Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Формообразование строительных конструкций. Монография
.pdf
161
включительно), большие (свыше 100 м), автодорожные (в том числе
городские) мосты длиной менее 100 м, но пролетами свыше 60 м.
Выделение мостов в категорию «внеклассных» по длинам пролетов в зависимости от видов конструкционных материалов отражает
то обстоятельство, что указанные пролеты (соответственно 42, 84 и
110 м) оказываются «пограничными», по крайней мере, в России, по
объемам внедрения и по уровню расходов на возведение и эксплуатацию. При относительной малочисленности внеклассных мостов
они оказываются многопролетными и весьма протяженными (как
правило, имеют длину более 500…1000 м), требуют значительных
(по объемам инвестиций) капитальных вложений на создание, повышенных затрат на содержание (включая мониторинг) и являются
очень сложными объектами при капитальных ремонтах, реконструкции или восстановлении после аварий.
Понятие «внеклассный мост» существует в отечественном мостостроении в смысле объекта немассового, «вне классификации», не
ординарного по конструктивным формам, по размерам перекрываемых пролетов, по протяженности. Внеклассных мостов не может
быть много, возводятся они вынужденно, там, где по своим потребительским свойствам невозможны «рядовые» сооружения. В силу
специфичности признаков, такие мосты требуют большего внимания. Поэтому проектирование, строительство и эксплуатация внеклассных мостов поручается (или достается по результатам конкурсных торгов) предприятиям, достаточно оснащенным технически
и с наиболее высоким средним уровнем квалификации специалистов.
Отнесение к «внеклассным» мостов любых конструкций и назначения протяженностью более 500 м весьма субъективно и его не
следует принимать категорично.
В целом, введение понятия «внеклассный мост» полезно для аккредитации, сертификации и лицензирования в мостостроении, а
классификация мостов по длине, содержащаяся в СНиП 2.05.03—
84*, п. 1.7*, для указанных целей, скорее всего, недостаточна.
Внеклассный мостовой переход — мостовой переход, включаю-
щий один или больше внеклассных мостов.
Сверхпротяженный мост — мост через водную преграду протя-
женностью более 1500…2000 м или эстакада длиной более
800…1000 м.
162
Приложение 2
О ПОНЯТИИ «АВАРИЯ СООРУЖЕНИЯ»
Общие соображения
Как отмечал Н.С. Стрелецкий 139, с. 261 , «Аварийное состояние конструкций или сооружений является особым состоянием, требующим специального подхода, выходящего за пределы обычного
расчета…» и там же, 139, с. 260]: «Авария — явление редкое, поэтому вопрос должен быть рассмотрен, исходя из теории редких событий».
В этом приложении вводится терминология, дополняющая подразд. 1.1 и прил. 1 и относящаяся к сооружениям или комплексам
сооружений как к сложным техническим системам, и дается классификация основных положений, связанных с понятием «авария соору-
жения». Вводимые определения ориентируются, прежде всего, на
самые сложные строительные конструкции, к которым в полной мере относятся большепролетные и сверхпротяженные мосты. При
разработке этого приложения учитывались, наряду с работой 139 ,
материалы, опубликованные в трудах 5; 21; 54—56; 82—84; 87; 101;
180; 191; 198 , другие публикации и документы.
Терминология
Ниже приводится терминология, связанная с понятием «авария
сооружения».
Предаварийная ситуация — состояние сооружения, исключающее
продолжение его безопасной эксплуатации.
Авария сооружения — наступившее полное или частичное разру-
шение основных несущих элементов в конструкциях сооружения и
(или) общее смещение объекта или его отдельных частей в пространстве, сделавшие сооружение непригодным для использования
по назначению без проведения комплекса восстановительных работ.
Примечания.
1. Представленное определение можно сравнить с определением из
справочника [97, гл. 11, с. 448]:
163
«Авария — полное или частичное обрушение (разрушение) здания, сооружения, его части или отдельных конструктивных элементов, либо такая его деформация, которая вызывает либо полную остановку производственного процесса, либо создает непосредственную угрозу безопасности людей».
2. Из Федерального закона от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О про-
мышленной безопасности опасных производственных объектов» (с изменениями от 7 августа 2000 г. и 10 января 2003 г.), ст. 1:
«… авария — разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, не контролируемые взрыв и
(или) выброс опасных веществ…».
В ст. 2 и в прил. 1 этого закона к категории опасных производственных объектов мосты не отнесены. В прил. 1 настоящей работы,
в примечании 2 к п. 6, приведены также определения понятий «промышленная безопасность опасных производственных объектов» и
«инцидент».
Катастрофа сооружения — авария сооружения, после которой
восстанавливать объект невозможно или нецелесообразно.
С позиции рассмотрения критических ситуаций природнотехнических систем определения аварийной ситуации, аварии и катастрофы представлены в монографии [4, гл. 1, п. 1.1].
Основные признаки предаварийных ситуаций на мостовых сооружениях:
● неконтролируемый пропуск по сооружению сверхнормативной
(тяжеловесной) или негабаритной временной подвижной нагрузки;
● загромождение проезжей части пролетных строений подвижным составом (транспортными средствами), вышедшими по габаритам или по расположению на пролетном строении из установленного
для сооружения режима нормальной эксплуатации, а также неконтролируемое заполнение пешеходами (или, возможно, животными)
проезжей части моста при наличии тротуаров;
● повреждения или разрушения барьерного и (или) перильного
ограждения;
● повреждения или разрушения деформационных швов и (или)
опорных частей пролетных строений;
● накопление перемещений несущих и вспомогательных элементов, превышающих нормативные допуски, предусмотренные проектом сооружения или проектом его эксплуатации, или установленные
специализированным предприятием по результатам последнего обследования, проводившегося в пределах нормативного периода вы-
164
полнения работ по надзору за объектом и подтвержденные документально заказчиком этого обследования;
● появление в несущих элементах, в узлах их соединений и во
внешних связях локальных зон напряжений или деформаций, находящихся на границе или вышедших из области расчетных, установленных нормативными документами на основе метода предельных
состояний [139] и выявленных по результатам обследований сооружения;
● развитие размыва подмостового русла во время паводков или в
результате длительного накопления последствий гидрологических
процессов в пересекаемой мостовым переходом водной преграде;
● накопление разрушений водозащитных и регуляционных сооружений в результате нарушения на мостовом переходе регламента
ремонтов или профилактических работ;
● повреждение или разрушение элементов дополнительных коммуникаций, установленных в соответствии с проектом или по специальному согласованию на мостовом сооружении.
Понятие «предаварийная ситуация» в широком смысле близко к
понятию «предаварийное воздействие», использованному В.В. Болотиным, например, в работе [30]. Изложенные выше признаки предаварийных ситуаций технической системы «сооружение» несколько
шире понятия «предельные состояния» сооружения, но отражают их
в полной мере. Как отмечал Н.С. Стрелецкий [139, п. 1, с. 259]:
«…верхняя критическая точка предельного состояния характеризуется
не аварийностью, а недопустимостью дальнейшей эксплуатации по различным причинам, зависящим от вида сооружения, условий эксплуатации и т.д.».
И далее [139, п. 2, с. 259]: «…Предельные состояния характеризуются прекращением эксплуатации в доаварийный период».
После наблюдаемого фактического наступления или в результате
выявления при обследовании предаварийной ситуации возможная
авария переходит из разряда редких или даже редчайших событий в
постоянную реальную угрозу с показателем риска, приближающимся к 100 %.
Классификация аварий сооружений
Аварии сооружений могут классифицироваться:
● по источнику аварии:
– необратимые физико-химические и механические процессы в
материалах несущих элементов;
165
– увеличение агрессивности окружающей среды и связанное с
этим ускорение коррозионных процессов в конструкциях сооружения;
– значительные изменения структуры и (или) геометрии конструкций вследствие развития внутренних процессов;
– неблагоприятные природно-климатические, геофизические,
геологические и гидрологические изменения в воздействующей на
объект окружающей среде, не предусмотренные или недоучтенные
нормами проектирования (ветер, водные потоки, тектонические
процессы, сейсмика, оползни, изменения гидрогеологических условий в основаниях, сели и др.);
– особо мощные и каскадные процессы разрушения объектов
других технических систем, включающие рассматриваемое сооружение в сферу своего воздействия;
– непреднамеренные действия людей, ответственных и не ответственных за возведение, ремонты, реконструкцию или эксплуатацию
сооружения («человеческий фактор», в том числе: некачественные
или недостаточные изыскания, обследования, испытания объектов,
ошибки или неопределенности в проектах, программах обследований и испытаний объектов, некомпетентные или неполные экспертизы и другие технические заключения, применение недостоверных
приборов и ненадежных систем измерений, ошибки в нормативных
документах и в инструкциях, недостаточная обоснованность или
ошибочность выводов НИР и НИОКР);
– преднамеренные воздействия на сооружения – непредусмотренных видов, нерасчетных интенсивностей и направленностей;
– источники, не получившие научно-технического объяснения и
обоснования (в том числе «нераскрытые тайны природы»);
● по времени возникновения аварии:
– в процессе возведения сооружения; на стадии нормальной эксплуатации; во время выполнения ремонтных работ;
– на этапах реконструкции; при восстановлении после аварии;
при разборке (демонтаже) или ликвидации сооружения;
● по характеру протекания аварии:
– краткосрочная;
– прогрессирующая (каскадное разрушение);
– периодическая.
В работе [21, с. 11] причины аварий разделены на четыре группы:
«…Несоответствующие или неправильно примененные материалы;
ошибки проектирования; ошибки изготовления и монтажа; неправильная или
слишком длительная эксплуатация». Там же отмечается, что «…аварии,
166
вызванные одной причиной, происходят редко. В большинстве случаев авария происходит вследствие совпадения двух или нескольких причин, которые только совместным воздействием исчерпывают запас прочности конструкции».
Историческая практика доказывает, что огромная часть аварий
сооружений и других технических систем в принципе не может быть
предусмотрена заранее. Выяснение причин и механизмов каждого
такого негативного события обогащает инженерное творчество не
меньше многих теоретических изысканий. Вместе с тем, предупреждение или профилактика аварий на основе углубленного анализа
поведения конструкций в реальных технических системах значительно сжимает область аварийных непредсказуемых ситуаций и
поэтому имеет важнейшее практическое и теоретическое значение, в
том числе и для развития известных и генерации новых конструктивных форм.
О «человеческом факторе»
возникновения предаварийных ситуаций и аварий
В новейшей отечественной работе по анализу технических причин
аварий и повреждений строительных металлоконструкций зданий и
сооружений специалисты ЦНИИПСК им. Мельникова Б.Ф. Беляев и
Г.А. Гимаев на основании многолетней работы, проведенной специалистами института по обследованию ряда предприятий разных отраслей промышленности и оценки технического состояния конкретных металлоконструкций и пригодности их к дальнейшей эксплуатации, представили классификатор аварий металлоконструкций по
восьми направлениям, подавляющее большинство из которых —
результат проявления «человеческого фактора»:
– перегрузка в результате недооценки действующей нагрузки;
– потеря устойчивости (общая, местная, изгибно-крутильная);
– неудачные проектные решения и отступления от проекта;
– ошибки при изготовлении и монтаже конструкций;
– ошибки при эксплуатации конструкций (сооружений);
– дефектность оснований, на которые установлены металлические
конструкции;
– непредвиденные причины.
167
По всем перечисленным направлениям классификатор включает
«список факторов риска, приводящих к авариям»*.
В одной из современных зарубежных работ по анализу аварий
рассмотрены аварии пешеходных мостов от пешеходной нагрузки в
различных странах мира в период с 1825 г. по 2000 г. — всего 39
аварий. Авторы, Б. Уолмут и Дж. Сертиз (США), пришли к выводу,
«…что люди, ответственные за проектирование и содержание мостовых
сооружений, должны обеспечивать прочность всех элементов конструкции,
а также эффективное управление массами пешеходов»**.
В профилактике аварий и предотвращении катастроф необходимо в наибольшей степени опираться на учет «человеческого фактора». В этом отношении интересно высказывание профессора Редингского университета (Великобритания) Д.Э. Гордона 48, с. 349]:
«…Лишь немногие из катастроф случаются сами по себе на морально
нейтральной почве. Девять из десяти происходят не по технически сложным
причинам, а в результате стародавних человеческих погрешностей, часто
опускающихся до очевидной безнравственности».
В работе 54 , опубликованной почти 50 лет тому назад, Ф.Д.
Дмитриев отметил, что роль социально-экономических условий в
возникновении аварий была велика еще в глубокой древности, и
привел следующий исторический пример, напомнить о котором, повидимому, полезно и в наше время:
«…Владелец, около 2000 лет назад строивший амфитеатр в Фиденах, по
свидетельству Тацита, «ни основание не укрепил на материке, ни выведенное вверх строение не укрепил достаточно твердыми связями, так как домогался позорного барыша», результат — обрушение, погибло 50000 человек».
В той же работе 54 приведены выдержки из еще более раннего
источника, свидетельствовавшего об исключительной жесткости
древнего законодательства. В кодексе вавилонского царя Хаммурапи
(Вавилон, более 2000 лет до н.э.) имелись статьи:
*
См.: Б.Ф. Беляев и Г.А. Гимаев. О технических причинах аварий и повре-
ждений строительных металлоконструкций промышленных зданий и сооружений. Труды ЦНИИПСК им. Мельникова // Промышленное и гражданское строительство. 2002. № 6. С. 20—21).
**
См.: Уолмут Б., Сертиз Дж. Аварии пешеходных мостов // Мостостроение
мира. Журнал Ассоциации мостостроителей (приложение к журналу «Вестник
мостостроения» М. : РЦ ОАО «Институт Гипростроймост». 2004. № 1-2. С. 69–77.
168
«…229. Если строитель построил дом для кого-либо, и его произведение
не прочно, и если дом, который он построил, упадет и убьет домовладельца, этот строитель будет убит.
230. …если дитя домовладельца будет убито, то дитя этого строителя
будет убито».
Можно встать и на ту наиболее радикальную точку зрения, что
среди первопричин всех аварий и катастроф технических систем при
последовательном анализе человеческий фактор присутствует всегда, даже тогда, когда энергетическими источниками разрушений
являются фатальные космические или геофизические процессы. В
пользу такого тезиса может быть приведен следующий элементарный довод: природа всегда мстит за недостаточное понимание еѐ сущ-
ности. Человеческий фактор в таких явлениях сводится к недопустимому для цивилизации самому факту создания опасной технической
системы с некорректно прогнозируемым (недостаточно изученным)
поведением элементов, в исключительно редких, но все-таки возможных, чрезвычайных ситуациях.
При этом на разработчиках технических систем, включая и сооружения, груз моральной ответственности за их создание лежит
постоянным бременем, а степень юридической ответственности
ограничивается лишь порогом и качеством разработки законодательных и нормативных актов.
Предисловие _________________________________________________
Введение ____________________________________________________
1. ТЕРМИНОЛОГИЯ __________________________________________
1.1. Предварительные замечания ______________________________
1.2. Определения основных понятий ___________________________
1.3. Определение понятия «формообразование» _________________
2. ОСОБЕННОСТИ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ___________________________________________
2.1. Циклы формообразования ________________________________
2.2. Этапы формообразования ________________________________
2.3. Системный характер формообразования ____________________
3. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЫ
ПРИНЦИПОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ ___________________________________________
3.1. Предпосылки создания современной системы критериев
разработки и развития конструктивных форм сооружений ________
3.2. Принципы формообразования строительных конструкций_____
3.3. Обоснование принципов формообразования строительных
конструкций _______________________________________________
3.4. Особенности формообразования в других отраслях техники____
4. ВОЗМОЖНОСТИ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ
СООРУЖЕНИЙ ____________________________________________
4.1. О методе расчета строительных конструкций по предельным
состояниям ________________________________________________
4.2. Энергетический «портрет» конструкции ____________________
4.3. Алгоритм поиска экстремумов энергетических функционалов
строительных конструкций __________________________________
4.4. Энергетические критерии разрушения конструкций __________
3
4
10
10
11
21
23
23
25
32
42
42
44
50
79
84
84
93
105
107
О Г Л А В Л Е Н И Е
5. ВАЖНЕЙШИЕ ОСОБЕННОСТИ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ
СООРУЖЕНИЙ ___________________________________________
5.1. О понятии «большой пролѐт сооружения» __________________
5.2. Области возможных пролетов линейно-протяженных
сооружений ______________________________________________
5.3. Определение понятия «большой пролет сооружения» _________
5.4. Обобщенные неравенства ограничений пролетов линейнопротяженных сооружений по условиям прочности и общей
устойчивости _____________________________________________
Заключение _________________________________________________
Библиографический список ___________________________________
Приложения ________________________________________________
Приложение 1. Официальная терминология и некоторые
современные определения важнейших понятий, имеющих
отношение к проблемам теории формообразования строительных
конструкций ________________________________________________
Приложение 2. О понятии «авария сооружения» __________________
113
113
116
122
124
125
129
144
144
162
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]