автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Надежность и контроль качества изгибаемых железобетонных конструкций

РГБ ОД

- 3 СЕП '

Государственный комитет Украины по делам градостроительства и архитектуры

Научно-исследовательский институт строительных конструкций

(НИИСК)

На правах рукописи Удк 624.012.36:624.046.5

/Ч

(Л

ПОШИВАЧ Владимир Гениевич

НАДЕЖНОСТЬ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность - 05.23.01 Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1997

Диссертацией является рукопись.

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте строительных конструкций (НИИСК).

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник М.В. Сидоренко

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

М.И. Коляков - кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.А. Критов.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

автоматизированных систем в строительстве (НИИАСС)

Зашита диссертации состоится 15 июля 1997 г. в 1330 на заседании специализированного ученого совета ДО 1.14.01 при НИИСК по адресу: 252037, Киев-37, ул. И.Клименко, 5/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат просим направлять на имя ученого секретаря в двух экземплярах, заверенных печатью.

Автореферат разослан "/£. " 1997 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат технических наук ►-тЗЁ^лйглб^7 Н.Г. Марьенков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Контроль несущей способности сборных железобетонных конструкций заводского изготовления по комплексным показателям, полученным в результате испытаний нагружением, недостаточно информативен из-за ограниченного размера выборки. Указания же нормативных документов в части использования альтернативного контроля этих характеристик по комплексу неразрушающих испытаний единичных показателей отличаются недостаточной обоснованностью и часто противоречат результатам контроля нагружением.

Это определяет актуальность задачи совершенствования методов контроля качества несушей способности указанных конструкций.

Цель работы состоит в повышении эффективности производства сборных железобетонных конструкций путем использования научно обоснованных контрольных нормативов для приемки готовых изделий и регулирования производства по показателям несущей способности при обеспечении проектной надежности.

Основными задачами исследований являются:

- разработка и реализация на ПЭВМ алгоритмов для решения задач надежности строительных конструкций;

- обоснование характеристик законов проектных распределений влияющих единичных показателей для численных исследований проектной надежности конструкций (на примере изгибаемых элементов -ребристых плит покрытий);

- получение экспериментальных данных о надежности ребристых плит покрытия в обоих предельных состояниях и сопоставление их с результатами численных исследований;

- разработка методики контроля надежности (по показателям прочности, жесткости и трещиностойкости) конструкций по комплексу единичных показателей (на примере ребристых плит покрытий).

Диссертационная работа выполнялась в лаборатории производственного статистического контроля НИИСК в соответствии с заданием 01.01 целевой комплексной программы 0.55.01.042 "Разработать

методические рекомендации по неразрушаюшему контролю качества железобетонных изделий массового назначения", тема Н-60 "Разработать рекомендации по контролю прочности, жесткости и трещиностойкости преднапряженных плит покрытий промзданий".

На защит}' выносятся:

1) алгоритм определения надежности железобетонных конструкций, реализованный в виде комплекса вычислительных программ на основе метода "Монте-Карло";

2) результаты численных исследований надежности изгибаемых железобетонных элементов;

3) результаты натурных экспериментальных исследований крупноразмерных железобетонных ребристых плит;

4) методические рекомендации по регулированию производства и приемочному контролю таких плит.

Научную новизну работы составляют:

- методика и алгоритм определения показателей надежности железобетонных конструкций с использованием метода Монте-Карло;

- выявленные закономерности зависимости показателей проектной надежности железобетонных конструкций (одного назначения, одного унифицированного ряда, запроектированных с соблюдением всех требований СНиП) от особенностей конструирования (процента армирования, прочности бетона и т.д.) на примере ребристых плит;

- методика установления контрольных нормативов, обеспечивающих условия приемки конструкций с проектной надежностью.

Практическое значение работы определяется прежде всего результатами:

- межотраслевым - созданная статистическая модель обеспечивает реальную возможность широкого использования метода Монте-Карло в разных практических приложениях;

- для объекта исследования - методика назначения эффективных приемочных условий для изделий заводского производства (на примере ребристых плит покрытия) и рекомендации по регулированию технологического процесса их изготовления.

Достоверность результатов исследований обеспечивается:

- корректной постановкой задачи, решенной известным математическим методом;

- проведением обширных (десять натурных плит и большое число образцов материалов, использованных при изготовлении плит в заводских условиях) экспериментальных исследований параллельно неразрушающими и разрушающими методами;

- сравнением результатов численного моделирования генеральных выборок несущих свойств ребристых плит по комплексу неразрушающих испытаний с результатами натурного эксперимента относительно статистических характеристик полученных выборок;

адекватностью результатов приемки партии плит по предложенной методике и испытанию конструкций до разрушения.

Внедрение результатов. Разработана методика по неразрушающему контролю ребристых плит покрытий. Эта методика в 1989г. была опробована на Севастопольском домостроительном комбинате "Крым-строй". При объеме производства плит 25 тыс. м3 в год, экономический эффект составил 13 тыс. руб. (в ценах 1989 г.).

Разработанные вычислительные программы использовались при работе по теме Т-312-0877 "Прогнозирование долговечности укрытия над разрушенным четвертым энергоблоком Чернобыльской АЭС".

Апробация работы. На основе полученных соискателем результатов разработаны "Основные принципы определения параметров распределения несущих свойств железобетонных конструкций", которые по представлению делегации СССР были одобрены Советом уполномоченных Координационного центра СЭВ по проблеме "Неразрушаюшие методы испытаний в строительстве" на X заседании (Веймар, 1996). Опубликованы в сборнике методических рекомендаций (Бухарест - Киев, 1988).

Основные положения диссертационной работы докладывались также на:

- научно-практической конференции "Пути повышения качества, надежности и долговечности конструкций инженерного назначения" (Хабаровск, 1988);

- научно-технической конференции "Моделирование и оптимизация технологических процессов и элементов конструкций сооружений инженерного назначения" (Хабаровск, 1989);

- XXII Международной конференции молодых ученых и специалистов в области бетона и железобетона (Иркутск, 1990);

- Пятой международной научно-технической конференции "Черно-быль-96" - "Итога 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС" (Зеленый Мыс, 1996).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в семи печатных работах (перечень в конце текста).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем 151 е., из них 110 с. основного текста, 24 таблицы, 32 рисунка и 120 наименований литературы (14 е.).

Диссертация написана на русском языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование темы, приведены общая характеристика работы и ее основные положения, которые выносятся автором на защиту,

Первая глава посвящена анализу исследований надежности строительных конструкций с позиции контроля их качества и известных предложений по совершенствованию этого контроля.

Отмечается, что существующая система контроля несущих свойств железобетонных конструкций определена ГОСТ 13015.1-81 (с 1996 г. его заменил украинский стандарт ДСТУ Б В.2.6-2-95) и предусматривает применение двух юридически равноправных, но совершенно различных подходов: либо с использованием испытаний образцов конструкций нагружением до разрушения, либо с использованием неразрушающего контроля комплекса единичных показателей.

Сравнительные испытания конструкций нагружением и нераз-рушающими методами, проведенные Г.И.Вайнгартеном, Р.Гаралявичусом и Т.Лапенисом, К.Э.Талем и И.Г.Корсунцевым, Г .А.Шапиро и

Б.В.Сендеровым показывают, что в некоторых случаях эти испытания приводят к разным выводам о годности конструкций. На этой основе сделан вывод о необходимости совершенствования системы контроля качества на основе специально проведенных исследований.

Представляется, что уточнение требований к единичным показателям путем сопоставления результатов названных альтернативных видов контроля слишком трудоемко и малоперспективно. Более приемлемы предложения А.В.Геммерлинга, А.А.Гвоздева, М.Б.Краковского, И.М. Бруссера, ВЛ.Игошина и В.А.Дорфа, А.П.Кудзнсл, А.СЛьгчева, В.А. Никифорова, М.В.Сидоренко по назначению требований к единичным показателям качества исходя из требований к надежности конструкций.

В общем случае допустимая вероятность разрушения конструкции:

да

К = 1- \ря{х)р0{х)с1х, (1)

где Рд(х) - дифференциальная функция распределения прочности конструкции; Р@ (х) - интегральная функция распределения нагрузки.

Однако использование такого подхода в задачах контроля качества затруднено в силу неопределенности внешних воздействий.

Известны две группы предложений по определению критерия, ограничивающего область безопасной работы конструкции. В работах М.Б.Краковского в качестве такого критерия предлагается принять обеспеченность прочности центрально растянутого железобетонного элемента, равную 0,9986. В работах Л.С.Авирома, А.С.Лычева, В.В.Суда-кова, В.Е.Гринберга, А.П.Кудзиса, Б.И.Снаркиса, М.В.Сидоренко. Б.Б.Ужполявичуса в качестве критерия предлагается величина х„вт (например, расчетная прочность конструкции), не зависящая прямо от внешних воздействий. Условная допустимая вероятность разрушения в этом случае имеет вид:

« хпат

Г = \рц{*уь= \рк{х)с1х, (2)

хпот -эо

где - дифференциальная функция распределения несущего

свойства К—/(х1,...х,1) конструкции.

Плотность вероятности Рц{х) как системы п случайных величин с дифференциальными функциями р(х1),...,р(хп), имеет вид:

РЛХ) = л?(*1.....• (3)

Вероятность превышения граничного значения Р(Х > Хпот ), где:

Хпот = ^(-^.лот» •■ Х/1,пот) • (4)

определяется выражением:

® аз

1 -•• (5)

*],лот *п.пот

Таким образом, задача определения надежности в постановке (2) сводится к нахождению /¡-мерного вектора по пространству частных переменных х1,...,хп .

Представляется, что первый подход больше учитывает опыт проектирования.

Вторая глава диссертации посвящена разработке расчетного аппарата для оценки надежности строительных конструкций.

Кусочно-линейный и алгоритмический характер большинства функций Я. по СНиП 2.03.01-84 не позволяет решить задачу (5) аналитически. В этом случае может быть использован метод статистических испытаний (Монте-Карло).

Последовательность решения следующая.

1. Устанавливаются исходные данные - моделирующая функция Я, количество статистических испытаний Л7, количество прогонов модели, информация о виде закона распределения и его статистических характеристиках для каждого из параметров, предельные значения функции Япот (в случае определения надёжности относительно нагрузочного эффекта от внешнего воздействия она также может задаваться в виде распределения).

2. Выполняется N детерминированных расчётов Л, в каждом из

которых используется одно случайное значение каждого из аргументов; их комбинация даёт случайное значение функции Я,. Каждое полученное значение функции сравнивается с предельным Я„от и фиксируется число положительных исходов X.

3. Результаты вычислений упорядочиваются в виде гистограмм использованных значений X,- и полученных значений Л,. Гистограммы охватывают область рассеивания ±3,25ст (где ст - стандарт распределения) с шагом 0,125а.

4. Для повышения достоверности результатов используется метод усреднения точечных оценок. Выполняется К прогонов модели по N испытаний в объёме пунктов 2-3.

5. Гистограммы аргументов и функции усредняются и производится оценка соответствия гистограмм аргументов заданным функциям плотностей вероятностей, а функции нормальному закону по критерию X" (К. Пирсона). Если для полученных выборок аргументов критерий % не удовлетворен, то увеличиваем число прогонов К.

Расчет ведется на ПЭВМ. Результат выдаётся в виде численных значений следующих статистических характеристик распределений аргументов и функции:

- начальные и центральные моменты до четвёртого порядка включительно;

- стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- вероятности появления положительных исходов Р(К„ат)—Ь/М для моделирующей функции, т.е. решение основной задачи.

При необходимости на печать выводятся гистограммы аргументов (с апроксимацией заданными теоретическими распределениями) и функции.

Сравнительные расчеты показателей надежности нормального сечения изгибаемого железобетонного элемента относительно хпот методами Монте-Карло и вероятностной линеаризации показали, что на всём диапазоне изменения коэффициента вариации прочности бетона расхождение результатов составляет от 4% до 12%, что весьма

существенно. При этом, использование в качестве моделирующей функции для метода Монте-Карло полного алгоритма расчета по СНиП (в отличие от дифференцируемой функции), увеличивают расхождение результатов определения надёжности до 18% даже для непере-армированного сечения. На этой основе предпочтение отдается методу Монте-Карло.

В третьей главе исследована начальная надежность изгибаемых элементов.

При оценке надёжности нормального сечения изгибаемого элемента рассматривались прямоугольные сечения с соотношением сторон 4:1 и 1:4, а также тавровые сечения с полкой в сжатой и растянутой зонах. Арматура задавалась коэффициентом армирования ц = 10СМЛ / Ы^. В качестве случайных параметров приняты прочность бетона, сопротивление арматуры и рабочая высота сечения. Полагалось, что коэффициенты вариации кубиковой и призменной прочностей бетона одинаковы.

В результате вероятностного расчета получали расчетный относительный момент М = М / Ыц, вероятность Р(м, > Л/) и доверительный

интервал вероятности Р.

Получены следующие результаты:

- начальная (относительно расчетного относительного момента) надежность не зависит от формы и пропорций сечения;

- при высокой однородности прочностей материалов надёжность нормального сечения элемента при изгибе превышает 0,999, а при низкой - этот показатель снижается до 0.99.

Последняя оценка соответствует лишь весьма большому (редко встречающемуся) коэффициенту вариации прочности стали - К — 10%.

Физический смысл полученных результатов заключается в том, что в зоне переармирования сопротивление изгибу зависит только от прочности бетона и при достаточно большом проценте армирования обеспеченность расчетного сопротивления конструкции изгибу приближается к обеспеченности расчетной прочности бетона.

На рис.1 представлена зависимость вероятности Р[М1 > М^ от процента армирования при детерминированном И0.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 Ш1% 3.5

УЬ-12% -А— У5-5%, УЬ=16% |

1 1 уь-6% У5=10%, УЬ»16% ,

1 1

Рис. 1 Зависимость надёжности нормального сечения при изгибе от процента армирования

Учёт изменчивости рабочей высоты сечения, обусловленной допусками на высоту сечения и толшину защитного слоя, снижает показатели надежности при любых сочетаниях однородности бетона и арматуры. Снижение будет тем больше, чем больше коэффициент вариации Ун. Это объясняется тем, что расчетное значение /г„ соответствует номинальному и имеет низкую обеспеченность 0,5. Учет числа арматурных стержней в сечении (отличающегося от единицы), повышает показатели надежности (рис. 2).

В общем, для непереармированных элементов и реально встречающихся коэффициентов вариации прочности арматуры (4-6%) проектная надёжность нормальных сечений при изгибе достаточно велика и превышает 0,999.

Р(М>М)

УЬ=6%, УЬ=1% -не—У5=ю%. УЬ=16%, УЬ=1%

у5=5%, уь=16%, уь=1% -*-у5=5%, уь=16%л/ь=3%

у5=5%, \лз=16%. уь=3%,п=2

Рис. 2 Зависимость надёжности нормального сечения при изгибе от процента армирования с учётом изменчивости Л0 и числа стержней /г

Также выполнен анализ надежности изгибаемого элемента по наклонным сечениям - при минимальной изменчивости прочностей бетона и поперечной арматуры надежность наклонного сечения превышает 0,99999. Увеличение изменчивости прочности бетона и учет изменчивости рабочей высоты сечения снижают надежность наклонного сечения, но все равно надежность наклонных сечений не ниже чем для нормальных.

Расчет надежности по моменту образования нормальных трещин дает значение Р(М1)—0,62 для малых процентов армирования, что хорошо согласуется с аналогичным показателем равным 0,605, определенным Е.М.Бабичем и ЛА.Ковальчуком по сопоставлению теоретических и опытных моментов трещинообразования большой партии ребристых плит.

Кроме частных показателей "надежность сечений" (нормальных, наклонных, продольных или поперечных ребер и т.д.) исследовался интегральный показатель "надежность конструкции". При этом рас-

сматривалось пять видов отказа: вследствие потери прочности полки (как плиты, опертой по контуру), поперечного ребра по нормальному или наклонному сечению, продольного ребра по нормальному или наклонному сечению. Наиболее вероятным оказался отказ продольных ребер по нормальным сечениям, определяющий общее разрушение плиты в целом.

Интегральный показатель проектной надёжности конструкции ниже показателя надёжности любого из составляющих конструкцию элементов и равен 0,995.

Четвертая глава диссертации содержит результаты экспериментальной оценки показателей надёжности и качества плит покрытия.

При экспериментальных исследованиях в заводских и лабораторных условиях были выполнены следующие работы:

- сбор данных о действительных статистиках единичных показателей качества плит - (прочности бетона, предела текучести арматурной стали, геометрических размеров поперечных сечений, начального уровня предварительного натяжения арматурных стержней и т.п.) в условиях реального производства;

- проверка приемлемости гипотезы о нормальности распределений единичных показателей в малых выборках (//<30);

- сравнение результатов численного (методом Монте-Карло) и натурного экспериментов в части статистических характеристик полученных выборок единичных показателей и конструкций;

- сопоставительная приемка плит по результатам испытаний нагружением и неразрушаюшими методами;

- проверка эффективности предлагаемой методики контроля качества несущ их свойств ребристых плит покрытия.

Исследования проводились на 10 плитах марки ПГ-4АШвТ (ГОСТ 22701.1-77), изготовленных Броварским ЗСК. Плиты отбирались по две в дневную смену в течение пяти последовательных рабочих дней. Одновременно с плитами изготовили бетонные образцы - кубы: 30 с длиной ребра 10 см для фиксирования передаточной прочности бетона и 60 с длиной ребра 15 см для построения градуировочных зависимостей

приборов неразрушающего контроля прочности бетона.

При изготовлении каждой плиты измерялся уровень предварительного напряжения рабочей арматуры продольных рёбер, а так же замерялись высота сечения и толщина защитного слоя бетона. Образцы арматуры отбирались от партии заготовок арматурных стержней. Все плиты были взвешены. Статистические характеристики полученных выборок приведены в табл.1.

Таблица 1

Наименование Размер Среднее Стандарт- Коэффици

выборки выборки. значение ное откло- ент вариа-

шт. нение ции, %

Кубикова прочность

бетона 30 31,61 МПа 3,49 МПа 11.0

Предел текучести

арматуры 20 590,3 МПа 3,43 МПа 0,6

Уровень

преднапряжения 20 417,8 МПа 73,06 МПа 17,5

Высота ребра 20 30,1 см 0,48 см 1,6

Защитный слой 20 3,12 см 0,36 см 11,7

Рабочая высота

сечения 20 26,97 см 0,68 см 2,5

Вес плиты 10 28,2 кН 2,1 кН 7,4

Выгиб 20 24 мм 4,32 мм 18,0

Отмечается, что исследованиями специалистов ВНИИжелезобетона, НИИЖБ, НИИСК и др. организаций установлена систематическая устойчивая разнопрочность бетона по высоте сечения различного вида изделий, в том числе плит покрытий промышленных зданий.

В наших исследованиях прочность бетона на различных участках плит определялась методами упругого отскока, пластической деформации, ультразвукового прозвучивания, скола ребра, а также (после испытаний плит нагружением) были отобраны керны диаметром 55 мм. Установленно, что прочность верхней, средней и нижней зон относятся как 0,83:1:1,17 (рис. 3), а среднее значение соответствует прочности

бетона контрольных кубов.

ЯЬ, МЛа

Рис. 3 Изменение прочности бетона ЯЬ по высоте Н продольного ребра плиты, полученное методами: 1 - упругого отскока; 2 - пластической деформации; 3 - ультразвукового поверхностного прозвучивания; 4 - скалывания ребра.

Предлагается учитывать это явление при проектировании плит путем снижения минимального класса бетона на одну ступень, 5 МПа, против приведенной в табл.8 СНиП2.03.01-84. Кроме того может быть рекомендовано учитывать увеличение допустимого относительного уровня напряжений в бетоне на 0,05 по сравнению с табл. 7 указанных норм.

Испытания плит нагружением до разрушения выполняли по стандартизованной методике с измерением прогибов, втягивания концов арматуры на опорах, фиксацией появления трешин и ширины их раскрытия. Нагрузку прикладывали ступенями с соответствующей выдержкой. Все плиты разрушались от достижения предела текучести продольной арматуры продольных ребер, которое определяли согласно ГОСТ 8829-85 определяли при /= 1,5^, где /к - прогиб от контрольной нагрузки по проверке жесткости. Результаты приведены в табл. 2 и

иллюстрированы на рис. 4.

Таблица 2

№ Фактическая нагрузка (кПа) в момент достижения

плиты прогиба /=1,5 Л контрольн. прогиба трещинообразов.

1 7,64 6,62 6.35

2 7,77 6,77 5,61

3 7,55 6,71 4,41

4 7,25 6,00 5.51

5 6,9 5,78 5,45

6 7,74 6.57 5,74

7 7,84 6,71 6.76

8 7,05 5,64 5,86

9 7,10 6.00 5,30

10 7,28 5,92 5,17

Примечание. 1. Момент трешинообразования приведен для первого из ребер.

2. Контрольная нагрузка (КПа, без учета собственного веса плиты) по проверке: прочности (С=1,35) - 7,45; жесткости - 4,22; трешиностойкости - 3,5

ц, кПаю

Рис. 4 Зависимость "Нагрузка - прогиб" для плиты №1

Установлено, что все плиты соответствуют предъявляемым требованиям по прочности, жесткости и трещиностойкости (некоторые - при повторной выборке).

Сопоставительная приемка партии ребристых плит, проведенная по результатам испытаний до разрушения и комплексу неразрушающих испытаний, показывает, что требования к конструкциям во втором случае более жесткие и все десять плит должны быть забракованы по единичным показателям.

Пятая глава посвящена обоснованию контрольных требований к единичным показателям качества.

Отмечено, что в общем случае все единичные показатели считаются случайными величинами, характеристики распределений которых определяются по результатам контрольных измерений.

Вводится коэффициент кх = хоЬ] / хтт, характеризующий соотношение средних значений действительного и проектного распределений единичного показателя качества х. Для прочности стали этот коэффициент обычно находится в пределах 1,0</^<1,1; для рабочей высоты сечения 0,98<£А<1,02. Наиболее широкие пределы изменения кк (прочность бетона).

С использованием подпрограммы РРОУ просчитаны различные сочетания коэффициентов к5. к^, кь и соответствующих им коэффициентов вариации У^ V/, и Уь из условия сохранения проектной надежности нормальных сечений изгибаемого элемента (см. рис.5).

При разработке плана контроля качества по параметру "надежность" нужно определить требуемые параметры распределения одного из влияющих факторов по известным параметрам распределений других влияющих факторов и требуемой надежности. Для решения этой задачи, на основе подпрограммы РРОУ и метода итераций, была разработана программа 011ЕН.

Последовательность решения следующая.

1. Детерминированным расчетом определяют предельное значение сопротивления конструкции по расчетным характеристикам мате-

риалов и номинальным геометрическим размерам.

Рис. 5 Зависимость кь от V/, при различных £5 в случае £Л=1,02.

Для ца=0,05: 1 - £,=1,0, 2 - £/=1,05, 3 - £/=1,1; для 0,2: 4 - £¡=1,0, 5 - £/=1,05, 6 - £/=1,1

2. Задают проектные параметры распределений влияющих факторов, принятых случайными.

3. Выполняют N детерминированных расчетов, при каждом из которых используется одно случайное значение каждого из аргументов, комбинация которых дает единичное значение функции К Каждое полученное значение Л, сравнивается с предельным значением при этом фиксируется число Ь (В.р'Щ). Отношение Ь / N дает оценку вероятности Рц(х) по (5).

4. Для повышения достоверности результатов используется метод усреднения точечных оценок. Назначается К прогонов модели по N испытаний в обьеме пунктов 2-3, на каждом из которых фиксируется значение Рк (х). Проектная надежность Р„от(х) определяется путем

осреднения Рк (х).

5. Задаются фактические параметры распределений влияющих факторов, принятых случайными (в том числе неизвестным), а так же

допустимое отклонение АР при определении требуемой надежности.

6. Повторяются вычисления в объёме пунктов 3 - 4 и определяется действительная надёжность Р^ас) (х).

Проверяется условие

\Ртт{х)-РГас,{х){<!±Р (6)

В случае невыполнения условия изменяют неизвестный параметр и повторяют вычисления в объёме пунктов 5-6. В случае выполнения условия (6) вычисления завершают. В результате получают требуемое значение неизвестного параметра одного из распределений влияющих факторов.

Для практической реализации изложенного подхода с помощью программы (ЖЕН были насчитаны таблицы требуемой прочности бетона кь> взаимоувязанной с другими единичными показателями, определяющими качество ребристых плит как соответствие проектной надёжности. Эти значения кь при армировании плит сталью А-Шв приведены в табл.3. Прочерк в таблице означает, что проектная надёжность не достигается при к¡, > 1,8.

При использовании этой методики для рассмотренной выше партии плит сделан вывод, что все плиты могут быть приняты (как и по результатам испытаний нагружением).

В заключении сформулированы результаты выполненной работы.

Вначале разработан комплекс существенно усовершенствованных программ, реализующих на ПК статистическое моделирование функции комплекса случайных аргументов на основе метода Монте-Карло. Эта статистическая модель использована как средство аналитических исследований непосредственного объекта настоящей работы.

Основные же результаты относятся к железобетонным конструкциям.

Во-первых, теоретически определены и сопоставлены уровни надежности изгибаемых железобетонных конструкций одного унифицированного ряда, запроектированных в соответствии с указаниями действующих норм.

Таблица 3

Значения кь при характеристиках рабочей высоты

Класс Арми- к„ и Vh(%)

бетона рование 0,98 < к„< 1,0 1,0 < kh< 1,02 кл £ 1,02

к, < 1,0

1 1<К„<3 Vh<\ \<Vh< 2,25 Vh<2 2<V,,< 3,25

В 20 2 0 16 - - 1,0 1,24 0,7 1.42

2 0 18 - - 1,0 1,24 0,7 1,32

В 25 2 0 20 - - 1,0 1,1 0,7 1.15

2 0 22 - - 1,0 1,1 0,7 0,91

В 30 4 0 18 0,7 0,7 1.0 0,7 0,7 0,7

4 0 20 0,7 0,7 1,0 0,7 0,7 0,7

1,0< к, < 1,05

Vh < 2,5 2,5<Vh< 3.75 vh < 3,5 3,5<^, < 4,25 vh<i 3<Vh<5

В 20 2 0 16 0,7 1.07 0.7 1,0 0,7 1.47

2 0 18 0.7 1,07 0,7 0.87 0,7 1,24

В 25 2 0 20 0,7 0,86 0,7 0,87 0.7 1,24

2 0 22 0,7 0,86 0,7 0,79 0.7 1.13

В 30 4 0 18 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0.7

4 0 20 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

1,05 < к, < 1,1

К< 4 4<П<5 К <5 v„<s

В 20 2 0 16 0,7 0,7 0,7 0,7

2 0 18 0.7 0.73 0,7 0,7

В 25 2 0 20 0.7 0.76 0,7 0.7

2 0 22 0.7 0,81 0,7 0.7

В 30 4 0 18 0,7 0,7 0,7 0,7

4 0 20 0,7 0,7 0,7 0,7

Установлено, что эти уровни:

- не зависят от формы поперечного сечения (прямоугольного, таврового с полкой в сжатой или растянутой зоне, двутаврового);

- существенно зависят от вида напряженного состояния (прочность нормального и наклонного сечения), коэффициента армирования (для не переармированных сечений), изменчивости влияющих факторов;

- рахчичны для отдельных элементов конструкции. Например, для исследованных ребристых плит, наибольший уровень надежности у полки, меньший - у поперечных ребер, самый низкий -у продольных ребер.

Во-вторых, экспериментально установлена неравноценность решений о приемке конструкций по комплексным показателям, полученным в результате испытаний нагружением. и комплексу единичных показателей, полученных на разных стадиях производственного контроля. В первом случае все десять испытанных плит могут быть признаны стандартными (по критериям одно- или двухступенчатого контроля), а во втором - все должны быть забракованы.

В-третьих, создана методика установления контрольных нормативов, основанных на приемке конструкций по показателю проектной надежности. При этом обеспечивается возможность компенсации (в определенных пределах) недостаточности одних единичных показателей избыточностью других таких показателей.

Соответствие их установленным требованиям определяется по результатам нормированного производственного контроля. Создается возможность регулирования производства по наиболее управляемому показателю (например, прочность бетона).

Эффективность методики подтверждается возможностью приемки всех десяти исследованных плит.

Наконец, в реальных производственных условиях получены дополнительные экспериментальные подтверждения ранее известных фактов нормальности закона распределения прочностных характеристик материалов, а также систематической разницы прочности бетона даже по небольшой (30 см) высоте продольных ребер плит.

Названные научные результаты использованы при разработке "Методических рекомендаций по неразрушающему контролю несущей

способности ребристых плит покрытий промзданий размером 6x3 м", одобренных Секцией №1 НТС НИИСК 28.12.1987 (протокол №31). Они включают комплекс приемочных нормативов, представленный в виде таблиц для реально возможного диапазона изменения вляющих факторов.

Рекомендации опробованы на производстве. При этом получен расчетный экономический эффект благодаря возможности приемки изделий, которые должны были быть забракованы согласно действующим правилам приемки.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Пошивач В.Г. Использование метода Монте-Карло в вероятностных расчетах железобетонных конструкций // Изготовление и контроль качества строительных конструкций = Сб. научн. тр. / НИИЖБ, НИИСК. -М., 1987. -С. 48-52.

2. Никитин А.Ю., Пошивач В.Г. Статистический метод регулирования надежности строительных конструкций // Пути повышения качества, надежности и долговечности конструкций инженерного назначения / Тезисы докладов. -Хабаровский политехи, ин-т, 1988. -С. 8-11.

3. Пошивач В.Г. Приемлемость неразрушающих методов контроля прочности бетона в ребристых плитах покрытий // Строительные материалы и конструкции. -1988. - №2. -С. 31.

4. Сидоренко М.В., Пошивач В.Г. О надежности конструкций по прочности нормальных сечений // Моделирование и оптимизация технологических процессов и элементов конструкций сооружений инженерного назначения / Тезисы докладов. -Хабаровский политехи, ин-т, 1989, с. 102-105.

5. Пошивач В.Г. Неразрушающий приемочный контроль железобетонных конструкций по несущей способности // Материалы XXII Международной конференции молодых ученых и специалистов в области бетона и железобетона. Том 1. -Иркутск, 1990. -С. 219-220.

6. Сидоренко М.В., Пошивач В.Г. Развитие производственного неразрушающего контроля несущей способности сборных железобетон-

ных конструкций // Контроль качества и состояния железобетонных конструкций = Сб. научн. тр./ НИИСК. -К., 1990. -С. 37-41.

7. Пошивач В.Г. Результаты уточнения данных о метеовоздействиях на площадке ЧАЭС и назначение расчетных нагрузок на конструкции объекта "Укрытие" // 5-я междунар. научно-техническая конф. "Чернобыль-96 = Итоги 10 лет работ по ликвидации последствий аварии на ЧАЭС" : сб. тез. - Зеленый Мыс, 1996. -С. 195.

АННОТАЦИЯ

Пошивач В.Г. Надежность и контроль качества изгибаемых железобетонных конструкций.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. НИИ строительных конструкций. Киев, 1997. Теоретически исследована путем вероятностного моделирования проектная надежность изгибаемых элементов (на примере ребристых плит покрытий). Предложены методики определения уровня проектной надежности железобетонных конструкций и назначения контрольных требований к единичным показателям их качества из условия обеспечения проектной надежности.

SUMMARY

Poshyvach V.G. Reliability and control of quality of the bending reinforced concrete constructions.

The master's thesis, submited for a degry of doctor philosophy in technics,

speciality 05.23.01 - Building constructions, edifices and structures.

State Research Institute of Building Constructions, Kiev, 1997.

The design reliability of bending elements was researched theoretically by a

probabilistic simulation (on the ribbed plates example).

There are proposed methods of the design reliability level defining of reinforced concrete constructions and assignment of the control requirements to individual parameters of their quality from a condition of maintenance of design reliability.

Ключевые слова:

надежность, контроль качества, железобетонные конструкции.