Основы надёжности мостов. Учебное пособие

ской и экономической целесообразности первоначальных затрат, необходимых для возведения здания или сооружения, а также с учетом стоимости эксплуа-

тации конструкций в течение всего срока их службы.

9.1. Программа учета надежности

При проектировании несущих и ограждающих конструкций зданий и со-

оружений должны быть обеспечены установленные для данного объекта ха-

рактеристики теоретической надежности.

Начальная безотказность – вероятность внезапного отказа прочности и устойчивости элементов и конструкций во время строительства и в начальный период эксплуатации. Требуемая начальная безотказность может быть обеспе-

чена правильным выбором расчетного суммарного коэффициента запаса.

Долговечность – вероятность постепенных отказов элементов или узлов сопряжений конструкции в период ее эксплуатации. Эта задача решается пу-

тем соответственного увеличения размеров расчетных сечений элементов на основе расчетов долговечности и обеспечения антикоррозионной защиты.

Ремонтопригодность – возможность периодических осмотров и капи-

тальных ремонтов элементов и узлов конструкции с учетом предполагаемых условий эксплуатации. Это требование обеспечивается соответствующими конструктивными приемами.

Следовательно, можно составить примерную программу учета надежно-

сти, которой должен следовать инженер-конструктор, приступая к проектиро-

ванию несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений:

1. Выяснить функциональные требование, предъявляемые к объекту,

капитальности и сроку службы здания или сооружения.

2.Выяснить предполагаемые условия эксплуатации, целесообразность и возможность проведения профилактических осмотров и ремонтов.

3.Выбрать материалы несущих и ограждающих конструкций с учетом требований их начальной безотказности и долговечности.

51

4.Оценить целесообразность и возможность применения стандартных и унифицированных элементов.

5.Проанализировать надежность конструкции для определения тех ее элементов и узлов, отказ которых влечет за собой отказ в работе всей кон-

струкции.

6.Разработать основные конструктивные решения с учетом требований равнонадежности.

7.Выбрать производственную базу и согласовать с производственными организациями (наряду с основными проектными решениями) допускаемые отклонения физико-механических характеристик материала в элементах кон-

струкций, геометрических характеристик качества элементов и узлов, макси-

мальные габаритные размеры и веса монтажных элементов; возможности осу-

ществления и технических характеристик специальных защитных мероприя-

тий против коррозии и износа элементов и узлов.

8.Осуществить проектирование теоретической надежности объекта с учетом экономической целесообразности установленного уровня надежности.

9.Организовать существующую или вновь проектируемую производ-

ственную базу с учетом обеспечения характеристик качества, установленных проектом. Выбрать методы и средства осуществления активного производ-

ственного контроля.

10. Организовать службу эксплуатации с учетом предусмотренных про-

ектом периодических осмотров и объемов профилактических ремонтов эле-

ментов и узлов конструкций.

11. Накопить статистические сведения о действительных характеристи-

ках качества и разработать рекомендации по повышению уровня надежности аналогичных объектов при минимальных затратах на их возведение и эксплуа-

тацию.

Очевидно, что успех в обеспечении надежности может быть достигнут только при комплексном решении проблемы, т. е. при выполнении предусмот-

52

ренных программой проектных, производственных и эксплуатационных тре-

бований.

Уровень действительной надежности строительных конструкций зависит прежде всего от совершенства проектных решений, которые при равноценных исходных данных и одинаковых требованиях, предъявляемых к объекту, могут быть разработаны в различных вариантах. Одной из сравнительных характери-

стик совершенства проектных решений может служить уровень теоретической

(проектной) надежности.

Всякая строительная конструкция состоит из отдельных элементов, раз-

личными способами соединенных между собой. Степень их податливости в узлах существенно влияет на прочность и деформативность конструкций.

Принимаемое в большинстве расчетов традиционное разделение сопря-

жений конструктивных элементов на «шарнир» и «заделку» нельзя считать до-

статочно объективным. Это лишь крайние характеристики «идеальных» рас-

четных схем. Примером первого вида соединений могут служить свободные опирания балок различного типа на колонны, стены, столбы и другие опоры. К

классическим соединениям второго вида относятся узлы монолитных железо-

бетонных конструкций.

В промежутке между «идеальным» шарниром и «жесткой» заделкой су-

ществуют сопряжения с различной податливостью элементов (например, узлы сборных конструкций), зависящей от конструктивных решений и точности производства изготовительных и монтажных работ. Степень податливости, ко-

торую по аналогии с машиностроительной терминологией можно было бы ха-

рактеризовать «посадками», существенно влияет на расчетные характеристики конструкций.

Классификация посадок, необходимая для того, чтобы установить важ-

ное соответствие между расчетной моделью и действительной работой кон-

струкции, должна быть выполнена с учетом конструкции узлов сопряжений,

упругих характеристик материалов сопрягаемых элементов, допусков изгото-

вительных и монтажных работ.

53

Такой классификации должны соответствовать специальные коэффици-

енты, позволяющие уточнять величины расчетных усилий применительно к конкретным натурным условиям работы конструкции. Количественные значе-

ния этих коэффициентов могут быть установлены статистическим методом на основе опытных данных.

Другим условием приближения расчетной модели к действительной ра-

боте объекта является учет пространственной жесткости и возможности пере-

распределения усилий при отказе одного или нескольких элементов конструк-

ции (расчет по методу предельного равновесия). При этом следует стремиться к рациональному укрупнению и соответственно к уменьшению количества монтажных элементов, ибо, как будет показано ниже, с увеличением числа со-

пряжений надежность конструкции интенсивно уменьшается.

Первостепенное значение в проектировании надежности имеет развитие статистических методов расчета, разработанных российскими учеными В.В. Болотиным, И.И. Гольденблатом, А.Р. Ржаницыным, Н.С. Стрелецким и др. Эти методы позволяют учесть случайный характер и изменчивость вели-

чины внешних нагрузок, действующих на элемент или конструкцию, физико-

механических параметров материалов и геометрических характеристик эле-

ментов и узлов.

При проектировании строительных конструкций необходимо прогнози-

ровать вероятность внезапных и постепенных отказов, для того чтобы предот-

вратить их возникновение путем своевременного проведения профилактиче-

ских или капитальных ремонтов. Для оценки надежности конструкции в целом необходимо знать надежность составляющих ее элементов и узлов сопря-

жений.

Так, например, отказ несущего троса в некоторых конструкциях висячих мостов влечет за собой аварию всего сооружения, а выход из строя одной из колонн многоэтажного здания (вследствие перераспределения усилий) иногда можно рассматривать только как местное повреждение каркаса, которое может быть устранено путем замены или восстановления дефектного элемента.

54

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы. – М., 2005.

2.ГОСТ 27751-88*. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения расчета.

3.Болотин В.В. Статистические методы в строительной механике / В.В. Болотин. – М.: Стройиздат, 1965.

4.Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений / В.В. Болотин. – М.: Стройиздат, 1982.

5.Васильев А.И. Потребительские свойства мостов / А.И. Васильев: Труды ЦНИИС. – М., 2002. – Вып. 208.

6.Васильев А.И. Вероятностная оценка остаточного ресурса физического срока службы железобетонных мостов / А.И. Васильев: Труды ЦНИИС. – М., 2002. – Вып. 208.

7.Вентцель Е.И. Теория вероятностей / Е.И. Вентцель. – М., 1969.

8. Ефграфов Г.К. Расчеты мостов по предельным состояниям / Г.К. Ефграфов, Н.Б. Лялин. – М.: Трансжелдориздат, 1962.

9.Иосилевский Л.И. Практические методы управления надежностью железобетонных мостов / Л.И. Иосилевский. – М.: НИЦ «Инженер»,2005.

10.Корнеев М.М. Стальные мосты / М.М. Корнеев. – Киев, 2003.

11.Митропольский Н.М. Методология проектирования мостов / Н.М. Митропольский. – М.,1958.

12.Потапкин А.А. Оценка ресурса мостов с учетом дефектов и повреждений / А.А. Потапкин// Вестник мостостроения. – 1997. – №3.

13.Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность / А.Р. Ржаницын. – М.: Стройиздат, 1978.

14.Стрелецкий Н.С. К вопросу развития методики расчета по предельным состояниям / Н.С. Стрелецкий. – М.,1966.

15.Шестериков В.И. (руководитель разработки) Методика расчетного прогнозирования срока службы железобетонных пролетных строений автодорожных мостов / В.И. Шестериков. – М.: Росавтодор, 2004.

55

Приложение

Значения функции Лапласа

56

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………. 3

1.ПОНЯТИЕ НАДЁЖНОСТИ……………………………………………………. 5

1.1.Определения………………………………………………………………... 5

1.2.Надежность систем……………………………………………………….... 7

1.3.Основные задачи теории надежности применительно к транспортным сооружениям…………………………………………….. 7

2.ВЕРОЯТНОСТНАЯ ОСНОВА ЗАПАСОВ ПРОЧНОСТИ

2.3.Характеристика безопасности по А.Р. Ржаницыну………………………. 11

2.4.Метод В.В. Болотина………………………………………………………. 12

3.ПРИМЕНЕНИЕ ПОНЯТИЙ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ

3.2.Пути решения проблемы надежности……………………………….. 20

4.ЗАКОНОМЕРНОСТЬ СЛУЧАЙНЫХ ЯВЛЕНИЙ……………………….. 25

5.ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ

7.1.1.Функциональная оценка……………………………………….. 38

7.1.2.Вероятностная оценка………………………………………………. 39

7.1.3. Критерии долговечности…………………………………………… 41

7.2.Оценка выносливости конструкций………………………………………. 42

8.ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙ И ПОВРЕЖДЕНИЙ……………. 47

9.ПРОЕКТИРОВАНИЕ С УЧЕТОМ НАДЕЖНОСТИ……………………... 50

9.1. Программа учета надежности………………………………………… 51 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА…………………………………………. 55

ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………………….. 56

57

Учебное электронное издание

Аннабердиев Александр Хаджи-Муратович

ОСНОВЫ НАДЁЖНОСТИ МОСТОВ

Редактор Н.Е. Гладких Компьютерная обработка: О.И. Пушкина

____________________________________________________

В свет 22.01.2019.

Формат 60×84/16. Объем 3,5 усл. п. л. Заказ № 7.

____________________________________________________

Издательский центр ДГТУ Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

58