Контроль качества, обследование зданий и сооружений. Надежность строительных конструкций

1.

Контроль качества, обследование
зданий и сооружений
Надежность строительных
конструкций
Лекция 2

2.

Основные понятия надежности
Для строительных конструкций надежность
– способность конструкции работать в
течение определенного времени без
отказа.

3.

Виды отказа
• Проектная (теоретическая, расчетная) –
предусмотренная проектной
документацией.
• Начальная – фактическая надежность
изготовленной конструкции или
построенного здания к моменту начала
эксплуатации.
• Нормативная – допустимая вероятность не
выхода из строя конструкции.

4.

Надежность
в
зависимости
от
значения
конструкции и условий эксплуатации конструкции
включает
следующие
понятия:
безотказность,
долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность
конструкции.
Безотказность – свойство объекта непрерывно
сохранять работоспособность в течение некоторого
времени.
Долговечность – свойство объекта сохранять
работоспособность до наступления предельного
состояния при установленной системе технического
обслуживания и ремонтов.
Показатели долговечности – средний срок службы,
срок службы до первого капитального ремонта,
межремонтный срок службы.

5.

Сохраняемость – свойство конструкции
непрерывно
сохранять
исправное
и
работоспособное состояние в течение хранения и
транспортировки.
Ремонтопригодность – свойство объекта
заключающееся в доступности и удобстве в
проведении мероприятий по предупреждению и
обнаружении причин,
возникновения отказов и повреждений, и их
устранение путем ремонта и обслуживания.
Отказ – событие, которое делает изделие
непригодным к выполнению основных своих
функций (недопустимый прогиб фермы).

6.

Согласно
наблюдениям,
каждое
изделие
строительной
промышленности за период эксплуатации проходит три периода.

7.

Первый
–
период
приработки,
характеризующийся резким сокращением
отказов,
вызванных
дефектами
проектирования и изготовления.
Второй - период
нормальной
эксплуатации
характеризующийся
плавным уменьшением числа отказов.
Третий - период износа и старения
характеризующийся резким увеличением
числа отказов.

8.

Количественные характеристики
надежности изделий
Наработка на отказ – характеристика изделия,
определяющая время нормаль- ной работы изделия
между отказами. Для невосстанавливаемых изделий –
это время с начала работы до первого отказа, для
восстанавливаемых – между соседними отказами.
Технический ресурс – суммарная наработка изделия
за период его эксплуатации до разрушения или
достижения другого предельного состояния.
Для невосстанавливаемых изделий наработка на
отказ
равна
техническому
ресурсу.
Для
восстанавливаемых - технический ресурс всегда больше
наработки на отказ.

9.

Срок службы – календарная продолжительность
эксплуатации изделия до раз- рушения или достижения
другого предельного состояния.
Для большинства строительных конструкций срок
службы и технический ресурс равны друг другу.
Частота отказов – отношение числа отказавших изделий
в единицу времени к начальному числу изделий при
условии, что отказавшие изделия не заменяются и не
восстанавливаются.
ɥ(t) = Δn(t)/N0×Δt
ϥ(t) – статистическая оценка частоты отказов изделия;
Δn(t) – число отказавших изделий на участке времени
(t;t+ Δt);
N0 – исходное количество изделий
Δt – интервал времени, в течение которого вышли из
строя изделия

10.

Интенсивность отказов – отношение числа
отказавших в единицу времени из- делий Nt,
исправно работающих в этот период времени
обозначается λ (t)= Δnt/Nt
Вероятность безотказной работы изделия P(t) – это
вероятность того, что изделия в течение заданного
срока и в заданном режиме эксплуатации будет
работать безотказно.
P(t) является функцией времени, которая убывает.
Вероятность
безотказной
работы
является
безразмерной
величиной
и
выражается
положительным числом, меньше или равным 1.

11.

При t = 0, P(t) = 1, при t = Ω P(t) = 0.

12.

Меры, применяемые в строительстве для
обеспечения надежности конструкций.
1.Создание достаточного резерва прочности
между нагрузкой и несущей способностью
2. Исключение ошибок человека
3.Ограничение размера ущерба

13.

1 Резерв прочности между нагрузкой и
несущей способностью
Цель проектирования – назначить размеры поперечных сечений и
материал конструкции, при которых за все время службы конструкции
несущая способность R с очень высокой вероятностью превышала бы
нагрузку S.
Z=R–S≥0
Z– расстояние безопасности, зона безопасности или резерв прочности

14.

Задача проектировщика – обеспечить резерв несущей способности
одновременно с требованиями экономичности и снижения
материалоемкости конструкции.
Поэтому в целях экономии резерв прочности снижается до минимума.
Практический расчет сводится к определению усилий от возможных
нагрузок методами строительной механики, сопротивления материалов,
теории упругости и теории пластичности (статический расчет) и
сопоставлению этих усилий с усилиями, которые могут быть выдержаны
конструкцией и являются функцией размера сечения, прочности
материалов.
Проблема сопоставления этих усилий заключается в наличии
систематических и случайных отклонений.
Систематические – вызваны несовершенством методов расчета, т.к.
любая теоретическая модель содержит упрощения.
Случайные отклонения связаны с изменчивостью свойств
строительных мате- риалов, геометрии конструкции, нагрузок.
Учет влияния случайных или стохастических отклонений возможен за
счет обработки обширной статистической информации методами
математической статистики и теории вероятностей.

15.

2 Меры по исключению ошибок человека
Анализ имеющих место случаев отказа конструкций
показывает, что большинство этих случаев вызвано ошибками
участвовавших в строительстве людей.
Исследование имеющихся статистических данных привело к
следующим выводам:
• частота отказов намного превышает ее значение,
вычисленное без учета грубых ошибок;
• отказ почти всегда связан с ошибками людей;
• чаще всего причиной отказа являются сразу несколько
ошибок;
• ошибки обнаружены и в тех конструкциях, которые не
отказали.
Общий вывод: человеческие ошибки возникают с гораздо
большей частотой, чем большие отклонения прочности
материала или нагрузок.

16.

Источники ошибок.
•Недостаточный уровень знаний.
•Неучет определенных точек зрения ввиду отсутствия
ответственности за этот участок.
•Халатность, попустительство, безответственность. Меры по
исключению ошибок
•Постоянное обучение и переобучение, снижающее опасность
неправильных действий.
•Осознание риска руководителем и четкое распределение
ответственности в коллективе с полным обеспечением
информационного потока.
•Воспитание высокой рабочей морали, пробуждение интереса к
нахождению надежных решений технических проблем.
•Наблюдение и контроль как важнейшие средства обнаружения
ошибок и заблуждений, развитие эффективной стратегии контроля.
•Учет возможности грубых ошибок через коэффициент надежности.

17.

3 Меры по ограничению размера ущерба
Полностью избежать случаев отказа нельзя даже при соблюдении
ранее рассмотренных стратегических мероприятий.
Это может произойти за счет:
• перегрузок от природных или техногенных воздействий;
• невыявленных ошибок;
• недостаточного контроля на стадии эксплуатации.
Поэтому третьей мерой, обеспечивающей безопасность, является
снижение неблагоприятных последствий отказа за счет следующих
факторов.
• Исключение при проектировании вероятности внезапного
хрупкого обрушения.
1.Выбор систем, в которых выход из строя одного элемента не
ведет к полному отказу всей системы.
2.Использовать материалы, обладающие большой
деформативностью.
• Обеспечение возможности усиления конструкции при появлении
предвестников обрушения и эвакуации при необходимости людей.

18.

Классификация существующих вероятностных
методов расчета
В зависимости от характера принятых допущений
методы делятся по уровням.
Уровень 1. Методы расчета с частными
коэффициентами надежности (полувероятностные).
Оценка
надежности
выполняется
детерминистически отдельно для каждого предельного состояния (S ≤ R).
Необходимая безопасность достигается системой
частных коэффициентов надежности.
В обозримом будущем практические расчеты
большинства зданий будут выполняться по нормам,
основанным на методах уровня 1.

19.

Уровень 2. Теория надежности 1го порядка и методы
моментов.
Оценка надежности выполняется приближенными
методами теории надежности, которые учитывают
выбранную точку поверхности предельного состояния
в пространстве базисных переменных. Предполагают
определенные упрощения уравнения предельного
состояния и функций распределения.
Мера безопасности – индекс безопасности или
эквивалентная оперативная вероятность отказа.
Методы уровня 2 могут служить для корректировки
коэффициентов надежности и расчета особо
ответственных сооружений.

20.

Уровень 3. Теория надежности.
Оценка надежности выполняется «точными» методами
теории надежности при полном учете функции
распределения базисных переменных и уравнений
предельного состояния.
Мера безопасности – оперативная вероятность отказа.
Уровень
4.
Оптимизационные
методы
теории
надежности.
Позволяют назначать геометрические характеристики
сечений так, чтобы сумма всех затрат за период
эксплуатации с учетом возможных затрат при отказе была
минимальна. Основа оценки безопасности – целевая
функция.
Уровни 3 и 4 могут применяться в научных
исследованиях.