автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Оценка технического состояния строительных конструкций на основе закономерностей повреждаемости главных корпусов предприятий теплоэнергетики

На правах рукописи

АЛЕКСЕЕВА ЕКАТЕРИНА ЛЕОНИДОВНА

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ГЛАВНЫХ КОРПУСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Специальность 05.23.01 «Строительные конструкции, здания и сооружения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

8 НОЯ 2012

Москва-2012

005054589

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель: - Ерёмин Константин Иванович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: - Сущев Сергей Петрович

доктор технических наук, профессор, генеральный директор «Центра исследования экстремальных ситуаций»

- Коряков Александр Сергеевич

кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник кафедры металлических конструкций ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Ведущая организация: - ЗАО «Институт «ОРГЭНЕРГОСТРОЙ»,

г. Москва

Защита состоится «19» ноября 2012 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.04 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд. 50, «Открытая сеть».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан « / » ОКТеЛ^г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Каган П.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время большое практическое значение имеет вопрос изучения повреждений конструкций производственных зданий в условиях эксплуатации.

Обеспечение безопасной эксплуатации зданий и сооружений промышленных предприятий является актуальной задачей, которая решается комплексом мер на стадиях от проектирования до ликвидации объекта.

Предприятия теплоэнергетики являются стратегически важными объектами Российской Федерации. Возникновение аварий и аварийных ситуаций на данных объектах может носить не только локальный, но и глобальный характер. Сложно, а порой и невозможно в полной мере оценить возможный экономический ущерб и последствия аварий на данных предприятиях.

Сведения о проведенных экспертизах и обследованиях на предприятиях энергетики показали, что в 2006 году обследовано 6,8% зданий от общего объема, при этом у 93% обследованных зданий выявлены замечания в части технического состояния конструкций.

Сфера энергетики является закрытой и соответственно малоизученной. На сегодняшний день отсутствуют обобщенные данные по повреждаемости элементов каркасов эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики в зависимости от длительности их эксплуатации.

Анализ технического состояния одиннадцати зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики России показал, что здания в целом находятся в удовлетворительном состоянии, при этом состояние многих несущих конструкций каркаса оценено как ограниченно работоспособное или аварийное.

Объектом исследования в данной работе являются несущие конструкции зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики России.

Предмет исследования: повреждаемость несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики в процессе эксплуатации.

Цель исследования: совершенствование технической эксплуатации зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики путем разработки методики оценки общего технического состояния зданий главных корпусов на стадии эксплуатации с расчетом срока до капитального ремонта; определение периодичности контроля технического состояния конструкций.

Основные задачи исследования:

1. Выполнить анализ конструктивных решений и условий эксплуатации конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики, а также анализ существующих методик определения повреждаемости промышленных зданий.

2. Провести натурные обследования несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики с выполнением расчетов прочности конструкций по дефектной и бездефектной схемам.

3. По результатам натурных обследований выполнить анализ повреждаемости несущих конструкций каркасов эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики в зависимости от длительности эксплуатации. Установить причины появления дефектов и повреждений конструкций на стадии эксплуатации.

4. Выполнить исследование интенсивности возникновения и скорости развития дефектов и повреждений несущих конструкций в процессе эксплуатации.

5. Разработать методику оценки общего технического состояния зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики на стадии эксплуатации с расчетом срока до капитального ремонта, учитывающую повреждаемость конструкций в зависимости от длительности эксплуатации.

6. Определить периодичность натурных обследований и ремонтов зданий главных корпусов при предельно допустимых и запредельных сроках эксплуатации без капитальных ремонтов (свыше 40 лет).

Научную новизну работы составляют:

1. Методика оценки общего технического состояния здания с последующим расчетом срока до капитального ремонта, использующая коэффициенты накопления повреждаемости основных несущих конструкций, позволяющая оценить общее техническое состояние здания и скорректировать время до проведения капитального ремонта.

2. Рекомендации по периодичности проведения обследования основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики с учетом интенсивности возникновения дефектов и повреждений в конструкциях при эксплуатации здания без капитального ремонта свыше 40 лет. Максимальный срок эксплуатации зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики без проведения капитального ремонта.

Практическое значение работы:

1. Разработана методика оценки общего технического состояния зданий главных корпусов теплоэнергетики, учитывающая повреждаемость конструкций и длительность эксплуатации, позволяет определить срок их эксплуатации до капитального ремонта.

2. Определена периодичность проведения натурных обследований основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики, находящихся в эксплуатации свыше 40 лет без проведения капитального ремонта.

3. Определен максимальный срок эксплуатации зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики без проведения капитального ремонта.

Реализация научных исследований.

Разработанная методика оценки общего технического состояния зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики, позволяющая определить срок до капитального ремонта, учитывающая повреждаемость конструкций и длительность их эксплуатации нашла практическое применение на ЧТЭЦ-1 ОАО «ФОРТУМ»

Методы исследований: методы оптиковизуальной и фоторегистрации, линейные измерения, геодезическая съемка при помощи нивелиров и теодолитов, неразрушающий контроль определения прочности материала конструкций, те-пловизионная съемка, статистическая обработка результатов, регрессионный анализ.

Достоверность предоставленных материалов подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических расчетов и натурных иссле-

дований, применением апробированных методов строительной механики, использованием сертифицированных программных комплексов, применением аттестованных средств измерения и приборов.

Апробация работы. Основные результаты исследований и положения диссертации представлялись на следующих конференциях:

- Вторая Всеросийская научно-техническая конференция «Экспертиза и оценка риска техногенных систем - 2010», г.Череповец, 2010 г.;

- Международная научно-техническая конференция «Промышленное и гражданское строительство в современных условиях», посвященная 90-летию факультета ПГС МГСУ, г. Москва, 2011 г.;

IV Международный салон средств обеспечения безопасности «Комплексная безопасность-2011», г. Москва, ВВЦ, 2011 г.;

- Одноименная Общероссийская конференция национального объединения строителей (НОСТРОЙ), проводимая совместно с ФГБОУ ВПО «МГСУ», г. Москва, 2011 г.

VI ежегодная конференция «Предотвращение аварий зданий и сооружений», Башкирия, ГЛЦ Абзаково, 2012 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ в научно-технических сборниках, включая 5 статей в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.

На защиту выносятся:

1. Методика оценки общего технического состояния эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики с расчетом оптимального срока до капитального ремонта.

2. Рекомендации по периодичности проведения натурных обследований основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики при эксплуатации здания свыше 40 лет без проведения капитального ремонта.

3. Рекомендации по периодичности проведения капитальных ремонтов несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы. Содержит 161 страницу машинописного текста, включая 80 рисунков и 32 таблицы. Список литературных источников содержит 171 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены объект и предмет исследований, обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформулирована цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обоснованию цели и задач исследования на основе анализа известных методов оценки степени износа, остаточного ресурса и повреждаемости здания.

Выполнен анализ конструктивного решения зданий главных корпусов. По результатам анализа установлено, что в основу конструктивного решения глав-

ных корпусов заложена многопролетная рама, включающая в себя четыре -пять пролетов. Здание может быть выполнено полностью в металлическом, железобетонном либо смешанном (железобетонные колонны, металлические конструкции покрытия) каркасах.

Большой вклад в развитие проектирования и изучения действительной работы здания ТЭЦ внесли работы Коробова Л.А., Назарьева O.K., Павилайнена В.Я., Пергаменщикова Б.К., Леонкова A.M., Стермана JI.C., Тевлина С.А., Кузнецова И.П., Иоффе Ю.Р. и др.

На основе анализа существующих методов контроля технического состояния зданий предприятий теплоэнергетики установлено, что методы оценки степени износа объектов, используемые на настоящий момент, классифицируются:

1) по сроку службы - в основе данного метода лежит допущение, что физический износ объекта происходит пропорционально сроку его службы;

2) по экономическим показателям - то есть накопившиеся в процессе эксплуатации объекта повреждения, износ, могут быть устранены внесением определенных затрат, что и может быть положено в основу измерения износа;

3) по предельным значениям параметров, определяющих техническое состояние конструкций за время их эксплуатации до достижения ими предельных значений.

Оценка степени износа объекта по сроку службы отражена в работах Бу-нич П.Г., Анисимова В.В, Горелика В., Росса Ф. В основе данного метода лежит допущение, что физический износ объекта происходит пропорционально сроку его службы.

В работах Консона A.C., Кваша Я.Б., Эглескална Ю.С. степень износа объектов оценивается по экономическим показателям.

В настоящее время проводится достаточно большое количество исследований в области определения остаточного ресурса зданий и сооружений, а так же оценки общего технического состояния. В этой области активно работают такие авторы, как Самолинов H.A., Адаменко И.А., Сущев С.П., Шматков С.Б., Мельчаков А.П., Махутов H.A., Одесский П.Д., Алмазов В.О., Тамразян А.Г., Бедов А.И., Шувалов А.Н., Бондарович Л.А., Кунин Ю.С., Коргин A.B., Коряков A.C. и др.

Наиболее часто используемая методика общей оценки технического состояния зданий, предлагаемая Центральным научно-исследовательским и проектно-экспериментальным институтом промышленных зданий и сооружений, разработанная совместно с кандидатом технических наук А.Н. Добромысловым, предназначена для оценки надежности стальных, железобетонных, каменных и деревянных конструкций на основе накопленных повреждений и дефектов, а также оценки технического состояния всего здания по состоянию отдельных конструкций. Коэффициенты значимости по конструкциям, используемые в методике, не учитывают специфику предприятия, на котором производится оценка повреждаемости здания, срок эксплуатации конструкций и повреждаемость конструкций в зависимости от технологического процесса, размещенного в здании.

По результатам изучения состояния вопроса определены и сформулированы

цель и задачи исследования.

Во второй главе изложены методика и результаты натурных обследований несущих конструкций эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики.

Статистический анализ накопленной дефектности и повреждаемости несущих строительных конструкций охватывает одиннадцать зданий главных корпусов предприятий энергетики, расположенных в различных областях Российской Федерации.

По результатам обследования установлено, что весомое большинство несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики накопили в процессе эксплуатации многочисленные повреждения.

Общая классификация дефектов и накопленных повреждений конструкций проведена по следующим признакам: причины и характер повреждений, вид воздействий, форма проявления и стадия накопления.

К наиболее повреждаемым конструкциям главных корпусов предприятий энергетики относятся конструкции рабочих площадок и плиты покрытия, колонны, стропильные фермы.

Наиболее опасными из выявленных дефектов и повреждений являются разрушение бетона с оголением и коррозией арматуры, коррозия металлических конструкций, общие погибы элементов стропильных ферм.

Детальный анализ конструкций монолитных рабочих площадок путем определения относительной частоты возникновения характерных дефектов и повреждений показал, что сколы защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры по главным балкам перекрытия составляют 28%; сколы защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры по второстепенным балкам составляют 23%; разрушение защитного слоя бетона в полках плит составляет 36%; сквозные отверстия в полках плит с оголением и коррозией арматуры составляют 13%.

На основе анализа причин возникновения дефектов и повреждений строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики установлено, что в основном весомое большинство повреждений вызвано воздействием внешней среды (44%), а именно коррозионной агрессивностью, в сочетании с повышенной влажностью, механическими повреждениями при эксплуатации (28%), несвоевременным выполнением ремонтных работ (20%), дефектами строительно-монтажных работ (8%).

Для оценки общего технического состояния строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики по результатам обследований, выполнен детальный анализ технического состояния основных несущих конструкций зданий, основанный на установлении количества конструкций с накопленными в процессе эксплуатации дефектами и повреждениями.

При проведении обследования зданий главных корпусов выполнены работы по исследованию внутрицехового микроклимата, а именно замеры температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха в пролетах главных корпусов.

Исследование воздуха в закрытых помещениях с целью выявления различ-

ных веществ и их концентрации показало, что в воздухе пролетов главных корпусов содержатся в основном пыль угольная, диоксид серы и оксид углерода.

Присутствие в воздухе главных корпусов вышеперечисленных веществ не превышает гигиенические нормы, но при взаимодействии с парами воды приводит к образованию угольной и серной кислот, вызывающих как коррозию металлических конструкций, так и внутреннюю коррозию арматуры.

Третья глава диссертационной работы посвящена изучению влияния временного фактора на повреждаемость эксплуатируемых несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики, что позволило проследить повреждаемость и оценить изменение технического состояния несущих элементов каркасов главных корпусов в зависимости от длительности их эксплуатации.

По результатам анализа роста повреждаемости основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики в зависимости от срока эксплуатации построены диаграммы оценки технического состояния несущих конструкций зданий главных корпусов, представленные на рисунках 1 и 2.

100

90

>5 80

70

60

ь 50

41)

30

X

20

10

0

з;

за:

100

90

80

X 70

60

С 50

411

з: 30

** 20

10

0

Количесвто лет эксплуатации

©Без дефектов в С дефектами ¿..Аварийные

40 60

Количество лет эксплуатации

• Без дефектов

■ С дефектами

а б

Рис. 1. Диаграмма изменения технического состояния: а - рабочих площадок; 6 - плит покрытия

¿.Аварийные

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

Количество лет эксплуатации

»Бездефектов И С дефектами

20 40 60

Количество лет эксплуатации

♦ Без дефектов ■ С дефектами

а О

Рис. 2. Диаграмма изменения технического состояния: а - колонн: б - стропильных ферм

В результате анализа представленных диаграмм установлено, что быстрее всего дефекты и повреждения накапливаются в конструкциях рабочих площадок. В связи с этим выполнено исследование скорости развития наиболее часто встречаемых дефектов и повреждений рабочих площадок (рис. 3).

Установлено, что скорость коррозии арматуры в железобетонных элементах рабочих площадок зданий главных корпусов варьируется в пределах от 0,07 до 0,16 мм/год.

65%

Колличество эксплуатируемых лет

Рис. 3. Динамика развития дефектов и повреждений по рабочим площадкам главных корпусов предприятий энергетики: 1 - разрушение защитного слоя бетона с оголением

арматуры (за 100% принята площадь одного элемента); 2 - коррозия арматуры в железобетонных элементах; 3 — коррозия металлических главных балок перекрытия: 4 - коррозия металлических второстепенных балок перекрытия

На основе анализа дефектности и повреждаемости конструкций рабочих площадок установлена вероятность возникновения наиболее часто встречаемых дефектов и повреждений (табл. 1).

Таблица 1

Вероятность возникновения дефектов и повреждений в

Показатель Коррозия арматуры, % Замачивание, % Разрушение защитного слоя бетона, %

Вероятность возникновения 35 37 35

Вероятность возникновения двух видов повреждений одновременно

Коррозия арматуры 35,3 15,4 35,2

Замачивание 15,4 37,1 15.4

Разрушение защитного слоя бетона 35,2 15,4 35,2

Вероятность возникновения одного из двух видов повреждений одновременно

Коррозия арматуры 35,3 57,0 35,3

Замачивание 57,0 37,1 56,9

Разрушение защитного слоя бетона 35,3 56,9 35,2

Вероятность возникновения одного из трех видов повреждений - 57,0 %

Вероятность возникнвоения трех видов повреждений одновременно - 15,4 %

Коррозия арматуры в железобетонных элементах является наиболее опасным и часто возникающим повреждением. С помощью методов математической статистики установлена закономерность возникновения коррозии арматуры в железобетонных элементах перекрытия рабочих площадок.

Гистограмма относительных частот возникновения коррозии арматуры имеет вид, представленный на рис 4.

i 0.04 -

i о.ог -

\ £

■, " ■ _ к-'- •!

І л

—і

] і —

— -1-І

# 4> & ^ &

v & ^ .V ¿г &F ¿V ¿¡г ,„v .■г

& <Г

Интервал значений

Рис. 4. Гистограмма относительных частот возникновения коррозии арматуры в элементах железобетонных рабочих площадок

Вероятность появления коррозии в железобетонных элементах рабочих площадок распределена по показательному закону. Плотность показательного распределения имеет вид:

f(x)=0,0354е-

0,0354х

(1)

В табл. 2 представлены основные числовые характеристики случайной величины коррозии арматуры, выражающие наиболее существенные особенности ее распределения.

Таблица 2

№ Наименование показателя Значение, %

п/п

1 Min значение коррозии 10

2 Мах значение коррозии 73

3 Математическое ожидание 28,6

4 Средне квадратичное отклонение 18,29

5 Дисперсия 334,69

6 Медиана 45

Используя полученные данные по плитам перекрытия и балкам рабочих площадок, выполнены расчеты прочности по нормальным сечениям, учитывающие

фактические нагрузки и реальное состояние конструкций. Результаты расчетов представлены в табл. 3, 4.

Таблица 3

Зависимость коэффициента запаса несущей способности ребристой плиты перекрытия рабочей площадки от внутренней коррозии арматуры

Количество эксплуатируемых лет 24 45 50 55 60 65 70

Процент коррозии арматуры, % 10 23 25 32 42 46 50

Коэффициент запаса 1.168 0,999 0,973 0,882 0,753 0,701 0,649

При расчете прочности по нормальным сечениям ребристой плиты перекрытия рабочих площадок с учетом накопленных повреждений и общей коррозии предварительно напряженных арматурных стержней установлено, что несущая способность данных плит исчерпывается максимум через 45 лет.

Таблица 4

Зависимость коэффициента запаса несущей способности металлических главных балок перекрытия рабочих площадок от общей коррозии (%)

Количество эксплуатируемых лет 24 45 50 55 60 65 70

Процент коррозии по конструкциям, % 13 15 16 16 18 22 25

Балки на отметке +3,6м

Коэффициент запаса 1,032 1,008 0,996 0,996 0,972 0,925 0,889

Балки на отметке + 12.6м

Коэффициент запаса 1,095 1,069 1,057 1,057 1,032 0,982 0,944

Балки на отметке +18.0м

Коэффициент запаса 1,101 1,076 1,063 1,063 1,038 0,987 0,949

При коррозии главных балок перекрытия рабочих площадок 16% несущая способность исчерпывается максимум через 50 лет.

По результатам расчета определена зависимость обеспеченности несущей способности железобетонных плит перекрытия и металлических балок рабочих площадок от срока эксплуатации (рис. 5, 6).

1,27 1,17 1,07 0,97 0,87 0,77 0,67

У = 1,39 15е-о,о< Эх

И2 = С ,9936

N

N.

\

10 20 30 40 50 60 70

Количество лет эксплуатации, I

0,97 0,92 0,87 0,82 0,77 0,72 0,67 0,62 0,57 0,52

и о

О I X Ю

Рис. 5. Зависимость обеспеченности несущей способности железобетонных плит перекрытия рабочих площадок от срока эксплуатации

Данная зависимость описывается полиномом второй степени с коэффициентом корреляции 0,9936 следующим уравнением:

Рз=1,3919е-°'0091:

(2)

=г -

3 ге

гг £

<и О)

1 2

.0 ф

П

1 о

<и о

% ю

1

0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 0,8

у -1; Э277е'0,°

20 30 40 50 60

Количество лет эксплуатации I, годы

Рис. 6. Зависимость обеспеченности несущей способности металлических балок рабочих площадок от срока эксплуатации

Данная зависимость описывается экспонентой с коэффициентом корреляции 0,874 следующим уравнением:

у = 1,0277 е"

(3)

Используя уравнения (2) и (3), определен предельно допустимый срок эксплуатации зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики без проведения капитального ремонта.

Принимаем условие, что коэффициент запаса несущей способности Кз> 1, при этом обеспеченность несущей способности Р5>0,77. Данное условие выполняется при сроке эксплуатации наиболее повреждаемых конструкций (плит перекрытия рабочих площадок), не более 45 лет.

По результатам анализа повреждаемости основных несущих конструкций главных корпусов предприятий энергетики, построены диаграммы повреждаемости несущих конструкций в зависимости от срока эксплуатации здания. При анализе в расчет брались только те дефекты и повреждения, которые указывают на ограниченно работоспособное техническое состояние конструкций и при дальнейшем развитии могут привести к аварийному состоянию.

За единицу повреждаемости принято отношение дефектных (поврежденных) конструкций к общему количеству однотипных конструкций.

Идеализированные графики повреждаемости конструкций представлены на рис. 7, 8.

Колонны Главные балки Второстепенные балки

20 30 40 Годы эксплуатации, І

Рис. 7. Идеализированные графики повреждаемости колонн, главных и второстепенных балок перекрытий рабочих площадок зданий главных корпусов предприятий

энергетики

« Стропильные фермы Подкрановые балки Плиты покрытия

20 30 40

Годы эксплуатации, 1

Рис. 8. Идеализированные графики повреждаемости стропильных ферм, подкрановых балок и плит покрытия зданий главных корпусов предприятий энергетики

Данным идеализированным графикам соответствуют следующие уравнения аппроксимации:

- второстепенные балки

- колонны

- главные балки

- стропильные фермы

- подкрановые балки

- плиты покрытия

ю=0,13896+0,001661 +0,00011Г; ш=0 Д 2598-0,00008г+0,0001012; ш=0,05075+0,002751+0,00004^; <о=0,2159-0,000291+0,00005^; ш=0,1363-0,00721+0,0002г2; ш=0,12680+0,00771,

где ю - повреждаемость конструкций; г - количество лет эксплуатации.

При помощи уравнений аппроксимации определяется повреждаемость конструкций в любой период эксплуатации. Данное значение повреждаемости использовано в качестве коэффициента накопления повреждаемости отдельных видов конструкций а при оценке общего технического состояния несущих строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики. То есть принимаем со=а

Учет влияния временного фактора на повреждаемость конструкций позволил определить скорость дефектообразования определенного типа конструкций в год.

Исследование скорости дефектообразования в различных типах конструкций позволило получить допустимую границу, определяющую оптимальную периодичность проведения натурных обследований в зависимости от скорости дефектообразования (рис. 9).

1,2

| »0,8 £ 'I

§ г 0,6

Л

Ь I

-4-

*

N

О 2 4 6 8 10 12

Периодичность осмотров, лет

Рис. 9 - Зависимость оптимальной периодичности натурных обследований зданий при эксплуатации свыше 40 лет от скорости дефектообразования

За периодичность натурных обследований принимается величина, обратная скорости дефектообразования.

т - I (4)

1 О — I

V,

где Т0 - периодичность натурных обследований.

В четвертой главе представлена методика оценки общего технического состояния несущих строительных конструкций эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики.

Методика учитывает величину повреждений отдельных видов конструкций с присвоением следующих состояний: нормативное, работоспособное, ограниченно работоспособное, аварийное.

Общая оценка поврежденности здания производится по формуле:

£ _ «1 £1 + а2£2 + а1£1 (5) а1 + а2 Н-----Ь а1

где еь е2, 8; - максимальная величина повреждений отдельных видов конст-

-14-

рукции.

аь а2, а, - коэффициенты накопления повреждаемости отдельных видов конструкций, определяются по табл. 5.

Таблица 5

Коэффициенты накопления повреждаемости основных несущих

Наименование конструкции Коэффициенты накопления повреждаемости а, предлагаемые автором

Количество лет эксплуатации

25 30 35 40 45 50 55 60

Колонны 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5

Главные балки 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,4

Второстепенные балки ОД 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5 0,6

Стропильные фермы ол 0,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,4

Подкрановые балки 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,3 0,3

Плиты покрытия 0,3 0,3 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,6

Произведена оценка общей повреждаемости обследованных зданий главных корпусов предприятий энергетики с использованием в расчетах полученных коэффициентов накопления повреждаемости основных несущих конструкций. Показано, что время до проведения капитального ремонта в здании существенно сокращается, что на практике подтверждено данными визуального обследования, а именно реальным техническим состоянием строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики, состояние которых в большинстве случаев оценено как ограниченно работоспособное, а порой и аварийное.

По результатам анализа данных, полученных путем изучения скорости де-фектообразования, предложены рекомендации по оптимальной периодичности контроля и натурных обследований состояния несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики, учитывающие интенсивность де-фектообразования по каждому типу несущих конструкций в процессе эксплуатации (табл. 6).

Таблица 6

Рекомендуемая периодичность проведения натурных обследований основных несущих конструкций зданий главных корпусов при эксплуатации

Конструкции, подлежащие экспертизе промышленной безопасности Типы зданий Срок эксплуатации, после которого производится первая экспертиза (годы) Периодичность проведения обследований до проведения капитального ремонта, лет

Железобетон Металл

Фундаменты монолитные Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1 к-бк) 10 - 10,0

Фундаменты со сборными элементами, сваями, фундаментные балки Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1к-6к) 8 - .8,0

Колонны и стойки Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1к-6к) 8 25 1,5

Подкрановые конструкции Легкий и средний режим (1к-6к) 6 12 2,5

Стропильные и подстропильные фермы Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1к-6к) б 12 4,0

Балки перекрытия Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1к-6к) 6 12 1,5

Плиты перекрытий и покрытий Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1к-6к) 6 - 1,5

Рабочие площадки Бескрановые здания и здания с легким и средним режимом (1к-6к) 6 12 1

Исследование обеспеченности несущей способности плит и балок перекрытия рабочих площадок путем определения нижнего предела позволяет построить график и получить допустимую границу в виде кривой, которая определяет срок эксплуатации зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики без проведения капитального ремонта (рис. 10). Зона I отображает работу конструкций до капитального ремонта, зона П - работу конструкций после капитального ремонта.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Срок эксплуатации, годы

Рис. 10 — Допустимая граница, определяющая периодичность проведения капитальных ремонтов в зависимости от срока эксплуатации конструкций

Данный график описывается уравнением (2), при этом обеспеченность несущей способности Р5=0,77 соответствует коэффициенту запаса несущей способности Кз=1. Р5=0,77 - это нижний предел, при котором выполняется обеспеченность несущей способности плит перекрытия рабочих площадок. Конструкции главных корпусов предприятий теплоэнергетики достигают этого предела через 45 лет эксплуатации.

Таким образом, установлено, что максимально возможный срок эксплуатации строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики без проведения капитального ремонта не превышает 45 лет.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Основными причинами возникновения дефектов и повреждений несущих конструкций в процессе эксплуатации зданий главных корпусов предприятий энергетики являются: воздействие агрессивной внешней среды - 44%; нарушение правил эксплуатации - 28%; несвоевременное выполнение ремонтных работ - 20%; низкое качество выполнения строительно-монтажных работ - 8%.

2. Наиболее повреждаемыми конструкциями зданий главных корпусов предприятий энергетики, эксплуатируемых более 15 лет, являются конструкции рабочих площадок (25% всех обследованных конструкций), балки перекрытия (23% всех обследованных конструкций), колонны (21% всех обследованных конструкций) и плиты покрытия (16% всех обследованных конструкций).

3. Несущие конструкции каркасов предприятий теплоэнергетики эксплуатируются при интенсивном воздействии коррозионной среды, при этом скорость коррозии арматуры в железобетонных элементах рабочих площадок зданий главных корпусов варьируется в пределах от 0,07 до 0,16 мм/год.

4. В результате обработки статистического материала установлено, что вероятность появления коррозии в железобетонных элементах рабочих площадок распределена по показательному закону и определяется экспоненциальной функцией /(*) = 0,0354е"°'0354с.

5. По результатам статистической обработки дефектов и повреждений получены уравнения регрессии, позволяющие определить повреждаемость основных несущих конструкций в конкретный момент времени в зависимости от срока эксплуатации.

6. Разработанная методика оценки общего технического состояния здания с последующим расчетом срока до капитального ремонта, использующая коэффициенты накопления повреждаемости основных несущих конструкций, позволяет оценить общее техническое состояние здания и определить время и сроки до проведения капитального ремонта.

7. Периодичность проведения натурных обследований конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики, находящихся в эксплуатации свыше 40 лет без проведения капитального ремонта, основанная на исследовании скорости дефектообразования несущих конструкций, составляет не менее одного года (для рабочих площадок) и не более десяти лет (для фундаментов).

8. Исследование обеспеченности несущей способности строительных конструкций рабочих площадок в зависимости от срока эксплуатации определило, что прочность плит перекрытия рабочих площадок отображается экспоненциальной функцией Р5=1,3919е-°'00% с коэффициентом корреляции 0,9936. Максимально возможный срок эксплуатации строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики без проведения капитального ремонта не превышает 45 лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Алексеева Е.Л. Анализ повреждаемости элементов каркасов главных корпусов тепловых электростанций [Текст] / Е.Л.Алексеева, К.И. Ерёмин // Научные труды XIII международной межвузовской научно-практической конференция молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности». - М. - МГСУ. - 2010. - С. 27-30.

2. Алексеева Е.Л. Анализ эксплуатационной среды и повреждаемость конструкций главных корпусов предприятий тепловых электростанций [Текст] / Е.Л.Алексеева // Материалы второй всероссийской научно-технической конференции «Экспертиза и оценка риска техногенных систем - 2010». - Череповец. - 2010. - С. 9-15.

3. Алексеева Е.Л. Влияние коррозии арматуры на прочность железобетонных плит перекрытия рабочих площадок зданий предприятий теплоэнергетики [Текст] / Е.Л. Алексеева // Механизация строительства. - М. - 2012. - №4. - С. 24-25.

4. Алексеева Е.Л. Изучение закономерностей износа несущих конструкций главных корпусов предприятий энергетики [Текст] / Е.Л. Алексеева, К.И. Ерёмин, Ю.В. Березкина // Вестник МГСУ. - М. - 2011. - №1, т.2. - С. 197202.

5. Алексеева Е.Л. Оценка общего технического состояния зданий главных корпусов предприятий энергетики с накопленными повреждениями [Текст] / Е.Л. Алексеева // Механизация строительства. - М. - 2012. - №2. - С. 36-37.

6. Алексеева Е.Л. Исследование обеспеченности несущей способности строительных конструкций рабочих площадок зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики [Текст] / Е.Л. Алексеева // Вестник МГСУ. - М. -2012.-№3.-С. 25-29.

7. Алексеева Е.Л. Накопление дефектности и повреждаемости строительных конструкций зданий главных корпусов на российских предприятиях теплоэнергетики [Текст] / Е.Л. Алексеева // Академический вестник УралНИИпро-ект РААСН. - Екатеринбург. - 2012. № 3. - С. 66-68.

8. Алексеева Е.Л. Атлас дефектов и повреждений эксплуатируемых строительных конструкций: / К.И. Ерёмин, Ю.С. Кунин, С.А. Матвеюшкин, Е.Л. Алексеева// Учебно-методическое пособие. - Магнитогорск. - 2010. -162 с.

9. Алексеева Е.Л. Изучение динамики роста повреждений по элементам железобетонных рабочих площадок главных корпусов предприятий энергетики [Текст] / Е.Л. Алексеева // Сборник научных трудов института строительства и архитектуры. По материалам международной научно-технической конференции «Промышленное и гражданское строительство». -М.: - МГСУ. - 2011. -С.109-110.

10. Алексеева Е.Л. Проблемы оценки и прогнозирования технического состояния строительных конструкций промышленных зданий [Текст] / С.А. Матвеюшкин, Е.Л. Алексеева// Сборник научных трудов «Предотвраще-

ние аварий зданий и сооружений», под ред. К.И. Ерёмина. - М. - 2009.-С.297-303

11. Алексеева E.JI. Управление риском, контроль и мониторинг при обеспечении безопасной эксплуатации зданий и сооружений [Текст] /С.А. Матвеюш-кин, Е.Л. Алексеева// Сборник научных трудов «Предотвращение аварий зданий и сооружений», под ред. К.И. Ерёмина. - М. - 2007. - С.41 -46.

12. Анализ, причины и последствия аварийных ситуаций [Текст] / К.И. Ерёмин, С.А. Матвеюшкин, Г.А. Павлова, Е.Л. Алексеева и др. // Монография «Безопасность эксплуатируемых зданий и сооружений», под ред. В.И. Теличенко и К.И. Ерёмина. - М. - 2011. - С 3-45.

13. Исследование закономерностей физического износа элементов каркасов главных корпусов тепловых электростанций [Текст] / К.И. Ерёмин, С.А. Матвеюшкин, Г.А. Павлова, Е.Л. Алексеева, А.Н. Шувалов // Монография «Безопасность эксплуатируемых зданий и сооружений», под ред. В.И. Теличенко и К.И. Ерёмина. - М. - 2011. - С 192-207.

14. Безопасность России. Правовые, социально-экономические и научно-технические аспекты. Безопасность строительного комплекса. [Текст] / H.A. Махутов, О.И. Лобов, К.И. Ерёмин, И.А. Адеменко, Е.Л. Алексеева и др. // Рук. авт. кол-ва H.A. Махутов, О.И. Лобов, К.И. Ерёмин. - М.: МГОФ «Знание», 2012.-798 с.

Подписано в печать 05.10.2012 г.

Усл.п.л. - 1.0 Заказ №10173 Тираж: 120 экз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru