автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Разработка метода оценки технического состояния деревоклееных элементов строительных конструкций по показателям надежности

Замыцкий Олег Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВОКЛЕЕПЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ НАДЕЖНОСТИ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орёл 2010

2 5 ноя

004614467

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет».

Научный руководитель: - кандидат технических наук, доцент

Кабанов Виктор Алексеевич

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Тамразян Ашот Георгиевич

- кандидат технических наук, с.н.с. Пятикрестовский Константин Пантелеевич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 26 ноября 2010 года в_часов на заседании

диссертационного Совета Д 212.182.05 при ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке и на официальном сайте ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» - www.ostu.ru.

Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу: 302020, г.Орёл, Наугорское шоссе, д.29

Автореферат разослан 26 октября 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета, к.т.н., доцент

А.И. Никулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Насущность и актуальность темы подтверждается федеральным законодательством, федеральными и отраслевыми целевыми программами по исследованиям и разработкам на период 2007-2012гг., направленностью публикаций в профильных научно-технических изданиях, тематикой отраслевых конференций, академических чтений и др.

В нормативных документах различного уровня таких, как технический регламент, СНиП, стандарты организаций выявлены различные интервальные нормативы коэффициента надёжности по ответственности, различное количество уровней ответственности по надёжности. Разночтения свидетельствуют о неоднозначности понимания сущности нормирования уровней ответственности и значений коэффициентов надёжности по ответственности.

При этом во всех нормативных документах коэффициент надёжности по ответственности трактуется как постоянная величина и определяется только на проектной стадии жизненного цикла. Опыт эксплуатации показывает, что уровень надёжности групп конструкций изменяется на эксплуатационной стадии под влиянием целого ряда факторов. Следовательно, и коэффициент надёжности по ответственности может быть представлен как величина, определяемая расчётом, регулируемая на эксплуатационной стадии жизненного цикла. Необходима разработка метода оценки технического состояния конструкций, учитывающего как проектное, так и фактическое значение коэффициента надёжности по ответственности, и изменение показателей надёжности.

Работа выполнена в рамках программы целевых фундаментальных исследований «Архитектура и строительство» в интересах Российской академии архитектуры и строительных наук РФ, представляющих наибольший интерес для федеральных агентств и ведомств в рамках соглашения 2008г. с РФФИ: «Разработка теоретических основ конструктивной безопасности конструкций зданий, сооружений и строительной инфраструктуры с учетом критериев живучести и изменяющегося во времени прочностного и эксплуатационного ресурса» при поддержке КурскГТУ, внутривузовский грант № 1.77.09П/18 «Управление надёжностью систем несущих конструкций на всех этапах жизненного цикла».

Целью диссертационной работы является: создание методики оценки технического состояния элементов деревоклееных строительных конструкций по совокупности взаимосвязанных показателей надежности

элементов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработать модель оценки технического состояния по взаимосвязанным показателям надежности для подтверждения соответствия требованиям конструкционной безопасности несущих элементов строительных конструкций;

- исследовать изменения показателей надежности по времени до возникновения отказа элементов и риску отказа в группе взаимодействующих элементов в виде двухпролётной неразрезной балки с элементами жесткого среднего узлового сопряжения;

- выполнить экспериментальную оценку изменений технического состояния группы элементов в конструкции на примере двухпролётной неразрезной балки с элементами жесткого среднего узлового сопряжения;

сформировать предложения по интервальной оценке технического состояния элемента строительных конструкций на примере деревоклеёных элементов по показателям надёжности;

- предложить алгоритм определения априорного проектного уровня надёжности зданий и сооружений с учётом данных по совокупности значимых характеристик здания.

Научную новизну работы составляют:

многопараметрический подход по оценке технического состояния по показателям надёжности деревоклееных элементов;

исследование риска отказа и времени до возникновения отказа с учётом вероятностного характера показателей прочности на примере элементов конструкций из клеёной древесины;

численные значения показателей надёжности группы и элемента строительных конструкций с проверкой по результатам экспериментов;

методика определения и регулирования надёжности отдельных элементов и групп строительных конструкций и определение рекомендуемых интервалов значений показателей надёжности для различных состояний элемента конструкций из клеёной древесины.

методики определения уровня ответственности по надёжности зданий и сооружений, полученные в результате логико-вероятностного анализа, с применением нечётких множеств и самоорганизующихся карт Кохонена.

Практическая значение и реализация результатов работы:

Разработанная методика регулирования надёжности позволяет более точно по сравнению с существующими методиками определять и регулировать надёжность отдельных элементов, групп элементов и строительных конструкций в целом.

Результаты диссертационного исследования применены ООО «АрхБюро «Е-Проджект», г. Москва при проектировании, ЗАО КССМ при проведении натурных обследований и испытаний междуэтажных железобетонных перекрытий жилых домов по ул. Бутко и Щигровская в г. Курске. Полученные результаты могут быть использованы саморегулируемыми организациями проектировщиков, проектными фирмами, экспертными организациями при разработке и реализации программ обеспечения надёжности (ПОН), включая эксплуатационную стадию жизненного цикла строительных конструкций и зданий.

Результаты исследования и предложенные в работе методы расчёта были включены в учебной процесс КурскГТУ (ныне ЮЗГУ) для студентов специальности «Экспертиза и управление недвижимостью», «Управление инновациями» в рабочие программы дисциплин «Техническое регулирование нововведений», «Основы инновационной деятельности».

Обоснованность и достоверность научных положений и

выводов подтверждается:

проведением экспериментов с уточняющими испытаниями стандартных образцов в необходимом объеме статистического минимума;

- применением апробированных статистических методик, а также сертифицированных и лицензированных программных средств ЭВМ, для обработки экспериментальных данных;

- сопоставлением результатов вычисления по двум методикам при определении уровня ответственности надёжности по, имеющим различные математические подходы: теорию нечётких множеств и самоорганизующиеся карты Кохонена;

- согласованием полученных результатов с независимыми исследованиями других авторов;

Соответствие диссертации паспорту научной специальности:

В соответствии с формулой специальности 05.23.01 «Строительные конструкции здания и сооружения» в диссертации разработаны методики определения технического состояния строительных конструкций применение которых способствует обеспечению конструкционной безопасности, созданию наиболее совершенных и надёжных конструкций. Полученные результаты соответствую пунктам 4 - «Развитие методов оценки надёжности строительных конструкций зданий и сооружений, прогнозирование сроков их службы, безопасности при чрезвычайных ситуациях и запроектных воздействиях» и 8 - «Методы и техника оценки и диагностики технического состояния, усиление и восстановление конструкций и элементов эксплуатируемых зданий и сооружений,

прогрессивные формы обслуживания зданий, сооружений и систем их жизнеобеспечения» паспорта специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

На защиту выносятся следующие вопросы:

- модель исследования и рабочая гипотеза по анализу ТС

- исследование риска отказа и времени до возникновения отказа с учётом вероятностного характера показателей прочности на примере элементов конструкций из клеёной древесины;

- результаты экспериментальной оценки ТС на примере деревоклеёных элементов и группы элементов с опытными данными о характере разрушения, несущей способности, деформативности деревоклеёных элементов и группы элементов при поперечном изгибе.

- предложения по оценке состояний элемента строительных конструкций из клеёной древесины на основе интервальных значений показателей надёжности;

- предложения по определению уровня ответственности элементов, конструкций, зданий и сооружений по показателям надёжности, полученным в результате логико-вероятностного анализа, с применением нечётких множеств и самоорганизующихся карт Кохонена.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались: на ежегодных научно-технических конференциях «Молодёжь и XXI век», КурскГТУ, ( Курск 2007, 2008гг.); на научно-технической конференции «Геотехнические проблемы восстановления надёжности зданий и сооружений», ЛГТУ (Липецк 2007г.); на научно-технической конференции «Вибрация», КурскГТУ (Курск 2008, 2010); на международной научно-технической конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надёжности и долговечности конструкций и методы их решения: 11е]пш-2008», СПбГПУ (СПб. 2008).

Публикации: основные положения диссертационной работы изложены в десяти публикациях.

Объём работы:

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы из 161 наименования и приложения. Работа изложена на 140 странице, включая 61 рисунок и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основе обобщенного анализа работ по теме диссертации, обоснована актуальность исследований и многопараметрических оценок надежности для проверки и

подтверждения соответствия требованиям конструкционной безопасности.

В первой главе приведён обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований по определению надёжности строительных конструкций. Отмечена недостаточность исследований при определении надёжности элементов и групп строительных конструкций на эксплуатационной стадии жизненного цикла, сформированы цель и задачи исследования.

Изучению надёжности строительных конструкций посвящены теоретические и экспериментальные исследования А.Р. Ржаницина, В.М. Бондаренко, С.В.Бондаренко, В.В. Болотина, А.Я. Дривинга, Б.И. Снаркиса, , В.Д. Райзера, В.А. Рогонского, Л.С. Авирома, Б.М. Колотилкина, В.О. Алмазова, А.Г. Тамразяна, А.П. Мельчакова, C.B. Уткина, В.И. Римшина, А.Г. Ройтмана, В.И.Колчунова, С.И.Меркулова, В.А. Кабанова, Ю.Д. Сухова, H.H. Складнева, С.А. Тимашева, В.П. Чиркова, А.П. Кудзиса, A.C. Лычёва и др.

Серьёзный вклад в исследование вероятностной природы нагрузок, учёта их сочетаний и обоснование процедур их нормирования внесён работами М.Ф. Барштейна, A.A. Бать, И.А. Белышева, А.П. Булычёва, Л.В. Клепикова, К.С. Лосицкой, В.А. Отставнова, Л.С. Розенберга, В.Н. Писчикова.

За рубежом к значимым результатам в теории надёжности можно отнести исследования исследования Дитлевсена, A.M. Фрейденталя, Корнелла, Хасофера и Линда, Р.Раквица, Г. Шпёте, Г. Аугусти, Баратга, Кашиати, Капура К., Ламберсона, Ф. Боржеса, М. Кастанеты, И. Мужевского, П. Марека, М. Гуштара, Т. Анагноса и др.

В предшествующих работах было определено, что зная резерв несущей способности и совокупность статистических показателей, возможно определить вероятность возникновения отказа в конструкции. Характеристика резерва несущей способности у имеет связь с показателями изменчивости по зависимости, установленной Ржанициным А.Р. .-■•■.;

Принимая нормальный закон распределения, вероятность возникновения отказа определяется с использованием интеграла Гаусса.

Обзор работ по исследованию надёжности конструкций зданий и сооружений свидетельствует также о необходимости разработки методики определения надёжности элемента, группы элементов и конструкций на эксплуатационной стадии жизненного цикла. Кроме того, актуальна задача накопления экспериментальных и натурных данных, необходимых для дальнейшего совершенствования методов расчета конструкций на надёжность.

Во второй главе обосновывается значимость показателей надёжности по резерву несущей способности во взаимосвязи с вероятностью возникновения отказа и уровнем ответственности конструктивных систем.

В технической теории надёжности выделяются четыре основные компоненты: безотказность, ремонтопригодность, сохраняемость, долговечность; каждая из которых имеет ряд показателей. Накопленный опыт наблюдения и обследования групп конструкций показывает, что характер изменения показателей надёжности может быть различным, что может быть выявлено с помощью такого показателя, как риск возникновения отказа. Таким образом, для описания надёжности элемента, работающего в группе целесообразно использовать несколько показателей, наиболее полно описывающих фактическое состояние конструкций.

Р(Т) ЧТ) *(Т) Р(Т)

П5к 0 / Ю)

\ ч / / \ 4 / у(Т)

\ 4 / ч / ----------V--/-- --■>< \ ~ 4 /

Пек 2 \ А \ / 4 \ / \ \ / \ X ч ч^ ч \ I \ I \ I \

о Тн т

Рисунок 1 - Изменение показателей надёжности во времени Одним из ключевых показателей надёжности является время работы элемента до ресурсного отказа, которое может быть определено с использованием подходов кинетической теории прочности Журкова С.Н.

С позиций технической теории надёжности, в этом случае возможно использование принципа «установленной» долговечности и сопоставление вероятности возникновения отказа, как проектной, так и фактической при заданных долговечности, резерве несущей способности и установленных законах распределения случайных величин, использующихся в расчёте. В данном случае могут быть использованы подходы теории случайных процессов. Основное расчётное условие примет вид

а)

где Уп -проектная надёжность системы

сг

где <У =-:— - коэффициент изменчивости величины нагрузочного

эффекта.

С использованием программной среды МаЛСас! из формулы (2) была установлена следующая зависимость между относительной

долговечностью и уровнем нагружения

(—)8

V

Использование формул (2), (3) для определения долговечности в условных единицах времени не отражает, однако, значения фактического времени до возникновения отказа.

Для усовершенствования полученной аналитической зависимости (3), определения долговечности в натуральных единицах времени и учёта физики и механики процессов постепенного снижения прочности при длительном действии нагрузок произведено преобразование выражения (3) долговечности в относительных единицах с использованием уравнения долговечности Журкова С.Н 1р=/(и0, Яхг,ь У() и феноменологических зависимостей ст/И уровня длительной прочности сортовой клеёной древесины от времени нагружения, полученных в КурскГТУ для напряженных состояний поперечного изгиба (С.В.Поветкин) и скалывания при изгибе клееных деревянных элементов (В.А.Кабанов, А.В.Масалов, Ю.А. Соляник).

Для напряженного состояния поперечного изгиба сортовой клееной древесины а/Щг = 1,22 - 0,075отражает связь уровня нагружения и временного сопротивления Щг, МПа с временем до ВОЗПИКНОВеНИЯ ОТКаза //„ С. - .:..:;,'..: ...

Выражение (3) преобразовано к виду:

....... 25 -

1,22-(-'Ч8

-, (4)

/ 0,075 где - время до возникновения отказа, с;

Для определения риска возникновения отказа целесообразно проанализировать вероятность возникновения отказа на апостериорном уровне, которая может быть описана следующим выражением:

К«=К+г, (5)

где Ух- дополнительная вероятность возникновения отказа, характеризующая соответствие конструкций проекту, и изменение резерва несущей способности при эксплуатации. Согласно формуле

Байеса: ,7

,/-- (6)

где Уа - вероятность уменьшения несущей способности ниже проектного уровня в случае возникновения отказа УЬ - вероятность уменьшения несущей способности ниже проектного уровня в случае не возникновения отказа, при этом Уа=1-УЬ. Зависимость (6) может быть преобразована к виду:

= (7)

К К.

Известны методы вычисления вероятности возникновения отказов групп элементов в конструкциях с использованием принципов теории возможностей и точечных срезов, дерева событий. Для повышения точности оценок надёжности целесообразно реализовать учёт изменения физики процессов работы под нагрузкой с учётом нормального закона распределения.

С позиций теории надёжности работоспособность группы конструкций исключающая прогрессирующее обрушение будет выражаться отношением:

(1 - Ув1) х (1 - Ул2) X (1 - Кл3) < (1 - Кф1) X (1 - Кф2) (8)

В формуле (8) Ут -вероятность возникновения отказа элемента группы конструкций определяется для балок из клеёной древесины, принимая нормальный закон распределения, с использованием интеграла Гаусса.

С использованием зависимости (8) можно проводить сценарный анализ и оценивать условие нахождения в работоспособном и неработоспособном состояниях.

В диссертационной работе исследованы возможности двух -междисциплинарных подходов к определению уровня ответственности конструктивных систем. В первом из них использован математический аппарат нечёткой логики, определён комплексный показатель выделенных характеристик конструктивных групп и предложены уровни и классы ответственности. Во втором используется наукоемкая методика многофакторного структурирования - самоорганизующихся карт Кохонена, по анализу которых устанавливаются уровни и классы ответственности

и

Таблица 1 - Установленные системно-динамическим и логико-вероятностным подходами значения показателей надежности по уровням ответственности зданий и сооружений как объектов технического регулирования____

Уровень Описание технического состояния объекта (системы) Класс У„ V, %

I Объект не разрушается при запроектных нагрузках, показатели надёжности соответствуют требованиям нормативно-технической документации. 1.1 1,08... 1,10 0,008 0,001

1.2 1,05... 1,08 0,015 0,008

II Объект не разрушается при запроектных нагрузках, значения показателей надёжности снижаются, но соответствуют требованиям в проектных условиях. 2.1 1,03... 1,05 0,11... 0,015

2.2 1,02... 1,03 0,21... 0,11

2.3 1,0... 1,02 0,3... 0,21

III Объект не разрушается мгновенно при запроектных нагрузках, сохраняется ограниченно работоспособное состояние. 3.1 0.98... 1,00 1,06... 0,3

3.2 0.97...0,98 1,82... 1,06

3.3 0.95... 0,97 2,60... 1,82

IV Объект разрушается при запроектных нагрузках: показатели надёжности близки к нормативному (критическому) уровню. . 4.1 0,90...0.95 5,00... 2,6

.; Фактически существует большее количество уровней, каждый, из . которых имеет физическое описание.

Многопараметрическая оценка надежности для присвоения уровня ответственности по надёжности для зданий и сооружений может быть использована при определении надёжности и конструкционной безопасности здания на всех этапах жизненного цикла.

В третьей главе изложена методика определения, оценки и корректировки уровней надёжности группы строительных конструкций с экспериментальной проверкой на примере деревоклеёных элементов.

Исходным экспериментальным материалом является группа элементов, состоящая из клеёных деревянных брусьев размерами 1400x60x170мм, пиломатериал сосна, клеи ДФК-14Р, изготовленные на Волоколамском ЭЗСК и их жесткого сопряжения на стальных соединительных пластинах и вклеенных стержнях.

В качестве схемы нагружения выбран изгиб с приложением сосредоточенных сил в четвертях пролёта от опор в каждой из балок (рис. 2). Всего в рамках программы экспериментов и для уточнения характеристик отдельных элементов и механических характеристик материалов было испытано 3 неразрезных системы, 6 клеёных балочных элементов, 80 стандартных образцов на изгиб и сжатие.

В общем случае оценка надёжности исследуемой конструкции с позиции действующих норм проектирования должна отвечать соотношению

2еШД ; п . уГс ~ А

где р ~ 5б/уе - растягивающие продольное усилие в

13

соединительной пластине, с учётом прилагаемой нагрузки и осадки средней опоры;

А - площадь поперечного сечения; д - показатель прочности соединительной пластины;

ус - коэффициент надёжности по материалу.

I»

043

'»/г

0И4

пг

0мг

0Ш

0Т1

Ж

0П1

Рисунок 2 - Схема нагружения при испытании группы элементов строительных конструкций на рычажной установке.

Результаты испытаний под нагрузкой до разрушения приведены в таблице 2 и на рисунке 3.

Таблица 2 - Результаты определения показателей надёжности и состояния элемента конструкции в зависимости от уровня нагружен ия, на примере деревоклеёной балки из пиломатериалов 2 сорта ___

Г Уровень нагружения, кН Характеристика резерва несущей способности о. я Относительная долговечность Фактическая долговечность, ч Проектная вероятность возникновения отказа Фактическая вероятность возникновения отказа ! Риск Состояние конструкции

5 3,72 0,07 - - 2,7x10"' 9,91хш'5 - Нормативный уровень технического состояния

10 3,44 0,14 - - 1Д2ХШ- 2,919хЮ"4 -

15 3,16 0,21 - - 3,94Х10"4 8хю- -

20 2,87 0,28 - - 9,68хю'3 2,044хЮ"3 -

25 2,60 0,35 - - 0,0016 4,716хЮ"3 -

30 2,30 0,42 - - 0,019 1,1 7,3

35 2,06 0,49 - - 0,15 2 13,33 Исправное состояние

40 1,74 0,56 810 17,2 хЮ' 0,84 4,1 27,33

45 1,46 0,63 200 94,4 хЮ4 3,2 7,0 46,67 Работоспособное состояние

50 1,09 0,69 40 1500 10 13,6 90,67 Ограниченно работоспособное состояние

0,90 0,76 19 113 21,5 18,3, , щ°. Недопусти, мое : состояние

60 0,63 0,83 10,5 8 39 26,4 176,0 Аварийное состояние

65 0,37 0,90 7,5 1 - 35,5 236,7

70 0,11 0,97 6,5 0,3 - 45,7 304, 7

Результаты численных экспериментов с использованием ПЭВМ с вышеприведёнными формулами отражены на рисунке 3.

По результатам испытаний необходимо отметить, что для элементов группы строительных конструкций изменение параметров надёжности (вероятности возникновения отказа) происходит с разной динамикой, что отражает различные свойства материалов, из которых изготовлены данные элементы. То есть при возникновении запроектных нагрузок, элементы конструкций, изготовленные из материалов с небольшой изменчивостью свойств, достигают границ области надёжной эксплуатации раньше, чем элементы, изготовленные из материалов со значительной изменчивостью свойств. Возникает ситуация, когда резерва несущей способности одних элементов «не хватает», что приводит к выявлению «слабых звеньев» и отказу, а резерв несущей способности других элементов не используется. При этом последствия таких отказов часто бывают непредсказуемыми. В проведённом эксперимента отказ «слабого звена» - стальной соединительной пластины привёл к резкому снижению надёжности всей группы конструкций, но при этом не произошло прогрессирующего обрушения. Прогрессирующее обрушение могло произойти в рассматриваемом опыте, при нагрузке соответствующей несущей способности 2 балки (3 сорт древесины).

1-У

1-й уровень ^—ответственности

0,950,900,850,80-

Теоретическое \ изменение \ 2.йуроюнь \ вероятности ответственности безотказной работы \ группы строительных конструкций

Зона исправного состояния ч ^ .' • • 3-й уровень . ответственности Л \ я

Зона ограниченно-работоспособного состояния Отказ ___ соединительной пластины Фактическое \ .. \ 4-й уровень 1 изменение , ответственности | ■ вероятности ' безотказной работы 1 < Г группы строительных | конструкций ' 1 1 ■ Оптимальный > 1 уровень нагружения ь

I-1-1-1-Г—I-Г"Н-1-1-1-1-1-1-1-1-*

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 -150 Р'*н

Рисунок 3 - Зависимость вероятности безотказной работы группы элементов от нагрузочного эффекта

Для вычисления вероятности возникновения отказа элемента в группе строительных конструкций использована зависимость (10). При определении зависимости вероятности возникновения отказа от нагрузочного эффекта (рис.3) характеристика резерва несущей способности определена в соответствии с выражением:

„ , 11х/' 12х/ ,

К х(-+-:-)

384хЕх1 4x0x1- 1 /^дч

I „ , Их/' 12x1 . I „ . 11x1' 1.2х/ , ^ '

Л.х(-+ —:-) /¡,* -+-)

По результатам анализов и испытаний сформулированы следующие рекомендации для проектирования и конструктивные требования:

1 При учёте одинакового резерва несущей способности, достижение границ области надёжной эксплуатации группой элементов будет происходить с меньшей скоростью и более предсказуемо. Необходимо использовать элементы в одной группе конструкций, изготовленные из материалов с подобными свойствами.

2 Определение резерва несущей способности должно быть индивидуально для каждого элемента, обеспечивающего равную надёжность в рамках одной группы конструкций, что обеспечивает исключение «слабых звеньев».

3 Оптимально распределять резервы несущей способности при проектировании, обеспечивающее значения показателей надёжности строительных конструкций, соответствующих уровню ответственности по надёжности.

Далее в главе 3 изложена методика определения и корректировки надёжности группы и элемента конструктивной системы.

Существуют два основных этапа анализа надежности технических систем: априорный и апостериорный.

Как правило, значение фактической несущей способности л

меньше значения проектной несущей способности^ и фактическое значение характеристики безопасности у ^ меньше проектного расчетного значения При этом могут быть исключения, связанные с

возникновением дополнительного резерва на какой-либо стадии работ. Если у находится в пределах нормативного уровня, то можно дать

заключение о работоспособном состоянии элемента. Если уиг выходит за нормативный уровень, то необходимы меры по усилению конструкции.

Для вычисления вероятности возникновения отказа элемента в группе строительных конструкций использована зависимость (10). При определении зависимости вероятности возникновения отказа от нагрузочного эффекта (рис.3) характеристика резерва несущей способности определена в соответствии с выражением:

„ , Их/' 1.2х/ .

384х/-'х/ 4хОх/'

К

С х

„ . Их/' 1,2х/ . „ , Их/"' 1,2x7 .

ах(-+—!-) л,х(-+—!-)

4 хОхР'у^ 1384хЕх/

По результатам анализов и испытаний сформулированы следующие рекомендации для проектирования и конструктивные требования:

1 При учёте одинакового резерва несущей способности, достижение границ области надёжной эксплуатации группой элементов будет происходить с меньшей скоростью и более предсказуемо. Необходимо использовать элементы в одной группе конструкций, изготовленные из материалов с подобными свойствами.

2 Определение резерва несущей способности должно быть индивидуально для каждого элемента, обеспечивающего равную надёжность в рамках одной группы конструкций, что обеспечивает исключение «слабых звеньев».

3 Оптимально распределять резервы несущей способности при проектировании, обеспечивающее значения показателей надёжности строительных конструкций, соответствующих уровню ответственности по надёжности.

Далее в главе 3 изложена методика определения и корректировки надёжности группы и элемента конструктивной системы.

Существуют два основных этапа анализа надежности технических систем: априорный и апостериорный.

Как правило, значение фактической несущей способности д

меньше значения проектной несущей способности д ' и фактическое значение характеристики безопасности у ^ меньше проектного расчетного значения ул. При этом могут быть исключения, связанные с возникновением дополнительного резерва на какой-либо стадии работ. Если у находится в пределах нормативного уровня, то можно дать

заключение о работоспособном состоянии элемента. Если уш выходит за нормативный уровень, то необходимы меры по усилению конструкции.

Основные выводы и рекомендации

По результатам проведённого исследования сформулированы следующие выводы и практические рекомендации.

1 Уровни ответственности и величины коэффициентов надежности по ответственности элементов и конструкций изменяются в процессе наработки на отказ. Предложена методика определения надёжности группы конструкций сопоставлением проектного и фактического уровней группы элементов в конструкции.

2 Установлены границы изменения вероятности возникновения отказа группы взаимодействующих элементов деревоклееных конструкций на примере неразрезной двухпролётной балки с элементами жесткого среднего узлового сопряжения при варьировании уровней нагружения и степени осадки опоры.

3 Предложены зависимости показателей надёжности элементов деревоклееных конструкций: времени до возникновения отказа и риска возникновения отказа от уровня нагружения, с учётом случайного характера величин прочности и нагрузки.

4 Разработана методика определения надёжности сопоставлением проектного и фактического уровней надежности элемента в составе конструктивных строительных систем.

5 Разработанные подходы рекомендованы ПСФ ООО НЭФ, ЗАО КССМ, СРО в качестве научно-методической основы разработки правил, раскрывающих количественными методами способы оценки и подтверждения соответствия требованиям надежности строительных конструкций как систем элементов в Техническом регламенте «Безопасность зданий и сооружений», 2010г.

6 Надёжность строительных конструкций целесообразно, с учетом представленных обоснований, определять четырьмя взаимосвязанными показателями, анализируя которые можно оценить фактическое состояние здания или сооружения в целом. Предложены 4 уровня ответственности по надёжности и 9 классов, что даёт возможность более точно установить априорный уровень надёжности объекта исследования.

7 Апробированы междисциплинарные подходы к определению уровня ответственности по надёжности с использованием математического аппарата нечётких множеств и самоорганизующихся карт Кохонена, которые позволяют определять уровень ответственности и априорный уровень надёжности индивидуально для каждого здания или сооружения.

Публикации по работе

1. Кабанов В.А. Уровень ответственности и надёжность конструктивных систем [Текст] / Кабанов В.А., Замыцкий О.Н. // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений, 2008.-№4 - С.66-72

2. Кабанов В.А. Риск возникновения отказа как характеристика надёжности элемента конструктивной системы [Текст] / Кабанов В.А., Замыцкий О.Н.//Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия «Строительство и архитектура». -Волгоград: ВолгГАСУ. - 2009,- №13(32) - С.53-57.

3. Кабанов В.А. Использование метода нейронных самоорганизующихся карт при экспертизе надёжности конструктивных систем [Текст] / Кабанов В.А., Кужель С.С., Замыцкий О.Н.// Промышленное и гражданское строительство, 2009.-№4- С.35-36.

4. Замыцкий О.Н. Об аспектах управления надёжностью [Текст] / Замыцкий О.Н.// Молодёжь и XXI век: Тезисы докладов конференции. -Курск: КурскГТУ. - 2007,- С.190-192.

5. Кабанов В.А. Менеджмент надёжности зданий на эксплуатационной стадии жизненного цикла [Текст] / Кабанов В.А., Замыцкий О.Н.// Геотехнические проблемы восстановления надёжности зданий и сооружений: Материалы научно-технической конференции -Липецк: ЛГТУ,- 2007. - С.46-48

6. Замыцкий О.Н. Оценка надёжности элемента конструктивной системы здания на эксплуатационной стадии жизненного цикла [Текст] / Замыцкий О.Н.// Молодёжь и XXI век: Тезисы докладов конференции. -Курск: КурскГТУ. - 2008. - С. 130-132

7. Кабанов В.А. Моделирование механизма управления надёжностью конструктивных систем [Текст] / Кабанов В.А., Замыцкий О.Н.// Вибрационные машины и технологии: Сборник научных трудов конференции.- Курск:

КурскГТУ.-2008. - С.247-253.

8. Кабанов В.А. Определение уровня ответственности конструктивных систем по параметрам надёжности [Текст] / Кабанов В.А, Замыцкий О.Н. // Научно-технические проблемы прогнозирования надёжности и долговечности конструкций и методы их решения: Труды международной конференции. - Санкт-Петербург: СПбГПУ. - 2008. -С.149-153.

9. Замыцкий О.Н. Регулирование показателей надёжности группы конструкций по результатам испытаний [Текст] / Замыцкий О.Н.//

Молодёжь и XXI век: Тезисы докладов конференции. - Курск: КурскГТУ. -2009.-С.141-143

10. Замыцкий О.Н. К анализу надёжности конструктивной системы на примере группы строительных конструкций [Текст] / Замыцкий О.Н.// Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: Материалы 1 Международной научно-практической конференции. -Курск: КурскГТУ. - 2009. - С.95-98.

11. Кабанов В.А. Разработка метода регулирования показателей надёжности группы конструкций [Текст] / Кабанов В.А., Замыцкий О.Н.// Управляемые вибрационные технологии и машины: Сборник научных трудов конференции.- Курск:

КурскГТУ,- 2010. - С.124-130.

Подписано в печать 22.10.2010 г. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л.1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 058

ООО «Техника и Сервис» ИНН 4629018112 305004, г. Курск, ул. Ленина, дом № 77 Тел.: 58-75-97