А. Сахненко, А.В. Школы есть предложения по допускаемым значениям надежности конструкций, но они относятся к стадии проектирования, а не эксплуатации.

В диссертации предлагается для определения допускаемой надежности существующего сооружения использовать материалы технического контроля и диагностики конструкций. В железобетонных элементах можно выделить следующие категории дефектов и повреждений (таблица 5, разработана институтом ИМИДИС):

Таблица 5 - Категории дефектов и повреждений железобетонных элементов

Категория дефекта Вид дефектов Оценка технического состояния элемента

0 Дефекты отсутствуют Элемент полностью работоспособен, ремонт не требуется

1 Коррозионные трещины раскрытием до 0,3 мм при отсутствии глухого звука при простукивании, сколы бетона без обнажения арматуры Элемент работоспособен, требуется ремонт

2 Коррозионные трещины раскрытием более 0,3 мм, глухой звук при простукивании, сколы бетона с обнажением коррозирующей арматуры; уменьшение проектного сечения сваи до 30% Частичная потеря работоспособности элемента, требуется ремонт

3 Обнажение рабочей арматуры с высокой степенью коррозии, нарушение совместной работы арматуры с бетоном элемента (провисание арматуры, обрыв арматуры); уменьшение проектного сечения сваи более 30% Значительная либо полная потеря работоспособности элемента конструкции. Требуется капитальный ремонт элемента либо его замена.

Анализ экспериментальных данных скорости коррозионного износа бетона с учетом изложенных выше подходов привел к выводу о возможности нормирования эксплуатационной надежности. В качестве допускаемого уровня надежности эксплуатируемого причала не может быть использован период появления дефектов 3-й категории, поскольку этот период соответствует интенсивному разрушению конструкции: обнажение рабочей арматуры с высокой степенью коррозии, нарушение совместной работы арматуры с бетоном элемента (провисание арматуры, обрыв арматуры), уменьшение проектного сечения сваи более 30%

В качестве допускаемого может быть значение эксплуатационной надежности, соответствующей 2-й категории дефектов: коррозионные трещины раскрытием более 0,3 мм, глухой звук при простукивании, сколы бетона с обнажением коррозирующей арматуры; уменьшение проектного сечения сваи до 30%

С учетом установленной границы коррозионного износа железобетонных элементов причала определим допускаемую надежность наиболее загруженных тыловых свай причала в порту ТюаВе. При этом в качестве исходного, принимаем вариант конструкции, соответствующий проектным размерам на начало эксплуатации, т.е. сваи сечением 45x45см. Следующие размеры принимаем равными 41x41см и 37x37см.

33 (1089-54%)

^ 37 (1369-68%)

'41 (1681-83%) 45 (2025-100%)

Т !

го I 1-- I" ; Ш со со ( ^ ■ч-

-1

1

±

Рисунок 4 - Допускаемые границы коррозии железобетонной сваи 45x45см Расчеты надежности выполним в следующей последовательности. Полученные на ЭВМ по программе Б АР-2000 значения моментов в сваях принимаем в качестве математических ожиданий. На основании данных аналогов и опыта расчетов конструкций для определения стандарта момента в свае принимаем наиболее невыгодный случай, когда коэффициент вариации момента будет наибольшим и составит у = 0.3. После этого, используя метод Монте-Карло, получим значения математических ожиданий и дисперсий моментов.

Результаты расчетов надежности сваи в зависимости от поперечного сечения представлены в таблице 6. Таблица 6 - Результаты расчетов надежности сваи

Поперечное сечение сваи Среднее значение момента М, тм Стандарт о; тм Надежность Р

45x45см 9,846 3,050 21

41x41см 8,943 2,771 0,9818

37x37см 8,279 2,565 0,8858

На графике (рисунок 5) представлена зависимость надежности Р от поперечного сечения сваи.

Надежность и

Рисунок 5 - Зависимость значения надежности Р от поперечного сечения сваи

В соответствии с принятыми в инженерной практике условиями допускаемой вероятностью возможного разрушения конструкции принимается [Р]=[0.95]. Однако, в соответствии с условиями эксплуатационных показателей, сооружение еще можно эксплуатировать до износа сваи в пределах от 39.5x39.5 до 37x37 в течение 21 года. При этом, следует учитывать необходимость постепенного снижения нагрузки на причал к концу срока службы. Исходя из материалов обследования верхнего строения, потребуется выполнить средний ремонт ригелей и возможную замену плит верхнего строения.

Надежность металлических свай зависит от скорости коррозионного износа металла в конкретных климатических условиях и степени эффективности антикоррозионных мероприятий.

В качестве примера рассматривается надежность причала на металлических сваях 530/16.

По результатам исследований, скорость коррозионного износа металлических свай в морях региона составляет в зоне переменного горизонта на внешней поверхности конструкции V = 0.2мм/год и на внутренних стенках сваи К = 0.1 мм!год. Следовательно, скорость коррозии сваи в целом составляет Усв = 0,3 мм/год.

На рисунке 6 представлена зависимость момента сопротивления сваи от срока службы.

Момент сопротивления, мЗ

Рисунок 6 - Зависимость момента сопротивления сваи от продолжительности коррозионного износа Для определения надежности свай использован метод линеаризации функций. Момент прочности металлических свай

Мт = 1Уат (16)

где РУ - момент сопротивления поперечного сечения сваи, ат - предел текучести стали.

Так как геометрические характеристики сечения свай Я' и предел текучести стали ат независимы, то формула межгрупповой дисперсии выглядит:

¿>„=#/>„+0^ (17)

где ат - математическое ожидание предела текучести стали; Ар =<тт~ дисперсия момента сопротивления; йСг - дисперсия предела текучести стали

С учетом допусков толщины стенки сваи, коэффициент вариации момента сопротивления принимается равным V = 7%.

Тогда значения дисперсии момента сопротивления

А» =<4, =(0.07^,)2

В работе рассмотрены 3 степени нагружения свай горизонтальной нагрузкой: Мшг 1 =31,55 тм'Мжг = 41,55т?ш,Л/ш,з =51,55тл<

Вероятность безотказной работы конструкции составляет:

М изг - М ПР

Р = 1-Ф

где Ф(г) - вероятностная функция Гаусса;

Дисперсия момента от воздействия внешних сил определяется при коэффициенте вариации V = 0.25 для каждого нагружения.

Допускаемая надежность конструкции и соответственно срок службы сооружения представлены на рисунке 7.

Миэг=31. Мизг=41.5тм Миэг=51.5тм

10 15 20 25 30

Срок эксплуатации, Т лет

Рисунок 7 - Зависимость надежности Р и срока эксплуатации сваи Т от уровня нагружения (М,иГ)

Выводы

1. В диссертации автором выполнены натурные обследования причальных перегрузочных комплексов в некоторых морских портах Вьетнама и статистическая обработка результатов измерений. Впервые на основе натурных исследований и расчетных методов для климатических условий Вьетнама установлены закономерности коррозионного износа поверхностей свай.

2. На основе результатов натурных исследований морских причалов разработаны предложения по методике расчета эксплуатационной надежно-

сти свайных конструкций. В основу методики положены вероятностные методы и методы предельных состояний.

3. В диссертации сделана попытка выполнить в первом приближении расчеты допускаемой надежности конструкции в зависимости от срока эксплуатации основных несущих элементов. Это позволило определить остаточный ресурс железобетонной свайной набережной в порту ТюаВе, находящейся в эксплуатации 25 лет.

4. Такая постановка вопроса позволяет не только более грамотно проектировать сооружения, но и прогнозировать состояние конструкции в период эксплуатации. Для долговременной эксплуатации причальных перегрузочных комплексов необходимо учитывать на стадии проектирования коррозионный износ, который существующие нормы проектирования учитывают не в полной мере.

5.Расчет надежности существующих причальных перегрузочных комплексов был произведен двумя методами - Монте-Карло и методом линеаризации. Так как, статистическая база в настоящий момент накоплена в недостаточном объеме, следовательно, метод Монте-Карло позволяет получить приемлемые параметры распределения случайных величин. Расчеты по второму методу дают достаточно достоверные результаты, которые хорошо согласуются с данными натурных обследований.

6.В целом в работе впервые для условий вьетнамских портов сделана попытка установить предельные сроки службы железобетонных и металлических свай в набережных - эстакадах.

По результатам испытаний экспериментально установлены зоны и величины коррозионного износа и рассчитаны соответствующие значения надежности свай.

7. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования подтвердили необходимость и экономическую целесообразность своевременного проведения натурных обследований конструкций причалов, особенно во второй половине срока службы сооружения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Фам Ван Чунг. Влияние физического износа несущих элементов на надежность причала в портах Вьетнама. «Речной транспорт. XXI век», №2, 2009г.

Для заметок

M

Фам Ван Чунг

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ МОРСКИХ ПРИЧАЛОВ В ПОРТАХ ВЬЕТНАМА

Подписано в печать /Х- 2009г. Формат 60x901/16. Объем Заказ № ,^т$&Тираж: ЮОэкз.

Издательство Альтаир Московская государственная академия водного транспорта 117105г. Москва, Новоданиловская набережная, д.2, корпус 1.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Причины разрушения бетонных и металлических конструкций гидротехнических сооружений.

1.1.1. Особенности климата Вьетнама.

1.1.2. Анализ причин разрушения бетона гидротехнических сооружений.

1.1.3. Коррозия износа металлических конструкций портовых гидротехнических сооружений.

1.1.4. О коррозионном износе причальных сооружений в условиях Вьетнама.

1.2. Технический контроль причальных сооружений для оценки их несущей способности.

1.2.1. Цель технического контроля причальных сооружений при эксплуатации.

1.2.2. Методы технического контроля причальных сооружений для оценки их несущей способности.

1.3. Современное состояние вопроса оценки эксплуатационной надежности портовых гидротехнических сооружений.

1.4. Задачи диссертационного исследования.

ГЛАВА 2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИЧАЛОВ В ПОРТАХ ВЬЕТНАМА

2.1. Технический контроль причальных сооружений.

2.2. Результаты натурных исследований пирса свайной конструкции

ТюаВе.

2.2.1. Основные характеристики обследуемых причалов в порту ТюаВе.

2.2.2. Результаты технического диагностирования конструкции.

2.2.3. Результаты статистического анализа прочности бетона основных несущих элементов пирса.

2.2.4. Результаты статистического анализа геометрических размеров поперечного сечения свай.

2.3. Результаты натурных исследований причалах типа больверк в порту Хайфон.

2.4. Исследование параметров распределения предела текучести шпунтовой стали.

2.5. Результаты исследования скорости коррозии металлических свай труб 530/16.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ СВАЙНОГО ТИПА В ПОРТАХ ВЬЕТНА- 67 МА

3.1 .Основные расчетные положения.

3.2. Структурный анализ взаимодействия и систематизация возможных отказов несущих элементов конструкции.

3.3. Детерминистические уравнения связи для основных несущих элементов.

3.4. База данных для расчета эксплуатационной надежности причалов свайного типа.

3.4.1. Общие требования.

3.4.2. Нагрузки и воздействия.

3.5. Надежность сооружений и их несущих элементов.

ГЛАВА 4. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СУЩЕСТВУЮЩ

ИХ ПРИЧАЛОВ В МОРСКИХ ПОРТАХ ВЬЕТНАМА.

Актуальность работы. Диссертационная работа посвящена проблеме эксплуатационной надежности причальных сооружений в морских портах Вьетнама, для которого морской транспорт является самым важным и самым дешевым видом транспорта. Практически все внешнеторговые связи СРВ осуществляет морским транспортом. Морской транспорт также играет большую роль и во внутренних перевозках страны, особенно в направлении север — юг. Поэтому исследования прочности и долговечности портовых перегрузочных комплексов являются важными для решения экономических и других проблем страны.

Цель работы. Разработать методику оценки эксплуатационной надежности и остаточного ресурса основных элементов причалов, входящих в состав портовых перегрузочных комплексов.

Задачи исследований.

• Разработать методику и выполнить диагностирование основных несущих элементов причалов свайной конструкции и металлических одноанкер-ных больверков в морских портах Вьетнама.

• Провести систематизацию дефектов и разрушений несущих элементов конструкций и определить статистические параметры распределения прочностных и геометрических характеристик.

• Разработать основные положения методики оценки допускаемой эксплуатационной надежности причальных сооружений свайного типа.

• Выполнить поверочные расчеты эксплуатационной надежности причальных сооружений свайного типа с оценкой их остаточного ресурса.

Методы исследований. Натурные обследования железобетонных и металлических конструкций причалов выполнены приборами, предназначенными для неразрушающих испытаний строительных материалов и изделий.

Расчетные исследования конструкций выполнены на компьютере с помощью программы SAP 2000, а также - с использованием метода Монте-Карло. Расчеты эксплуатационной надежности металлических свай выполнены с использованием метода линеаризации функций.

Теоретические и практические результаты, выносимые на защиту:

• Методика определения эксплуатационной надежности существующих причальных сооружений в портах Вьетнама;

• Расчетная модель оценки допускаемой вероятности физического износа железобетонных и металлических свай причальных сооружений;

• Результаты исследования скорости коррозионного износа железобетонных призматических и металлических свай круглого сечения для морских условий Вьетнама;

Научная новизна. Проведены комплексные исследования конструкций морских причалов, позволившие определить скорость коррозионного износа, допускаемую эксплуатационную надежность и остаточный ресурс исследуемых сооружений.

Практическая ценность. Основные положения и результаты выполненной работы позволяют дать рекомендации по выбору режима эксплуатации перегрузочных комплексов, претерпевших физический износ в течение прошедшего срока службы.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечена за счет:

• соответствия приборов и оборудования требованиям стандартов и условиям испытаний конструкций причалов;

• достаточного объема статистической информации, полученной при натурных исследованиях конструкции по основным расчетным показателям;

• использованием современных математических методов.

Реализация результатов исследований. Результаты работы вошли в материалы паспортизации причалов порта Хайфон, осуществляемой Министерством транспорта Вьетнама.

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в журнале «Речной транспорт XXI век» (№2, 2009г.), входящий в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка использованной литературы из 106 наименований, в том числе 11 зарубежных и 3-х приложений. Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 82 рисунка и 49 таблиц.

Выводы по главе:

• На основании эксперементальных исследований, а также других источников получены необходимые для расчета эксплуатационной надежности свайных конструкций параметры распределения случайных аргументов по следующим основным показателям: нагрузкам и воздействиям, строительным материалам, грунтам основания, геометрических характеристик поперечных сечений (приложение 3).

• На основании детерминистических уравнений связи и методов вычисления математических ожиданий и дисперсий функций прочности и нагрузки, можно вычислить вероятность безаварийного события в работе конструкции.

ГЛАВА 4. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРИЧАЛОВ В МОРСКИХ ПОРТАХ ВЬЕТНАМА.

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

На основании полученных результатов обследований железобетонных и металлических конструкций причалов рассмотрим следующие подходы к нормированию эксплуатационной надежности сооружений с учетом срока их службы.

В железобетонных элементах можно выделить следующие категории дефектов и повреждений (таблица 4.1):

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертации автором выполнены натурные обследования причальных перегрузочных комплексов в некоторых морских портах Вьетнама и статистическая обработка результатов измерений. Впервые на основе натурных исследований и расчетных методов для климатических условий Вьетнама установлены закономерности коррозионного износа поверхностей свай.

2. На основе результатов натурных исследований морских причалов разработаны предложения по методике расчета эксплуатационной надежности свайных конструкций. В основу методики положены вероятностные методы и методы предельных состояний.

3. В диссертации сделана попытка выполнить в первом приближении расчеты допускаемой надежности конструкции в зависимости от срока эксплуатации основных несущих элементов. Это позволило определить остаточный ресурс железобетонной свайной набережной в порту ТюаВе, находящейся в эксплуатации 25 лет.

4. Такая постановка вопроса позволяет не только более грамотно проектировать сооружения, но и прогнозировать состояние конструкции в период эксплуатации. Для долговременной эксплуатации причальных перегрузочных комплексов необходимо учитывать на стадии проектирования коррозионный износ, который существующие нормы проектирования учитывают не в полной мере.

5. Расчет надежности существующих причальных перегрузочных комплексов был произведен двумя методами - Монте-Карло и методом линеаризации. Так как, статистическая база в настоящий момент накоплена в недостаточном объеме, следовательно, метод Монте-Карло позволяет получить приемлемые параметры распределения случайных величин; Расчеты по второму методу дают достаточно достоверные результаты, которые хорошо согласуются с данными натурных обследований.

6. В целом в работе впервые для условий вьетнамских портов сделана попытка установить предельные сроки службы железобетонных и металлических свай в набережных — эстакадах.

По результатам испытаний экспериментально установлены зоны и величины коррозионного износа и рассчитаны соответствующие значения надежности свай.

7. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования подтвердили необходимость и экономическую целесообразность своевременного проведения натурных обследований конструкций причалов, особенно во второй половине срока службы сооружения.

1. Баженов Ю.М. Критерий оценки поведения бетона в условиях жаркого сухого климата.// Бетон и железобетон, 1971, №8, с.7-9.

2. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. Изд. пере-раб. и доп. -М., 1998,768с.

3. Бондаренко В.Б. Исследования водопроницаемости бетона, связанные с его структурой и оценкой качества бетонной кладки в гидротехнических сооружениях. Дис. к.т.н. -Тбилиси, 1969,164с.

4. Болотин В. В. Статистические методы в строительной механике. Изд. 2-е. М.: Стройиздат, 1965. —279 с.

5. Болотин В. В. Долговечность конструкций при квазистационарных случайных режимах напряжений. — Инженерный сборник, т.29. М.: Изд-во АН СССР, 1960, с.30-36.

6. Болотин В. В. Изменчивость пределов прочности хрупких строительных материалов и ее связь с масштабным эффектом. — "Строительная механика и расчет сооружений", 1960, №4, с. 1-7.

7. Болотин В. В. Некоторые обобщения теории суммирования усталостных повреждений и их приложения к анализу долговечности при действии случайных сил. "Изв. высш. учебн. заведений". Сер. "Машиностроение", 1959, №8, с. 27-40.

8. Болотин В. В. Современное состояние теории надежности и статистической механики конструкций. В кн.: Проблемы надежности в строительной механике. Вильнюс, 1968, с. 7-13.

9. Болотин В. В., Гольденбрат И. И., Смирнов А. Ф. Современные проблемы строительной механики. М., Госстройиздат, 1964.132 с.

10. Ю.Бондарович Б. А. Определение коэффициента запаса прочности с учетом теории надежности. — "Транспортное строительство", 1966, №9, с. 48-49.

11. И.Будин А. Я. Эксплуатация и долговечность портовых гидротехнических сооружений. М.: Транспорт, 1974. —232 с.

12. Будин А. Я., Чекренова М. В Усиление портовых сооружений. М.: Транспорт, 1983. -170 с.

13. Беляев Б. И. Статистический метод определения нормативных напряжений для стальных конструкций. — "Строительная промышленность", 1954, №3, с. 32-37.

14. Беляев Б. И. Статистический метод расчета железобетонных конструкций. "Строительная промышленность", 1957, №8, с. 35-39.

15. Вербецкий Г.П. Прочность и долговечность бетона в водной среде. — М: Стройиздат, 1976, 123с.

16. Berges J. D., Castanheta М. Structural safety, Lisbon, Portygal, 1971, p.326.

17. Вентцель E. С. Теория вероятностей. Учеб. для вузов. -5-е изд. стер. М.: Высш., 1998. -576 с.

18. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. —2-е изд., стер. М.: Высш. шк., 2000. — 480 с.

19. Воронин П. П., Костюков В. Д. Статистические исследования физико-механических характеристик грунтов оснований и засыпок. — В кн.: Проблемы надежности в строительном проектировании. Свердловск, 1972, с. 27-33.

20. Воронин П. П., Костюков В. Д. Оценка надежности общей устойчивости причалов с экономической ответственностью. — "Транспортное строительство", 1972, №3, с. 42-44.

21. Гладков Д. И. Физико-химические основа прочности бетона. М., 1998. 260с.

22. Гонсалес П. X. Улучшение свойств гидротехнических бетонов в условиях жаркого влажного климата. Дис. к.т.н., -М., 1985,156с.

23. Грушко И.М., Ильин А.Г., Рашевский С.Т. Прочность бетонов на растяжение. -Харьков: Изд. ХГУ, 1973,168с.

24. Динь Ань Туан. Повышение стойкости железобетонных морских гидротехнических сооружений в условиях влажного жаркого климата. Дис. к.т.н.3 М.,2007,174с.

25. Динъ Дык Ньуан, Ле Ван Тхань. Построение карт технического климата Вьетнама. Ханой, 1984,96с.

26. Добролюбов Г.А, Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавками. -М.: Стройиздат, 1983, 212с.

27. Домокеев А.Г. Добавки в бетон для повышения долговечности речных гидротехнических сооружений. Дис. к.т.н., М., 1953,154с.

28. Домокеева А. И — Исследование долговечности бетонов для сборных дорожных изделий. Дис. к.т.н., — М., 1973,207с.

29. ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности методами неразрушаю-щего контроля. М.: Издательство стандартов, 1988.

30. ГОСТ 24846-81. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений. М.: Издательство стандартов, 1981.

31. ГОСТ 27002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1990.

32. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1980.

33. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1981.

34. ГОСТ 18322-78. Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1978.

35. Горюнов Б. Ф. Техническая эксплуатация портовых сооружений. М.: Транспорт, 1974. -352 с.

36. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. Пер. с англ. М.: Мир, 1965.-450 с.

37. Гуревич В. Бю Строительство гидротехнических сооружений из сборного железобетона. М., "Речной транспорт", 1961.299 с.

38. Геммерлинг А. В. Расчетные критерии предельных состояний и надежность конструкций. — "Строительная механика и расчет сооружений", 1971, №6, с. 58-60.

39. Екимов В. В. Вероятностные методы в строительной механике корабля. Л.: Судостроение, 1966. -326 с.

40. Костюков В. Д. Надежность морских причалов и их реконструкция. М.: Транспорт, 1987.

41. Костюков В. Д. Вероятностные методы расчета запасов прочности и долговечности портовых гидротехнических сооружений. М.: Транспорт, 1979. -112 с.

42. Костюков В. Д., Амбарян О. А., Колесников Г. Ф. Статистические исследования прочности шпунтовых сталей // Тр. Союзморниипроекта, 1973. Вып. 33 (39). С. 82-85.

43. Костюков В. Д. Уваров JL А. Оценка надежности причальных сооружений // Вопросы совершенствования конструкций морских береговых сооружений. М.: Транспорт, 1984. С. 17-23.

44. Костин И. В. Эксплуатационнная надежность причальных сооружений свайного типа. Дис. к.т.н., М.,2001,183с.

45. Кузнецов В. Б. Вероятаостно-статистический подход к расчету заглубленных подпорных сооружений // Тр. ЛИВТ, вып. 129. Л.: Транспорт, 1972.

46. Kostukov V. D. Reliability caculations for structural design. 27-th International Navigation Congress. Section П. Subjekt 3. Osaka—May 1990.

47. Кричевский А.П. Температурно-усадочные деформации бетона при повышенных температурах. // Бетон и железобетон, 1980, №1, с.23-24.

48. Красильников К.Г., Никитина Л.В., Скоблинская Н.Н. Физико-химия собственных деформаций цементного камня. -М.: Стройиздат, 1980, 256с.

49. Лычев А. С. Вероятностные методы расчета строительных элементов и систем. Мю: «Ассоциация строительных высших учебных заведений»,1995.-142 с.

50. Москвин В.М. Гидрофобизация как средство повышения стойкости бетона. //Бетон и железобетон. 1983, № 8. с. 7- 9.

51. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. — М.: Стройиздат, 1980, 535с.

52. Москвин В. М. Бетон для морских гидротехнических сооружений. Гос-стройиздат, 1949.

53. Москвин В. М. Обследование состояния портов. Госстройиздат, 1949.

54. Нгуен Ван Ви. Сроки эксплуатации причалов с учетом их физического и морального износа. Дис. к.т.н., М., 1994,111с.

55. Нгуен Дык Тханг. Повышение эксплуатационных свойств монолитного бетона в условиях влажного жаркого климата Вьетнама. Дис. к.т.н. М.,2001,191с.

56. Нгуен Мань Хонг. Повьппение стойкости монолитного железобетона в условиях приморского влажного жаркого климата. Дис. к.т.н., -М., 2003, 152с.

57. Нгуен Тиен Дик. Особенности твердения бетона в условиях жарко-влажного климата /применительно к условиям Вьетнама/. Дис. к.т.н., -М., 1981, 175с.

58. Нгуен Тхань Банг. Повьппение водонепроницаемости бетонного покрытия гидротехнических плотин в условиях влажного жаркого климата. Дис. к.т.н., М., 2006, 156с.

59. Нгуен Тхук Туен. Исследование прочности мелкозернистых бетонов при растяжении в условиях Вьетнама. Дис. к.т.н., -М., 1971, 156с.

60. Павлов Ю. А. Расчет надежности железобетонных конструкций в неустойчивых областях распределений прочности и усилий. Куйбышев, 1973.

61. Паталей Е. М., Поляков А. Н. Защита от трещинообразования железобетонных свай-оболочек в зоне переменного горизонта воды в суровых климатических условиях //Тр. ВНИИ транш, стр-ва. М.: 1974, вып 78. С.44-47.

62. Полевой А. П. Объем и вес грузов, перевозимых морем. М.: Морской транспорт, 1958.—211 с.

63. РД 31.35.10-86. Правила технической эксплуатации портвых сооружений и акваторий. М.: В/О «Мортехинформреклама», 1986. -201 с.

64. РД 31.3.4-97. Положение об организации технического контроля гидротехнических сооружений морского транспорта. М.: Союзморниипроект, 1997.-50 с.

65. РД 31.3.3-97. Руководство по техническому контролб гидротехнических сооружений морского транспорта. М.: Союзморниипроект, 1997. —185 с.

66. РД 31.3.01.01-93. Руководство по технологическому проектированию морских портов. Департамент морского транспорта Министерства транспорта РФ. М.: Союзморниипроект, 1993. -276 с.

67. Ржаницын А. Р. Определение коэффициента безопасности при изменяющихся во времени случайных нагрузках и прочности. М., 1971.

68. Ржаницын А. Р. Определение коэффициента безопасности при изменяющихся во времени случайных нагрузках и прочности. М., 1971.

69. Садовский А. А. Труды Закавказского института сооружений. Сб. «Бетон в море». Тбилиси, 1932.

70. Самарин В. Ф. Портовые гидротехнические сооружения. М.: Транспорт, 1992.

71. Смирнов Г. Н., Б. Ф. Горюнов, Е. В. Курлович и др. Порты и портовые сооружения. Учеб. для вузов. М.: Стройиздат, 1993. -639 с.

72. Смирнов Н. А., Никонов А. В. Эффективная защита железобетонных элементов морских гидротехнических сооружений от агрессивных воздействий морской воды // Тр. Ленморниипроекта. Вып. 7. С. 23-27.

73. Смирнов Н. А., Шильников В. В. Коррозия металлоконструкций морских портовых сооружений и мероприятия по борьбе с ней // Тр. . Ленморнии-проекта. Вып. 7. С. 35-40.

74. Смирнов Н. А. Условия службы и мероприятия по повышению долговечности морских гидротехнических сооружений // Тр. ВНИИ трансп. стр-ва. М.: 1974. Вып 79. С. 23-30.

75. Снаркис Б. И. К статистико-экономическому обоснованию запасов несущей способности конструкций. Вильнюс, 1963.

76. Спектральный метод расчета волнового режима и его использование в гидротехническом строительстве. Под. ред. Ю. М. Крылова. М.: Транспорт, 1969. -136 с.

77. СНиП П-А. 10-71. Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования. М.: Госстройиздат, 1972.

78. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). / Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1983.-39 с.

79. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции / Госстрой России. М.: ГУПЦПП. 2001. -76 с.

80. Стрелецкий Н. С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. Мю: Стройиздат, 1947.

81. Стрелецкий Н. С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям. М.: МИСИ, 1966. -58 с.

82. Тарасов Н. И. Биология моря и флот. Военмориздат, 1943.

83. Тихонов М. К. Коррозия и защита от коррозии морских сооружений из бетона и железобетона. Издательство академии наук СССР. М.: 1962.

84. Удовиченко В. Н., Яковлев П. И. Морские и речные гидротехнические сооружения. М.: Транспорт, 1976. -416 с.

85. Указания по проектированию морских причальных сооружений. ВСН 36-7 /ММФ. М.: Союзморниипроект, 1963. -131 с.

86. Чирков В.П. Прикладные методы теории надежности в расчетах строительных конструкций // М.: Маршрут, 2006, 620 с.

87. Шварцман Д. А., Зеленский В. С., Дубовский М. П. Реконструкция причальных сооружений с применением экранированных надстроек // Трансп. стр-во, 1982, №6. с. 16-19.

88. Шихиев Ф. М., Школа А. В. Принципы расчета надежности портовых гидротехнических сооружений. -В кн.: Морские порты. Одесса. Транспорт, 1970.

89. Шор Я. В., Кузьмин Ф. И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М.: Сов. радио, 1968. -283 с.

90. ЮнгВ. Н. Цемент. №10.1947.

91. Улановский И. Б. Исследование процессов коррозии и защиты металлов в морской воде в условиях обрастания. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических хим. наук. М., 1969.

92. Ханларова А. Г. Коррозия и защита морских нефтепромысловых гидротехнических сооружений. В кн.: Коррозия и защита металлов в морских условиях. Баку. 1974. с.35-40.

93. Шмидт В.А. Стойкость бетона к циклическому увлажнению и высыханию в натурных условиях сухого и жаркого климата. //Строительство и архитектура Узбекистана, 1970, № 6, с. 5-7.

94. Lam Khai Binh . Хас suat Thong ke va qui hoach thuc nghiem. Ha noi 1993, 200p.// Вероятность и планирование.- Ханой, 1993,200с.

95. Nguyen Вас Van. Хас suat va so lieu thong ke . Nha xuat ban giao due. 1996, 168р.// Вероятность и планирование. Ханой, 1996,168с.98 .Nguyen Canh Quy hoach thuc nghiem - 2000, 158р. (Нгуен Кань - Планирование эксперимента — 2000, 158с.).

96. Nguyen Tan Quy, Phan Duy Huu, Nguyen Thuc Tuyen. Giao trinh thi nghiem VLXD. Nha xuat ban dai hoc va trung hoc chuyen nghiep.//HryeH Тан Куи, Фам Зуи Хыу, Нгуен Тхук Туен. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов.

97. TCVN 4088 1985. So lieu khi hau dung trong thiet ke xay dung. - Ha noi, NXB Xay dung, 1987, 208П\(Вьетнамский ГОСТ 4088 - 1985. Климатические данные для проектирования в строительстве. - Ханой, Стройиздат, 1987,208с.)

98. Tuyen tap tieu chuan xay dung cua Viet nam. Hanoi 1987// Proceedigs of Vietnam construction standards// Вьетнамский строительный стандарт. Ханой, 1987.

99. Фам Ван Тхы. Резервы эксплуатационной надежности причалов типа больверк. Дис. к.т.н., М., 1993,99с.

100. Фам Ван Зап-Фан БакЧау-Нгугн Нгок Гуе. Море и морской порт мира. Изд. Строительство . Ханой, 2002.

101. Буй Тхэм -Као Ким Фуг. Река и речной транспорт Вьетнама .Изд.Транспорт., Ханой, 1996.