Список литературы

1. Градостроительный кодекс Российской Федерации. Федеральный закон «Об архитектурной деятельности в Российской Федерации»[Текст]. - М: Эксмо, 2016. - 368 с.

2. Аксенов, В.В. Метаэвристические методы решения задач комбинаторной оптимизации [Текст] / В.В. Аксенов // Параллельные вычислительные технологии (ПаВТ-2009): тр. Междунар. науч. конф. (30 марта–3 апреля 2009 г., Н. Новгород). - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. -799 с.

3. Загоруйко, Н. Г. Прикладные методы анализа данных и знаний[Текст] /Н.Г. Загоруйко - Новосибирск: ИМ СО РАН, 1999.

4. Кини, Р. Л., Райфа, X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения[Текст]: пер. с англ./ Р.Л. Кини, Х. Райфа. – М.: Радио и связь, 1981. – 560 с.

5. Мищенко, В.Я. Пути совершенствования планирования работ по строительству и технической эксплуатации комплекса объектов недвижимости [Текст] / В.Я. Мищенко, Д.И. Емельянов, Е.Г.Аноприенко. - Воронеж: Промышленное и гражданское строительство. №6, 2006. – С.38-40.

6. Мищенко, В.Я. Стохастические алгоритмы в решении многокритериальных задач оптимизации распределения ресурсов при планировании строительно-монтажных работ [Текст] / В.Я. Мищенко, Д.И.Емельянов, А.А .Тихоненко, Р.В. Старцев. - Воронеж: ВГАСУ, №1, 2012. – С. 92-97.

7. Мищенко, В.Я. Обоснование целесообразности использования генетических алгоритмов при оптимизации распределения ресурсов в календарном планировании строительства [Текст]/ В.Я. Мищенко, Д.И.Емельянов, А.А .Тихоненко. - Воронеж: ВГАСУ, №10, 2013. – С. 69-71.

УДК 658.5: 624

Факторы, воздейстующие на технико-эксплуатационное состояние строительных конструкций ю. В.Мясищев, а. Ю.Сергеева, ю. Д.Сергеев, р. Ю.Мясищев12

Мясищев Юрий Владимирович, Воронежский государственный технический университет, Почетный профессор ВПИ ВГТУ, Почетный строитель России, доцент кафедры технологии, организации строительства, экспертизы и управления недвижимостью Сергеева Алла Юрьевна, Воронежский государственный технический университет, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии, организации строительства, экспертизы и управления недвижимостью Сергеев Юрий Дмитриевич, Воронежский государственный технический университет, аспирант кафедры технологии, организации строительства, экспертизы и управления недвижимостью Мясищев Руслан Юрьевич Воронежский государственный технический университет, кандидат техническиъх наук, доцент кафедры технологии, организации строительства, экспертизы и управления недвижимостью

Аннотация: рассмотрены методы определения и количественного расчета влияния различных факторов, таких как сроки эксплуатации здания, отсутствие или нарушение сроков ремонтных работ, природно-климатические и техногенные факторы на технико-эксплуатационное состояние строительных конструкций.

Ключевые слова: технико-строительная экспертиза, диагностика состояния строительных конструкций, обследование строительной конструкции, потеря несущей способности конструкции.

Аварии и нарушения условий нормальной эксплуатации зданий и сооружений могут быть вызваны дефектами, допущенными при их возведении. Некоторая часть из них выявляется сразу же при производстве работ. В основном, строительные дефекты проявляют себя позже, при воздействии эксплуатационных факторов. Полные обрушения конструкций являются относительно редкими событиями. Когда случайные факторы не дали развиться аварийному состоянию и разрушению конструкции, может наблюдаться неработоспособное состояние отдельных частей, элементов зданий и сооружений. Дефекты, полученные в ходе процесса изготовления или монтажа, обычно развиваются, суммируются с дефектами, характерными для стадии эксплуатации

Планирование мероприятий по надзору и ремонту эксплуатируемых конструкций приводит к необходимости описания его эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла сооружения. Процесс эксплуатации представлен на рис.1. в виде дискретного набора состоянии S₀, S₁,..., S_m,, в котором исходное состояние S₀ соответствует полностью исправному начальному состоянию конструкции. Другие состояния соответствуют той или иной степени деградации, характеризующей определенную иерархию отказов. Совокупность событий, соответствующих переходам из состояния в состояние, можно представить потоками Эрланга, которые сводятся к простейшим (стационарным пуассоновским) потокам [8, 9].

Рис. 1. Схема процесса эксплуатации

Можно рассматривать (рис.1 а) случайные события, переводящие систему из состояния S_i, в состояние S_i+1 (отказы), а также случайные события, переводящие систему из состояния S_i в начальное состояние S₀ (восстановления).

Наблюдаются случаи, когда переход состояний из одного в другое вызывает несколько отказов (восстановлений), для обращения такого потока в простейший, предложено добавить новые промежуточные псевдосостояния (рис.1 б). Данная схема подходит для конструкций зданий. Также добавлена модель диградации конструктивных элементов, базирующаяся на теории случайных марковских процессов [6, 7].

Жизненный цикл элемента поделен на пять дискретных состояний, каждое из которых характеризуется набором количественных и качественных параметров деградации, определяющих иерархию отказов. При этом ставится задача определения вероятности перехода системы в состояния S_i в S_i+1 (i = 1, 2,...,5) в предположении, что время перехода является непрерывной функцией.

В такой постановке износ конструкции трактуется как дискретный марковский процесс с непрерывным временем, переходные вероятности P₁(t), P₂(t)..., P_n(t) определяются решением дифференциальных уравнений Колмогорова:

(1)

при начальных условиях P_ij(0) = δ_ij, где δ_ij - символ Кронекера.

Матрица переходных вероятностей, получаемая из решения (1), дает возможность определить надежность элемента в каждом из дискретных состояний S₀, S₁,..., S_m, если известная начальная надежность находится в состоянии S₀. Например, в случае начальной надежности (исправное состояние) P(t=0)= 0,9998, (β= 3,8), остальные надежности получают значения, представленные в табл.1.

Таблица 1

Определение надежности элемента в каждом из дискретных состояний

Допустим, процесс деградации в течение продолжительности жизненного цикла будет описываться параметром λ, который указывает на интенсивность отказов. Интегральная функция распределения, в таком случаеP(t) времени Т_n, на протяжении которого будут происходить события данного процесса, будет иметь вид:

(2)

С учетом выражения (2) модель деградации элемента описывается нелинейным уравнением:

(3)

где P_t(t, λ) - плотность распределения процесса Пуассона, являющаяся экспоненциальной функцией параметра α = t,λ.

Кривые деградации, найденные таким образом, показаны на рис. 2.

Для определения параметров показателя интенсивности отказов использовались параметры время жизни (переходе в аварийное состояние) железобетонных конструкций пролетных строений [3, 5].

Выборка имеет математическое ожидание т_t = 34 года и дисперсию Dr = 7,131 года.

Доверительный интервал для параметра λ распределения дал возможность получить верхнюю и нижнюю оценки λ _sup =0,035 и λ _inf=0,023 и соответствующие значения оценок времени существования элементов:T_inf = 36 лет и Т_sup =71 год (рис.3).

Рис.2. Кривые деградации элементов

Рис.3. Верхняя и нижняя оценки времени перехода в пятое дискретное состояние для мостов обследованной выборки

Из приведенных данных видно, что даже для однотипных конструкций разброс значений параметра интенсивности отказов получается весьма значительным и необходимо устанавливать значение λ индивидуально, на основании данных обследований.

Недостатком модели является использование допущения о постоянстве параметра λ.

Данный параметр изменяется на протяжении времени, из-за этого фактические кривые деградации имеют различия с решениями моделей.

Рис. 4. Фактические и теоретические зависимости деградации элемента

На рис. 4 изображены фактические зависимости деградации элемента, которые отражают качественное, но не количественное совпадения с расчетными.

В последнее время развиваются исследования, в которых для расчета долговечности конструкции используются методы, идентичные моделям расчета (прочность, устойчивость и т.п.) «физических» предельных состояний. Имеющаяся аналогия между этими расчетами представлена в табл. 2, однако используемые параметры в модели долговечности отличаются от переменных, используемых при статических и динамических расчетах.

Таблица 2

Аналогия расчетов по физическим и предельному состояниям деградации строительной конструкции [3].

Расчетный срок службы определяется из условия:

(4)

где t_Ld — расчетный срок службы; t_tk — нормативный срок службы; γ_tk — коэффициент надежности по сроку службы (рис.5) и t_g — заданный срок службы.

Это же условие можно переписать, привязав расчетный срок к среднему сроку возможного существования конструкции (рис.5), для чего запишем:

(4.а)

Рис. 5. Пояснение параметров запаса надежности в течение срока службы

Ухудшение состояния конструкции D(t) выражается потерей несущей способности данной конструкции, т.е.:

(5)

При этом максимально возможное значение деградации равно запасу надежности в начальный момент времени:

(6)

Предположим, что средняя деградация меняется во времени по степенному закону:

(7)

Показатель степени п> 1, если скорость деградации возрастает во времени, п< 1 с уменьшающейся скоростью деградации и в наиболее простом варианте может быть рассмотрен линейный закон (п = 1) с неизменной скоростью ухудшения качеств.

Предположим, что ухудшение состояния конструкции обладает нормальным распределением, относительно среднего значения (7) с коэффициентом вариации v_D(рис.6). Если нагрузка не меняется во времени, то показатель надежности β стандартного нормального распределения, применительно к процессу деградации выражается как:

(8)

Категорию технико-эксплуатационного состояния несущих конструкций устанавливают по результатам обследования и поверочным расчетам. Конструкциям присваиваются следующие категории технико-эксплуатационного состояния: исправное, работоспособное, ограниченно работоспособное, недопустимое и аварийное состояние.

В случаях, когда для конструкции установлены исправное и работоспособное состояния, эксплуатация таких конструкций, под фактическими нагрузками и воздействиями, может вестись без ограничений. Также, когда конструкции находятся в работоспособном состоянии, для обеспечения их функционирования может понадобиться проведение обследований с определенной периодичностью (мониторинга) во время процесса эксплуатации. В случае, если конструкция находится в ограниченно работоспособном технико-эксплуатационном состоянии, за ее состоянием должен осуществляться контроль, выполняться защитные мероприятия (восстановление, ремонт или усиление конструкций, лимитирование нагрузок, антикоррозийная защита и т.д.). Когда мероприятия по усилению конструкций, находящихся в ограниченно-работоспособном состоянии не проводятся, требуется устраивать мониторинг, сроки для которого устанавливаются во время проведения обследования. Для конструкций, находящихся в недопустимом состоянии, требуется проводить мероприятия по их ремонту, восстановлению и усилению. Эксплуатацию конструкций, находящихся в аварийном состоянии требуется запретить.

Из вышеперечисленного сделан вывод:

1. Прослеживается четкая зависимость количества повреждений и дефектов строительной конструкции от продолжительности ее эксплуатации.

2. Планирование принятия мер по мониторингу и восстановлению строительных конструкций требует описания процесса эксплуатации конструкций длительностью, равной жизненному циклу сооружения.

3. Если переход из состояния в состояние вызывает появление нескольких отказов (восстановлений), требуется добавлять промежуточные новые псевдо состояния для приведения потока к простейшему.

4. Данный подход разработан для конструкций зданий

5. Разработана модель ухудшения технико-эксплуатационных качеств строительных элементов, базирующаяся на теории случайных марковских процессов.

6. Процессы разрушения строительных конструкций зависят от возникающих под воздействием различных факторов дефектов и повреждений и прогрессируют, без проведения реновационных мероприятий, в зависимости от продолжительности деградации.