В статье рассмотрено понятие оценки остаточного ресурса, а также связанные с ним возможности и риски. Произведен сравнительный анализ двух моделей оценки. При сравнении было выявлено, что обе модели имеют множество своих положительных сторон, но они имеют один большой общий недостаток. Он заключается в отсутствии критериев по разделению объектов, для которых проводится определение остаточного ресурса, а также в невозможности их использования для различных отраслей промышленности.
Ключевые слова: оценка остаточного ресурса, надежность конструкций, безопасность эксплуатации, детерминированная модель, логико-вероятностная модель, техническое состояние, конструкции
Оценка остаточного ресурса конструкций зданий и сооружений сегодня является серьезной задачей в области организации безопасности использования конструкций. На данный момент эксплуатируется большое количество зданий и сооружений, которые отработали свой нормативный срок. Возможные непредвиденные ситуации, которые могут произойти с конструкциями таких объектов приводят к экономическим потерям, а также наносят вред окружающей экологической обстановке. В следствии этого вопрос остаточного ресурса становится актуальным, и он требует рассмотрения и изучения для того, чтобы была возможность прогнозировать его величину.
Существует ряд параметров, которые определяют техническое состояние эксплуатируемого объекта:
– характеристика материала;
– коэффициенты запаса прочности;
– технологические показатели.
Оценка приведенных параметров осуществляется путем анализа технической документации и обследования конструкций [1].
На приведенные параметры влияют такие факторы, как изменение свойств материалов и внешние воздействия. Эти характеристики определяют начальную надежность конструкций к моменту завершения возведения здания или сооружения. С первого же дня эксплуатации надежность начинает снижаться. При относительно однородных условиях эксплуатирования снижение происходит постепенно. В этом случае оценка остаточного ресурса производится при проверке информации о фактическом состоянии сооружения. Но в результате воздействия особых нагрузок, таких как взрыв, землетрясение и т.п. износ сооружения происходит за короткое время. Определение фактическое состояния конструкции в данном случае необходимо делать немедленно после возникновения нагрузок [2].
На данный момент существует ряд методик оценки остаточного ресурса, каждая из них относится к одной из двух моделей — логико-вероятностной, детерминированной. К первой модели относятся методики оценки остаточного ресурса зданий:
– по срокам эксплуатации объектов-аналогов;
– по изменению вероятности отказа объекта;
– по изменению уровня риска;
– по изменению надежности сооружения;
– по вероятностному распознаванию категорий технического состояния конструкций.
К детерминированной модели относят методики оценки:
– по изменению параметров несущей способности конструкции;
– по изменению параметров состояния;
– по уровню физического износа;
– по нормативам сроков эксплуатации до капитального ремонта конструкции;
– определение коэффициента запаса по видам предельных состояний [3].
Различие этих моделей дает разный уровень результатов оценки состояния конструкций зданий и сооружений. Логико-вероятностная модель дает значительно более точные результаты оценки нежели детерминированная. В первом случае используется теория вероятности, которая учитывает временные характеристики случайных величин. В детерминированной модели используются определенные уровни распределения. В следствии этого все параметры могут быть представлены только средним значением и стандартным отклонением.
Логико-вероятностная модель оценки остаточного ресурса сложнее в своем исполнении по причине резкого увеличения количества информации о воздействиях на исследуемую конструкцию и о материалах конструкций. Усложнение работы имеет свои положительные последствия — получается более точное прогнозирование поведения конструкции и более высокая достоверность результатов о надежности здания или сооружения.
Основные положения логико-вероятностной модели:
– внешние условия эксплуатации конструкции являются случайными процессами;
– основным показателем надёжности принимается вероятность пребывания параметров системы в определенной допустимой области, выход из которой ведет к прекращение нормальной эксплуатации конструкции;
– выход конструкции из строя является следствием постепенного накопления повреждений;
– оценка соответствия фактического риска аварии объекта предъявляемым требованиям конструкционной безопасности является составной частью определения остаточного ресурса [2].
Следует отметить, что риск возникновения аварии напрямую зависит от надежности конструкции. Эти два понятия имеют обратно пропорциональную зависимость — чем ниже надежность, тем выше риск выхода конструкции из рабочего состояния.
Для немедленной оценки (в случае возникновения внезапных особых нагрузок) остаточного ресурса элементов здания или сооружения используют метод, который основан на использовании теории нечетких множеств, значительно понижающая сложность вычисления вероятности отказа работы конструкций.
Детерминированная модель оценки остаточного ресурса на данный момент имеет наибольшее распространение. Это является следствием её относительно небольшой трудоемкости при решении определенных задач.
На данный момент наиболее широко распространено представление об убывании запаса несущей способности по экспоненциальному закону [4].
Начало координат считается год ввода сооружения в эксплуатацию. В этот момент несущая способность конструкций имеет максимальное значение. Для построения функции снижения несущей способности конструкций определяется постоянная износа, зависящая от технического состояния объекта на момент обследования.
Расчет остаточного ресурса делается как для здания или сооружения в целом, так и для отдельных конструкций или конструктивных элементов объекта. Расчет может быть выполнен по разным критериям одновременно. В этом случае остаточный ресурс назначается по наименьшему из полученных значений. По полученным результатам производится оценка ресурса.
По результатам полученных данных по техническому состоянию исследуемого объекта и оценке остаточного ресурса выносится решение о том, возможна ли последующая эксплуатация объекта.
Приведенные методы, имеющие множество достоинств (обоснованность, детальная проработка, длительное время использования) также несут в себе ряд существенных недостатков, которые связаны с постепенным старением использованных при их разработке методологических и нормативных предпосылок. Во-первых отсутствие простых критериев по разделению объектов, для которых проводится определение остаточного ресурса. Вторым важным аспектом является невозможность использования имеющихся методик для различных отраслей промышленности [3].
Проведенный анализ существующих моделей оценки остаточного ресурса, а также методов, которые входят в них позволяет сделать вывод о их достоинствах и недостатках.
Методы логико-вероятностной модели позволяют с максимальной точностью определить остаточный ресурс надежности зданий и сооружений, но это достигается путем больших временных и трудовых затрат.
Методики детерминированной модели являются наименее трудозатратными и выполняются за меньшее количество времени, что в некоторых случаях является необходимым. На объектах, где погрешность в оценке остаточной надежности недопустима данные методы использоваться не должны.
Несмотря на эффективность и достоверность методов необходимо дополнение существующих методик или разработку новых, которые решат проблему отсутствия критериев по разделению обследуемых объектов и дадут возможность использования их в различных отраслях жизнедеятельности общества и промышленности.
Литература:
1. Пермяков М.Б. Методика расчета остаточного ресурса зданий на опасных производственных объектах // Актуальные проблемы архитектуры, строительства и дизайна: материалы международной науч.-практ. конф. — Магнитогорск: Магнитогорский гос. техн. ун-т им. Г.И. Носова, 2012. — С. 169-175.
2. Сущев С.П., Самолинов Н.А., Адаменко И.А. Остаточный ресурс конструкций (сооружений) и возможные методы его оценки // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сб. науч. трудов. Вып. 8.. — М.: МДП, 2009. — С. 320- 327.
3. Самигуллин Г.Х. , Султанов М.М. Определение остаточного ресурса производственных зданий и сооружений нефтеперерабатывающих предприятий // Нефтегазовое дело. — 2011. — № 2. — С. 169-175.
4. Каверин А. А.. Методика расчета остаточного ресурса сооружения по результатам обследования // Обследование зданий и сооружений: проблемы и пути их решения: науч.-практ. конф. — СПб.: СПбПУ, 2013. — С. 33- 39.
5. Шматков С.Б. Определение остаточного ресурса промышленных дымо- вых труб // Сб. науч. трудов: Предотвращение аварий зданий и сооружений. — М.: МДП, 2008. — С. 44-51.
6. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений . — М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003.
