ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 624.014:620.193

Пожарська Галина Анатоліївна

ОБГРУНТоВАННЯ

ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ

І ГАРАНТОВАНОЇ ДОВГОВІЧНОСТІ

ПРОТИКОРОЗійного ЗАХИСТУ

БУДІВЕЛЬНИХ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі і споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Макіївка - 2001 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Металеві конструкції і матеріалознавство" Донбаської державної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - Доктор технічних наук, професор КОРОЛЬОВ Володимир Петрович Донбаська державна академія будівництва і архітектури, проректор з наукової роботи.

Офіційні опоненти - Доктор технічних наук, професор МУЩАНОВ Володимир Пилипович Донбаська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри “Теоретична і прикладна механіка”. Кандидат технічних наук ГРИНБЕРГ Марк Львович Орган з сертифікації будівельної продукції “ЦентрСЕПРОбудметал”, директор.

Провідна установа - ВАТ УкрНДІпроектстальконструкція, відділ нових типів конструкцій, м. Київ.

Захист відбудеться " 22 " березня 2001 року о 13-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 у Донбаській державній академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка-23, вул. Державіна, б.2, I навчальний корпус, Зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної академії будівництва і архітектури.

Автореферат розісланий "19" лютого 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент А.М. Югов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Забезпечення надійності і довговічності металофонду є важливим елементом державної технічної та економічної політики промислово розвинутих країн, для реалізації якої необхідна розробка ефективних заходів щодо захисту від корозії. Підвищення якості протикорозійного захисту, забезпечення довговічності і надійності будівельних металоконструкцій пов'язане з впровадженням добровільної та обов'язкової сертифікації будівельних матеріалів, виробів і конструкцій.

Нормативною основою для проведення обов'язкової сертифікації є технічні вимоги, викладені в державних стандартах, будівельних нормах і правилах. Інтеграція вітчизняної нормативної бази з закордонними нормами здійснюється на основі міжнародних стандартів серії ISO 9000-1-95 ё 9004-1-95, що регламентують питання керування якістю в процесі проектування, виготовлення, монтажу та експлуатації. Аналіз відповідності вітчизняних і міжнародних норм проектування свідчить про необхідність удосконалювання структури і методів оцінки показників надійності і гарантованої довговічності протикорозійного захисту будівельних металоконструкцій.

Складність рішення питань з сертифікації будівельних металоконструкцій полягає в недостатньому узгодженні положень СНиП 2.03.11-85 "Захист будівельних конструкцій від корозії" і вимог стандартів, що регламентують забезпечення показників надійності, корозійної стійкості і довговічності. Разом з цим, збільшення обсягів виробництва в Україні і закордонних постачань легких металоконструкцій (ЛМК), потребує створення ефективної системи контролю якості протикорозійного захисту на основі розрахунково-експериментальних методів оцінки граничних станів у корозійних середовищах. Законодавчою основою для розробки комплексу заходів щодо підтримки якості і довговічності основних фондів, є Постанова Кабінету Міністрів України від 05.05.97 року № 409 "Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж" і відповідний Указ Президента від 31.12.98 року № 1420/98 "Про нейтралізацію погроз, обумовлених погіршенням екологічної і техногенної обстановки в країні".

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до науково-дослідницьких робіт у рамках Державної науково-технічної програми "Протикорозійний захист металофонду України" до 2005 р., розділ 6.2; "Розробка національної експертної системи “Захист будметал” вибору проектних та технологічних рішень протикорозійного захисту металоконструкцій з гарантованими показниками довговічності". Тема пов'язана з держбюджетною НДР: Д-3-1-96 "Дослідження, розробка та впровадження ефективних огороджуючих конструкцій та використання тонкого сталевого листа, теплоізоляційних і протикорозійних матеріалів, що одержані на засадах ресурсозберігаючих технологій”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка методики нормування коефіцієнта надійності протикорозійного захисту gzn за даними розрахунково-експериментального обгрунтовання показників гарантованої довговічності та експертної оцінки технологічної раціональності захисту будівельних металоконструкцій від корозії.

Поставлена мета досягається шляхом вирішення таких задач:

·

· виконання розрахункової оцінки коефіцієнта надійності протикорозійного захисту на основі моделювання процесів фізико-хімічної руйнації систем протикорозійного захисту і корозійного зносу елементів сталевих конструкцій;

· розрахункової оцінки показників технологічної раціональності з урахуванням життєвого циклу конструкцій на основі моделей корозійних елементів і розрахункових ситуацій;

· створення алгоритмічного опису функціонально-вартісного аналізу витрат при гарантованих показниках довговічності з урахуванням критеріїв сертифікаційних випробувань, паспортизації та діагностики технічного стану об'єктів.

Логічна схема рішення поставленої проблеми показана на мал. 1.

Об'єкти досліджень - будівельні металоконструкції та їхні захисні покриття, фрагменти конструктивних елементів і зразків будівельного металопрокату з протикорозійним захистом, що підлягають обов'язковій сертифікації, виготовлені в умовах заводів металоконструкцій і призначені для експлуатації в корозійних середовищах.

Предметом дослідження є нормативне забезпечення показників надійності (ПН) і гарантованої довговічності протикорозійного захисту будівельних металоконструкцій.

Методи досліджень засновані на розрахунково-експериментальних даних контролю показників надійності, розрахункових моделях і розрахункових ситуаціях, що визначають надійність за ознаками граничних станів, статистичному аналізі якості протикорозійного захисту.

Наукова новизна роботи складається в тому, що: запропоновано математичну модель коефіцієнта надійності протикорозійного захисту, що враховує критерії відмов захисних покриттів і ознаки граничних станів елементів сталевих конструкцій; розроблено методику нормування показників довговічності засобів і методів протикорозійного захисту на основі сертифікаційних випробувань і діагностики технічного стану об'єктів в агресивних середовищах; отримані результати чисельного моделювання коефіцієнта надійності протикорозійного захисту gzn з урахуванням установлених критеріїв технологічної раціональності протикорозійного захисту сталевих конструкцій; обгрунтовані розрахункові ситуації режиму експлуатації для алгоритмічного опису ефективності протикорозійних заходів з урахуванням життєвого циклу конструкції.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що: розроблено методику нормування коефіцієнта надійності протикорозійного захисту для розрахунків сталевих конструкцій на довговічність за граничними станами; запропоновані нові класифікаційні ознаки для сертифікації будівельних металоконструкцій за показниками корозійної стійкості і довговічності; зроблено оцінку показників технологічної раціональності протикорозійного захисту з урахуванням стадій життєвого циклу конструкції, що дозволяє на основі експертної оцінки задавати чисельні значення коефіцієнта надійності протикорозійного захисту gzn; розроблено алгоритмічний опис для чисельного моделювання gzn на основі функціонально-вартісного аналізу розрахункових ситуацій режиму експлуатації сталевих конструкцій.

Мал. 1. Логічна схема обгрунтовання показників надійності і гарантованої довговічності протикорозійного захисту будівельних металоконструкцій.

Впровадження результатів роботи пов'язане з розробкою стандартної методики сертифікаційних випробувань за оцінкою корозійної стійкості і довговічності сталевих конструкцій; галузевого нормативного документу "Посібник з діагностики корозійного стану будівельних металоконструкцій будинків і споруд в агресивних середовищах (до СНиП 2.03.11-85)"; методичних вказівок щодо організації технічного нагляду за станом виробничих будинків і споруд. Апробація розроблених методичних підходів по розрахунково-експериментальній оцінці показників надійності і гарантованої довговічності зроблена при розробці технічних умов ТУ У 22026170. 001-95 " Мастика противокоррозионная марки ППК", для сертифікації будівельної металопродукції, а також при виконанні робіт, пов'язаних з оцінкою корозійного стану і встановленням термінів служби протикорозійного захисту металоконструкцій будівель та споруд.

Особистий внесок здобувача. Особисто автору належать: розрахункова оцінка коефіцієнта надійності протикорозійного захисту за результатами сертифікаційних випробувань; розрахункові моделі визначення гарантованих показників довговічності та ознак граничних станів протикорозійного захисту; результати чисельного моделювання коефіцієнта надійності gzn за даними сертифікаційних випробувань; структура алгоритмічного опису ефективності протикорозійних заходів з урахуванням показників технологічної раціональності в плині життєвого циклу конструкцій.

В публікаціях із співавторами здобувачем виконано: розрахункову оцінку гарантованого терміна служби захисних покриттів на підставі даних сертифікаційних випробувань і режиму експлуатації сталевих конструкцій [2], вибір моделі сертифікації за показниками корозійної стійкості і довговічності [5, 6], техніко-економічне обгрунтовання показників надійності і гарантованої довговічності [3], розрахунок конструктивних елементів на корозійну стійкість і довговічність з використанням технологій експертних систем [7], формалізація, алгоритмічний і програмний опис задачі нормування коефіцієнта надійності протикорозійного захисту [4].

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи було докладено: на Міжнародній конференції "Металобудівництво-96. Стан і перспективи розвитку" у м.м. Донецьку, Макіївці, 1996 р.; на Міжнародній конференції "Теорія і практика металевих конструкцій" у м. Донецьку, Макіївці, 1997 р.; на Міжнародній конференції "Довговічність і захист від корозії. Будівництво, реконструкція (теорія, дослідження, практика, ресурсозбереження й екологія, оцінка якості, сертифікація)" у м. Москві, 1999 р.; на Міжнародній конференції "Корозія-2000" у м. Львові, 2000 р.; на 19 Міжнародній Конференції "Сталеві конструкції і мости 2000" , Високі Татри, Словаччина, 2000 р.

Публікації. Основні положення дисертації знайшли своє відображення в 7 друкованих роботах, з яких 4 статті в наукових журналах і збірниках і 3 у матеріалах і тезах конференцій; 2 роботи опубліковано без співавторів.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з введення, чотирьох розділів, основних результатів і висновків, списку використаних джерел з 173 найменувань, двох додатків. Робота викладена на 207 сторінках, у тому числі 141 сторінка основного тексту, 21 сторінок списку літератури, 26 повних сторінок з малюнками і таблицями, 20 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми, сформульовані ціль і задачі дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи, подана її загальна характеристика.

Перший розділ присвячений аналізу вимог з протикорозійного захисту при проектуванні, виготовленні й експлуатації будівельних металоконструкцій з урахуванням основних положень міжнародних стандартів за побудовою системи забезпечення якості при оптимальних витратах на всіх стадіях життєвого циклу. Показано необхідність удосконалювання показників надійності і гарантованої довговічності протикорозійного захисту сталевих конструкцій на основі вивчення вимог ринку, проектних і конструкторських розробок технологічного підготування виробництва при виготовленні, експлуатації і реконструкції.

Теоретичною основою для нормативного забезпечення вимог надійності є метод граничних станів, основні положення якого розвиті на основі теорії імовірності і математичної статистики в роботах В.В. Болотіна, М. Майера, А. Мразіка, О.Р. Ржаніцина, В.Д. Райзера, М.С. Стрелецього, М. Тіхі та інших авторів. Особливості використання імовірнісного метода розрахунку першого рівня при розгляді навантажень, впливів і несучої здатності розглянуті в роботах Є.І. Беленя, Г.І. Бєлого, В.В. Бірюльова, В.М. Гордєєва, В.В. Горєва, Є.В. Горохова, Л.В. Єнджиєвського, М.І. Казакевича, В.П. Корольова, Ю.І. Кудішина, В. В. Ларіонова, Л.М. Лобанова, В.П. Мущанова, А.Я. Недосеки, В.А. Пашинського, А.В. Перельмутера, В.О. Пермякова, С.Ф. Пічугіна, М.М. Сахновського, А.В. Сильвестрова, Ю.Д. Сухова, Б.Ю. Уварова та ін.

У роботі проаналізовані основні методологічні підходи до проблеми якості, які пов'язані з впровадженням обов'язкової сертифікації на ринку проектно-будівельних робіт і послуг, вимоги оцінки інженерно-технічних показників безвідмовності, довговічності, збережності і ремонтопридатності будівельних металоконструкцій. Необхідність подальшого розвитку нормативної бази при сертифікації будівельних матеріалів, виробів і конструкцій наведена в роботах М.Л. Гринберга, Г.В. Желудкова, О.М. Карагозова, А.Б. Крищука, В.І. Кретова, І.М. Лебедіча, І.Г. Лукмановой, І.Н. Нагорняка, Т.Я. Орел, Д.М. Подільського, В.В. Папки, Г.Н. Ростова, В.Г. Тарасюка, В.Б. Шевельова та ін.

При формуванні структури показників надійності і гарантованої довговічності розглянуті підходи, що пов'язані з урахуванням впливу корозійного середовища на несучу спроможність будівельних конструкцій, подані в роботах Є.І. Беленя, Ю.Л. Вольберга, А.І. Голубєва, Є.А. Гузеева, О.І. Кикина, І.І. Кошина, І.Г. Овчинникова, В.В. Петрова, Ю.М. Почтмана, В.І. Похмурського, В.В. Трофимовича, Ю.П. Чернишова, С.М. Шаповалова, О.М. Шляфірнєра та ін.

За допомогою принципів функціонально-вартісного аналізу і критеріїв оптимального проектування, обгрунтованих у роботах М.М. Жербіна, Я.М. Ліхтарнікова, Я.І. Олькова, В.О. Пермякова, В.С. Шебаніна, В.М. Шимановського, О.В. Шимановського, І.С. Холопова та ін., розглянуто задачу аналізу техніко-економічних показників протикорозійного захисту при проектуванні, виготовленні та експлуатації металевих конструкцій.

Відповідно до методичного підходу, який встановлено у роботах Є.В. Горохова, В.П. Корольова, врахування небезпеки корозійної руйнації виконується шляхом розширення структури часткових коефіцієнтів методу граничних станів. У розділі обгрунтовано необхідність розробки методики нормування коефіцієнта надійності протикорозійного захисту за даними сертифікаційних випробувань і визначення класифікаційних ознак критеріїв граничних станів при нормуванні показників надійності в корозійних середовищах.

В другому розділі розглядаються вимоги щодо оцінки показників надійності при сертифікаційних випробуваннях металевих конструкцій в залежності від конструктивних особливостей, характеру корозійних впливів і розрахункових ситуацій режиму експлуатації.

Необхідність використання сучасних методів діагностики показників довговічності протикорозійного захисту обумовлюється жорсткістю режиму експлуатації, зниженням запасу тривкості, можливими наслідками граничних станів навіть при незначних показниках корозійної руйнації конструктивної форми. Класифікаційні ознаки критеріїв граничних станів ПН захисних покриттів наведені в таблиці 1. На основі методів кваліметричної оцінки стана захисних покриттів в агресивних середовищах обгрунтована розрахункова схема узагальнених впливів для системи "НАВАНТАЖЕННЯ-КОНСТРУКЦІЯ-СЕРЕДОВИЩЕ" ("Н-К-С") при сертифікаційних випробуваннях (мал. 2).

Мал. 2. Розрахункова схема узагальнених впливів системи "НАВАНТАЖЕННЯ-КОНСТРУКЦІЯ-СЕРЕДОВИЩЕ" при сертифікаційних випробуваннях.

Таблиця 1.

Класифікаційні ознаки стана захисних покриттів

Захисні показники за узагальненим показником Аз Корозійні середовища за ступенем агресивності, k (мм/рік)

Якісна оцінка Код стана Інтервальна оцінка Якісна оцінка Код стана Кількісна оцінка

Відмінний СЗП1 Сильноагресивне СКС6

Добрий СЗП2 Високоагресивне СКС5

Задовіль-ний СЗП3 Середньоагресивне скс4

Низькоагресивне скс3

Незадо-вільний сзп4 Слабкоагресивне скс2

Неагресивне скс1

За основні розрахункові характеристики при моделюванні фізико-хімічних процесів взаємодії захисних покриттів конструктивних параметрів і компонентів агресивного середовища прийнято:

Фj -реакція поверхні однорідного конструктивного елемента КЕ на узагальнені впливи, г/м2;

Аз - узагальнений показник захисних властивостей при впливах Аm (L,G, S, T, R) , де L - рідка фаза, G - газоподібні компоненти, S - тверді середовища, T - температура , R – сонячне випромінювання.

За відносні значення зміни характеру взаємодії конструктивної форми і зовнішніх впливів Аm (L,G, S, T, R) прийнято:

Аki - одинична епюра корозійного зносу i-тої поверхні j-того однорідного конструктивного елемента;

Азi - епюра відносної оцінки зміни захисних властивостей Аз при старінні і руйнації протикорозійних покриттів i-тої поверхні j-того однорідного конструктивного елемента.

Метою математичного опису показників надійності при сертифікаційних випробуваннях є розроблена методика розрахункової оцінки коефіцієнта надійності протикорозійного захисту (gzn). Коефіцієнт надійності (gzn) встановлює граничний рівень корозійних видатків для заданої розрахункової схеми узагальнених впливів "Н-К-С" при типовій (розрахунковій) моделі режиму експлуатації з урахуванням призначеного терміна служби (Тн) конструкції або об'єкта. Послідовність основних етапів визначення (gzn) подана на мал. 3.

Розроблений методичний підхід використаний для статистичної оцінки коефіцієнта надійності gzn за даними прискорених випробувань зразків (фрагментів) конструктивних елементів з захисними покриттями при перемінній температурі, підвищеній вологості, впливах сірчистого газу і сонячного випромінювання.

Мал.3. Послідовність етапів обгрунтовання gzn.

Оцінка результатів випробувань містила: статистичний аналіз відмов (граничних станів); перевірку контрольованих параметрів для встановленої області інтервальної оцінкиzn; аналіз відповідності розрахункової ситуації до вимог забезпечення надійності з урахуванням економічних чинників.

Рішення про відповідність розрахункового значення gzn заданим границям (верхній і нижній) інтервальної оцінки приймається після визначення координат (; ) і за допомогою номограми, поданої на мал. 4.

Розрахункові залежності для обгрунтовання ПН і гарантованої довговічності з урахуванням вимог граничних станів мають вигляд:

I - граничний стан

Ф/N + (1 - gzk) = Г; (1)

(1 - gzn) . А . Тсн = md . (1 - 1/Г); (2)

gzf – 1/Г і 0. (3)

II - граничний стан

Т3g і gzn . Т3; (4)

Твg = (1 - gzn) . Т3 ; (5)

Тmg і gzn . Тm. (6)

де Г - відношення резерву надійності; Ф - граничне зусилля, яке може сприйняти елемент, що розраховується; N - найбільше розрахункове зусилля в конструктивному елементі; А - характеристика ступеня агресивності режиму експлуатації, г/м2рік; с - коефіцієнт кінетики корозійного зносу; d-наведена товщина перетину елемента, см; m=?х104 - перекладний коефіцієнт корозійних втрат; ? – щільність металу, г/см3; gzk - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту (методи первинного захисту); gzf - коефіцієнт протикорозійного захисту за даними контролю корозійного стана в період експлуатації; Тз - нормативний термін служби захисних покриттів за даними сертифікаційних випробувань, рік; Тзg (Тmg) - гарантований термін служби захисних (металізаційних) покриттів з довірчою імовірністю g = 0,95, рік; Твg -гамма-відсотковий термін відновлення протикорозійного захисту, рік.

Наведено результати чисельної оцінки коефіцієнта (gzn) на основі сертифікаційних випробувань, виконаних у НВЛ "Антикор", що акредитована в Системі сертифікації УкрСЕПРО.

Третій розділ присвячений розробці методики розрахунку коефіцієнта надійності gzn за результатами експертної оцінки показників технологічної раціональності протикорозійного захисту при проектуванні, виготовленні, експлуатації і реконструкції. Зроблено аналіз технологічного підготування фарбувальних робіт при заводському виготовленні металевих конструкцій.

Технологічна раціональність протикорозійного захисту містить вимоги до вибору засобів і методів захисту з урахуванням доцільності і технологічної спадкоємності, технічних рішень на всіх стадіях життєвого циклу будівельних металоконструкцій.

Сутність методики, яку розроблено та експериментально обгрунтовано, полягає в можливості визначення коефіцієнта надійності gzn за результатами експертної оцінки комплексу показників технологічної раціональності при проведенні нормоконтроля (аудита) вимог забезпечення якості заводського виготовлення металоконструкцій. При цьому технологічний аудит протикорозійного захисту включає формалізовану процедуру оцінки потенційних можливостей підвищення ефективності засобів і методів захисту.

Мал. 4. Чисельні значення коефіцієнта g zn за результатами сертифікаційних випробувань на корозійну стійкість і довговічність

Запропоновано карту аналізу узагальненого показника технологічної раціональності й отримані експериментальні результати технологічного аудита при виготовленні металевих конструкцій в умовах Дніпропетровського, Краматорського, Макїївского ЗМК, ВАТ "Конструкція", АТЗТ "ГАЯ" (м.Донецьк).

Статистична оцінка узагальненого показника технологічної раціональності b0z виконується на основі математичної моделі типу:

(7)

де Вi - комплексні показники проектних вимог щодо довговічності, технологічності, збережності, ремонтоздатності; mi - коефіцієнт значущості комплексного показника; bij - вагова характеристика j-тої ознаки i-того комплексного показника; qij – забезпеченість ознак при експертної оцінці; Q - кількість експертів у групі при аудиті.

Послідовність етапів обгрунтовання коефіцієнта надійності gzn за даними технологічного аудита наведена на мал. 5.

Опрацювання результатів нормоконтроля технологічної раціональності зроблено при виконанні сертифікаційних випробувань і діагностики корозійного стана промислових і цивільних об'єктів різного призначення. Порівнянні результати контролю узагальненого показника boz і коефіцієнта надійності gzn наведено в таблиці 2.

Мал. 5. Послідовність етапів визначення gzn за даними технологічного аудита

Таблиця 2.

Розрахунково-експериментальні дані gzn= f(Вoz)

№№ Об'єкти дослідження Координати значень та оцінок

gzn boz

1. Опори трубопроводів. Ясинівський КХЗ, м. Макіївка 0,04 0,5

2. Транспортна галерея. Прирейковий склад мінеральних добрив, смт. Тельманове 0,11 1,6

3. Конструкції покриття, бронзо-латунний цех. ВО "Донецьквторцветмет" 0,18 2,2

4. Металева покрівля. Сталеплавильний цех СПЦ-2. Комбінат "Криворіжсталь" 0,61 2,9

5. Структурні блоки покриття типа ЦНДІСК. Завод комплексних розподільних пристроїв, м. Коломия 0,83 3,2

6. Металоконструкції каркаса 10-ти поверхової будівлі. Містобудівельний комплекс "АСКА", м. Донецьк 0,9 3,7

7. Конвеєрна галерея. Завод по переробці насіння соняшника, м. Донецьк 0,93 4,5

8. Мембранно-панельні блоки покриття ангара КМУЦА, м. Київ 0,96 4,7

9. Покриття бензозаправочної станції. м. Оборники, Польща 0,99 5,0

Результати регресійного аналізу, виконаного для аналітичного опису залежності gzn=Вoz), дозволили отримати математичну модель коефіцієнта надійності gzn за даними експертної оцінки узагальненого показника Вoz у вигляді:

, (8)

Отримана на підставі експериментальних досліджень графічна залежність gzn= f(Вoz) (мал. 6), пропонується для оцінки коефіцієнта gzn за даними технологічного  аудита.

Порівняльна оцінка техніко-економічних показників здійснюється за даними нормоконтроля і порівняння з базовими даними:

·

· індексу зниження витрати матеріалів на протикорозійний захист bm:

, (9)

де Sm= Gmb / Gmr - індекс зміни витрати протикорозійного матеріалу при порівнянні базового варіанта (Gmb) c розроблювальним (Gmr) при проектуванні (P), виготовленні (I) та експлуатації (Е);

·

, (10)

де Sт= Тb / Tr - індекс зниження трудомісткості фарбувальних робіт при порівнянні базового варіанта (Тb) з розроблювальним (Тr) при проектуванні (Р), виготовленні (I) та експлуатації (Е);

Мал. 6. Графік залежності gzn= f(Вoz).

·

, (11)

де Sp = Pb / Pr - індекс зниження витрат на підтримку якості і довговічності конструкцій базового (Рb) і розроблювального (Рr) варіанта при проектуванні (Р), виготовленні (I) та експлуатації (Е);

·

, (12)

де Sz = gzb/zr - індекс підвищення коефіцієнта надійності протикорозійного захисту базового (gzb) і розроблювального (gzr) варіантів при проектуванні (Р), виготовленні (I) та експлуатації (Е).

Задачу визначення показників технологічної раціональності наведено у вигляді блок-схеми алгоритму, що дозволяє моделювати параметри конструктивної форми, фактори режиму експлуатації, здійснювати вибір розрахункової ситуації з урахуванням призначеного терміна служби конструкції при встановлених показниках надійності і гарантованої довговічності. Визначено показники (bm, bт, bp, bz) для обгрунтовання ефективності використання полімерно-пластичної мастики ППК для протикорозійного захисту металоконструкцій каркаса містобудівного комплексу "АСКА", м. Донецьк.

Четвертий розділ включає принципи функціонально-вартісного аналізу ефективності заходів протикорозійного захисту на основі чисельного моделювання коефіцієнта надійності gzn. Побудова оптимальної функції "надійність-вартість" пов'язана з розрахунково-експериментальним обгрунтованням гарантованих показників довговічності Тzg (Тmg), Твg для призначеного терміна служби Тн і розрахункових ситуацій режиму експлуатації об'єкта при заданих обмеженнях функції gzn (Согр) або С(gznогр).

Вибір розрахункових ситуацій, що відповідають умовам експлуатації підсистем Н-К-С здійснюється в ході аналізу відповідних показників економічної ефективності Q(t). Економічна ефективність експлуатації об'єктів у корозійних середовищах Q(t) має вигляд:

, (13)

де: П(t) - суми амортизаційних відрахувань відповідно до норм по основних фондах промисловості, грн.;

Сп - витрати на виготовлення конструкції або об'єкта;

- зміна витрат на експлуатацію за проміжок часу Dt, грн/рік.

Збільшення витрат на виготовлення при використанні більш ефективних матеріалів призводить, з одного боку, до зменшення економічного ефекту (13), а з іншого боку, - до його збільшення за рахунок підвищення надійності і довговічності та відповідного зниження експлуатаційних витрат. Математично це має вигляд:

, (14)

де gzn0 - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту при початкових витратах на створення конструкції або об'єкта;

- коефіцієнт впливу вартості i-того елемента на його надійність;

DСпi - витрати на збільшення надійності за рахунок підвищення якості та довговічності i-того елемента.

, (15)

де - швидкість зміни експлуатаційних витрат;

gzn(Cп) - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту з урахуванням витрат на виготовлення (Cп).

За умови визначення технологічно доцільного строку експлуатації topt термін служби Tн призначається з урахуванням економічної ефективності протикорозійних заходів на стадії проектування на підставі залежностей:

(16)

Математичні залежності (16) визначають витрати щодо підтримки необхідних показників якості і довговічності конструктивних елементів на стадії проектування. Отримана система рівнянь дозволяє вирішувати задачі врахування конструктивних і технологічних чинників на етапі розробки технічного завдання; визначати оптимальні показники коефіцієнта gzn, відношення резерву несучої спроможності Г, індекса технологічної раціональності, розраховувати витрати на виготовлення й експлуатацію конструкцій.

Блок-схема функціонально-вартісного обгрунтовання коефіцієнта надійності g zn (gzk) для металоконструкцій, перехід яких у граничний стан пов'язаний з наслідками критичного характеру ( Ф/N=1) і при відсутності наслідків критичного характеру (Ф/N>1), подана на мал. 7.

Задача функціонально-вартісного аналізу для обгрунтовання коефіцієнта надійностіzn формулюється у такий спосіб. Оцінюється коефіцієнт надійності вихідного варіанта протикорозійного захисту металоконструкції, установлюються причини його недостатньої ефективності та визначають можливі варіанти підвищення коефіцієнта надійності g zn. По кожному варіанті оцінюють витрати DСi та можливе збільшення на DВ0z. З усіх варіантів вибирають найбільше ефективне за значенням D gzn. Після визначення оптимального значення перевіряється задане обмеження функції gzn (Согр) або С(gznогр).

Розділ містить матеріали чисельних досліджень зі статистичного обгрунтовання коефіцієнтів надійності gzn (gzk) для різних термінів служби конструктивних елементів. Розрахункові значення коефіцієнта gzn (gzk) у залежності від ступеня агресивності впливів, засобу захисту від корозії і призначеного терміна служби наведено в таблиці 3.

Отримані розрахунково-експериментальні дані забезпечують можливості задання вимог щодо надійності будівельних металоконструкцій у корозійних середовищах за результатами сертифікаційних випробувань при встановлених розрахункових ситуаціях режиму експлуатації об'єктів.

Мал. 7. Блок-схема функціонально-вартісного обгрунтовання

коефіцієнта надійності gzn (gzk)

Таблиця 3.

Розрахункові значення коефіцієнта надійності

Група агре-сив-ності середовища Група засобів і методів захисту Засіб захисту конструкції Розрахункові значення gzn/gzk при терміні служби Тн, років

10 30 50 100

СКС 1 СМ3 1 Вуглецеві і низьколеговані сталі без захисту - 0,99 - 0,99 - 0,98 - 0,95

СКС 2 СМ3 2 Атмосферостійкі сталі без захисту - 0,99 - 0,96 - 0,94 - 0,91

СМ3 1.2 Вуглецеві і низьколеговані сталі з ЛФП 0,97 0,999 0,86 0,99 0,77 0,975 0,74 0,99

СКС 3 СМ3 1.1 Вуглецеві і низьколеговані оцинковані сталі 0,99 0,999 0,95 0,99 0,92 0,975 0,91 0,95

СМ3 1.2 Вуглецеві і низьколеговані сталі з ЛФП 0,89 0,99 0,88 0,975 0,84 0,95 0,83 0,90

СКС 4 СМ3 1.3 Вуглецеві, низьколеговані оцинковані сталі з ЛФП 0,95 0,99 0,90 0,975 0,92 0,95 0,92 0,90

СМ3 1.2 Вуглецеві і низьколеговані сталі з ЛФП 0,86 0,975 0,89 0,95 0,89 0,90 0,88 0,85

СКС 5 СМ3 1.3 Вуглецеві і низьколеговані оцинковані сталі з ЛФП 0,92 0,975 0,93 0,95 0,91 0,90 0,93 0,85

СМ3 1.2 Вуглецеві і низьколеговані оцинковані сталі з ЛФП 0,85 0,95 0,87 0,90 0,88 0,85 0,91 0,80

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

В результаті теоретичних та експериментальних досліджень, виконаних при обгрунтованні проектних, технологічних та експлуатаційних нормативних вимог протикорозійного захисту, зроблено оцінку показників довговічності сталевих конструкцій з урахуванням методичної й організаційної структури стандартів серії ISO-9000:

1. На основі експериментальних даних кількісної оцінки узагальненого показника захисних властивостей покриттів Аз запропоновано математичну модель коефі-цієнта надійності протикорозійного захисту ?zn з урахуванням призначеного терміна служби конструктивних елементів. Виконано чисельне моделювання й отримані кількісні характеристики ?zn= 0,74 - 0,99 для встановлених діапазонів зміни ступеня агресивності впливів, що забезпечує розрахункову оцінку терміна служби захисних покриттів з заданою довірчою імовірністю.

2. Виконано інтервальну оцінку показників надійності для основних категорій номенклатури будівельних металоконструкцій, які підлягають обов'язковій сертифікації. Це дозволило розробити методику нормоконтроля коефіцієнта надійності ?zn і визначити класифікаційні вимоги граничних станів для засобів і методів протикорозійного захисту.

3. Розроблений методичний підхід визначення гарантованих показників довговічності на основі принципів забезпечення надійності в розрахунках за граничними станами забезпечує:

·

· на основі статистичних даних сертифікаційних випробувань визначення терміна служби захисних покриттів сталевих конструкцій для заданого ступеня агресивності впливів за ознаками граничних станів II групи.

4. Обгрунтовано аналітичні залежності експертної оцінки показників технологічної раціональності протикорозійного захисту при проведенні сертифікаційних випробувань сталевих конструкцій за показниками довговічності. Порівняльна оцінка ефективності протикорозійних заходів в умовах заводів металоконструкцій дозволила розробити розрахункові методи забезпечення гарантованої довговічності з урахуванням коефіцієнта надійності ?zn.

5. Чисельні дослідження коефіцієнта надійності ?zn зроблені для встановлених критеріїв граничних станів і розрахункових ситуацій на основі розробленого алгоритму функціонально-вартісного аналізу витрат на протикорозійний захист. Використання результатів сертифікаційних випробувань на корозійну стійкість і довговічність при техніко-економічному обгрунтованні чисельних значень коефі-цієнтів надійності ?zn і ?zk дозволяє зменшити витрати на підтримку показників якості і довговічності в процесі експлуатації на 10-15% за рахунок встановлення регламентованих термінів поновлення захисних покриттів.

6. Матеріали досліджень щодо статистичного контролю коефіцієнта надійності ?zn використані при розробці стандартної методики сертифікаційних випробувань на корозійну стійкість і довговічність, галузевого нормативного документа "Посібник з діагностики корозійного стана будівельних металоконструкцій будівель та споруд в агресивних середовищах (до СНиП 2.03.11-85)", впроваджені при проектуванні і сертифікації легких металевих конструкцій.

Основні положення дисертації опубліковано в роботах:

1. Пожарская Г.А. Оценка показателей долговечности и коррозионной стойкости при проведении сертификационных испытаний // Вестник ДонГАСА. Вып. (1). – Макеевка, 1995. – с.52-54.

2. Горохов Е.В., Королев В.П., Пожарская Г.А. Расчетная оценка срока службы оцинкованных покрытий на основании данных сертификационных испытаний и режима эксплуатации стальных конструкций // Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2000, Спеціальний випуск №1, с.769-773.

3. Королев В.П., Гибаленко В.А., Волкова И.А., Пожарская Г.А. Нормативные требования по изготовлению двустенных резервуаров с учетом сертификационных испытаний // Вестник ДонГАСА. Вып. 2000-1(21), Макеевка, 2000.с.199 - 202.

4. Пожарская Г.А. Особенности нормирования коэффициента надежности противокорзионной защиты строительных металлоконструкций на основе сертификационных испытаний // Научно-технический сборник "Современные проблемы строительства". В 2х томах. - Донецк, 2000. Т.1. с. 50-54.

Праці, що додатково відбивають результати досліджень

5. Королев В.П., Пожарская Г.А., Шевченко О.Н. Построение базы данных показателей коррозионной стойкости и долговечности строительных металлоконструций на основе сертификационных испытаний. Долговечность и защита от коррозии. Строительство, реконструкция (теория, исследования, практика, ресурсосбережение и экология, оценка качества, сертификация). Материалы междунар. Конф. – Москва, 1999. – с 145-151.

6. Королев В.П., Рыженков А.А., Пожарская Г.А. Основные проблемы и требования обеспечения качества противокоррозионной защиты при сертификации металлоконструкций // Теория и практика металлических конструкций. Междунар. конф. Сб. трудов. В 2 т. / Редкол. Горохов Е.В., Королев В.П., Югов А.М., Колесниченко С.В. – Донецк-Макеевка, 1997. Т.2, 139 с.

7. Vladimir P. Korolyov, Roman G. Tolstyakov, Galina A. Pozharskaya Estimation and evaluation analysis of steel structures corrosion protection reliability indices – 19 th CZECH AND SLOVAK International Konference “Steel structures and bridges 2000”, September 27 – 30, 2000, p.423 – 428.

8. Королев В.П., Пожарская Г.А., Гибаленко А.Н., Сохина С.И. ТУ У 22026170.001-95 Мастика противокоррозионная марки ППК. // Донецк, ДЦСМ,-1995 –14с.

АНОТАЦІЯ

Пожарська Г.А. Обгрунтовання показників надійності і гарантованої довговічності протикорозійного захисту будівельних металоконструкцій. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі і споруди. - Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2001.

Дисертація присвячена проблемі обгрунтовання показників надійності і гарантованої довговічності протикороійного захисту сталевих конструкцій з урахуванням вимог методики розрахунку за граничними станами. Розглянуто питання нормоконтроля коефіцієнта надійності протикорозійного захисту gzn і запропоновані аналітичні залежності для кількісного визначення класифікаційних вимог граничних станів у відповідності до режиму експлуатації об'єкта і призначеного терміна служби. Запропоновано математичну модель коефіцієнта надійності gzn для розрахунково-експериментальної оцінки показників корозійної стійкості і довговічності при сертифікаційних випробуваннях. Отримані результати дозволяють робити нормування показників надійності і гарантованої довговічності з урахуванням принципів функціонально-вартісного аналізу і вимог технологічної раціональності засобів і методів протикорозійного захисту.

Ключові слова: будівельні металоконструкції, показники корозійної стійкості, коефіцієнт надійності протикорозійного захисту, нормоконтроль, сертифікаційні випробування.

АННОТАЦИЯ

Пожарская Г.А. Обоснование показателей надежности и гарантированной долговечности противокоррозионной защиты строительных металлоконструкций. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – Строительные конструкции, здания и сооружения. – Донбасская государственная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2001.

Диссертация посвящена проблеме обоснования показателей надежности и гарантированной долговечности противокоррозионной защиты стальных конструкций с учетом требований методики расчета по предельным состояниям.

В первом разделе выполнен анализ требований по противокоррозионной защите при проектировании, изготовлении и эксплуатации строительных металлоконструкций с учетом основных положений международных стандартов по построению системы обеспечения качества на всех стадиях жизненного цикла. Показана необходимость расчетной оценки показателей надежности и гарантированной долговечности противокоррозионной защиты стальных конструкций на основе сертификационных испытаний.

Во втором разделе обоснована методика нормирования показателей долговечности средств и методов противокоррозионной защиты. Предложена математическая модель коэффициента надежности gzn для расчетно-экспериментальной оценки показателей коррозионной стойкости и долговечности. Произведена интервальная оценка показателей надежности для основных категорий номенклатуры строительных металлоконструкций, подлежащих обязательной сертификации. Предложены аналитические зависимости для количественного определения классификационных требований предельных состояний в зависимости от режима эксплуатации объекта и назначенного срока службы.

Третий раздел включает экспертную оценку показателей технологической рациональности противокоррозионной защиты при проектировании, изготовлении, эксплуатации и реконструкции. Разработана методика расчета коэффициента надежности gzn по результатам технологического аудита противокоррозионной защиты при заводском изготовлении металлических конструкций. Обоснованы аналитические зависимости экспертной оценки показателей технологической рациональности противокоррозионной защиты при проведении сертификационных испытаний стальных конструкций по показателям долговечности. Сравнительная оценка технико-экономических показателей противокоррозионных мероприятий в условиях заводов металлоконструкций позволила разработать расчетные методы обеспечения гарантированной долговечности с учетом коэффициента надежности ?zn.

Четвертый раздел включает принципы функционально-стоимостного анализа эффективности мероприятий противокоррозионной защиты на основе численного моделирования коэффициента надежности gzn.

Раздел содержит материалы численных исследований по статистическому обоснованию коэффициентов надежности gzn (gzk) для различных сроков службы конструктивных элементов. Приведены расчетные значения коэффициента gzn (gzk) в зависимости от степени агрессивности воздействий, способа защиты от коррозии и назначенного срока службы. Разработано алгоритмическое описание анализа показателей экономической эффективности на основе численного моделирования расчетных ситуаций режима эксплуатации стальных конструкций на основе подсистем “НАГРУЗКА-КОНСТРУКЦИЯ-СРЕДА”.

Использование результатов сертификационных испытаний на коррозионную стойкость и долговечность для технико-экономического обоснования численных значений коэффициентов надежности ?zn и ?zk обеспечивает возможность сокращения затрат на поддержание показателей качества и долговечности в процессе эксплуатации на 10 –15за счет установления регламентированных сроков возобновления защитных покрытий.

Ключевые слова: строительные металлоконструкции, показатели коррозионной стойкости, коэффициент надежности противокоррозионной защиты, нормоконтроль, сертификационные испытания.

ABSTRACT

G.A.Pozharskaya. Substantiation of reliability and assured durability indices of building steel structure corrosion protection – manuscript.

The thesis for Candidate of Technical Science Degree on 05.23.01 speciality- Building structures, buildings and constructions.- Donbass State Academy of Civil Engineering and Architecture of the Ministry of Education of Ukraine, Makeevka, 2001.

The thesis is dedicated to the problem of substantiation of reliability and assured durability indices of steel structure corrosion protection taking into account the requirements for design procedure in accordance with limit states. The problems of standard control of corrosion protection reliability factor gzn have been examined, analytic relationships for quantitative defining the classification requirements of limit states according to the mode of facilities maintenance and fixed service life have been proposed. Mathematical model of reliability factor gzn has been proposed for pilot and design assessment of corrosion resistance and durability in the process of certification tests. The obtained results enable standardization of reliability and assured durability indices taking into account the principles of functional and cost analysis and process efficiency requirements to means and methods of corrosion protection.

Key words: building steel structure, corrosion resistance indices, corrosion protection reliability factor, standard control, certification tests.