автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Контроль качества сборных железобетонных конструкций на основе интегральной оценки их надежности

РГВ од

- з яня ?пг£)

На правах рукописи

Дудина Ирина Васильевна

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ИХ НАДЕЖНОСТИ

Специальность 05.23.01 - «Строительные конструкции, • здания и сооружения»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

Работа выполнена на кафедре «Строительные конструкции» Братского л сударственного технического университета.

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Тамразян А.Г.

доктор технических наук, профессор Пирадов К.А. кандидат технических наук Сухов Ю.Д.

Проектно-технологический институт, г. Братск

Защита состоится « 3/у> 2000г. в /¿Гчасов 3& мин, к

заседании диссертационного совета Д 053. 11. 01 в Московском государственно строительном университете по адресу:

113114, Москва, Шлюзовая наб. 8, ауд. ¿2-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГСУ.

Автореферат разослан « се^лТЗг-^Я^ 2000г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, профессор Фролов А.К.

Н62В .2 -~Чс.-~5, О

Актуальность работы. Современное состояние науки и техники в ка-;тве основной технико-экономической проблемы строительства выдвигает не-содимость решения задачи по управлению его качеством, т.е. получения изде-\ и конструкций с определенными характеристиками, что позволит с макси-тьным эффектом использовать их потенциальные возможности, обеспечивая :плуатационную надежность зданий и сооружений. Важнейшее место в реше-г! этой проблемы занимает создание системы технологического контроля и давления качеством, обеспечивающей управление основными этапами техноло-гесКого процесса изготовления деталей и конструкций.

Главной задачей системы приемочного заводского контроля при производ-;е сборных железобетонных конструкций является обеспечение их надежности \ минимальных затратах. С этой целью на заводах ЖБИ в соответствии с дей-.ующими стандартами ведется текущий контроль отдельных показателей качена (геометрические параметры конструкции, характеристики прочности и де-рмативности материалов, идущих на изготовление конструкций и т. д.), однако результатам текущего контроля отдельных показателей вывода о надежности гструкций в целом не делается. Поэтому на заводах ЖБИ с целью проверки плуатационной пригодности проводят периодические контрольные испытания ■урных конструкций на контрольную нагрузку, больше расчетной (ГОСТ 8829. Но действующая система контроля недостаточно учитывает технологическую 1енчивость конкретного производства, а поэтому не обеспечивает выпуск про-;ции с заданными потребительскими свойствами, т.е. не гарантирует надежно-[ всей партии выпускаемых изделий. Под надежностью в данной работе пони-:тся вероятность безотказной работы конструкций при кратковременных испы-:иях.

Следует также отметить, что стоимость проведения испытаний при кон->ле отдельных показателей качества гораздо ниже, чем стоимость проведения ггрольных испытаний самих конструкций. Актуальна в связи с этим задача ин-ральной оценки надежности конструкций по результатам дифференцированно-контроля отдельных показателей качества. Эта задача может быть выполнена ько с использованием вероятностных методов расчета, которые позволяют ¡сменно обобщать влияние технологических параметров и их изменчивости на ребительские свойства выпускаемой продукции. Применение такой системы [троля позволит накопить достаточное количество информации о контроли-мых характеристиках по каждому показателю качества, оперативно вычислять ЭВМ оценку показателя надежности конструкций в целом, сделать вывод о це-ообразности применения некоторых положений существующего контроля, а же по мере накопления информации о числе принятых и забракованных пар-[, обоснованно определять возможные резервы снижения материалоемкости [струкций. Испытания нагружением в этом случае становятся контрольными : проверки добросовестности исполнения принятой ОТК продукции и могут гь значительно сокращены по сравнению с нормативными требованиями.

В связи с необходимостью выполнения вероятностных расчетов при опре-ении показателей надежности конструкций на стадии изготовления важными

являются исследования, посвященные выбору оптимальной расчетной модели, проверке:ее адекватности фактическому напряженно-деформированному состоянию конструкций, а также исследование значимости технологических факторов и влияния их изменчивости на эксплуатационную пригодность конструкции, что особенно актуально для управления качеством выпускаемой продукции и для создания АСУТП на заводах ЖБИ.

Цель диссертационной работы. Разработка методики заводского приемочного контроля качества сборных железобетонных конструкций на основе автоматизированного ежесменного способа интегральной оценки их надежности В соответствии с целью работы решались следующие задачи:

- разработка критериев эксплуатационной пригодности основной номенклатурь: сборных железобетонных конструкций на стадии изготовления;

- разработка на основе выбранных расчетных моделей вероятностных алгоритмов и программ для ЭВМ по оценке начальной безотказности плит и балок;

- проведение экспериментальных исследований и сопоставление результатов автоматизированного способа оценки эксплуатационной пригодности конструкций с испытанием по ГОСТ 8829-94;

- определение коэффициентов значимости контролируемых параметров и оценка их влияния на начальную безотказность конструкций;

- разработка рекомендаций по процедуре и регламенту автоматизированной системы приемочного контроля качества сборных железобетонных конструкций;

- внедрение результатов разработки автоматизированной оценки эксплуатационной пригодности железобетонных конструкций заводского изготовления.

.. Научную новизну составляют:

- новый интегральный подход к разработке автоматизированного способа оценки надежности 'Железобетонных конструкций на стадии изготовления по результатам ежесменного технологического контроля;

- методика разработки и обоснование применения вероятностных алгоритмов оценки надежности исследуемых конструкций применительно к разным расчетным моделям, в том числе, учитывающим нелинейные свойства железобетона, и их реализация в программах для ЭВМ;

- расчетные и экспериментальные данные при оценке изменчивости контролируемых параметров и учет их влияния на начальную безотказность преднапря-женных балок и ребристых плит со смешанным армированием;

- разработанная методика приемочного контроля качества сборных железобетонных конструкций, которая позволяет на основе интервальной статистической оценки технологических параметров, более достоверно определять эксплуатационную пригодность конструкций;

Практическое значение работы. Переход на новую автоматизированную систему неразрушающего контроля конструкций заводского изготовления

- позволяет сократить объем испытаний конструкций нагружением в 6... 10 раз;

- позволяет учитывать изменчивость технологического процесса и ежесменно давать интегральную оценку эксплуатационной пригодности выпускаемой продукции;

- создает предпосылки для автоматизированного управления всем технологическим процессом;

- дает возможность научно обоснованно решать вопросы материалоемкости конструкций.

Автор защищает:

- вероятностный подход к ежесменной интегральной оценке эксплуатационной пригодности сборных железобетонных конструкций заводского изготовления с учетом изменчивости технологических параметров;

- обоснование критериев эксплуатационной пригодности основной номенклатуры сборных железобетонных конструкций на стадии изготовления;

- результаты экспериментальных исследований при проведении натурных испытаний разных типов железобетонных конструкций;

- методику интервального способа оценки начальной безотказности сборных железобетонных конструкций на базе накопленной статистической информации по контролируемым параметрам;

- регламент системы приемочного контроля качества сборных железобетонных конструкций.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены:

- на комбинате "Братскжелезобетон" (автоматизированный контроль качества плит в 1997-1998 г., балок - в 1998-2000 г.). Годовой экономический эффект составил на комбинате 2150 тыс. руб.;

- при разработке пакетов программ по оценке начальной безотказности следующих железобетонных конструкций: плит покрытий и перекрытий - «PLATTE», балок и ригелей - «ВALKA», дорожных и аэродромных плит - «CREADOR».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены:

- на кафедре Строительных конструкций БрГТУ, г. Братск (1997-2000 гг.);

- на ежегодных научно-технических конференциях БрГТУ, г. Братск (1997-2000 гг.);

- на научно-технических конференциях (1997-1999 гг.) НГАСУ в г.Новосибирске;

- на Международном конгрессе "Ресурсосберегающие и энергосберегающие технологии реконструкции и нового строительства" в г.Новосибирске, 1998 г.;

- на конференции молодых ученых в области бетона и железобетона в НИИЖБе, г. Москва, 1998 г.

- на кафедре ЖБиКК МГСУ, г. Москва, 2000 г.

Работа экспонировалась на выставке-ярмарке "Наука, производство, новые технологии", которая состоялась в апреле 1999 г. в г. Иркутске.

Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников, включающего 128 наименований и содержит 199 страниц, в том числе 52 рисунка, 23 таблицы, 2 приложения. Экспериментальная часть работы выполнена на комбинате "Братскжелезобетон".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и необходимость разработки системы приемочного заводского контроля качества сборных железобетонных конструкций на основе ежесменного автоматизированного способа интегральной оценки их надежности. Приведены общая характеристика работы и ее основные положения.

В первой главе изложено состояние вопроса и сформулированы задачи исследования. Рассматривается существующее положение с контролем качества и оценкой эксплуатационной пригодности сборных железобетонных конструкций при их изготовлении, показано, что испытания конструкций нагружением являются экономически невыгодными, особенно для больших заводов, специализирующихся на выпуске обширной номенклатуры изделий.

Таблица 1

Годовая стоимость изготовления и испытания

разных видов испытанных конструкций__

Наименование конструкций Требования по объему испытаний конструкций, шт. Количество испытанных конструкций за 1 год, шт. Стоимость, тыс. руб. Суммарная стоимость, тыс. руб.

Испытанных конструкций Испытаний

Фермы 2 5 5.063 7,480 12,543

Балки 8 8 5.032 6,480 11,512

■ ■ Ригели 36 16 3.072 7,904 10,976

Плиты: ребристые, м:

1,5x6 83 16 1.552 12,800 14,352

Зхб 16 7 0.959 5,884 6,843

1,5x12 3 2 0.576 1,682 2,258

3x12 2 2 0.778 1,870 2,648

пустотные:

ПК 4,5-64-24 90 90 15,534 42,030 57,564

ПК 8-59-12 92 70 5,495 32,690 38,185

ПК 8-28-28 63 40 2,976 14,960 17,936

ПК 8-28-15 18 12 0,564 3,924 4,488

сплошные 90 27 4,85 17,655 21,840

дорожные ПДН 156 22 2,915 12,342 15,257

Наружные стековые панели 321 16 3,952 10,112 14,064

Доборные элементы 131 48 8,496 22,416 30,912

Трубы 30 6 0,546 2,298 2,844

Оголовки 25 8 0,944 1,120 2,064

Приставки ЛЭП 166 12 1,560 2,244 3,804

Всего 1332 417 64,199 205,891 270,090

Согласно представленной в таблице 1 информации, годовые затраты на испытания 417 конструкций на комбинате Братсюкелезобетон, включая стоимость их изготовления, составили 270,09 тыс.руб. (в ценах 1990 г.), или 0,66% себестоимости. Если бы испытания проводились в полном объеме согласно требований ГОСТ 8829-94, то требовалось бы провести испытания 1332 конструкций с увеличением затрат до 880 тыс.руб и себестоимости до 2,2%.

В связи с этим закономерным является развитие неразрушающих интегральных методов контроля качества железобетонных конструкций. Одним из таких методов является предложенный на комбинате "Братскжелезобетон" способ оперативной оценки начальной безотказности преднапряженных ребристых плит с помощью ЭВМ, который обобщает ежесменные результаты технического контроля, заменяя испытания нагружением расчетом на вероятностной основе. Учитывая эффективность данного способа оценки эксплуатационной пригодности конструкций, правомерно возникает необходимость о разработке новой системы автоматизированного приемочного контроля железобетонных конструкций заводского изготовления на основе интегральной оценки юс надежности.

• Анализ методов оценки надежности конструкций и их практической реализации позволяет установить два основных аспекта их применения: они в основном относятся либо к вопросам проектирования, либо к разовым оценкам надежности выпущенной продукции. Закономерно распространение вероятностных методов оценки надежности на процесс изготовления железобетонных конструкций с использованием расчетной модели, по которой осуществляется их проектирование.

Общие принципиальные вопросы применения вероятностных методов к анализу надежности сооружений получили развитие в фундаментальных исследованиях В.В Болотина, А.Р Ржаницына, В.Д. Райзера. Значительный вклад в совершенствование методов расчета надежности конструкций внесли отечественные ученые: Б.И. Беляев, А.Я. Дривинг, О.В. Лужин, A.C. Лычев, М.Б. Краковский, А.П. Кудзис, Н.Н Складнев, Ю.Д. Сухов, С.А. Тимашев, В.П. Чирков и др. Из зарубежных исследований следует отметить работы Аугусти Ф., Баратта А., Кашиати Ф., A.M. Фрейденталя, Дитлевсена и др.

Положенная в основу автоматизированной системы приемочного контроля вероятностная оценка начальной безотказности конструкций осуществляется на .момент завершения технологического цикла их изготовления и совпадает по времени с режимом окончания тепловой обработки, а для преднапряженных конструкций - с передачей усилия с арматуры на бетон. Для определения показателей надежности конструкций предварительно устанавливаются контрольные нормативы по прочности, жесткости, трещиностойкости при кратковременном нагру-жении и статистические характеристики, получаемые в результате ежесменного технологического контроля.

Кроме того, необходимо выполнить выбор оптимальной расчетной модели железобетонных конструкций, на основе которой базируется вероятностный алгоритм, поскольку это во многом определяет эффективность системы контроля. Учитывая, что дальнейшее совершенствование теории железобетона направлено на сближение расчетной и физической моделей, необходимо для более точной

оценки НДС производить расчеты конструкций с учетом нелинейности деформирования, в том числе, и на вероятностной основе.

Во второй главе на основе теоретических исследований разработана методика обоснования критериев эксплуатационной пригодюсти основных типов железобетонных конструкций заводского изготовления (плат, балок, ферм, стеновых панелей и колош), алгоритм дискретной модели, учитывающей нелинейные свойства железобетона, вероятностные алгоритмы оценки надежности на основе разных расчетных моделей и их реализация на ЭВМ.

В основе критериев оценки надежности конструкций на стадии изготовления лежит построение по результатам испытаний отдельных показателей качества (компонент) точечных и интервальных оценок вероятности безотказной работы по каждому предельному состоянию конструкции и сравнение их с односторонними требованиями к надежности (когда задается лишь один требуемый уровень показателя надежности Рт).

В общем виде условие пригодности конструкции можно представить в виде:

; Р(Г0)-Р(К>Ра)>Рт, (1)

где Р(Р„) - вероятность безотказной работы для заданного значения расчетного параметра Т0; Л - величина действительного значения параметра.

В зависимости от типа конструкций и особенностей ее работы при силовом воздействии (ГОСТ 8829-94) общий критерий разбивается на ряд отдельных показателей надежности: по прочности бетона в момент обкатия - Но; по прочности нормальных и наклонных сечений - Н}', по жесткости - Д?; по трещиностойкости -Н3.

Точечная оценка (Р) может считаться истинным значением параметра лишь при достаточно представительных (больших) объемах выборок. При малых объемах выборки, что чаще всего и имеет место при производственном контроле, необходимо учитывать разброс точечной оценки, что приюдит к задаче построения

нижней доверительной границы (НДГ) уровня у для вероятности безотказной работы Рг. Если нижняя доверительная граница вероятности безотказной работы

- Л

Р_г < Рт и точечная оценка Р <Рт, то партия изделий бракуется.

Важным вопросом является обоснование и назначение уровней надежности конструкций, определяющих их материалоемкость. Выполненные исследования показали, что для конструкций с неэкономической ответственностью (балок, плит) требуемые уровни надежности рекомендуется принимать следующими при уровне у=0,9:

- при оценке прочности [#;]=(),9986;

- пожесткости и трещиностойкости [Дг]=[Яз]=0^0;

- по прочности бетона в момент обжатия [//"О]=0,95.

При обосновании выбора оптимальной расчетной модели для исследуемых преднапряженных балок и ребристых плит со смешанным армированием к рассмотрению были приняты две модели, реализующие метод сечений: расчет по СНиП 2.03.01-84* и по дискретной модели, учитывающей реальные диаграммы деформирования материалов, которая была предложена Н.И. Карпенко, В.Н. Байковым, Б.С. Расторгуевым и Т. А. Мухамедиевым.

При расчете по дискретной модели учет физической нелинейности работы конструкций производится с помощью математического описания диаграмм деформирования арматуры, бетона и применения шагово-итерационного метода, реализующего способ упругих решений. Идея метода состоит в том, что решение нелинейной задачи получается в виде последовательности решений линейных задач, сходящихся к результату. Условия равновесия внешних и внутренних сил при любом загружении записываются в виде:

и

где {Т^} = , Мх, Му }Т - вектор-столбец внешних сил, принимаемый в зависимости от схемы загружения; -{Е2,кхЛу[- вектор-столбец деформаций, являющихся функцией внешних сил и геометрических параметров сечения - матрица жесткости для нормального сечения, являющаяся функцией и 5.

Процесс появления трещин в конструкции и их развитие приводит к изменению НДС элемента. Критерием образования нормальных трещин в элементе

■ +

считается превышение деформаций в нем е^ - предельные деформации бетона при уровне напряжения 0,75 в области ниспадающего участка диаграммы растяжения бетона. При этом расчетная схема элемента заменяется некоторой упрощенной моделью, которая заключается в следующем:

1. Напряжения бетона в трещине практически равны нулю, и все усилия передаются на арматуру.

2. Напряжения в сечении с трещиной связываются со средними относительными деформациями на участке между трещинами, т.е. в части сечения с трещиной диаграмма свободной арматуры а5 - 83 заменяется на диаграмму а5 - б5т с учетом трансформации при образовании трещин.

3. Условие совместности деформаций арматуры и бетона считается справедливым только в зонах элемента без трещин; в зонах с трещинами это условие нарушается и заменяется схемой сцепления арматуры с бетоном по предложению В.И. Мурашева.

При расчете изгибаемых предварительно напряженных конструкций на первом этапе определяют самоуравновешенное напряженно-деформированное состояние конструкций после отпуска предварительно напряженной арматуры. Усилие обжатия при этом рассматривается как внешняя сжимающая сила. Дальнейший расчет сводится к расчету предварительно напряженных конструкций на

внешнюю нагрузку с начальными напряжениями в арматуре C7spi и в бетоне (Jbp-■ Результаты расчета на каждом этапе являются исходными данными для следующего этапа расчета. Корректировка модуля деформаций происходит на каждом шаге и для каждого дискретного элемента по диаграммам деформирования материалов. Полные деформации арматуры и бетона для соответствующего элемента определяются суммированием деформаций на предыдущем этапе и приращением деформаций, полученных на данном этапе.

Критерием выхода из итерационного цикла принято относительное средне-квадратическое приращение элементов вектора деформаций на двух смежных итерациях на величину не более Д=0,001. Процесс последовательных решений системы уравнений (2) с процедурой уточнения значений матрицы жесткости [R] на каждом этапе продолжается до тех пор, пока разница между результатами решения, полученного на данном и предыдущем этапах приближения не будет достаточно малой. При этом расчеты показывают, что для сходимости решения необходимо от 10 до 30 итераций.

Обзор аналитических зависимостей по описанию диаграмм деформирования бетона и арматуры с анализом их положительных и отрицательных сторон проведен в работах В.Н. Байкова, В.М. Бондаренко, C.B. Бондаренко, Ю.П. Гущи, A.A. Гвоздева, A.C. Залесова, О.Ф. Ильина, Н.И Карпенко, С.А. Мадатяна, Л.Р. Маиляна, К.В. Михайлова, Т.А. Мухамедиева, В.М. Митасова, А.Н. Петрова, Б.С. Расторгуева, P.C. Санжарского, И. А. Узуна и др. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований был сделан вывод о том, что применительно к дискретной расчетной модели более целесообразной является аппроксимация диаграмм деформирования бетона и арматуры с помощью секущих модулей. Данный способ позволяет получить исходные диаграммы при кратковременных испытаниях стандартных образцов и трансформировать их с учетом воздействия различных факторов.

На основе рассмотренной модели были разработаны программы по расчету преднапряженных балок и ребристых плит со смешанным армированием (SARDI) в среде Visual Basic. Как показывают результаты выполненного численного эксперимента, оценка НДС конструкций со смешанным армированием с учетом реальных диаграмм деформирования материалов дает возможность обоснованно решать выбор ненапрягаемой арматуры в зависимости от класса напрягаемой арматуры и величины ее преднапряжения.

Учитывая особенности выбранных расчетных моделей, целесообразно для разработки вероятностного алгоритма по модели СНиП 2.03.01-84* использовать метод линеаризации функций и статистического моделирования (Монте-Карло), а для дискретной модели в силу ее нелинейности - только метод статистического моделирования. При выполнении вероятностных расчетов по СНиП 2.03.01-84* было установлено, что вероятностные методы на основе линеаризации функций и статистического моделирования (при числе разыгрываний п=5000.. .10000) имеют примерно одинаковую точность, соответствующую инженерным расчетам.

На основании вероятностных методов написаны и зарегистрированы в РосАПО программы по оценке надежности:

- плит покрытий и перекрытий (PLATTE);

- балок и ригелей (BALKA);

- дорожных и аэродромных плит (CREADOR).

В третьей главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований ребристых плит со смешанным армированием и преднапряженных балок покрытия.

Целью экспериментальных исследований явилась проверка адекватности принятых расчетных моделей по описанию фактического НДС исследуемых конструкций, получение данных об изменчивости контролируемых параметров (прочностных и деформативных характеристик арматурной стали, бетона, геометрических параметров, уровня преднапряжения арматуры и т.д.), проверка достоверности интегральной оценки эксплуатационной пригодности конструкций, полученной на основе вероятностных расчетов.

Для проведения экспериментальных исследований были испытаны пять типов ребристых плит со смешанным армированием (13 шт.) и три типа преднапряженных балок покрытия с параллельными поясами пролетом 12 м (11шт.) серии 1.462.1-1/81. Исследование ребристых плит со смешанным армированием вызвано производственной необходимостью замены одного класса арматуры, ввиду ее отсутствия, другим классом и диаметром. Замена арматуры осуществлялась на основании вероятностного расчета по разработанной программе оценки начальной безотказности плит (PLATTE). Эта идея была реализована и внедрена на комбинате "Братскжелезобетон". Для более точной оценки НДС этих плит был использован расчет с учетом реальных диаграмм деформирования материалов по программе «SARDI».

Испытания конструкций проводились в соответствии с ГОСТ 8829-94, при этом оценивались перемещения опор, прогиб в трех сечениях, линейные деформации в четырех уровнях. Для получения полной диаграммы сжатия бетона с нисходящей ветвью испытания призм, изготовленных совместно с конструкциями, проводились на типовом прессе, оснащенном упругими элементами. Испытания стали на растяжение проводились в состоянии поставки с фиксацией Es, <7se¡, Щ2, osw ôp. Контроль за величиной предварительного напряжения осуществлялся приборами ИПН-7, ИПН-8.

При обработке результатов испытаний бетона и арматуры были использованы способы, которые удобно реализовать в расчетах по выбранной расчетной модели. К ним относятся в первую очередь описание диаграмм бетона и стали с помощью секущих модулей и сплайн-функций третьего порядка. Для проверки адекватности принятых способов описания диаграмм деформирования материалов были построены для них границы доверительных интервалов при обеспеченности 0,98 с учетом нормального закона распределения этих характеристик.

По итогам испытаний установлено, что аппроксимация диаграмм бетона и арматуры с помощью обоих способов дает достаточную сходимость с экспери-

Таблица 2

Экспериментальные и расчетные характеристики прочности, жесткости,

Марка конструкции Чш Предельная нагрузка у Прогиб при контрольной нагрузке /,мм V Ширина раскрытия трещин при ат,мм контрольной нагрузке ———

§ X 1 & о Фактическая СНиП Дискретная модель « а 1 & £ Фактический СНиП Дискретная модель 5 X ■0 § 1 о Ьй Фактическая СНиП Дискретная модель

П ЛИ Т Ы

ЗПГ6 - 5 Ат- V 13 12.96 0.064 13.14 0.042 13.06 0.059 35 13.6 0,193 10,0 0,196 12,6 0,205 0,25 0,065 0,409 0,052 0,372 0,083 0,343

ЗПГб-бАт-У 15,5 15.2 0.056 15.83 0.049 15.655 0.052 36,5 20.2 0,143 14.7 0,158 19.7 0,162 0,25 0.12 0,38 ол. 0,39 0.13 0,36

ПГ4 - А - IV 8,6 10.8 0.042 9.75 0.032 10.42 0.036 15,5 И 0,201 2А 0,15 8^5 0,21 0,25 0 О 0 0 0.05 0,224

2ПГ12 - ЗАтп - V 8,3 8.74 0.052 8.2 0.038 8.68 0.041 28 18.5 0,162 17.2 0,177 19.2 0,183 0,25 0.06 0,15 0.06 0,19 0.08 0,26

ПАтп - V — Э2 15,6 16.96 0.058 16.2 0.051 17.0 0.048 47 39.5 0,178 37,3 0,186 39,8 0,194 0,1 0,05 0,19 0,055 0,24 0.06 0,028

БАЛКИ

2БСП12-ЗК7 146,0 187,0 0,082 174,0 0,083 184,4 0,09 33 17.2 0,212 16,8 0,183 18.4 0,210 0,1 0 0 0 0 0.03 0,17

2БСП12-5К7 165,0 225,0 0,074 216,0 0,092 228,0 0,085 38 23.0 0,190 22.4 0,196 23.9 0,205 0,1 0.04 0,18 0 0 0.05 0,21

2Б012-5П 177,0 210,0 0,071 215,2 0,086 208,2 0,078 51 26,3 0,184 25.6 0,179 26.8 0,191 0,1 0.05 0,24 0 0 0.05 0,26

Примечание: нагрузка для плит дана в кН/м , для балок в кН; V — коэффициент вариации.

ментальными данными.

Внутрипартионный разброс прочностных свойств бетона колеблется от 9,8 % до 12,6 %. Коэффициент вариации предела прочности арматуры в среднем составляет 6,14 %, модуля упругости арматуры - 3,24 %, равномерного удлинения при разрыве - 18,55 %.

Оценка адекватности расчетных моделей при описании НДС конструкций производилась по следующим показателям: величина выгиба, кинетика прогибов и трещин при кратковременном нагружении, величина предельной разрушающей нагрузки. Сопоставление показывает, что модель, основанная на применении реальных диаграмм деформирования материалов, более точна в определении выгиба. Аналитические зависимости СНиПа дают результаты выгиба ниже фактических в 1.3... 1.5 раза. Экспериментальная оценка прочности конструкций практически совпадает с расчетом по обеим моделям. Фактические отклонения попадают в диапазон естественной изменчивости (табл. 2).

При анализе кинетики прогибов испытанных конструкций (рис. 1) при кратковременном нагружении можно выделить два характерных этапа: до и после образования трещин. Первый этап заканчивается при нагрузке, близкой к контрольной по жесткости. На этом этапе распределение деформаций по сечению и развитие прогибов носят практически линейный характер, в дальнейшем развиваются значительные пластические деформации. Закономерным является то, что для зоны контроля предельного состояния по жесткости, совпадающей с началом второго участка деформирования, экспериментальные данные удовлетворительно описываются обеими моделями, попадая в границы доверительного интервала при обеспеченности 0,98. При более высоком уровне нагрузки расчетные прогибы по СНиП 2.03.01-84* становятся ниже фактических в 1,4...2,2 раза.

То же самое можно сказать о трещиностойкости: при контрольной нагрузке наблюдается удовлетворительное описание обеими моделями. При высоких уровнях нагружения расчет по СНиП занижает ширину раскрытия трещин в среднем в 1,5...2,5 раза.

Проведенные экспериментальные исследования позволяют установить, что обе рассмотренные модели удовлетворительно оценивают предельные состояния конструкций по прочности, жесткости, трещиностойкости, совпадающие с приложением разрушающей нагрузки и нагрузок контрольных по жесткости и трещиностойкости. Следовательно, правомерно использование их для оценки начальной безотказности балок и плит. Для более точной оценки НДС конструкций в стадии, близкой к разрушению, целесообразно использовать модели, базирующиеся на реальных диаграммах деформирования бетона и арматуры, особенно это важно для конструкций со смешанным армированием.

Рис. 1. График изменения прогибов и трещип для предиапряженных балок 2БСП12 - 5К7

В четвертой главе оценивается начальная безотказность испытанных конструкций по ГОСТ 8829-94 (табл. 2) и интегральным способом на вероятностной основе (табл. 3). Расчетные партионные показатели надежности, полученные по разным моделям, отличаются незначительно (расхождение составляет < 5 %). Сопоставление экспериментальных и расчетных значений оценки надежности показывает, что прочность нормальных и наклонных сечений обеспечены с большим запасом {Н[ > 0,9986). Это согласуется с высоким значением фактического коэффициента безопасности "С". Для прогноза отрицательного результата при испытаниях был использован дополнительный критерий, характеризующий вероятность неразрушения конструкций при действии контрольной испытательной нагрузки Н4. Результаты анализа (табл. 3) свидетельствуют, что, несмотря на обеспеченную надежность по прочности, вероятность отрицательного результата для плит со смешанным армированием ЗПГ6-5Ат-У, ЗПГ6-6Ат-У, 2ПГ12-ЗАтп-У достаточно высока, что подтверждается анализом испытаний обширной выборки конструкций, взятой за несколько лет.

Таблица 3

Партионные показатели надежности испытанных конструкций

Марка конструкций Н0 н, н2 н3 Н4 С

ПЛИТЫ

ЗПГ6-5 Ат-У 0,9998 0,9999 0,9999 0,9999 0,5421 1,412

ЗПГб-бАт-У 0,9999 0,9999 0,9864 0,9984 0,4849 1,402

ПГ4-А-1У 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9153 1,518

2ПГ12-ЗАтп - V 0,9996 0,9999 0,9876 0,9968 0,7612 1,425

ПАтп-У-Э2 0,9993 0,9999 0,8920 0,9080 0,9020 1,503

БАЛКИ

. 2БСП12-ЗК7 0,9975 0,9999 0,9874 0,9298 0,9988 1,58

2БСП12 - 5К7 0,9982 0,9999 0,9658 0,9321 0,9996 1,64

2Б012-5П 0,9994 0,9999 0,9865 0,9243 0,9992 1,62

Также, вероятностные расчеты выявили пониженную надежность плит со смешанным армированием ПАтп-У-Э2 по жесткости. Главной причиной в этом случае является недостаточно корректное назначение контрольного прогиба, связанное с занижением выгиба формулами СНиП 2.03.01-84*. Таким образом, выполненные вероятностные расчеты позволяют выявить недостатки при назначе-

а) по прочности при обжатии бетЬна в) по трещиностойкости

СЛ

б) по прочности нормального сечения г\ по жесткости

Рис.2. Влияние изменчивости контролируемых параметров на показатели надежности преднапряженных балок 2БСП12-ЗК7

нии контрольных нормативов, особенно для конструкций со смешанным армированием.

Кроме того, выполненные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что для более точной оценки изменчивости технологического процесса необходимо использовать интервальный метод оценки показателей надежности, который позволяет учитывать накопленную априорную информацию по каждому контролируемому параметру за определенный промежуток времени. Обработка статистической информации предусматривает при этом:

- вычисление несмещенных выборочных оценок для математического ожидания и дисперсии;

- проверку однородности дисперсии;

- определение по мере накопления информации параметров априорного распределения.

Таким образом, оценка надежности конструкций должна производиться по результатам контроля малой ежесменной выборки, с учетом которой корректируется накопленная априорная информация по каждому контролируемому параметру.

Следует отметить также, что вероятностные расчеты позволяют установить коэффициенты весомости контролируемых параметров и оценить влияние их изменчивости на показатели надежности. Результаты моделирования влияния изменчивости наиболее значимых факторов на показатели надежности преднапря-женных балок показаны на рис. 2. При контроле качества железобетонных конструкций заводского изготовления для получения достоверных результатов об их эксплуатационной пригодности необходимо уделять повышенное внимание регистрации отклонений тех параметров, которые в большей мере влияют на надежность конструкций.

Разработаны конкретные рекомендации по процедуре и регламенту системы приемочного контроля железобетонных конструкций заводского изготовления на основе интегральной оценки их надежности по ежесменным результатам испытаний отдельных параметров. Получаемая ежесменно интегральная оценка эксплуатационной пригодности должна являться основанием для приемки и паспортизации изделий.

Включение ЭВМ в производственный процесс позволяет не только оценивать отдельные показатели и их изменчивость, но и регулировать весь технологический процесс, добиваясь заданных параметров. Появляется возможность перехода от автоматизации отдельных технологических операций к автоматизации управления технологического процесса производства железобетонных конструкций, подчиненных обеспечению главного потребительского показателя — надежности - с минимальными затратами.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные экспериментальные и теоретические исследования подтвердили -эффективность вероятностного интегрального подхода к разработке автоматизированной системы контроля качества сборных железобетонных конструкций, которая позволяет обобщать все виды ежесменного производственного контроля и завершать тем самым стадию изготовления конструкций.

2. Для разработки автоматизированной системы контроля качества основных типов железобетонных конструкций (плит, балок, ферм, стеновых панелей, колонн) были предложены рекомендации по определению критериев эксплуатационной пригодности исследуемых конструкций и обоснованию для них нормативных уровней надежности.

3. Разработанные для оценки надежности вероятностные алгоритмы на основе разных расчетных моделей и написанные программы для ЭВМ (PLATTE, В ALKA, ÑADI) позволяют выполнить анализ их адекватности по описанию фактического напряженно-деформированного состояния преднапряженных балок и ребристых плит со смешанным армированием при кратковременном загружении и оценить их предельные состояния по прочности, жесткости, трещиностойкости.

4. Выполненные экспериментальные исследования показывают:

- принятая дискретная модель на основе диаграмм деформирования материалов удовлетворительно описывает напряженно-деформированное состояние исследуемых конструкций во всем диапазоне нагружения, модель норм - только в зоне контроля лредельного состояния II группы (при нагрузке, близкой к нормативной) и на стадии разрушения;

. - автоматизированный ежесменный способ контроля качества сборных железобетонных конструкций на основе интегральной оценки их надежности обладает такой же достоверностью, что и испытания натурных конструкций нагружением.

5. Разработаны рекомендации по применению вероятностных алгоритмов на основе разных расчетных моделей. При существующем критерии контрольной нагрузки-по жесткости и трещиностойкости оптимальным для внедрения на заводах ЖБИ является вариант оценки начальной безотказности железобетонных конструкций на основе СНиП 2.03.01-84*. Вероятностные расчеты на основе моделей, учитывающих нелинейные свойства деформирования материалов, более эффективны для решения производственных оптимизационных задач, в частности, для рационального выбора ненапрягаемой арматуры в зависимости от напрягаемой и уровня ее преднапряжения в конструкциях со смешанным армированием. Вероятностные расчеты по обеим моделям рекомендуется использовать в качестве четких критериев для определения контрольных нормативов.

6. Для более точного учета стабильности технологического процесса при оценке начальной безотказности железобетонных конструкций разработана методика интервальной оценки изменчивости контролируемых параметров с учетом накопленной априорной статистической информации.

7. Разработаны рекомендации и регламент, связанный с процедурой автоматизированного ежесменного способа контроля качества железобетонных конструкций заводского изготовления.

8. Внедрение автоматизированной системы контроля качества железобетонах конструкций заводского изготовления создает следующие преимущества:

- снижает в 6... 10 раз объем испытаний конструкций нагружением, делая их тестовыми для проверки добросовестности исполнения, что является особенно актуальным при строительстве мини-заводов ЖБИ, не оснащенных испытательными полигонами и цехами;

- по мере накопления статистических данных выявляет резервы снижения материалоемкости, обусловленные значительным превышением фактических показателей надежности над нормативными.

- позволяет выполнить проверку значимости технологических параметров и оценить их влияние на показатели надежности конструкций, благодаря чему при использовании метода аналитического прогнозирования создаются предпосылки для разработки и внедрения АСУТП.

Годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной системы еразрушающего контроля качества сборных железобетонных конструкций на омбинате "Братскжелезобетон" составляет 2,4% от себестоимости выпущенной родукции.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Коваленко И.В., Коваленко Г.В., Сорока М.Д. Особенности испытания бе-она для получения диаграммы деформирования // Сборник трудов XIX н.т.к. рИИ.-Братск.-1998.-С. 224-225.

2. Коваленко И.В., Коваленко Г.В., Бороздин О.П. Математическая модель рочности бетона после тепловлажностной обработки // Сборник трудов междуна-одной научно-методической конференции.- «Математика в ВУЗе».-С.-Петербург.-998.-С. 221-222.

3. Коваленко И.В., Коваленко Г.В. Алгоритм автоматизированной оценки адежности конструкций заводского изготовления // Математическое моделирова-ие, численные методы и комплексы программ: Межвузовский тематический сбор-ик трудов, выпуск 4,- СПб ГАСУ,- С.-Петербург,- 1998.-С. 93-97.

4. Коваленко И.В. Контроль качества и оценка надежности конструкций за-эдского изготовления // Материалы конференции молодых ученых и специалистов области бетона и железобетона.- НИИЖБ.- Москва,- 1998.-С. 145-149.

5. Коваленко И.В. Особенности разработки вероятностных алгоритмов ценки надежности ЖБК // Сборник трудов XX н.т.к. БрИИ.-Братск.-1999.-С.180-82.

6. Коваленко И.В., Коваленко Г.В. Система автоматизированного приемоч-ого контроля конструкций заводского изготовления // Труды НГАСУ, т.2, №4(7).-?99.-Новосибирск.-С.73-79.

7. Дудина И.В., Тамразян А.Г. Влияние изменчивости контролируемых па-шетров на начальную безотказность преднапряженных конструкций // Труды ратского государственного технического университета.-Братск.-2000.-С. 224-226.

Подписано в печать 08.09.2000 г. Формат 60 х 84 Печать трафаретная Уч.-изд. л. 1,2. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 248.

Отпечатано в издательстве БрГТУ 665709, Братск, ул. Макаренко, 40