автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Совершенствование оценки состояния подводной части массивных опор эксплуатируемых мостов

ТИМОФЕЕВА

Надежда Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПОДВОДНОЙ ЧАСТИ МАССИВНЫХ ОПОР ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ МОСТОВ

Специальность 05.23.15 — Мосты и транспортные

тоннели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

1996

' 'Работа' выполнена в Научно-исследовательском инсти-1 туте1 мостов и на кафедре «Мосты» Петербургского государ* ственного /университета путей сообщения.

= Научный руководитель —

кандидат технических наук, доцент Г. И. БОГДАНОВ

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А. С. ДМИТРИЕВ;

кандидат технических наук, профессор В. А. БЫСТРОВ

Ведущее предприятие— Государственный институт по проектированию инженерных сооружений и промышленных предприятий путевого хозяйства и геологическим изысканиям (ГИПРОТРАНСПУТЬ, Петербургский филиал).

Защита состоится 28 июня 1996 г. в . . . . часов

. . .ЗД . . минут на заседании диссертационного совета Д 1J4.03.04 при Петербургском государственном университете путей сообщения в ауд. 3-237 по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский проспект, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан 28 мая 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С. Р. ВЛАДИМИРСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТЫ лктуаяыюсть теш. Наиоолсе распространенной пинструкииои ппог-ы бптпна или бутобетона. В полволной части таких опор.

и иГ1/г.гпиип (ПП ИГ^ПП ППОТЯ ГППКЯ П^ГрГГ^ЯТЛ! ОЛЗПИВЯ-

ких повреждений - процесс закономерный. Причиной разрушения

достаточная водостойкость цементного связующего материала в условиях воздействия временной нагрузки. В то же время срок эксплуатация больного количества русловых опор весьма значителен. Растут нагрузки от подвижного состава на посты и интенсивность движения. Замена пролетных строений старых лет постройки производится ¡¡а исзие с устс^ссксГ: их. :сак г.еггило. на старее спсри

ргдлгети ремонта о масатаЬе дорог и сети в целен.

опор зелезнодорожных иостсв осуществляется водолазами Рсмент-чо-с‘3слодо"атегьокой г-ололгенон стлн^-и '.’ПС и ;;руги\' ергмнпза-

гисй СНиП 2.05.03-84. Однако необходимые для расчета характеристики прочности материала опор не известны, т. к. фактически ни технических средств, ни методики для се определения не существует . Кроме того, сама методология расчета предназначена для проектирования новых сооружений и, как показано в настоящей работе, ее непосредственное применение к оценке эксплуатируемых опор может приводить к ошибочным результатам.

Адекватные количественные оценки состояния опор, учитывающие всю информацию, полученную при обследовании, могут быть определены с помощью вероятностных методов теории надежности. Однако их применение сдерживается недостаточной разработанностью инженерных методов определения показателей надежности, а также отсутствием статистической информации о прочности материала подводной части опор мостов. ,

До настоящего времени единственным практически используемым способом оценки прочности бетона подводной части опор'Мостов является испытание кернов, выбуренных из подводной части через надводную часть опоры. Этот способ трудоемок; дорог и не позволяет получать достаточно болькое количество данных о прочности материала. Кроме того, установка буровых станков на опорах эксплуатируемых мостов не всегда возможна.

В достаточном объеме оценки прочности можно получить, применив неразрушающие методы контроля, однако методики и технические средства неразрушающего контроля прочности бетона конструкций под водой отсутствуют.

Целью работы является разработка методик и технических средств оценки состояния подводной части опор эксплуатируемых мостов. Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

- адаптация существующих и разработка новы;: технических

- пнбоо показателей надежности для оценки несущей способ-

<-■ - ■ ; г. Г О Г' ^.лС'и.'ГС. '' р'-.З:' 00 ’ТКи

п.т5утиипгипч прягияяпии вобранного метола лля определения пока. 'Г /: Г. ■' . О.

Г'-.:'"*л »«г»іілтаімій |.<пт'о,г1нш-' оп»тнмх работ по

- анализ результатов применения разработанной методики для

.... ссгт:~:::~ спер ~:'гг~",г,*"уг,мы'» !,пг,т™

Научная иопкзна работы состоит:

- в разработке котсдичи и комплекса технических сродсто для определения прочности Сетона подводной части опор мостов;

- в доказательстве наличия статистической значимой связи между прочностью бетона подводной части опор и косвенными пока-чаи.чыми и.-г.-.аог» игразр'/гвдего контроля, т.о. в правомерности

. ' -ЛЛ-ЗО^Л /..Л . Г"'.'"‘.в пел ПСГ.0Й;

г ет чти'т "чсс;м;х характеристик прочности ос-

тс;:а подводной члсгм і ■■ іор лиг плуатирусі.их мостов;

- в разеаОотке методики и соответствующей программы расчета перолтиоотной оценки надежности эксплуатируемых опор по несущей способности;

- в получении оценок надежности подводной части опор оке-плуатирус: ых і (остов.

Достоверность разработанных методик определения прочности бетона подводной части опор мостов подтверждается сопоставимостью оценок прочности, полученных различными методами нераз-рувдвдч-о контроля ¡1 испытанием кернов. Достоверность разработанной ;,о:сдпки оценки надежности опор эксплуатируемых мостов г,лл: н і г:п; ннем известного математического аппарата те-

ории надежности. Полученные оценки согласоэызаются с экспертными.

Практическая значимость. Работа создает "методологическую основу для внедрения о практику содержания нскусствокнах сооружений на сети железных дорог методов и технических средств определения прочности подводной части опор мостов, а также методов, позволяющих объективно на базе количественных критериев оценить состояние подводной части опер по результатам их обследования.

Результаты работы внедрены при обследовании опор эксплуатируемых мостов через р. Тулома, канал Онда-ГЗС, р. Сясь, р.Оять Октябрьской ж. д., а также автодорохных мостов через р. Нарова и в республике Коми. Разработанная методика определения вероятности отказа по несущей способности сечения опоры была опробована при расчете 23 опор 11-ти эксплуатируемых мостов Октябрьской ж.д. с целью оценки их состояния и назначения очередности ремонта.

Полученные в работе результаты вошли в нормативные документы, утвержденные Главным управлением пути МПС:

- Временную инструкцию по определению прочности бетона

подводной части опор мостов. - 1990; '

- Инструкцию по оценке необходимости ремонта подводной части опор мостов. - 1993.

Кроме того, материалы работы входят составной частью в разрабатываемое в настоящее время в НИИ мостов "Руководство по содержанию подводной части опор мостов", запланированное для издания Главным управлением пути МПС РФ в 1996 г.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- научно-технических конференциях молодых ученых и спецій-

н!!олс!”п :1зуки-93*\ "Неделя науки-94"

. 1^93, ' гг.);

*‘”“ТОЛгт И П!,Г'Ч1/Н ?'Ог>Тп~ ‘

' \/ л, ч!-.!" >.:\ ра;;, 1 1 г. ;;

(’Ппнингпйп Ш(ИИГ им. Б. Е. Веденеева, 19.92 г.).

Пуи.„...иц;;::, "г. .;:.тгр:"\-"'! опуочиипминм и пе-

чатных работ.

Структура и ибъои работ. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных результатов ¡1 выводов, списка использованной литературы из 112 наименований, 8 приложений. Работа изложена на 217 с. маиннописного текста, включает 25 рис., 28 табл., 140

¡1;: >!И;(5; гу гг.ля:

- методика чем'.нчеекпе средства определения прочности бог?на пидьодной части опер мостов;

- метод оценки илдсености подводной части опор эксплуатируемых мостов, реализованы^ в форме программы расчета (для 1БМ РС) вероятности отказа сечений опоры по несущей способности методом статистического моделирования.

КРАТКОЙ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования,

| ¡'.’(’пулир .ч;<:.ч;,; Ц-ль и с-а дач и работы, определены истоды исследо-

Г'1!

И ипрвои гжшо п; шхд-мы данные по состоянии по/ходной

части опор эксплуатируемых мостоп, рассматриваются используемые технические средства и методики для определении прочности бетона подводной части гидротехнических сооружс ¡й и существующие методы сценки надежности сооружений. На базе проведенного анализа сформулированы цель и задачи работы.

Объектом исследования является подводная часть массивных бетонных и бутобетонных русловых опор эксплуатируемых мостов. О массивных опорах существует представление как о надежном и долговечном элементе мостов. Причина этого - большие начальные запасы несущей способности таких опор, размеры которых назначаются по конструктивным соображениям. Тем не менее в технической литературе описаны случаи разрушения мостов, вызванные разЬити-ем повреждений подводной части опор. Выполненный в НИИ мостов анализ (по результатам обследования 464 массивных опор на 153 мостах) показал, что болс-с 60 X элементов подводной части опор, доступных осмотру, имеют многочисленные ниши и каверны глубиной от 10 до 130 см. Начальная стадия развития этих разрушений -поверхностные разрушения - обнаружены практически на всех опорах. Эти повреждения возникают 'вследствие физико-химических процессов разрушения цементного связующего материала кладки опор, их развитие имеет ускоренный во" времени характер. В отдельных случаях зафиксирована скорость роста глубины нишеобразных разрушений до 10-20 см в год. Для обеспечения безопасной эксплуатации мостов необходимо периодически обследовать и оценивать состояния подводной части опор.

Если методика водолазного обследования опор и соответствующие технические средства в настоящее время достаточно разработаны, то оценка надежности подводной части опор носит, по-су-щестсу, экспертный характер, а результаты выполняемых в отдельных случаях расчетов несущей способности эксплуатируемых опор

“р™”'"! противоречат гжспеотсаш оценкам.

иге*; !-псти ■-исгуллний ио'м^ож’о лоси? ,л:ролг-р гм"У того, что работа оеальных конструкции 'лолллл 1 ^ллллолс1:*'-;ого ъндд случллнму чт-'.'г-,

-пор’ ули с гг тленное; ;~п ттрярог?'* рро**«<чгги покяаэна в плбо-

!<Х л ХОПП Л''Л’.-?. ¡'’у^ССТОСНМЬ!!! ОЧЛОМГИСЧ ЭТИХ ¡!ДОГ> ;■ Ш'/^ИГЬ

ллл* Н. С. 0‘,''/Ог.‘";ксгс1. ъ :отгп::х г качсстге с.'у.’чгйгеу пол^ч'-1« рр'' ’!атр!:зг^И'.;ь -е только юстмио у.ц1-л'.гс;>-'с._мки иат'ря.л'.д, но и параметры нагрузки. Основы нормирования расчета строитель-

»пигч.^|и|ши Пппицили ОгллЬпсИшс^ Ооошип!; О Г.7--ДС"!.

нж состояний, который называют иногда полувероятностным. Болсс последовательно методы теории надежности были применены в работах А. Р.Ржаницына, где исходные значения нагрузок и сопротивлений прсдстазляются в виде случайных величин с заданными распределениями. В работах В.В.Болотина впервые были сформулированы : :о;;',;.*-;ЬИЛ СО"р~"“!”1"Я ТССРИН НЗДСЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОИСТОУК-,..лл 'л'!лсллс !:о..:лсГ:ствия на к'онструкчпя и сл ■ ;:-о ь т л-

г,/;'-‘лл; л .лдлтсл лп/чайщл!;!: р_'-4_н;*;о . пр'м:с\ллл':п:;^

::11’ '■‘?л’“.нсс-П| расопагрпиастсг! нам шхел г;тр< ^ :;Г; • .гг''^оч лллус’ип'л'! о( ласти. о-!-а>: грдгл;':

. ;;:;чо г ' ■■ л:с' лиг постеп^'-’могл лгжлглонил поорспломил и -■ ’¡.'.гг, ллл' "-рмлцнй, Боооятт'Счиыс- I.стс.цы иЦ'.нкн лд:л: 'ллтл применительно к различным видам конструкций разрабатывались о ' г I... О ' л. С;(с1..|<1!лл, .. " лглллн; д. ; л;лллл\л

и. о.л|удипс1, п. |'|. 1>Уно»1Са, Аул,.л ! '1 »г >., . ■ >1 :■! ;

В.Д. Райзера и других. Важнуя роль в применении методов теории надеяности к расчетам мостовых конструкций в нашей стране сыг-

А п. Иейтлииа. В.)). Осипова, а. I. ¿арчинпиил » цу. О I.)И^^иV/1 * 1^^»

О

ний, как большие посты, платформы для подводной добычи нефти и газа, для оценки надежности сооружений, а также их оптимизации на стадии проектирования все шире используются метода теории надежности, основанные на оценке вероятности отказа конструкции или се элементов.

Для использования методов теории надежности при расчете опор по несущей способности необходима, в первую очередь, информация о распределении прочности материала опор.

Характеристики прочности материала подводной части опор мостов в нашей стране определяются практически только по испытаниям выбуренных через надводную часть опор кернов и лишь в исключительных случаях. Результаты этих оценок недостаточно точны, несмотря на болызую стоимость и трудоемкость работ.

В главе рассмотрены методы определения прочности материала подводной части гидротехнических сооружений. Анализ литературы, посвященной метода!.! контроля прочности бетона под водой, с одной стороны, показал актуальность, этой задачи, с другой стороны, отсутствие достаточно отработанных промышленных образцов приборов и•соответствующих методик для выполнения этих работ.

Вторая глава посвящена вопросам определения прочности бетона подводной части опор мостов: ■ выбору соответствующих методов, описанию экспериментальных работ автора по разработке технических средств и методик, а также опытной проверке этих технических средств при обследовании подводной части опор ряда эксплуатируемых авто- и келезнодорожных мостов.

Достоверная статистическая информация о прочности может быть получена методами неразрушающего контроля (МНЮ. В зависимости от требуемой точности целесообразно применение только МНК или их комбинации с разрушающим методом (испытание выбуренных образцов). На основе анализа существующих МНК были выбраны мс-

10

ЭТсШО /СТсШОВЛОНл ЬОтчитпио* ^ и1«'»араГП>-.'р?г:,ЛН^с'ц! N!

виям выбранных' технических ироде 1 в и мс10«пп д;И1 о*;рс„с.:о.чия чш1чпиС1п л!««.. :г": рг~г~*’лт';" " "пр'^даям ипт-

ЛОКС ТОХпИЧ^СКИл Ср2ДЗТВ И МСТОДПК ДЛИ КиН1рОГ),Н Г|рОЧ11иС1г|

на под водой; для каждого метода установлена статистическая связь "прочность - косвенный показатель прочности", чем доказана правомерность применения МНК под водой; получены оценки точности для' различных МНК. .

На первом этапе онспериментальных работ к подводным усло-

;; гнла ; ■■ I . '.¡и гг,„и:". п, г,ь:6г;ааиЫ- ?.5Н;С

■ ;;;си сч’гии И'--:*.;'.'- глоС|-ен;:ы;.!:: показателями про^и'.оти

.'(■ Г.'I п;:;: .’',"гзс;;нз:.: и оОнчн’1: г.р;»;енон1;ч. И:я каждого урлйнсмик ; ■ ';сс:!.' а-;.:: ■»начения коэффициента линейной

корреляции », «»«а^лые шигеноння среднего значения

----...... О ипитппыа йитрпя Т и уровня значимости а . Сопос-

■(!' ' ■ ■ и-' | 1’. ~' V. ; истпческоС п-'жд', КП раз-

личных МНК при подводном и обычном применении не выявило су-пеетзекжх различий, что указывало на перспективность использо-

неразрушающего контроля для работы под во" - и С учетом этих требований разработаны пневматический подводный склерометр и подводная буровая установка для выбуривания кернов, а также способы адаптации серийных технических средств для определения прочности бетона к специфике подводных условий. В частности, адаптация серийных ультразвуковых приборов проводилась в двух вариантах, с размещением прибора:

- на поверхности, когда под водой находились только ультразвуковые преобразователи;

- под водой, для чего он заключался в герметичный бокс, а выводы из бокса проводов и органов управления герметизировались' с помощью сальниковых уплотнений.

В пневматическом подводном, склерометре удар по поверхности бетона бойка с датчиком осуществляется за счет энергии сжатого воздуха, что позволяет легко обеспечивать стабильность энергии удара в процессе длительной эксплуатации, а также варьировать силу удара в зависимости от прочности бетона. Постоянство силы удара вне зависимости от глубины погружения водолаза обеспечивает дифференциальный воздушный редуктор. Сжатый воздух используется также для приведения бойка в исходное положение. Конструкция воздухораспределительного золотника позволяет водолазу выполнять все рабочие операции одной рукой. Используемый в склерометре датчик ударного импульса позволяет не только снимать в цифровом виде показания прибора, находящегося на поверхности, но и осуществлять статистическую обработку результатов испытаний.

Характерной особенностью подводной буровой установки является передача усилия от-устройства подачи на кольцевое алмазное сверло через пружину, что обеспечивает относительную стабильность усилия подачи сверла и, в сочетании с передачей крутящего

12

vo!’3;t~ от 5зигателя через шарнир, исключает возможность закли-

лпплпля сверл..-. о злоле г;р:і работе і-;ч '¡с-чеслс.

"д эторсп гт-.гс r.îmett'îKirrcs б"’”’ ннрр.т'їл^нз 'по рячрабп-

¡;-КНОИ і-и..- ,\>.КО) лромич? ! г> іі.'ч'ОНД И! С,>..Л!'.- 'л і ! ;Cr:t '...і h'.y-

нсн, чуб/рои-их на подводной ч-л' і и с» юр. "тс погппггло по сопо-

,суг::-і'Стм дллні.іх лрочодсьллл лчсиерил 'лтллтл лх рлиот лииіролт-., ур.и^лоллл с^лзи мсяду прочм.-сп-.о бип.ил г., 'ігіГ,.::л:;иі млой по ое-¿уЛ'Угагс'і.1 лслыганни пмлюз, и КП, лолул лльлм рл?ліічнн<.іи МІМ. Упявнения связи строились методом наименьших квадратов на IBM ГС с ПЗП-Л^ГСПСЖСМ ПрсГр'’!,,‘!1''ГО П’уРТ’. ЧГ«УС1<*НН!*>>. «НИ КАЖДОГО уравнения связи рассматривались различные регрессионные модели (линейные, мультипликативные и экспоненциальные). Наиболее статистически значимые регрессионные уравнения и их основные характеристики приведены в табл. 1.

Таблица 1

Регрессионное (.-.и^елл ?. - f'1'П)

І " j ÚW ЗЛОПСИЛОСТЛ. і . . Л і . ' і ~ ■ і’ ’І _ - .

0, 7 6 ó з. и,: 11. 176 0, 0036а

; ;; - і,-Î.33- Х„; ':"’ о СО 3, 56/ £і, -I3ft л ООрг.7 -і, .

j fi - ІО.Їі-Мі.З.ІІ-х,.,, U, U7-Í 19, 486 L 0- Oí ¡4 50

Прлводокпью рстрлссиоллио уГАГ.намя 'Гглг!!стли0счи :-илчлмл НЗ УрОВНО й < 1 %, ГаКИМ OUpaÜUM, .Ципсюала íipábGbOpijwvíij íipiií.ii--

нения МНК бетона под водой, а парные зависимости, представленные п тябл. 1, могут быть ппиняты в качестве индивидуальных гра-

'.'■".i;:crí04¡ ы\ .:.1,)кси:'.^:тсй Зч.0тс07';т;’1л;;'л ллл МНИ: у':ьг;л-ль ;iv. ь< г~- '■’.¡гл'гьо'.сгп, упругого отсипча и улаоного импульса.

;-а О.пе лгеослс-^ных лнол^рлгел'’ л<>ли • ¡ ,■:>. т 'г.л ■ <!;■ л>н

13

точности различных МНК при определении прочности бетона подводной части опор эксплуатируемых мостов. При этом прочность для выбранных МНК определялась тремя способами:

- по построенным индивидуальным градуировочным зависимостям (ИГЗ>; • '

- по универсальным градуировочным зависимостям (УГЗ) для надводного бетона с корректирующими коэффициентами кк;

- по УГЗ с учетом коэффициентов соответствия кс.

' Установлено, что МНК могут давать значительные отклонения на отдельных участках, однако в среднем по сечению оценки прочности довольно близки. Результаты определения средней по сечению прочности разными методами представлены на рис. 1 в виде точечных (средние значения) и интервальных оценок (95%-ные доверительные интервалы). Наиболее точные оценки средних по сечению значений прочности получены для каждого метода по ИГЗ. Точность МНК под водой не ниже, чем при их применении в обычных условиях. Повысить точность оценок моано, объединив результаты, полученные разными МНК (рис.1). • -

Примейение разработанных технических средств и методики позволило определить характеристики прочности бетона подводной части опор эксплуатируемых мостов,- надежность которых вызывала сомнение. Обследованные опоры мостов имеют низкие средние значения прочности бетона (от 12 до 20 МПа) и большие значения коэффициента вариации (от 17. до 24 %) .

В третьей главе рассмотрены вопросы вероятностного подхода к оценке надежности опор эксплуатируемых мостов: выбор метода

расчета опор и его реализация в виде программы определения вероятности отказа сечения споры по несущей способности на 1ВМ РС. .

В главе анализируются существующие вероятностные методы

14

¿Ь ‘а 1') I' '0 '' ! 1_-^ V

и -I, .м .П | щ,,.

.4 :,‘Г?Г5 ^ ’ '^01

X | -п -*■ | г ( |Э. | -•

1

•

15.0' 1

310 М.0 I |

29.0

гга '•

Г ' к." ;к 1' 1 ' ■' о - : ■ не'"!- ---/г. ни

*1 М ! ; ] ',„г; и р<^ чет Г;;-; ,.;с' г,;;-:

« ' 1 ! ■< ч< ; "! 1 г 4 ■.;:н <’ )ЛлГ.Ч-'" , ; ¡а С д рас

к \ ’-'ЦС.'.И ! 1ол: Г. Г ; и нт ‘/резном РОО-Л

опрОойЯсЬ 1рГ*ЧгМ 1(4 * <ч^С-ОС *2С,'1 !■: 1.1 .мол",' _.:'.СЛ^р]'Нки| <м.'Ог-'г ^:п

Ъерхкая

очерке

ИМХИЯ9

оценка

"«•<«< ИЧ/МП!)

„ в«ип|,татя1и ЧУ ПЯГЧРТЯ ПО метОЯОЛОГИИ СНиП.

роегния новых конструкций. Прямой перенос методологии СНиП на ргечтг нэсупей способности эксплуатируемых сооружений мояет

ации прочности.

Таблица 2 Пример расчета цснтрально-скатых стержней

Название величины Обозначение и оп- I II

ределение величини стержень стержень

ПОДБОР ПЛОЩАДИ СЕЧЕНИЯ В СООТВЕТСТВИИ С МЕТОДИКОЙ СНиП 2.03.01-84

Среднее значение прочности. МПа

Стандарт прочности,МПа (коэффициент вариации прочности, 30 ;

Класс бетона на сжатие. МПа

Нормативное сопротивление. МПа •

Расчетное сопротивле-. нио, МПа

Нормативная нагрузка, И Стандарт нагрузки, Н (коэффициент вариации нагрузки,%) '

Коэффициент надежности по нагрузке Расчетная нагрузка,Н Минимальная площадь сечения. м‘

R 31,5 36.5

(VR) 4,3 (13,5) 7,3 (20.0)

B*Rn»R-l,64' 6R . 24,5 24,5

RbI1 = <0,77 -- &.001- Rn )‘Rn 18,3 14,0fi 1- 10® 18,3 14,06 Г 10b

6Q ÍVQ) ■ 5’ 104 (5,0) 5' 104 (5.0)

1 + ?-vQ Qp ■ Q íf 1,15 h . 1,15' 10 1. ib-106

| n ”Qp /R¡, ' 0, 082 0.032

Характеристический коэффициент надежности

Среднее значение функции безопасности, Н Стандарт функции безопасности. Н Характеристика безопасности ’

Интеграл вероятности Гаусса

Вероятность отказа.

.МЕТОД I УРОВНЯ ” F¡n 1 п Rb/Qp

МЕТОД II УРОВНЯ 3 - F-R - Q

63 ' 6Я +6Q íi-S/63

МЕТОД III УРОВНЯ Ы»)

Pf - 0,5 - Ф(р)

1,00 1,00

1,583' 106 1,993- 10

3,561' 105 6,007- 10

4,445 3,318

0,499996 0,499547

O «ri o 4,53-10'

' Из примера видно, что оба стержня, равнопрочные с точки зрения расчета по методологии СНиП, отличаются по вероятности отказа на два порядка. При определении нормативного значения прочности бетона в соответствии с методологией СНиП полагается,

16

о

47 0 кеоС; ; ь.'лг.э’л;'!1 пр~'гг;псгл1 V, - 13,5 % (I стержень). Это

'.а У ’[г;' I У'лот г -''н!'л г.труке^Г: зг."одгко:. изгоговле-;е;л е ;ого бтп:'а, !ггтгг?’тчса<^к»гс> но-

‘¡-Ч ' "■ --14 и: •■••• :<:ч г:о1-.а?ь,г-ас г о г:ыг

'дь" ТС" -!УНО.' .•■■"'/Ц-. X >ЧП про;;, О Г,1 ПЙЛГГПЯа ЗКП-

Чь1~ЛЫЮ Г.р1 г:'-^:т£? V, « ?0 л (II СТСрлОнь) . Но-

еое".едок 1.ю"'0а'.гм;' -„.¿счета пооявлнется при переход?

и? нормагышего со;1р'-;1.-:лс!;.:я к ¡\т:;чс;.-.■опу, т.к. используются С"П'г.’-'"гг’" ,иаи'' мя кп^Миииснта надежности по бетону ¡СЬ“1,3 для оиоил отер»ни',, ;.с прпгсд;:? к рлзно* ооеспечйнпосхи их расчетных сопротивлений. Величины расчетных сопротивлений бетона следовало бы назначать с учетом изменчивости прочности. При использовании расчетов по методологии СНиП величины коэффициентов надежности могут быть получены на основании подходов более высокого уровня. Но -в таком случае для оценки надежности экс-плуатяруг:опору*е~чп 1;слссгобра^но непосредственно'нспо.пьзо-вд1Ъ подходы ¡1 и Ш уровней.

В гладе приведены сен-спасительные расчеты мостовой оперы, выполненное по некдолопш СНиП и в соответствии с подхода.! II уровня. Определены вероятностные критерии с целью анализа их возможностей для оценки надежности опор с дефектами. Развитие в подводной части опоры нитеобразных разрушений (наиболее типичных и опасных для массивных опор) имитируется уменьшением высо-гы ссчоы'Я Ь . Результаты этих расчетов представлены на рис. 2. Там же оточен диапазон границы опасной зоны по экспертным оценка).!. Из сопоставления видно, что недопустимые значения вероятности отказа Р:- и критерия в (подход II уровня) соответствует опасной по .экспертным оценкам зоне, в то время как значения У (расчет по ¡методологии СНиП) в этой зоне свидетельствуют а д.л.таточьг'й несущей способности сечения спорь;. Критерий 3 сб-

17

ладает существенно большей чувствительностью к дефектам и поз воляет ранжировать факторы, определяющие ..адекность, по и: вкладу в дисперсию функции безопасности.

Зависимость критериев надежности

Ранжирование факторов, влияащих на надсаность опор, показало. что вероятность отказа и характеристика безопасности в большей мере зависят от параметров прочности материала опор, а не от действующих нагрузок и геометрических характеристик конструкции.

Подход II уровня не дает точного результата при расчете вероятности отказа опоры, т.к. функция безопасности является в этом случае нелинейной функцией исходных случайных величин (с.в.). Для оценки надежности опор предлагается подход III уровня, для инженерной реализации которого автором разработана программа определения вероятности отказа опор по несущей спо-

38

побности методом статистического моделирования. Програша напи-

ccí-.i для IPM ГС на Turbo-C.

Программа выполняет следующие основные операции:

- ’.¡Н'-Г'^ултнс ‘'ÍJ ряз) ¡.п.';ел;:руг.'г к л яд у ¡o с.:: а -''¡.‘о п: -

~z:va с яадакунчи параметрами нормального распределения (ореднос я л\.млар'П!йс oi'¡w!OH2t;i:2) и формирует пекчор исходных дачи:-;«.

уотгргг,-' зпз’тсит от количеств* случайных и дстерминиро-

.müx сслич1.'.'!, лтредольющих несучу;; оп.х^бмост!, оперы,

- выполняет расчет опоры (определяет значение функции бе-

ЧП1 íí-tl Гм / ¿I/Í.S (\CW»MW< w БСКТС]?2. ,”‘aHUVy. rtinnMHtlyW tJCJfl-

тор длиной N выборочных значений функции безопасности S(N);

- выполняет статистическую обработку выборочных значений

функции безопасности S(N), по результатам которой аппроксимирует выборочную плотность распределения функции безопасности

ps(S) теоретическими кривыми распределения;

- определяет «ерпятность отказа по формуле:

. Р. " з р (S) dS .

‘umepioii r;¡aua описгнк раС )Ти по rnuTnOüV м'.елрлм:':

■ ■/у нс'л-их ,у.У' разработок.

''■uOü:<!’ прочнист;: иагоригоа опор результаты обслодс'^аии:;

были использованы для определения надежности гю несущей споссо ■. '. ■■! .3 р *! ■; 'CVC14 Ог' -лбрнли,^ л. При Pi.’non:'"!"!:: рг.с-г.гс-и*с JV_ огор. МгЧГр’/.'-ни. л Toí'.í.-j Г''.i

эксцентриситетов полагались с. в. Пара»,»стры распределения этих величин определялись по разработанной автором методике. Всего

ЧСНИИ И Сочи-ГспиИ поГр)ЗС,К.

i У

ций, определить подлежащие ремонту опоры и установить очередность их ремонта на осново сопоставления показателей надсаности различных опор. Полученные результаты послужили основа!шеи для принятия Службой пути дороги решения о ремонте подводной части пяти опор на трех мостах. В настоящее время две опоры уже отремонтированы, одна находится в стадии ремонта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 1! ВЫВОДЫ ■

1. В работе доказана возможность использования МНК ( ультразвукового, упругого отскока и ударного импульса) для определения прочности бетона под водой. Получены статистически значимые регрессионные уравнения связи между прочностью бетона подводной части сооружений и КП для вышеназванных МНК. Разработана методика определения прочности бетона подводной части опор мостов. • ■

' 2. В зависимости от имеющихся, технических средств, требуемой точности и условий проведения обследования возможно как самостоятельное использование МНК или их комбинации, так и в сочетании с разрушающим'методом (испытанием выбуренных из подводной части опор.образцоз материала). ■

3. Разработаны способы адаптации к специфике подводных условий серийных технических средств для определения прочности бетона. Разработаны пневматический склерометр, удовлетворяющий технически!.» требованиям, обусловленный спецификой выполнения работ под водой, а также установка для выбуривания кернов из наружных слоев кладки опор.

4, Предложенные автором технические средства и методика прошли опытное опробование и внедрение при обследовании подводной части опор - ряда эксплуатируемых авто- и железнодорожных

20

м ■:: .1.':. ;чр-.чо\со огч;-: рг^г: методика {ч:ле ут-

:у... ■ ;ч.ч?сгво ”К!'-смной мнг-' ■ '■ ■ ■ ' ' !'1 ’ ■ " '^'п- '• 1 1 ’З'.'Л'ОД: ;С', ■ Ч'.Ч.; '; -¡ГГ

— .' ..■>■ г> '■ -ч.,31 гг о с:б'Лсдоп^ннл спор мос

1ио ^аиЗраиСиоми^л м*1«;м~£ ПРОЧНО1',-;'Л СОДДаПо О ОНО'’У

■ .. -1 <" •. ■• то,; ¡;о- .• "Н"."! ч^о-

ти. .

Г.. 2 срс::" состоаи!'ч попппоной части опов

эксплуатируем1« мостов носи г. ио-сущисазу, экспертный ;;арс.= :тср, а выполняемые в отдельных' случаях расчеты по методологии СНиП могут, кай. показал выполненный автором аналнз, давать неадекватные оценки несущей способности опор, несоответствующие экспертный. - Причины несоответствия были установлены с помощью вероятностных методов надежности. •

Т. п'.мок- .-.¡п.т.п-'г вероятностных методов ка уровне слу-'¡д:с. о:.чин (иод-.од.ч I, II и III уровней) был выбран точный истгд 111 уровня Дптсром разработана инженерная реализация выбранного метода расчета в виде программы для IЕМ РС с использованием статистического моделирования. Разработана методика оценки параметров нормггльно распределенных случайных величин, определяющих несущую способность опор. Предлагаемый метод оценки надежности подводной части опор (по .вероятности отказа сечений пс несущей способности) опробован при расчете ряда опор эксплуатируемых мостов. .

8. Объективность и сопоставимость вероятностных оценок надежности создаст возможность формализации принятия решения по сценке состояния опор пестов в рамках автоматизированной системы СОД'~ра:ОНИН искусственных сооружений на сети железных дорог.

П;ч!н\нс-ни‘% вероятностных методов при оценке надежности

21 ,

подводной части опор ыостоо позволяет:

- ранжировать факторы, влияющие на по. ^-зтоль надежности, по их складу и тем самым назначать требования к точности определения этих факторов при обследовании;

- получать сопоставимые количественные оценки, что обеспечивает предпосылки для планирования содержания искусственных сооружений таким образом, чтобы обеспечить равный уровень надежности для всех сооружений и их элементов; .

- обоснованно назначать очередность ремонта.

Содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Надежность подводной части мостовых опор, эксплуатируе-

мых длительное время/А. Л. Брик. В. С. Каган. В. П. Кузьмин, Н. В. Тимофеева, А.М. Уздин // Повышение эксплуатационных качеств железнодорожных мостов: Сб. научных трудов/ЛИШТ. - Л.. 1989. -

С. 63-66.

2. Каган B.C., Тимофеева Н.В. Приспособление для исследо-

вания характеристик бетона подводнбй части гидротехнических сооружений с помощью ультразвукового дефектоскопа/ИЛ ЦНТИ. - Л., 1989. - 4 с. '

3. Каган В.С.. Тимофеева Н.В. Освидетельствование подвод-

ной части опор мостов и других гидротехнических сооружений. Комплекс технических средств и методика// Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции (ЭИИС - 91). - г. Сумы, 1991. -

С. 170-172.

4. Испытание прочности бетона в подводных условиях/

А.А.Рульков , В. П.Террас , В.С.Каган , Н. В.Тимофеева // Тезисы докладов VII Всесоюзной конференции (ЭИИС - 91). - г.Супы.

1331. - С.369-360.

hHn ПрИ £ОоДО»1С7 ¿.¿¿1 ;;С^С';й0П1:0Й л^Г^/ЗЬ!. ■ :J. Г . iC>B.C.Kj.-

Г"". Р. П- “у.чкмии, н R Тимофеева // Расчетные продельные состоянии отгонных и ao.oaoCjiCiiHUX энпргети«еских соору-

жений: Материалы конференций и совещаний по гидротехнике. - Л.: Энергия, 1991. - С. 99—101.

?. Каган B.C.. Тимофеева Н.В. Обследование подводной части опор мостов//Бюллютень строительной техники.- 1992.- N1.- С.25.

8. Каган В. С.. Тимофеева Н. В. Надежность опор эксплуатиру-

ем кх опор 1'.сото;?. имеющих дефекта в подводной част«// Попьшение надежности зелезнезорежшх мостов: Сборник научных трудов/ ПИ-

КТ, - О.-Пб. , 1ЭЭЗ. - С. 10-24.

9. Тимофеева Н. В. Опыт применения неразрушаюцих средств контроля для определения прочности бетона подводной части опор эксплуатируемых мостов// Повышение надежности железнодорожных мостоз: Сборник научных трудов/ ПИИТ. - С.-Пб. ,1993. - С. 39-44.

10. Тимофеева Н. В. Освидетельствование подводной части опор мостов// Тсгиск докладов на научно-технической конференции: Неделя науки - 93. - С.-Пб.: ПИИТ, 1993. - С. 24.

11. Тимофеева Н. В. Оценка состояния подводной части опор эксплуатируемых постов на основе истодов теории надежности// Тезисы докладов на науччо-техкичсской конференции: Неделя науки

- 94. - С.-Пб.: ПГУПС, 1994, С.36. _ I

О