автореферат диссертации по строительству, 05.23.18, диссертация на тему:Прогнозирование состояния железобетонных конструкций коллекторных тоннелей и разработка рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной надежности

кандидата технических наук
Павлов, Олег Николаевич
город
Москва
год
1996
специальность ВАК РФ
05.23.18
Автореферат по строительству на тему «Прогнозирование состояния железобетонных конструкций коллекторных тоннелей и разработка рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной надежности»

Автореферат диссертации по теме "Прогнозирование состояния железобетонных конструкций коллекторных тоннелей и разработка рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной надежности"

^ ■ На правах рукописи

ПАВЛОВ Олег Николаевич

УДК 622:624.191

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОЛЛЕКТОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ Н РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО СлШЧЕНЙЮ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ

Специальность 05.23.18 — «Сооружегше подземного пространства городов»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена 'В Московском государственном горном университете.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. ШИЛИН А. А.

Официальные оппоненты: 1

докт. техн. наук, -проф. МЕРКИН В. Е.,

•канд. техн. наук ПИЛЬЧ 10. Б.

■Ведущее предприятие—Государственное сетевое предприятие «Моеколл ектор »..

Защита диссертации состоится « 1996 г.

час. на заседании диссертационного совета

Д 053.;12.;Ы в Московском государственном горном университете .по адресу: 11.7935, Москва, .В-49, Ленинский проопокт, 6.

С диссертацией .можно озна'комитыся ш 'библиотеке Мос-'ксвского государственного горного университета.

Автореферат разослан «//. » . ,1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук,,,проф. ШУПЛИК М. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГА РОТЫ

Актуальность раооты. Для нормальной жизнедеятельности городов необходима надежная эксплуатация подземных соорутхеш!й различного назна-чеши, среди которых аалсненшими функциональными объектами городской ттафргстоуктуры я идя клея коллекторные тоннели для инженерных коммуникаций.

■' В настоящее время в эксплуатации только ,« г. Мсскг.г находится 223 км •1С11ли^.1:;аш:с1т:гтг' прпхопных коллекторных тоннелей мелкого заложения из сборных ясемкиимоштх яснетрукиии. •

Анализ сиыта эксплуатации подземных сооружений этого тина пока^г-зает, что конструкции тоннелей перестают удовлетворять требованиям значительно раньше проектного нормативного срока го-за ускоренного нх физического износа. Затраты гга ремоггг значительно превышают нормативы, величина надежности и сроки службы конструкций в нормативных документах пстаилс- гггспгедлпйншлш и в расчетах не отражены. Сроки проведения, и со/;?ржант лгментных р.т'ш. Лп уч»™ т?т/’"-'о п 5у-

дулг.то ссстптеия ьэт»«пукцш“.

\5, ТО '•‘V Время ^рубетШЛЛ !• ОТ«'‘КС:1.С:П>:! :?>'‘.'ЧЛуГ,''ПП,'П строи-

тельных конструкций спиде»ельеггует, чь> :'.!,а’[”>"лч>'.':Д з::с>чч.г.ь. ззграт обеспечение эксплуатационной ладежноо * • чу»*» йь:" :• полу” <•••.•! опой", шкм текущего состояния конструкций 1)|С.г ароьгдлшм лтпи-стнческ*.-.; мероприяшй, црогнозироваппе»г безопасного состояпш па :млг1пп.-Й период л будутеч и выбором соответствующей политики ремонта. Такой сгряанг чке-п ..,атащ(н (по фактическому состоянию) толнелыпд?: коисттташй может обеспе'шть нанлучшее непйяьзошгне потенциального срока сл»'жон с одновременной гарантией нх безотказности на выбранном уровне.

Сложт'пшаяся ситуация характеризуется тем, что

- исследованию изменения надежности во рремсии и прогнозированию состояния конструкций коллекторных тоннелей, сопряженными с изучением большого количества случайных факторов и выбором наиболее ин<{н>рматив-

ных показателей и характеристик текущего состояния, посвящено небольшое количество публикаций,

- отсутствуют научно обоснованные рекомендации по обеспечению эксплуатационной надежности конструкций коллекторных тоннелей.

В связи с этим прогнозирование состояния железобетонных конструкций коллекторных тоннелей и разработка рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной надежности является аетуальной научной задачей.

Нель работы - установление закономерностей изменения во времени вероятности о-<п гисттеских характеристик несущей способности конструкций коллекторных тоннелей и разработка рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной надежности, что позволяет качественно улучшить прогнозирование технического состояния конструктивных элементов и обосновать сроки и объемы ремонтных работ.

Идея работы состоит в том, что эксплуатационная надежность конструкций коллекторных тоннелей рассматривается как функция несущей способности с учетом случайной природы изменения коррозионного состояния элементов конструкции во времени и степени разрушения бетона растянутой зоны и определяется их оценкой на текущий момент при обследовании и прогнозированием на будущее, что позволяет выбрать экономически целесообразный уровень надежности при определении сроков проведения работ по ремонту. " .

Научные положения, разработанные лично диссертантом, и новизна.

1. Установлена прямо пропорциональная зависимость раскрытия продольных трещин от степени коррозии арматуры , отличающаяся учетом влияния диаметра арматуры и толщины защитного слоя бетона, что позволяет оценива т> степень коррозии по внешним ее проявлениям без работ по вскрытию арматуры, а также зависимость длины зоны потерн сцепления арматуры С

бзтг>чом от степеїпі коррозии, позволяющая оценивать несущую способность в бо:.еа широком диапазоне пзмепзикд коррозионного состояния арматуры.

2. Разработана модель процесса снижения надг::шсстч пзііт перекршия колкскторны:: тоннелей при разрушении бетонз гостлпутой ?№; учитываю-., нгяя степень коррозии арыат>ры и длину учатка ошлкяыя, г.огда высот’, с^сагоі* юпы Злтопа атсі.'лптся больше ее гтям'чч«ого пипчени? Полученная с ПОМОЩЬЮ модели ЗЬКОІЮМСриОСТЬ СШГ'.;е*ШЯ НЯРг? :!ПСТИ ПО '-.ЇІІЧ «ППСДС-

гг) гпсіая-му г.;і-'мсан начат гп’гт::'”лобр^пг,яіщя и средней скорости КОррОЗНІ. «рлшуры „и поч.с.і»-" ■.■•ПкрЗ«-'<1: :>> И.І

нс^л к-піістоукцин, определять срок службы и устанавливай

при плаяи;н.'»<іь»«і чвАИйч^йСг: "“-"«ч»»

формативность показателей, влияющих на несущую способность.

3. Установлена количественная взаимосвязь между показателем точности оцеїті надежности элементов кс.чстрз’кщт, числом коигролшьк наблюдений за их состояниям и интервалами времени между ними, что позволяет повысить точность прогнозирования технического состояния к остаточного срока с;;ул'~-; гегкач*»* адеха и объемы работ по усилению кішсірущий.

^ г; .' !~.л-

- ;:р=.-гі■ р-,■ 5”р:*п<и;ііїіі“зор::': гтрс'&олл стре;п<\гІ-.;.и>'. >.:є:і«іоСєтоіі.г!.. ; /он-:',;- •.*! .•■= N '-.о: і":.- - ^мо:гп-і •-чсского .іоі.,•,лі;рс-г~. <-и,

- с*.одкыостыо тсорстич&счпк р-гчультаїог. і гь-зул‘-лагами п'.,гуг:::лх »■> с":2оїз*!Яй по отказам плігг перекрытий с доверительной верояшостьч.! 0,9.

Значение о.:6огы. іІаучцое значение работы состотг в установлении закономерности изменения. ао времени надежности несущих «шопукний коллекторных тоннелей для шисенериых коммуникаций, позволяющей вести прогнозирование их состояния.

Практическое значение работы заключаете!.' в разработке рекомендаций, позволяющих сдопшаг», степень лорро^пи арчглурн но раскрышю пр.-

дольных трещин без вскрытия арматуры, определять несущую способность и прогнозировать остаточный срок службы, а также назначать сроки проведения ремонта конструкций этого типа подземных сооружений.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Элементы мониторинга несущей способности подземных строительных конструкций коллекторных тоннелей при их коррозионном разрушении, составной частью которых являются рекомендации по ведению диагностики и прогнозированию состояния, а также по назначению сроков ремонтных работ, приняты к использованию в ГСП “Москоллектор”. ' *

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на Международной конференции по коррозии арматуры н защите стали в бетоне ( Шеффилд, Великобритания, 24*28 толя

1994), 2-м Международном конгрессе “Защита-95” ( Москва, 20-24 ноября

1995), Российской научно-технической конференции по неразрушающему контролю и диагностике ( Москва, 23-26 июня 1996) и техтгоеском совещании в ГСП “Москоллектор” (Москва, 1996). .

Публикации. По теме диссертации опубликованы три научные работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. \ . ‘ •

Работа изложена на машинописного текста, включает Л

рисунка, таблиц, список литературы из //^/наименований и приложение. .

ООТОППСЯ СОДЕРЖАЧИЕ РАБОТЫ

Г ь , ттпг-с-г-г ата."’« рсглдомаяпй в области эксплуатацн-

С-т:, "і'С'Сі; ■= с.'-' ; ! -ке.*1: х

\fnvrr-) і;- ” не г-мг; ” г^''є*,,,ну гоппуженнй.

л.Сі;::-,і<>,5юоіп V. >п'0' І■ Ч'«іНія сил'и-ни; і

- її!:.і - т.ЧЧТГГЛТЯЧЙ НЄІШЙ ОЯД ПУОЛИКаЦИЙ КМ і> і'оССЬіі,

Вопросы опенки надежной'» и использования статист ическил

.^:z " •ттгилгти кксиси м ^См_________ ?;:::•—м п'л^п_

тах Н.В. Бакяашоі>а, В/Г. Глушко, Н.И. кавдаурова,

виенко. В.Е. Меркипа, Р.А. Муллера, К.В. Руппенсйта, А.Н. Шатенко, В.И.

Шейнина н лр.

Изучєшпо эксплуатационной надежности строительных конструкций сооружений посвящены работы В.В. Болопша, М.Б. Краковского, В.Д. Райзе-ра, А.Р. Ржаїшціша, В.А. Рогонского, А.Г. Гоіітмана, В.П. Чиркова и др.

і *':..угпппп!1\’ ■ ; ■ і г-- г -'.~т.м... и Г. ГР 21?-

■ г! -, : і ч! .,■ ‘ ’о !;>'■ ї5- 1 " і н'1 : і ■' ■1 ■і"

>4.-( р'і! ''.л; і Н, ’ •.■їпп''іК'м

>' А Г;?-. і.і.і, ■'!> :'.і. 'і .Г ІСг.ЛГ-т.-н::'' ‘р ': ІМг,};лі.

а і'іол'.-альїіі/П,, і{ К. і'очентл^я, іі.іі. Сйґ: і;ь-'>? ='

>У. : і, ....пііі.н дгіи. нм-'ісксі- --лчнич!!-;•> ‘:ушп:гаф"! ;мпр-,;.у

0‘:-;-’їги гг (іпог»ісг!н:>овіи;!;і глК'іояі:і!~ по.'пемі'и. •*ір. лкчіліт >■; :.‘о;и’т.лі.щііг теплофикационных коллекторных тоннелей ояа коммучж: :ни!«,

« і л-."- ,'.!,',<_-ра:.а; и.: опстптгптгеъ по х»пяктерисіикам процесса кар-

боиизліші* ":іни:тіюг.~> слоі; бетоі а, роздєйстйия хлорздоп. прочмиаюпл.-ч >■;-тон из грунта после разрушения гидроизоляции, по непосредственным рам степенн коррозии путем вскрытия арматуры и замерам прочности бетона. Эти характеристики -лодяг г. рпзрз6отаяяч<* мопеяи поогяознроваїни воседе-іїіія копструкцрП по пел о, п і ому состоянию *іа мо'-ч”!- т^.'екпфлп.ют?, р> !С, о.'і. іко, ін; упгг:ппг.~т г^пГгчого изменения скорости накоялг;ціл ?'■>{> •

I .

розионных повреждений в процессе эксплуатации. С помощью этих моделей определяются только сроки службы конструкции, учет текущего ее состояши в процессе эксплуатации для корректировки расчетных дашіих моделі! не предусмотрен. При определении несущей способности элементов конструкций коллекторных тоннелей степень и характер разрушения бетона защитного слоя в растянутой зоне не рассматривались.

Исследования обеспечения и поддержания эксплуатационной надежности, в частности, определение экономически целесообразных сроков назначения ремонтных работ этого типа подземных сооружений практически не проводились. •

Анализ имеющихся результатов обследований и опыта работы по эксплуатации теплофикационных тоннелей организацией ГСП “Москоллектор” позволил установить, что из всей номенклатуры зкелезобетошшх элементов наибольшие коррозионные повреждения имеют плиты перекритій, разрушение которых может привести к прекращению функционирования сооружения.

Анализ существующих исследований в области прогнозирования со-стояши и эксплуатационной надежности железобетонам;;, конструкций позволил сделать следующие выводы: ■

- исследования бетона конструкций коллекторных тоннелей показали, что в результате коррозии арматуры имеет место весь спектр характерных видов разрушения защитного слоя - продольные трещины, откол, отслоение и обрушение защитного слоя с обнажением рабочей арматуры и потерей сцепления арматуры с бетоном, при этом отсутствуют зависимости характеристик разрушения от степени коррозии арматуры и конструктивных параметров элементов этого типа подземных сооружений;

- существующие методики расчета эксплуатационной надежности не учитывают зависимость несущей способности от степени разрушения бетона защитного слоя в растянутой зоне, определяющей во времени процесс снижения надежности, начиная с момеїгта возшиаювеш.л продольных трещин до момента потери прочности несущих элементов;

- Г])' •: МО'Ч-1^»:ССГ,7~'Т1!!?" ?т?сутг*т*х '»"еъгРЧТгт, осуществляемое С

: ,м‘М-•■~"Т"сгтт*г'> -'"«чагтрП п-оппйпелснкын момент времс-

м *•: • Ь1 ••;•*,):.>. Ь :! Г'Г.'СТТСТГГ'у 'ЧЧЧ'ОСТ»? ^прпочин ВО ЯПСМвИИ;

- С7П\ 10': '<Сг, П0!!'’-:О-;Г!; Г/'' Г* ; М 7 '.'15' ;Ч лп; * ПОКД $-'>.'‘0: иу

. : '.<!•: ?}:г г~*г* *•**»« и «темени начала ремонтных работ для

В связи с вышеизложенным необходимо проведение дальнейшил ис-.Г., л™™"’"""' «ятнинк» вииииъии ---' л'>^г^в-

ШП коллекторных тоннеле!! на ОСЯОПв }-чета текущего КСррозИотнл и И^|0/.-пня конструкций и воггросоз обеспечения эксплуатационной надежности на основе учета результатов прогнозирования состоянии и выбора экономически целесообразных сроков начала ремонтных работ.

Исходя из состояния и изученности вопроса для достижения поставленной цели необходимо:

V» ». СсТГЛГи II ПС ! 1!• !• г" '• “ * л • .. ?НЧ'1’•.>'■

л ^ .иеи^ ра.ру^снчЛ,

- сиро„адшуь '.‘иииси:;ос:ь иссушси смс-он’ни:гн ;;лнг ;;’>

«Ясл-ши коррозии арм&гуры 5.а осноис учета ентенм 1н?р)ъ,с1Ш~. ?п-

пщтного слоя; .

- :!?.ннс:г•с.:тт, ья.и’-ксл Зпстг.П’.гкггч от времени н определить

.у::-Г-'Ч-^.ЯЫ'10.Л), 1.10 ПЗМСН,.'НШО К1>;',)ОЧ1;..1!П!0; О С'^ЛИ'кнШ, про !! .»-Лг жетона, конструктивных параметров и коэффициента неопределенности полученной зависимости несущей способности от степени коррозии арматуры;

- г.г,,,аГ|Огап» '<оц!:]ч. н'алгорггггг прог*"«мрлиа»тя надежности по тс-

гугчстл- !.оррззиош:о--у сос'ю-^ипо;

- выявить закономерности изменения стоимостных показателей сооружения от индекса надежности конструкции.

Для решения поставленных задач попользовалась комплексная методика исследования, включающая б себя: натурные измерения, вероятностные и статистические методы и метод сопоставительного анализа результатов.

Во второй глзпа изложены результаты натурных обследований коллекторных тоннелей общей протяженностью 380 м, отобранных среди тоннелей длиной 8450м как наиболее характерных по показателям состояния, конструктивному исполнению, состояния эксплуатационной среды и находящихся в эксплуатации на момент обследований от 23 до 30 лет. На основании полученных результатов получены зависимости раскрыли продольных трещин и длины зоны поте,.(сцепления арматуры с бетоном от степени коррозии арматуры в плитах перекрытия.

Натурные исследования включали в себя определение гтчествешшх особенностей и количественных характеристик разрушения бетона растянутой зоны ребер пят перекрытия по всей протяженности типичного коллекторного топнем. ' .

Определение качественных особенностей предусматривало изучение количества и характера расположения продольных трещин в отдельно взятом ребре плит перекрытия, наличия отслоения и откола защитного слоя бетона с оголением арматуры, количества рабочих стержней арматуры, приуроченность отколов к каким-нибудь определенным частям ребер, а также.наличие потери связи продольных рабочих и поперечных стержней в каркасах арматуры в результате се коррозии. Определение количественных характеристик разрушения бетона состояло и измерении величины максимального раскрытия продольной трещины накладными н вставными трещнномерамн, ее длины, окошуриванни области отслоения путем простукивания бетона молотком н измерение размеров этой области вдоль и поперек ребра. Вскрытие арматуры для оценки степени коррозии производилось в 1/4 ч-'сти конструкций с продольными трещинами без отслоения бетона в одной точке ребра и в 1/3 кон-струкцш. с отслоением защитного слоя в трех точках некрытой арматуры. В

і: ' 5<тгг"гг г7,г>,г*"<,’”»>!ос*, непоспеастогшюе определение сте-

■ і ..-і V :> |\ ор.; V ■‘ 11 ■::;о 1. ,

'ТС:, Т^ЧЧІИІН.» ЗЯИШТНОГО слоя._. . . . _____

: 0!і

п\ї ЯТЛПЛ і А В ОЄ0паХ ЖЄСТКОСТИ Я влиплий 11 і .<

тоннеля со сроком эксплуатации 25 лет составила: дня и^дилмч»» ,

її», тучт»,,,,,, . ,ч ,_/п (ц,и,СПцл ч,! 1,ло/ " ■«•"«лікчтіі петпиа

- -1 9,та.

Показано, что продольные трещины без отслоения имеют место при огзлени коррозии арматуры по массе в диапазоне 1,4-5,8%. Внешним проявлением такой степени коррозии является раскрытие трещин в диапазоне 0,13,6мм, Отслоение бетона характеризуется развитием горизонтальной трещины параллельно шпкней поверхности ребра ках по ширине, так и по длине, а . .....' : г.-.-.р * ~:гтС!!Є лара!П’ЄЕІ!гт:п:а'Т!Т

■"І і : •- ■ і.....,ґ 1 -д ! її; • ЧГ;С ' > ’: 1 - ■>! ■■■

;; /;Г !•[:.'! ч чапи ...і..го кс нр.-Р'. ’іп;!\і >! їр;чі> ,\'і,

- \): ■, > .іі^ус і ::гі: 'і"’ ;н,:0'Г!її:- и зош.і ■: 'Н'іЧ' іпіЧ'Лі'"Л!п."іі

части пролета. Эта зона харакісризусісл коррозией плі ...і в

ісініП г г 1‘"п '"І"' ” .--.V гггі то.ча занимает более 80%

Проведен анализ теоретических и экспериментальных иеследоьиЩі.; -области влияния коррозии арматуры на разрушение защитного слоя бетона в ; ,'^го и результатов натурного исследова-

;мм. ' г.: его ■ ' ■; ) 10.!',‘ ч г--:■ ';:'■.'С'!; гьпспн коррозии ярчлгу-

;і- : и їг~’і:г~~с:'тггп р?скр!їт“ч тт>еншнм с коэффнцненюм корре-тли*..! О,а/X

Коэффициент приведения отражает влияние на эту зависимость толщины защитною слоя и диаметра арматуры

к = 2,2316А +1,6322, (1)

где к - степень коррозии арматуры по массе, %;

А = 101? 6/(\ +Ь/с!)1 с!*- ^введенное раскрытие; 5 - фактическое

раскрытие трещины; L- толщина защитного слоя; й- диаметр рабочей арматуры. .

По результатам натурного эксперимента построена корреляционная зависимость относительной длины зоны потери сцепления арматуры с бетоном и степени коррозии арматуры с коэффициентом корреляции 0,9231:

I = 0,044 8л:+ 0,0619, (2)

где - 1Л ! 1Н - относительная длина зоны потери сцепления; Ь;1 - дшша ребра; к - степень коррозии арматуры по массе п %.

В третьей глат.е предложена модель изменения надежности коллекторного тоннеля. Безотказная работа тоннеля ь результате эксплуатации определяется надежностью работы шпгг перекрытия. В 1сачестсе отказа коиетрук-цш! рассматривается равенство несущей способности (прочности сечения г, середине пролета) и действующего в нем момента. Отказ - случайное событие, наступление которого определяется конструютшными параметрами и коррозионным состоягтем шшт перекрытия. Изменчивость последних моде лируется случайными величинами с известными законами распределения. Моменты в серединс пролета рассматриваются как детерминированные величины. Применяется метод вторых моментов первого порядка с использованием в качестве показателя надежности индекса безопасности Р(0, определяемого в пространстве нормализованных значений свойств и параметров состояния как минимальное расстояние до поверхности рг рушения р(х) = 0. Вычисление индекса безопасности производится с использованием алгоритма Хазофера-Линда. Плиты перекрытия проектируются на максимальную несу-

щуіо способность, когда высота зони сжатия бетона .^немного менее ее гра-'Г'"'ТТГГ0 5 Т!ОЗТ'ч'Г\г НО^ПУ^ОСТЬ рячпутттлття п пПичшлх пепемен-

Т...ОИТ пчігтч^-зігн пяКпирй япиятоїт,! пт гтое дельных напряжений, принятый а при этом установлено, что 4 = 4оО ~ О і А. ■ призмеїпіая прочность оетона; о -

шининя ипии. п. - іітнИал ооіОоіа «мг—* --і- —_ГС”?

шиї учтыьл&г факт нашлшя режима переармнроиания л риииіе мпмк-чп. ребра нрн наличии разрушения бетона защитного слоя с зоной потерн сцеп-лени <: данной 4, определяемой по формуле (2), і! степень уменьшения площади арматуры в результате коррозии. При расчете индекса безопасности учитывается изменчивость прочности бетона, рабочей высоты сечения, степені! коррозии н длины зоны потери сцепления. Кроме того, учтен корреляци-

г'; : Iо:":-■ м.; ]г.\корр:нг-и - 0,ХЗ ;! : д1' л:;. ,. .‘1. :

свободного • • ':-л:а я 'зависимое и (2) - 0,17.

Ь работе накопление коррозийных евродцедый а арматуре йвдш-“••гтел ггс'"сттпсскптт сбттгспсяспптгм яифференниа'п.нмм уравнением, ре-п";.1,!.; !.,)•;о:;|-./м огцк-.д^ыегсл началом г.ремени продольного трешшюо.'фази-вания тт и скоростью коррозии г. Отставание появления продольных трещин от начала процесса коррозии составляет для характерных значений пара-:.тгтрс~ тггтгструтстттТи плттт ттегётерттгия 55личияу порядка одного года и поэто-за );пч;ыо процесса взят момент начала 1 рещшюобразовашш. Ук ишые

причины носят случайный характер. В результате зависимости от времени 1 средней стенопа коррозии и ес дисперсии имеют вид

к{і)-Т^~г„)! А,0, (4)

’ (О = (<г?т*1 + г1<тХ)/Л;,, (5)

где Аго -начальное значение площади рабочей арматуры; т - время корреляции значені :і скорости коррозии, раииое для топового коллектора четверти года, когда происходят сезонные изменения скорости; сг*, а'сгс - дисперсии екопосш корро?:ш и времени начала трещшгообразования. Наличия первой степени для времен» б зависимости (5) отражает факт сильного перемешивания реализации хода коррозионного процесса в арматуре, когда скорость кор-

розии меняется в ходе времени неконтролируемым образом с разбросом, определяемым значением <т, с корреляцией ее значений п течение промежутка времени т.

Расчеты по приведенным формулам по указанному алгоритму позволили получить кубическую зависимость индекса безопасности от времени:

т=/кт-г /тц (6)

где время г0 характеризует скорость снижения надежности во времени и является функцией средней скорости коррозии и среднего времени начала тре-щинообразования. Ее зависимость от других параметров формул (3)+(5) значительно слабее:

г0 = 2(г0 / г)?.с, (“)

где = 0,17ші1, год- среднее зпач-.ше скорости коррозии на воздухе для типичного тоннеля. С точки зрения прогноза поведения надежности во времени на момент ввода в эксплуатацию определяющим4 всличииам'1 являются

-13. значение надежности в этот момент и среднее время начала трещинообразо-

ванпя.

В работе наследовано влияний на среднее время трещинообразовання ^опстручггивных параметров - толщины защитного слоя Ссюна, ьинетичесю;:; ^лрошетроз - ксзффіїднеіггов карботшции и диффузии поїти хлора,так:::е среднего времени разрушения гидроизоляции плит перекрытия с нримен.-ли-си іШ!ітаді:он;<сго моделирования. Для типично! о тоіптєля величина г,гі распределена но закону Оенбулла со средин?.! значением 1Я,3 і гіда і: :пшда;л;іі!.м овдшсішем 8,8 лет. При изменении голкшны защитного слоя т 5 до 30 мг. среднее время начала продольного трещинообразовання изменяется от 3,6 до "'5 ,"йт я прямо пррпррпионячьні* увеличііьаоіоі *л ІЛ до 2а «*.1 О; ір;.мс:::г отказа гидроизоляции в диапазоне 5-26 лет. С увеличением значений коэффициента карбонизации в диапазоне 3-10 лш/год1'2оно уменьшается от 22 до 5,5 лет. Уменьшение этой величины от 21 года до 11 лет происходит и при увеличении коэффициента диффузии для ионов хлора от 300 до 1200 лш1 /год; . ;

Четвертая глядя посвящена разработке рекомендаций по обеспечению НЗДе'ТШОСТИ коллекторных тоннелей Т7~ несущей способности ПЛ1ГГ перекрь! шя. Предложен алгоритм прогнозированнч надежности на основе модели ііредмдущеіі глави к способа корректировки вычисленных по модели значений несущей способности по результатам обследования на момент времени 1. Суть алгоритма состоит в следующем. В течение первых пяти лет эксплуатации производятся измерения толщины защитного слоя (рабочей высоты сечения), прочности бетона, площади рабочей арматуры, определяются коэффициент карбонизации защитного слоя бетоь... Производится вычисление среднего времени начала трещинообразовання и определяется ход зависимости индекса безопасности Д от времени для каждой плиты в отдельности . Эти данные заносятся в базу данных коллекторного тоннеля или его участка, в зависимости от эксплуатирующей организации. На момент появления первых признаков продольного трещшюобразования корректируется значение этого момента и измеренного значення прочности бетона, что отражаете; в базе

данных. Определяется индекс безопасности на момент обследовашгя Д. Производится корректировка значегаїя Д по значению Д по формуле

Аі=(А- аА)/л/ЇГ?. (8>

где коэффициент корреляции /' вычисляется по даіпіьш моделі! и результатам обследования. По новому зиачешно индекса безопасности на момеїп: обследования строится его зависимость от времени на период, следующий за моментом окончания обследования. Скорректированный ход зависимости надежности позволяет перейти к плапнроаашпо дальнейших обследований и производіггь вычисления, используя формулу (6) с новым значением для р при гсг,. Дальнейшие обследования приводят к новым скорректированным значениям надежности. Приведено скоррекпфованное распределение времени до отказа-после проведения обследования и сравнивается с первоначальным до его прозедглш дня коллекторного тоннеля со сроком эксплуатации 30 лет. - .

В работе поставлена и решена задача об упреждающем допуске нг. ч> дзжность при проведении ремонты ч работ. Рассматриваются ход измсаонкя удельных общих затрат на ремонт и ущерб от возможной потери несущей способности плит перекрытия от величины упреждающего допуска. Последний определяется как разность текущего значення индекса безопасности и его предельного значения, взятого равным 2. Общие затраты имеют мшншум по упреждающему допуску, значение которого и предлагается брать в качества того уровня, с которого необходимо проводит!, ремонтные работы ко уенло-шпо. Момент времени, соответствующий наступлению этого значенім долус-’•а, принимается за время начала ремонтных работ. Предложена зависим сся» временя начала ремонтных работ от процента амортизационных отчислешаі.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В п<гс,'ерт?гп<отгой работе дано ионов- решение актуальной научной ;• лч|.: лу.ошоз.фски-лю состояния л-.елезобеячшыгг ьо:>ч труюн!1 дом^с. ирных тоннелей и разработка рекомендаций по обеспечению их эксплуатационной ладежиостн, что позволит повысить надежность эксплуатации и пр-_-дли;': срок службы конструкций этого типа подземных сооружений.

Проьеденныг у работе исследования позволили сдслап, с.кд-'ккцис выводы: .

’ 1. х Ы .11^1 ■ 1 и1 .......^ О С • X 0^..'^ 1 - . 1^--;_ -* -Т’~^

тоннелей общей протяженностью около 380 м позволили ПЫЛИШЬ степень и характер разрушения бетона защитного слоя в результате коррозии арматуры. Показано, что в ребрах жесткости плит перекрытия имеет место весь спектр видов разрушения защитного слоя от продольных трещин до обрушения защитного слоя с обнажением рабочей арматуры.

2. Установлены зависимости раскрытия продольных трещин и длины «;иы лсиерн сцепления лр-'тг.турт.т с бетоном ст стенеки коррозии арматуры, .^г.олцвтше разработать способ оценки коррозионного состояния но ьнс:п-м!1.-: л т> 05-. ;5,- д с 1;; 1 я г: без г-а.рытгл арматуры при проведении быстрых, м?ссовыч «следований и использовать при разработке модели потерн несущей способ-пост. Работа,': диапазон зазиеам остей по степени коррозии по массе соста-

!л от ! до 22%

3. Установленный аналитический вид зависимости изменения надежности железобетонных конструкций в процессе эксплуатации коллекторных тепнелей определяется временем начапа г тдольного трешинообразования и средней скоростью коррозии арматуры и служит основой для прошла погс-депня надежности во времени. Получешше зависимости времени начала тре-эдшообразовання от конструктивных параметров позволяют оценить его на -Ч®«8льиой етадян эксплуатации сооружения в диапазоне 6-25 лет. Показана необходимость на этом этане проводил, измерения толщины защитного слоя,

ПрОЧНОСТИ бетона и проводить сценку коэффициентов карбонизации и диффузии для ионов хлора. '

4. Разработанный алгоритм прогнозирования состоит из дгух основных блоков: модели нзменешія индекса безопасности и блока корректировки его оценок по результатам обслс ’ааий. Применение алгоритма позволяет снизить ошибку прошоза для сроков службы на 11% после первой и ка 34% после второй корректировки.

5. Результаты машинного эксперимента по прогиозировашпо состоя-

ния выявили тенденцию увеличения пикового значешш надежности ii спад времени жизни оценок и позволили сделать вывод, что в период от трещгто-образопания до появления отслоешш следует проводить обследовшшя с периодичностью 3-4 года, а после обнажения рабочей арматуры через 1,5-2 года. ■ •

6. Показано, что удельные общие затраты на эксплуатацию, включаю-

щие ущерб от отказа плит перекрытия коллекторных тоннелей, в зависимости от уровня наденшостн имеют мшшмум. Для проанализированных с;пуашш это соответствует началу работ по усилению в днапазонс 3-7 лет после начпла трещинообразоваиия. \

7. Разработанные в диссертациошюй работе рекомендации по обеспе-

чению эксплуатациошгой падожности железобетонных конструкции коллекторных тоннелей приняты к пспользовашио в ГСП “Москоллектор” при планировании проведения обследований и назначения рсмошиых работ по усилению. Ожидаемый годовой экономический эффект составит 31381 тыс. руб. на один коллекторный тоннель в ценах 1995 года. ' •

Основные положения диссертации опубликованы ч следующих работах: ■ • ' '

1. Shilin A.A., Pavlov O.N., Kirilenko А.М. Service Life of Precast Reinforced Cone 4e Members in. Urban Recta gular Tunnels with legard to Corrosion of Reinforcement// Proc. Intsm.Conf. on Corrosion & Corrosion Protection of Steel in Cc- :rete. - Vol.l. - Sheffield, UK, 1994. - pp. 63R-647.

2. Ши’лин А. А.„ Кириленко А., М., Павлов О. Н. Прогнозирование остаточного ресурса и защита ж/б элементов «он-стр,уікц'іш 'коллекторных тоннелей//Тез. докл. 2-го Международного конгресса «Защита-95»,. Москва,, ноябрь (20—24),

1995, с. 51—62..

3. Шііліі-н А. А., Кирилепхо А. М., Павлов О. Н. Применение дцгтіюстіші для. 'прогнозирования надежности железобетонных к0!істру'Хці:м//Нераз!)\'ішаі0'і!шіТ ’контроль" н днагно-сть'-а/Теэ. г-п. IV ГогспАс -.он научи.-техн. конф. Москва,

1996, июнь 1(23—26). С. 652.

Подписано в печать 27.09.1.996. Формат 60X50/16

Об:.ем 1 пс’Ч. л. Тираж 100 экз. Заказ № 1627.

Тмкгрлфия Ліосковскі го государственного горного уипае/сигста. Ло[:ціг:к.і;Гі проспект, 6