1.7. Безопасный ресурс как показатель долговечности объекта

Прогноз безопасного ресурса здания (сооружения) основывается на гипотезе, что конструкционный износ строительного объекта – медленно текущий процесс. Из теории медленных процессов, основоположником которой, как и теории редких событий, является академик С.П.Курдюмов, следует, что конструкционный износ Ј(Т) объекта – это непрерывная функция времени Т. Естественно, она имеет производную: dЈ(Т)/dТ = – i Ј(Т), где i – интенсивность конструкционного износа в процессе эксплуатации объекта. Интегрирование дифференциального уравнения и определения постоянной интеграла из условия Ј(0)= 0, приводит к решению в виде: Ј(Т) = 1 – ехр (– i·Т ).

Интенсивность износа не сложно определить из равенства Ј(Т) = Ј(R). Здесь Ј(R) – износ, зависящий от величины риска аварии объекта на момент времени эксплуатации Т. Приравнивая правые части формул для Ј(Т) = 1 – ехр (– i·Т ) и для Ј(R) = 1 – ехр [–0,0365 (R – 1)] получаем: i = [0,0365 (R – 1)] / Т.

При известном значении интенсивности износа безопасный ресурс Т_б объекта определится из формулы Ј(Т) = 1 – ехр (– i·Т ), если в нее подставить Т =Т_б и Ј(Т_б) = 0,68. Безопасный же остаточный ресурс Т_бо эксплуатируемого объекта представляет собой время достижения объектом критической величины риска аварии, когда он переходит в аварийное состояние. Это время определится как разность между Т_б и фактическим сроком его эксплуатации Т_ф < Т_б. Несложно по полученным зависимостям, если известна величина фактического риска аварии R_ф на момент времени Т_ф, построить компактную формулу для определения безопасного остаточного ресурса Т_бо. Формула выглядит следующим образом:

Т_бо = Т_ф · (32 – R_ф) / (R_ф–1), а справедлива она при условии, что 2 < R_ф < 32. При R_ф > 32 объект находится в аварийном состоянии и его безопасный ресурс уже исчерпан. Показатели безопасного ресурса объекта (Т_б и Т_бо) и их отношение к критической величине риска аварии (R=32) демонстрируется на рис. П7

Ниже этот рисунок будет всесторонне проанализирован, а здесь целесообразно отметить, что показатель безопасного ресурса существенным образом зависит от величины фактического риска аварии на момент сдачи объекта в эксплуатацию. Действительно, пусть после окончания строительства фактический риск аварии объекта R_ф = 2, то есть равен величине максимально-допустимого риска аварии для новых зданий, а срок строительства: Т_ф = 2 года. Тогда из вышеприведенной формулы Т_бо = Т_ф · (32 – R_ф) / (R_ф–1) следует: безопасный ресурс объекта Т_бо = 60 лет. Теперь предположим, что фактический риск аварии объекта после окончания его строительства превысил максимально-допустимое значение в два раза, т.е. R_ф = 4. В этом случае Т_б по той же формуле равен 18,6 лет. Следовательно, превышение максимально-допустимого значения риска аварии к окончанию строительства объекта в 2 раза повлекло за собой снижение безопасного ресурса объекта в 3,2 раза. Такова плата за превышение допустимого риска аварии здания к моменту окончания его строительства. Этот факт отражен на рис. П7. При этом на размер безопасного ресурса объекта влияние оказывает не только величина риска аварии на момент окончания его строительства, но и продолжительность возведения или время неактивной эксплуатации объекта. Доказано, что наибольшая величина безопасного ресурса достигается в случае, если продолжительность возведения объекта нормативная, а фактический риск аварии объекта к моменту окончания строительства не превышает максимально-допустимого значения. Другие комбинации этих величин следует исследовать на реалистичность совместного существования. Например, при продолжительности строительства здания (сооружения) 5 и более лет обеспечить максимально-допустимый риск аварии без специальных мер консервации объекта (укрытие и утепление смонтированных несущих конструкций при переходе объекта в зиму и др.) практически невозможно. Как показывает практика «долгостроя» при неактивной эксплуатации объекта и при отсутствии соответствующего ухода за ним интенсивность конструкционного износа здания в этот период резко возрастает, что негативно сказывается на величине риска аварии и продолжительности безопасного ресурса. Этот факт отражен на рис. П7. Рисунок дает возможность сравнить сданные в эксплуатацию здания А, В и С одного конструктивного типа и этажности. Здание А построено правильно, так как к моменту сдачи его в активную фазу эксплуатации величина риска аварии не превысила максимально-допустимого значения. Здание С отличается от А тем, что интенсивность конструкционного износа в процессе его эксплуатации будет значительно выше, чем здания А по разным причинам, например, из-за долгостроя или из-за допущенных при возведении человеческих ошибок. Следствием этих факторов явилось различие в величине безопасного ресурса этих зданий. При одинаковом времени их эксплуатации Т_ф здание А находится еще в безопасном состоянии, а здание С уже в аварийном состоянии. Информация о безопасном остаточном ресурсе (Т_бо), позволяет планировать ремонтно-восстановительные работы по снижению риска аварии. После их осуществления начинается новый жизненный цикл безопасной эксплуатации здания. В мире существует достаточно зданий – «долгожителей» (Версаль, Колизей и др). Очевидно, срок их безопасной службы продлевается именно за счет цикличности восстановительных мероприятий. Следует особо отметить, что если по истечению безопасного ресурса восстановительные мероприятия на объекте произведены не будут, то использовать в качестве ресурса время «дожития» объекта (разница между предельным и безопасным ресурсами) не безопасно, поскольку на этом промежутке времени несущий каркас объекта практически не сопротивляется непроектным воздействиям. Его использование может привести к аварии, а значит, и к убыткам, которые будут несоизмеримо выше стоимости предупредительных (восстановительных) мероприятий.

В заключение к этой главе уместно сказать: все то, что в ней изложено, может быть использовано в процедурах предупреждения аварий зданий и сооружений. Защитить объект от аварии – это, прежде всего, обеспечить его конструкционную безопасность. Глагол «обеспечить» означает сложную задачу, состоящую в том, чтобы величина риска в процессе создания здания или сооружения не превысила максимально-допустимого значения, на стадии эксплуатации объекта – критического. Очевидно, для ее решения целесообразно привлечь процедуру независимого контроля величины риска аварии на ключевых этапах жизненного цикла строительного объекта. Эти процедуры будут рассмотрены в следующей главе, а здесь можно лишь отметить следующее:

1) Контроль должен осуществлять эксперт-исследователь. Лишь он способен проконтролировать величину риска аварии объекта как на стадии проектирования и возведения, так и в процессе его эксплуатации.

2) Контроль риска аварии – достаточно затратная процедура, но ее применение для уникальных и сложных в инженерном отношении зданий и сооружений, особенно, тех, эксплуатация которых предполагается в условиях массового скопления людей, не только экономически оправдано, но и, самое главное, социально выдержано.

3) Убытки от аварии строительного объекта в десятки – сотни раз превышают затраты на предупредительные мероприятия, к каковым относится и процедура независимого контроля величины риска аварии. Пренебрежение процедурами контроля грозит собственникам недвижимости оказаться в ситуации, когда «скупой платит дважды».

.