ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  ОСТАТОЧНОГО  РЕСУРСА  НЕСУЩИХ  КОНСТРУКЦИЙ  ПОКРЫТИЯ  КОРПУСА  Р-1  ОАО  «ВОЛТАЙР-ПРОМ»

Сухина  Ксения  Николаевна

старший  преподаватель  кафедры  «Строительные  конструкции,  основания  и  надежность  сооружений»,

Волгоградский  государственный  архитектурно-строительный  университет,

РФ,  г.  Волгоград

E-mail:  ya.elektronka2011@yandex.ru

PREDICTION  OF  RESIDUAL  RESOURCE  OF  LOAD-BEARING  STRUCTURES  THE  MAIN  BODY  OF  THE  R-1  JSC  «VOLTAIR-PROM»

Kseniya  Suhina

senior  Lecturer  department  “Building  construction,  grounds  and  reliability  of  structures”,

University  of  architecture  and  civil  engineering,  Russia,  Volgograd

АННОТАЦИЯ

В  статье  был  проведен  анализ  результатов  экспериментальных  исследований  несущих  конструкций  покрытия  основного  корпуса  Р-1  ОАО  «Волтайр-Пром»,  на  основании  полученных  данных  была  аппроксимирована  функция  снижения  ресурса.

ABSTRACT

The  article  was  the  analysis  of  the  results  of  experimental  research  of  load-bearing  structures  of  main  body  cover  R-1  JSC  «Voltair-Prom»,  on  the  basis  of  the  obtained  data  was  approximated  by  a  function  of  decreasing  resource.

Ключевые  слова:  подстропильные  фермы;  стропильные  фермы;  остаточный  ресурс;  закон  снижения;  характеристика  безопасности.

Keywords:  farm;  rafter  farm;  residual  life;  the  law  of  decrease;  safety  feature.

Проблема  оценки  остаточного  ресурса  эксплуатируемых  промышленных  зданий  и  сооружений  является  одной  из  актуальных.  Это  связано  в  первую  очередь  с  массовой  выработкой  фактического  ресурса  и  отсутствием  достаточных  инвестиций  для  проведения  восстановительных  работ.  В  связи  с  этих  возникает  целый  ряд  задач  направленных  на  изыскание  резервов  эксплуатационной  пригодности  при  обеспечении  полной  безопасности. 

Задача  прогнозирования  ресурса  носит  вероятностный  характер,  основанный  на  большом  количестве  исходной  информации  и  наблюдениях  в  процессе  эксплуатации  объекта. 

Максимально  точно  оценить  ресурс  эксплуатируемых  несущих  конструкций  зданий  и  сооружений  можно  на  основании  результатов  регулярно  проводимых  натурных  обследований  (не  менее  трех).

Для  того,  чтобы  дать  правильную  и  достоверную  оценку  надежности  эксплуатируемого  здания  необходимо  знать  закон  снижения  остаточного  ресурса.

В  большинстве  случаев,  при  проведении  технического  освидетельствования  зданий  и  сооружения  функция  снижения  работоспособности  остается  не  определимой  или  аппроксимируется  по  двум  точкам  (результаты  текущего  и  ранее  проведенного  обследования),  что  дает  значение  с  большой  погрешностью.  Для  того,  чтобы  максимально  точно  дать  прогноз  о  сроке  службы  эксплуатируемого  здания  необходимы  результаты  как  минимум  трех  обследований.  При  этом  первое  обследование  целесообразнее  проводить  на  момент  ввода  здания  в  эксплуатацию. 

Если  руководствоваться  правилами  установленными  нормами  [1],  то  первое  обследование  должно  проводиться  через  два  года  после  ввода  эксплуатацию.  Таким  образом,  за  начальный  момент  времени  (Т=0)  при  построении  функции  снижения  ресурса  будет  приниматься  значение  не  фактического,  а  теоретического  ресурса,  что  даст  нам  величину  риска  на  один-два  порядка  выше. 

В  качестве  примера  определения  закона  снижения  функции  работоспособности  рассмотрим  несущие  железобетонные  конструкции  покрытия  эксплуатируемого  промышленного  цеха  Р-1  ОАО  «Волтайр-Пром».

Конструктивно  цех  представляет  собой  каркасную  систему,  пролетом  18  м  и  шагом  колонн  12  м.  Были  рассмотрены  стропильные  фермы  предварительно  напряженные,  сегментные,  пролетом  18  м,  марки  Ф1-18-4А,  Ф1-18-5А  и  подстропильные  фермы  предварительно  напряженные  пролетом  12м  марки  ПФН-1,  выполненные  по  типовым  проектам  серии  ПК-01-76  и  ПК-01-17.  Цех  Р-1  был  введен  в  эксплуатацию  в  1964  году. 

Геометрические  схемы  стропильной  и  подстропильной  ферм  представлены  на  рис.  1  и  рис.  2  соответственно: 

Рисунок  1.  Геометрическая  схема  стропильной  фермы  Ф1-18-4А

Рисунок  2.  Геометрическая  схема  подстропильной  фермы  ПНФ-1

Наблюдения  за  конструкциями  проводились  на  протяжении  41  года.  За  это  время  было  проведено  четыре  обследования  [4]. 

Первое  обследование  по  оценке  несущей  способности  конструкций  покрытия  цеха  проводилось  на  момент  ввода  здания  в  эксплуатацию,  что  послужило  отправной  точкой  на  момент  времени  Т₁  =  0.  На  основании  полученных  данных  был  произведен  расчет  на  безопасность,  в  результате  которого  было  выявлено  значение  коэффициента  безопасности  (индекс  надежности)  исследуемых  конструкций  [3]

                                       (1)

на  момент  времени  обследования. 

Параметры  в  формуле  (1):

  –  случайные  величины  резерва  прочности,  несущей  способности  и  нагрузочного  эффекта;

  –  математические  ожидания  и  коэффициенты  вариации  случайных  величин    и  .

Повторные  обследования  проводилось  в  1989,  1997  и  2005  годах,  где  на  основании  экспертной  оценки  было  выявлено  снижение  прочностных  параметров  конструкций.  На  основании  полученных  данных  о  техническом  состоянии,  подстропильные  фермы  цеха  были  разделены  на  три  категории.  К  I-ой  категории  были  отнесены  фермы,  чьи  условия  эксплуатации  выполнялись  согласно  требованиям  норм,  а  несущая  способность  соответствовала  типовой  серии  и  проекту  и  превышала  эксплуатационные  нагрузки.  Данная  категория  характеризуется  отсутствием  внешних  дефектов,  влияющих  на  снижение  несущей  способности  и  эксплуатационной  пригодности.  II-ая  категория  характеризуется  снижением  расчетного  сопротивления  бетона  на  5  %  и  снижением  расчетного  сопротивления  растянутой  арматуры  на  6  %.  Для  III-ей  категории  снижение  расчетных  сопротивлений  бетона  и  арматуры  составляет  10  %  и  12  %  соответственно.  Стропильные  фермы  в  свою  очередь  были  разбиты  на  7  типов  (в  зависимости  от  типа  нагружения).  После  чего  каждый  тип  так  же  делился  на  три  категории  по  эксплуатационному  состоянию.  На  каждом  этапе  обследования  определялась  несущая  способность  рассматриваемых  ферм  и  вычислялся  индекс  надежности. 

Основными  причинами,  повлекшими  за  собой  снижение  несущей  способности,  является  специфика  технологического  процесса  рассматриваемого  промышленного  предприятия. 

Так,  исследуемые  конструкции  покрытия  на  протяжении  всего  эксплуатационного  периода  поддаются  воздействию  химически  агрессивной  среды,  испытывают  вибрацию,  температурные  перепады,  нагрев  до  100–150  °С,  что  сопровождается  выделением  в  воздушную  среду  углеводородов,  а  также  переменное  увлажнение  и  высушивание.  В  результате  этого  основными  повреждениями  являются  разрушение  защитного  слоя  бетона  поясов  ферм,  оголение,  коррозия  арматурных  каркасов  и  как  следствие,  разрывы  рабочей  арматуры.  Так  же  часто  встречаемыми  повреждениям  эксплуатируемых  железобетонных  конструкций  являются:  значительные  общие  деформации,  нарушающие  условия  нормальной  эксплуатации;  наличие  трещин  и  значительное  превышение  фактических  нагрузок  над  расчетными  [2].

На  основании  полученных  данных  был  построен  эмпирический  закон  снижения  характеристики  безопасности  от  времени  β(Т)  для  стропильных  и  подстропильных  ферм  в  отдельности  (рис.  1  и  рис.  2).

Этот  закон  был  аппроксимирован  кубической  параболой:

·     для  подстропильных  ферм

    (2)

·     для  стропильных  ферм

    (3)

Рисунок  3.  График  изменения  характеристики  безопасности  β  во  времени  Т  подстропильных  ферм

Рисунок  4.  График  изменения  характеристики  безопасности  β  во  времени  Т  стропильных  ферм

Анализ  выше  приведенных  графиков  показывает,  что  к  41  году  ресурс  подстропильных  ферм  приближается  к  критической  величине:  β(Т=41)=2,02.  Таким  образом,  можно  сделать  выводы,  что  для  получения  наиболее  достоверной  оценке  ресурса  конструкций  T_res(β,T)  чрезвычайно  знать  результаты  как  можно  большего  количества  обследований  (минимум  трех)  и  уровень  надежности,  реализованный  при  вводе  здания  в  эксплуатацию  β(Т=0). 

Список  литературы:

1. ГОСТ  31937-2011.  Здания  и  сооружения.  Правила  обследования  и  мониторинга  технического  состояния.  –  М.,  2011. 
2. Пшеничкин  А.П.,  Пшеничкина  В.А.  Надежность  зданий  и  оснований  в  особых  условиях  //  Волгогр.  гос.  архит.-строит.  ун-т.  –  Волгоград:  ВолгГАСУ,  2009.  –  С.  31–48.
3. Ржаницын  А.Р.  Теория  расчета  строительных  конструкций  на  надежность.  М.:  Стройиздат,  1978.  –  C.  61–64.
4. СНиП  20-01-2003.  Надежность  строительных  конструкций  и  оснований.  Основные  положения.  –  М.,  2004.