УДК 624.012.3/.4

Ключевые слова: надежность, железобетонные элементы, вероятностный отказ

В процессе эксплуатации строительных конструкций возникает необходимость оценки вероятности их безотказной работы, как правило, на момент проведения техниче-ского обследования. Оценка вероятности производится согласно выражению (1):

(1)

где Рн – нормативный уровень безотказной работы, характеризующий минимально-допустимую вероятность безотказность работы;

Р – фактический уровень безотказной работы рассматриваемой конструкции.
Уровень безотказной работы можно определить, зная законы распределения прочно-сти материалов, внешних нагрузок и геометрических размеров. Данный уровень целесо-образно определять методом стохастической имитации (статистического моделирования).

Что касается величины нормативного уровня безотказной работы, то вопрос о ее оп-ределении остается не решенным.
Существующие значения нормативной надежности по предложениям Рюша, Таля К.Э., Судакова В.В., Эллингвуда В., Харьковского Промстройниипроекта, Комитета безопасности сооружений, установлены, как правило, волевым путем и дифференцированы в зависимости от вида предельных состояний и ответственности здания или сооружения (смотри таблицы 1 и 2).

Таблица 1 – Предлагаемые нормативные уровни безотказной работы

Таблица 2 – Классы безопасности

Для обоснованного определения нормативного уровня надежности, авторы книги [1] выделили следующие методы:

- вероятностно-оптимизационный [2]. Согласно данному методу конструкции, за-проектированные исходя из минимума затрат на проектирование и эксплуатацию, обла-дают оптимальной (по экономическим соображениям) надежностью, которую можно счи-тать как вариант нормативной надежности при проектировании. Применяя данный метод Роджиани К. Б. и Дж. Л. Бейли [3] вычислили значения оптимальной надежности сталь-ных колонн проектируемого здания: 0,999946 - если все элементы независимы и 0,999906 – при идеально скоррелированных элементах;

- обобщение опыта успешно эксплуатируемых конструкций. Зная прочность мате-риалов и геометрические размеры конструкций, согласно проектной документации, мож-но определить проектную надежность, заложенную методом предельных состояний. Среднее значение из полученных уровней надежности может быть принято в качестве нормативного;
- скорректированные значения уровня надежности, обусловленные методом пре-дельных состояний. Анализ, выполненный Тимашевым С. П. [4] и Ермолаевым Н. Н. [1], показал, что в методике, рекомендуемой СНиП, заложены неоправданно высокие уровни надежности.

Кроме этого следует отметить работу Судакова В. В. [5], в которой было предложено в качестве нормативного значения надежности конструкции принимать значение, которое обеспечивается при расчетах по формулам СНиП с использованием нормативных отклонений силовых, прочностных и геометрических факторов. Им были получены следующие значения для некоторых железобетонных конструкций: центрально-сжатые элементы колонн – 0,9996, внецентренно-растянутые элементы – 0,9975.

Данные методы предлагалось использовать при проектировании. Непосредственное использование какого-либо из предложенных методов для определения нормативной на-дежности эксплуатируемых конструкций будет некорректным.
Для решения проблемы нормирования надежности эксплуатируемых конструкций предлагается учесть предложения автора [7] об установлении нормативного уровня на-дежности на основании анализа работы и уровня надежности существующих, и ранее су-ществовавших конструкций, анализа последствий аварий, а также на основании анализа эффективности использования материальных ресурсов для наилучшего удовлетворения экономических потребностей и требований безопасности.

Построив здание, в течение всего срока его службы осуществляются расходы на его содержание. Сюда входят в первую очередь стоимости ремонтов, периодичность которых регламентируется правилами проведения планово-предупредительных ремонтов. Измене-ние надежности конструкции будет зависеть от сроков и качества проведенного ремонта – чем качественнее он был проведен, тем надежность конструкции более медленно снижается со временем. В свою очередь вероятностные потери зависят от вероятности отказа (рисунок 1). Под вероятностными потерями понимается произведение вероятности отказа на возможный ущерб, вызванный этим отказом.

Рисунок 1 – Схема зависимости вероятности отказа от эксплуатационных расходов и последствий отказа

Как видно из рисунка эксплуатационные расходы находятся в обратной за-висимости от вероятностных потерь. Точку пересечения этих функций можно принять как оптимальное соотношение расходов на эксплуатацию и устранение последствий отказа. Оптимальную при этом вероятность можно принять в качестве нормативной для эксплуатируемой конструкции.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ермолаев Н. Н., Михеев В.В. Надежность оснований сооружений. Л. Стройиздат, Ленингр отд-ние, 1976. – 152 .
2. Ржаницын А.Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. – М.: Стройиздат, 1978. – 239 с.
3. К. Б. Роджиани, Дж. Л. Бейли. Проектирование оптимальных стальных сооруже-ний с использованием критерия надежности. – Новые направления оптимизации в строи-тельном проектировании. – М.: Стройиздат, 1989 – 592 с.
4. Рекомендации по оценки надежности строительных конструкций. Свердловск, 1974.
5. Судаков. В. В., Гринберг. В. Е., Ершов. Ю. М. Возможности контроля строитель-ных конструкций на основе расчетной надежности по СНиП. – В кн.: Управление качест-вом в строительном производстве. Новгород, Кн. Изд-во, 1976.
7. Райзер В.Д. Расчет и нормирование надежности строительных конструкций. – М.: Стройиздат, 1995. – 352 с. ил.