МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(МИИТ)

Кафедра “Строительные конструкции, здания и соооружения ”

В.П. ЧИРКОВ, м.в.шАВЫКИНА

пРИКЛАДНЫЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

В РАСЧЕТАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Часть1

Конспект лекций

Москва - 2010

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(МИИТ)

Кафедра “Строительные конструкции, здания и соооружения ”

В.П. ЧИРКОВ, м.в.шАВЫКИНА

пРИКЛАДНЫЕ МЕТОДЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

В РАСЧЕТАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Часть1

Конспект лекций

Рекомендовано реакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

для студентов специальности ПГС

Москва - 2010

УДК 624.07

Ч64

Чирков В.П., Шавыкина М.В. Прикладные методы теории надежности в расчетах строительных конструкций: Конспект лекций Часть 1. – М.: МИИТ, 2010. – 67 с.

Лекции посвящены вопросам надежности строительных конструк­ций, безопасная работа которых имеет первостепенное значение для оценки эксплуатационных качеств зданий и сооружений. В ос­нове рассматриваемых подходов лежат закономерности, отражаю­щие природу случайного характера поведения несущих конструк­ций в эксплуатации. Изложены факторы определяющие надеж­ность несущих конструкций зданий и сооружений. Приводятся ос­новные сведения о случайных величинах. Рассмотрены основные методы расчета надежности несущих строительных конструкций. Методы расчета иллюстрируются примерами.

Рецензенты

д. т. н., доцент Клюева Н.В. (Орёл ГТУ)

к. т. н., доцент Мелешонков Е.И. (МИИТ)

© Московский государственный университет

п утей сообщения (МИИТ), 2010

Содержание

Введение

Лекция №1

1. Надежность – доминирующий признак качества в строительстве 5

2. Обеспечение качества строительного объекта 8

Лекция №2

3. Методы теории надежности в расчетах строительных конструкций 10

4. Несущие строительные конструкции – основа зданий и сооружений. 13

Лекция №3

5. Требования, предъявляемые к несущим конструкциям 16

6. Значение этапа проектирования в цикле строительства зданий и сооружений 17

7. Вариантное проектирование. 20

Лекции №4 и №5

8. Конструктивные и расчетные схемы зданий и

сооружений. 25

9. Примеры составления расчетных схем 28

10. Расчетные модели 34

11. Цели и задачи расчета несущих конструкций. 35

Лекция №6

12. Фундаментальная роль вероятностных законов в

Природе 36

13. Факторы, определяющие надежность конструкций зданий и сооружений. 39

Лекция №7

14. Природа случайного характера поведения несущих конструкций в эксплуатации. 41

15. Развитие методов расчетной оценки безопасной работы строительных конструкций. 48

Лекция №8.

16. Основные сведения о случайных величинах 56

17. Законы распределения случайных величин. 59

Литература 66

Введение

Несущие строительные конструкции являются основой зда­ний и сооружений, выполняя одну из главнейших функций — обеспечение безопасности людей, пребывающих там. Запасы проч­ности и устойчивости несущих конструкций закладываются в про­цессе их расчета и конструирования. Как показывает опыт строи­тельства и эксплуатации зданий и сооружений, эти расчеты долж­ны базироваться на применении методов теории надежности и теории вероятностей, которые позволяют учитывать случайную при­роду поведения несущих конструкций в процессе эксплуатации.

Методы теории надежности позволяют определять не только параметры безопасной работы несущих конструкций, но и оцени­вать степень достоверности расчетов в стадии изготовления, мон­тажа и в процессе всего периода эксплуатации. Они являются осно­вой для совершенствования норм проектирования строительных конструкций, создания конкурентоспособных конструкций с задан­ной степенью надежности и стимулирования качества их изготов­ления и монтажа.

Лекция №1.

1.Надежность – доминирующий признак качества в строительстве.

Здания и сооружения должны выполнять предназначения и функции в течение длительного срока Т=50-100 лет, тоннели - 200 лет. Наряду с обеспечением удобств производственной деятельности, жилья, отдыха, они должны быть запроектированы так, что бы исключить опасность их выхода из строя вследствие воздействия нагрузок, влияния окружающей среды и других факторов. Ущерб в следствие разрушения несущих конструкций огромен. Составляющие ущерба представлены на рис. 1.1.

Рис.1.1. Ущерб при разрушении несущих конструкций.

Выбор решения для строительных объектов определяют:

Обеспечение надежной работы несущих конструкций - это требование оказывает значительное влияние на выбор проектных решений с точки зрения безопасности людей.

Технико-экономические показатели эффективности принятого решения (стоимость, трудоемкость, материалоемкость, продолжительность работ, единовременные затраты и текущие расходы в эксплуатации).

Методы оценки решения в строительстве представлены на рисунке 1.2.

Рис.1.2. Методы оценки решений в строительстве.

При аналитическом методе выполняются оценки потребительских свойств и качеств строительных объектов на основание количественных показателей (уровень надежности, срок службы, продолжительность строительства, стоимость строительств, расходы в период эксплуатации зданий и сооружений).

При экспертном методе (метод экспертных оценок) создается экспертная комиссия из квалифицированных специалистов, каждый из независимых экспертов дает свою оценку состояния строительного объекта, на основе которых принимаются общие заключения. Число членов комиссии должно быть не более 10, с тем, что бы чрезмерно не увеличилась трудоемкость работы. Работы экспертов заключается в визуальном обследование конструкций (без инструментов, измерений и испытаний). В этих условиях однозначную оценку износа здания экспертам чрезвычайно трудно. Объективность и точность оценки с определенной обеспеченностью устанавливается с использованием методов теории множеств.

Пример. Группа экспертов из 5-ти человек предстоит решить насколько здание удовлетворяет требованиям норм и физическому износу. Износ=40% - состояние удовлетворительное. Мнение экспертов разделилось: И≤ 30 % - дал один эксперт; И=10-25% - высказали два эксперта; И=20-40% - высказали другие два эксперта.

Решение: обозначим mi - обследуемое число экспертов высказавших свое мнение, к общему числу экспертов mi = 1/5=0,2 - для первого эксперта, mi = 2/5=0,4 - для второго и третьего эксперта, mi = 2/5=0,4 - для четвертого и пятого эксперта. Мнения экспертов представлены на рис. 1.3

Эксперт	Umin, %	Umax, %	mc
1	0	30	0,2
2	10	25	0,4
3	10	25
4	20	40	0,4
5	20	40

Рис.1.3. Мнения экспертов.

а) таблица1.1 б)

Износ определяется с максимальной обеспеченностью, в данном случае Р=1,0, на основе оценки всех пяти экспертов, как видно из рис.1.3. U=20-25% с обеспеченностью 1,0. Аналогичную оценку можно делать и к другому состоянию здания.

Необходимо обеспечить требуемое качество строительного объекта.

Качество - совокупность потребительских свойств как отдельных конструкций, элементов, так и здания в целом, в соответствии с требованиями условий эксплуатации. Надежность - одно из главных свойств качеств. Доминирующими признаками качества является их надежность. Почему? Конструкция здания отвечает функциональным, эстетическим требованиям и имеет невысокую стоимость. Однако если по истечению заданного срока службы произойдет выход из строя несущих конструкций, т.е. не будет обеспечена надежность, то все другие положительные характеристики качества потеряют свое значение. Надежность оценивается вероятностными показателями, которые объединяют весь комплекс физических и геометрических характеристик объекта.

Она позволяет оценить строительный объект с течением времени. Но при любом методе расчета, возведения здания и сооружения имеет место некоторая вероятность отказа (процент риска). Задача принятия правильного решения состоит в выборе оптимального коэффициента запаса при практически допустимом риске, который учитывает случайные факторы.

При оптимальном выборе степени надежности установлена органическая связь между проектированием, возведением и эксплуатацией строительных объектов.