ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

Худолєй Євген Юрійович

УДК 624.012.45.046:62.192

ДІАГНОСТИКА ТА ОЦІНКА ТЕХНІЧНОГО СТАНУ

ЗАЛІЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦІЙ

НА ОСНОВІ ВИБІРКОВОГО КОНТРОЛЮ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури,
Міністерство освіти та науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Савицький Микола Васильович,

Придніпровська державна академія

будівництва та архітектури,

завідувач кафедри Залізобетонні

і кам'яні конструкції,

проректор з наукової роботи

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Дорофєєв Віталій Степанович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій, ректор;

- кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Санников Ігор Валентинович, Український зональний науково-дослідний і проектний інститут з цивільного будівництва Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України, завідувач лабораторії несучих конструкцій.

Провідна установа:

Харківський технічний університет будівництва та архітектури, кафедра залізобетонних і кам'яних конструкцій, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться “17” червня 2004 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради
Д 08.085.02 в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, зал засідань, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а.

Автореферат розісланий 14 травня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Кваша Е.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В практиці часто виникають задачі діагностики та оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій. Система технічного обстеження стану будинків, споруд та конструкцій різноманітного призначення включає різні види контролю в залежності від цілей обстеження і життєвого циклу: приймальний контроль збірних залізобетонних конструкцій заводського виготовлення; інструментальний приймальний контроль технічного стану зведених, капітально відремонтованих об'єктів або об'єктів, що реконструйовані; технічне обстеження при реновації об'єктів незавершеного будівництва; інструментальний контроль технічного стану об'єкту в процесі планових або позачергових оглядів; технічне обстеження для проектування капітального ремонту і реконструкції; технічне обстеження (експертиза) при ушкодженнях конструкцій.

На сьогодні в Україні існує декілька нормативних документів з оцінки технічного стану будівельних конструкцій будівель та споруд. Недосконалостями існуючих нормативних і рекомендаційних документів є відсутність чітких кількісних оцінок категорії технічного стану; оцінка технічного стану переважно шляхом візуального огляду. На сьогодні не існує статистично обгрунтованої методики, що регламентує вибір параметрів, місць, зон і кількості випробувань. Коректні кількісні оцінки технічного стану можливо одержати на основі імовірнісних оцінок можливості відмови конструкцій з того або іншого граничного стану.

В зв'язку з цим розробка кількісної системи діагностики та оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд на основі імовірнісних методів для одержання оцінок із заданою надійністю при мінімізації витрат на обстеження конструкцій є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Тема дисертації відповідає актуальним напрямкам науково-технічної політики України з оцінки технічного стану будівель і споруд, що експлуатуються, відповідно до Постанови Кабінету міністрів України № 409 від 5 травня 1999 р. “Про забезпечення надійності і безпечної експлуатації будівель, споруд і інженерних мереж”, Розпорядження Кабінету міністрів України від 11 червня 2003 р. № р “Про схвалення Концепції державної програми забезпечення технологічної безпеки в основних галузях економіки”. Робота виконувалася за планом держбюджетної науково-дослідної роботи кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. Тема - “Розробка і впровадження інноваційних проектів, трансфер енергоефективних і ресурсозберігаючих технологій при будівництві, експлуатації, реновації будівель, споруд та їх елементів”, розділ 3 “Залізобетонні конструкції при експлуатації в умовах екстремальних впливів зовнішнього середовища”, етап “Розробка кількісної методики діагностики залізобетонних конструкцій”, затвердженої науково-технічною радою ПДАБтаА 14.02.01, державний реєстраційний номер теми 0102U002365.

Мета роботи - розробка теоретичних і методологічних положень кількісної системи діагностики та оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд на основі імовірнісних методів для одержання оцінок із заданою надійністю.

Задачі досліджень:

- розробити статистично обгрунтований кількісний метод діагностики несучих залізобетонних конструкцій, що регламентує вибір конструкцій, зон і ділянок контролю, параметрів контролю, кількість випробувань;

- запропонувати метод імовірнісної оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель і споруд;

- дослідити значимість параметрів за їх впливом на забезпечення функціональних властивостей конструкцій - міцність, деформативність, тріщиностійкістъ для деяких типів конструкцій;

- провести апробацію запропонованих методичних підходів щодо рішення задач діагностики й оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій.

Об'єкт дослідження - несучі залізобетонні конструкції будівель та споруд, що підлягають обстеженню.

Предмет дослідження - закономірності оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій в залежності від стану їх параметрів.

Методи досліджень. Статистичні характеристики мінливих параметрів залізобетонних конструкцій визначалися шляхом статистичної обробки результатів інструментальних обстежень; властивості залізобетонних конструкцій (міцність, деформативність, тріщиностійкість) оцінювалися методами теорії залізобетону; для оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій використовувалися імовірнісні методи теорії надійності.

Наукову новизну отриманих результатів складають:

- методологія кількісної системи діагностики несучих залізобетонних конструкцій, що регламентує вибір конструкцій, зон і ділянок контролю, параметрів контролю, кількість випробувань;

- метод імовірнісної оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд;

- результати оцінки впливу параметрів залізобетонних конструкцій на забезпечення їх функціональних властивостей - міцності, деформативності, тріщиностійкості.

Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці методик і рекомендацій з діагностики та оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд з урахуванням заданої достовірності і надійності. Використання запропонованої методики дозволяє одержати економію матеріальних і трудових ресурсів при обстеженні залізобетонних конструкцій.

Результати роботи використані при проведенні робіт з обстеження й оцінки технічного стану залізобетонних силосів складу вугілля Дніпродзержинського коксохімзаводу; залізобетонних конструкцій Верхньодніпровського заводу по виробництву каротину “Вітан”; залізобетонних конструкцій шинного заводу в м. Дніпропетровську.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні комплексу експериментально-теоретичних досліджень, спрямованих на розвиток методології кількісної системи діагностики несучих залізобетонних конструкцій і оцінки їхнього технічного стану.

За темою дисертації опубліковано 14 робіт, у тому числі 10 у виданнях, що входять у перелік ВАК України.

Особистий внесок автора в опубліковані роботи полягає в:

- розробці загального методичного підходу до діагностики несучих залізобетонних конструкцій, що регламентує вибір конструкцій, зон і ділянок контролю, параметрів контролю, кількість випробувань [7 – 10, 13]

- розробці методу імовірнісної оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд [1 – 3, 6];

- обгрунтуванні рівня надійності, що відповідає визначеній категорії технічного стану несучих залізобетонних конструкцій[4, 5, 8, 12];

- дослідженні впливу параметрів несучих залізобетонних конструкцій на забезпечення їх властивостей - міцності, деформативності, тріщиностійкості [11, 14].

Достовірність результатів досліджень забезпечена використанням: фундаментальних положень теорії надійності; комплексу досліджень, що базуються на експериментальних даних і залежностях норм проектування залізобетонних конструкцій; статистичних методів обробки даних; підтвердженням результатів досліджень їх виробничим впровадженням.

Апробація результатів дисертації

Основні положення і результати дисертації обговорювалися і доповідалися на: міжнародній конференції “Діагностика в будівництві” (м. Дніпропетровськ, 2002 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Раціональні енергозберігаючі конструкції, будівлі та споруди в будівництві та комунальному господарстві” (м. Бєлгород, 2002 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Новітні технології діагностики, ремонту і відновлення об'єктів будівництва і транспорту” (Крим, 2003 р.); Третій Всеукраїнській науково-технічній конференції “Науково-технічні проблеми сучасного залізобетону” (м. Львів, 2003 р.); наукових семінарах кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (2000 - 2003 рр.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 робіт, у тому числі 10 у виданнях, що входять у перелік ВАК України.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, шести розділів, висновків, списку літератури з 155 найменувань. Дисертація викладена на 151 сторінці основного тексту, 17 рисунків, 26 таблиць, 2 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі дисертації аналізуються найбільш типові випадки, при яких виникає необхідність діагностики й оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій:

а) приймальний контроль збірних залізобетонних конструкцій заводського виготовлення;

б) інструментальний приймальний контроль технічного стану зведених, капітально відремонтованих або реконструйованих об'єктів;

в) технічне обстеження при реновації об'єктів незавершеного будівництва;

г) інструментальний контроль технічного стану об'єкта в процесі планових або позачергових оглядів (моніторинг, профілактичний контроль);

д) технічне обстеження для проектування, капітального ремонту і реконструкції;

е) технічне обстеження (експертиза) при ушкодженнях конструкцій і аваріях у процесі експлуатації.

Для забезпечення надійності будівель, споруд, будівельних конструкцій, що експлуатуються, при вирішенні задач, перерахованих вище, необхідна об'єктивна інформація про технічний стан конструкцій, конструктивних елементів, вузлів, стиків і з'єднань. Ці задачі вирішуються розділом “технічна діагностика” загальної теорії надійності.

Відзначаються чотири групи методів розпізнавання, що використовуються у технічній діагностиці: 1) імовірнісні методи статистичних рішень; 2) методи розподілу в просторі ознак; 3) метричні методи; 4) логічні методи.

Конкретні її задачі пов'язані з методами, приладами й устаткуванням для виявлення дефектів і ушкоджень конструкцій, визначенням причин ушкоджень, виміром фактичних параметрів конструкцій, виявленням ресурсу, оптимізацією процесу технічного обслуговування і ремонту, визначенням необхідних відновлювальних заходів і т.д.

Окремі аспекти відзначених задач для будівель і споруд із залізобетону вирішувалися в роботах наукових шкіл: НДІБК (Кривошеєв П.І, Нємчинов Ю.І., Коршунов Д.А., Матвєєв І.В., Сидоренко М.В. та ін.), НДІЗБ (Гузєєв Є.А., Булгакова М.Г., Клєвцов В.А., Коревицька М.Г., Мізернюк Б.М., та ін.), Харківського ПромбудНДІПроекту (Чернявський В.Л., Дубницький В.Ю. та ін.), ЛЧВІА ім. Можайського (Крилов М.А., Глуховський К.А.), МІБІ (Лужин О.В., Злочевський А.Б., Почтовик Г.Я.), КАПКБ (Тетіор А.Н., Панюков Е.Ф. і ін.), СНАУ (Фомиця Л.М.), Донецький ПромбудНДІПроект (Петраков О.О., Хомутченко С.Я. та ін.), ХДТУБА (Шагін О.Л., Фомін С.Л., Копєйко Е.А.), ХДАМГ (Молодченко Г.А.), НТУ (Лантух-Лященко А.І.), НУ “Львівська політехніка” (Гнідець Б.Г., Кваша В.Г., Кінаш Р.І., Клименко Ф.Є.), ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАНУ (Лучко Й.Й. і інш.), ПДАБА (Савицький М.В); для металоконструкцій: ДонДАБА (Горохов Є.В., Корольов Ю.П., Мущанов В.П. та ін.), УкрНДІПСК (Перельмутер А.В., Шимановський О.В. та ін.), ПДАБА (Кулябко В.В., Єгоров Є.А.), КНУБА (Пермяков В.О.), ПНТУ ім. Ю.Кондратюка (Пічугін С.Ф.) та ін.

На сьогодні в Україні існує декілька нормативних документів з оцінки технічного стану будівельних конструкцій будівель і споруд. Недоліками існуючих нормативних і рекомендаційних документів є відсутність чітких кількісних оцінок категорії технічного стану; оцінка стану переважно шляхом візуального огляду; включення в оцінку організаційних вимог щодо забезпечення безпеки. Що стосується зон, ділянок і об'єму випробувань (контролю), то в нормативних документах відсутні конкретні рекомендації з їхнього вибору.

У державних стандартах, що регламентують контроль якості збірних залізобетонних конструкцій, прийнятий одноступінчатий вибірковий контроль. Розраховано передбачуваний коефіцієнт варіації властивостей конструкцій, виходячи з однакової довірчої імовірності 0,95 і помилки 0,05. Результати розрахунку свідчать про недостатнє обгрунтування плану контролю (передбачувані коефіцієнти варіації розрізняються майже в 3 рази).

Найбільш коректні оцінки технічного стану можливо одержати на основі імовірнісних оцінок можливості відмови конструкцій за тим або іншим граничним станом.

З урахуванням стану питання сформульована мета і основні задачі досліджень.

У другому розділі наводиться загальна методологія оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій на основі комплексного врахування мінливих параметрів.

Оцінка якості і технічного стану залізобетонних конструкцій будівель і споруд у загальному випадку може виконуватися різними методами: а) на основі досвіду експлуатації; б) пробним навантаженням (експериментальним); в) розрахунковим методом.

У розробленій системі діагностики, оцінки якості і технічного стану залізобетонних конструкцій будівель та споруд використовується параметричний метод, який полягає в тому, що при оцінюванні якості і технічного стану контролюються окремі параметри (характеристики) конструкцій, що впливають на функціональні властивості і дозволяють розрахунковим методом визначити надійність конструкцій за першою і другою групами граничних станів.

Відповідно до ГОСТу 20736-75 рівні контролю якості класифікуються наступним чином: посилений (суцільний), нормальний (вибірковий), послаблений. У системі діагностики прийнятий нормальний (вибірковий) рівень контролю якості як найбільш економічний і такий, що дозволяє одержувати оцінки з заданим рівнем надійності.

Розроблена система діагностики, оцінки якості і технічного стану несучих залізобетонних конструкцій гарантує одержання оцінок якості і технічного стану із заданою забезпеченістю. При цьому система дозволяє обгрунтовано скоротити об'єми контролю конструкцій та їх параметрів (рис. 1).

На основі аналізу вимог нормативної документації з контролю якості залізобетонних конструкцій у частині встановлення значень коефіцієнтів безпеки, нормативних і рекомендаційних документів з оцінки категорії технічного стану залізобетонних конструкцій і відповідних їм ознак, а також результатів аналізу надійності залізобетонних елементів при проектуванні за сучасними нормами, запропоновані кількісні значення показників надійності залізобетонних конструкцій, що відповідають визначеним категоріям технічного стану (табл. 1).

Таблиця 1

Показники надійності для відповідних дискретних станів

елементів залізобетонних конструкцій

Категорія і відповідний технічний стан

залізобетонних

конструкцій | Показники надійності

імовірність безвідмовної роботи | характеристика безпеки | рівень,

Б | коефіцієнт безпеки

1. Справний | 0,99865 | 3,0 | 2,87 | (1,6)/(1,4)

2. Працездатний | 0,99865 –

0,99 | 3,0 – 2,33 | 2,87 – 2,0 | (1,6 – 1,4)/

(1,4 – 1,35)

3. Обмежено

працездатний | 0,99 – 0,95 | 2,33 – 1,64 | 2,0 – 1,3 | (1,4 - 1,3)/

(1,35 – 1,3)

4. Непрацездатний | 0,95 – 0,5 | 1,64 -0 | 1,3 – 0,3 | 1,3 - 1,0

5. Аварійний | 0,5 | 0 | 0,3 | 1,0

Примітка: *При руйнуванні по бетону (чисельник) та при руйнуванні по арматурі (знаменник).

У третьому розділі обгрунтовується використання методу лінеаризації до аналізу надійності залізобетонних конструкцій.

На даному етапі розвитку теорії надійності математичні рішення та результати повинні бути достатньо простими, щоб ними могли користуватися інженери-практики, а також забезпечувати достатню точність розрахунків. Цим критеріям задовольняє метод лінеаризації. Тому в задачах оцінки якості та технічного стану використовується цей метод.

Запропонована методика оцінки похибки методу лінеаризації, що заключається у співставленні значень функції, вичислених методом лінеаризації та за вихідними залежностями норм проектування залізобетонних конструкцій.

Рис. 1. Блок-схема алгоритму діагностики та оцінки технічного стану несучих

залізобетонних конструкцій

На основі досліджень мінливості параметрів збірних попередньо напружених залізобетонних плит заводського виготовлення (суцільна попередньо напружена панель із легкого бетону для перекриттів ПТ-72. 12-1 серія 125, ребриста попередньо напружена плита для перекриттів виробничих будинків ИП 5-6 серія ИИ 24-2/70, ребристі попередньо напружені плити для покриття виробничих будинків по ГОСТ 22701. 1-77 - ПГ-2ВрII Т та ПГ-2АIIIв Т проведена оцінка похибки методу лінеаризації функцій властивостей. Встановлено, що найбільшу похибку лінеаризації має функція деформативності, а найменшу - тріщиностійкості.

У четвертому розділі розробляється методика рандомізації плану випробувань окремих конструкцій і зон споруд, призначення раціональних зон контролю параметрів залізобетонних конструкцій.

Кількість випробувань конструкцій і їхніх параметрів визначається, виходячи з регламентації забезпеченості оцінки математичного сподівання функцій властивостей конструкцій або їхніх параметрів, допустимої помилки в оцінці, статистичних характеристик функцій властивостей конструкцій або їхніх параметрів.

На сьогодні теоретичні залежності властивостей залізобетонних конструкцій, узагальнені в нормах проектування, досить точно відображають реальні дослідні залежності. Розходження в величинах складають: для міцності - 5+10%, для тріщиностійкості, жорсткості і ширини розкриття тріщин - 15%. Отже, при контролі міцності конструкцій гранично допустиму помилку можливо прийняти рівною 0,05, а при контролі деформативності і тріщиностійкості - 0,15.

На основі методу Монте-Карло запропонована загальна методика рандомізації плану випробувань для формування вибірки при обстеженні будівельних конструкцій, що експлуатуються. При цьому скорочуються об'єми випробувань шляхом заміни суцільного контролю вибірковим.

Розроблено методику, алгоритми, запропоновані розрахункові залежності і вирішені задачі рандомізації плану випробувань масових однотипних конструкцій, унікальних конструкцій: лінійних споруд (конструкцій), площинних конструкцій, об'ємних конструкцій, поверхня яких описується сферичними координатами.

Введено поняття про раціональні зони контролю залізобетонних конструкцій. Раціональні зони і ділянки контролю параметрів конструкцій намічають відповідно до контрольних епюр допустимих екстремальних (мінімальних або максимальних) параметрів конструкцій, що визначаються, виходячи з умови забезпечення вимог за першою і другою групами граничних станів.

Запропоновано методику визначення допустимих екстремальних параметрів конструкцій. На прикладі згинальних залізобетонних елементів отримані розрахункові залежності для визначення допустимих екстремальних параметрів, виходячи з забезпечення міцності за перетинами, нормальним до поздовжньої осі.

У п'ятому розділі на основі проведених досліджень обгрунтовуються методичні підходи до вибору параметрів контролю залізобетонних конструкцій. Запропоновано методику ранжування параметрів залізобетонних конструкцій для визначення об'єму вибірки при інструментальному контролі параметрів залізобетонних конструкцій. У залежності від рангу параметрів конструкцій відповідного виду запропоновані значення гранично допустимої помилки в оцінці середнього значення функції властивостей.

Отримано оцінки ранжування параметрів, що забезпечують функціональні властивості (міцність, жорсткість, тріщиностійкість) для елементів залізобетонних конструкцій: попередньо напружених згинальних, позацентрово стиснутих із великими і малими ексцентриситетами (табл. 2). Ці оцінки можуть використовуватися при призначенні кількості випробувань відповідних параметрів при їх інструментальному контролі.

Шостий розділ присвячений врахуванню статистичних і детермінованих чинників при контролі визначальних параметрів. Розроблено методичний підхід обліку статистичних чинників для: а) обгрунтування кількості однорідних випробувань при відсутності апріорної інформації; б) обгрунтування кількості однорідних випробувань при наявності апріорної інформації; в) перевірки можливості віднесення результатів випробувань міцності бетону, отриманих на різних елементах, конструкціях, будинках і спорудах до єдиної генеральної сукупності; г) об'єднання результатів випробувань міцності бетону, отриманих різними незалежними методами.

Таблиця 2

Ранг параметрів залізобетонних конструкцій у забезпеченні функціональних властивостей

Пара-метр |

Міцність за нормальними перерізами | Тріщиностійкість та деформа-тивність

згинальні елементи | позацентрово стиснуті

з великими ексцентриситетами | з малими ексцентриситетами

h0 | 0,29

високий | 0,40

високий | 0,52

високий | 0,21

високий

b | 0,08

низький | 0,15

середній | 0,06

низький | 0,07

низький

bf | 0,06

низький | - | - | 0,05

низький

R | 0,08

низький | 0,12

середній | 0,16

середній | 0,10

середній

Rs | 0,25

високий | 0,16

середній | 0,13

середній | 0,19

середній

As, | 0,24

високий | 0,17

середній | 0,13

середній | 0,18

середній

sp | - | - | - | 0,20

високий

Проведені дослідження й отримані залежності для врахування напруженого стану при визначенні міцності бетону приладами неруйнуючого контролю (методом пружного відскоку та ультразвуковим методом).

У додатку наводиться приклад використання розроблених методичних підходів для оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій силосів Дніпродзержинського коксохімзаводу.

ВИСНОВКИ

1. На основі проведених експериментально-теоретичних досліджень розроблена кількісна система діагностики, оцінки якості і технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд, що гарантує одержання оцінок технічного стану з заданою забезпеченістю. При цьому система дозволяє обгрунтовано скоротити об'єми контролю конструкцій та їх параметрів.

Система регламентує:

А). Загальний підхід до визначення методів контролю якості й оцінки технічного стану будівельних конструкцій.

Б). Параметричний метод контролю якості й оцінки технічного стану будівельних конструкцій.

В). Вибір рівня контролю якості й оцінки технічного стану будівельних конструкцій.

Г). Визначення кількості випробувань.

Д). Вибірковий рівень контролю якості й оцінки технічного стану будівельних конструкцій на основі методу рандомізації.

Е). Вибір раціональних зон і параметрів контролю.

Ж). Вибір методів контролю параметрів.

І). Статистичну обробку результатів контролю параметрів.

К). Методику об'єднання результатів контролю параметру (характеристики) конструкцій, отриманих різними незалежними методами.

Л). Оцінку надійності функціональних властивостей і категорії технічного стану конструкцій.

2. На основі аналізу вимог нормативної документації з контролю якості залізобетонних конструкцій в частині встановлення значень коефіцієнтів безпеки, нормативних і рекомендаційних документів з оцінки категорії технічного стану залізобетонних конструкцій і відповідних їм ознак, а також результатів аналізу надійності залізобетонних елементів при проектуванні за сучасними нормами запропоновані чисельні значення показників надійності залізобетонних конструкцій, що відповідають визначеним категоріям технічного стану.

3. У задачах оцінки якості і технічного стану для одержання імовірнісних характеристик функціональних властивостей залізобетонних конструкцій обгрунтовано використання методу лінеаризації. Запропоновано методику оцінки похибки методу лінеаризації. Проведено оцінку похибки методу лінеаризації функцій властивостей деяких залізобетонних конструкцій заводського виготовлення.

4. У системі діагностики, оцінки якості і технічного стану залізобетонних конструкцій будівель та споруд прийнято параметричний метод, який полягає у тому, що при оцінці якості і технічного стану контролюються окремі параметри (характеристики) конструкцій, що впливають на функціональні властивості і такий, що дозволяє розрахунковим методом визначити надійність конструкцій за першою і другою групами граничних станів.

5. Кількість випробувань конструкцій та їх параметрів визначається, виходячи з регламентації забезпеченості оцінки математичного сподівання функцій властивостей конструкцій або їх параметрів, допустимої помилки в оцінці статистичних характеристик функцій властивостей конструкцій або їх параметрів. Виходячи з прийнятої в нормативних документах проектної забезпеченості характеристик, що контролюються (міцності матеріалів), і точності розрахункових залежностей для опису функціональних властивостей залізобетонних конструкцій, обгрунтовані значення величин в розрахунковій залежності для визначення кількості конструкцій, що обстежуються, або зон споруд.

6. Для скорочення об'ємів контролю на основі використання методу Монте-Карло запропонована загальна методика рандомізації плану випробувань для формування вибірки при обстеженні залізобетонніх конструкцій. Розроблено методику, алгоритми, запропоновано розрахункові залежності і вирішені задачі рандомізації плану випробувань масових однотипних конструкцій, унікальних конструкцій: лінійних споруд (конструкцій), площинних конструкцій, об'ємних конструкцій, поверхня яких описується сферичними координатами.

7. Введено поняття про раціональні зони контролю залізобетонних конструкцій. Раціональні зони і ділянки контролю параметрів конструкцій намічають відповідно до контрольних епюр допустимих екстремальних (мінімальних або максимальних) значень параметрів конструкцій, що визначаються, виходячи з умови забезпечення вимог за першою і другою групами граничних станів. Запропоновано метод визначення допустимих екстремальних параметрів конструкцій. На прикладі згинальних залізобетонних елементів отримані розрахункові залежності для визначення допустимих екстремальних параметрів, виходячи з забезпечення міцності за перетинами, нормальними до поздовжньої осі.

8. Запропоновано методику ранжування параметрів залізобетонних конструкцій для визначення об'єму вибірки при інструментальному контролі параметрів залізобетонних конструкцій. Отримано оцінки ранжування параметрів, що забезпечують функіональні властивості (міцність, жорсткість, тріщиностійкість) для елементів залізобетонних конструкцій: попередньо напружених згинальних, позацентрово стиснутих з великими і малими ексцентриситетами. Отримані оцінки можуть використовуватися при призначенні кількості випробувань відповідних параметрів при їхньому інструментальному контролі.

9. Розроблено методичний підхід врахування статистичних чинників для: а) обгрунтування кількості однорідних випробувань при відсутності апріорної інформації; б) обгрунтування кількості однорідних випробувань при наявності апріорної інформації; в) перевірки можливості віднесення результатів випробувань міцності бетону, отриманих на різних елементах, конструкціях, будівлях і спорудах, до єдиної генеральної сукупності; г) об'єднання результатів випробувань міцності бетону, отриманих різними незалежними методами.

10. З використанням розроблених науково обгрунтованих методичних підходів вирішені практичні задачі діагностики й оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій будівель та споруд.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Худолей Е.Ю. Эмпирическая байесовская оценка параметрической надежности технического устройства // Системное проектирование и анализ характеристик летательных аппаратов.- Дн-ск.: ДГУ, 1989.-С. 45 - 52.

2. Савчук В.П., Худолей Е.Ю. Эмпирическая байесовская модель расчета надежности технического устройства// Надежность и контроль качества, 1989, №4. – С. 12 – 14.

3. Савчук В.П., Худолей Е.Ю. Эмпирические байесовские оценки вероятности безотказной работы при форсированных испытаниях // Надежность и контроль качества, 1991, №4. – С. 16 – 18.

4. Худолей Е.Ю., Савицкий Н.В. Определение конструкций, подлежащих контролю при техническом обследовании // Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.16.- Дн-ск: ПГАСА, 2002.- С. 72 - 76.

5. Швец Н.А., Савицкий Н.В., Худолей Е.Ю. Определение объема и порядка отбора конструкций при диагностике технического состояния жилых зданий // Сб. научн. тр.
ПГАСА. Вып.16.- Дн-ск: ПГАСА, 2002.- С. 81-83.

6. Количественная система диагностики, оценки качества, технического состояния несущих строительных конструкций зданий и сооружений // Савицкий Н.В., Пшинько А.Н., Швец Н.А., Худолей Е.Ю. и др. / Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.18.- Дн-ск: ПГАСА, 2002.- С. 170-174.

7. Система диагностики, оценки качества, технического состояния и надежности несущих железобетонных конструкций зданий и сооружений / Савицкий Н.В., Швец Н.А., Худолей Е.Ю. и др. // Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве / Сб. научн. тр., часть 1.- Белгород, БелГТАСМ, 2002.- С. 201-206.

8. Швец Н.А., Худолей Е.Ю., Савицкий Н.В. Оценка технического состояния несущих железобетонных конструкций на основе параметрического метода контроля качества и вероятностного расчета // Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.18.- Дн-ск: ПГАСА, 2002.- С. 212-215.

9. Худолей Е.Ю., Швец Н.А., Савицкий Н.В. Вероятностный расчет показателей качества несущих железобетонных конструкций // Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.18.- Дн-ск: ПГАСА, 2002.- С. 198-202.

10. Технико-экономическая экспертиза “ноу-хау” “Система диагностики, оценки качества, технического состояния и надежности несущих железобетонных конструкций зданий и сооружений” / Швец Н.А., Савицкий Н.В., Пшинько А.Н., Худолей Е.Ю., Савицкий А.Н., Момот В.А. // Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.21.- Дн-ск: ПГАСА, 2002.- С. 25-30.

11. Швец Н.А., Савицкий Н.В., Худолей Е.Ю. Определение оптимальных зон и параметров железобетонных конструкций при дискретном (параметрическом) методе контроля качества / Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.23.- Дн-ск: ПГАСА, 2003.- С. 125-130.

12. Оценка состояния и разработка технических решений по восстановлению работоспособного состояния силосов // Савицкий Н.В., Худолей Е.Ю., Бородин А.А. и др./ Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.25.- Дн-ск: ПГАСА, 2003.- С. 79-82.

13. Методологія діагностики технічного стану залізобетонних конструкцій підземних споруд // Савицький М.В., Худолєй Є.Ю., Бієзбардіс В.Я. і інш. / Сб. научн. тр. ПГАСА. Вып.25.- Дн-ск: ПГАСА, 2003.- С. 248-252.

14. Ранжирование параметров железобетонных конструкций при их диагностике // Савицкий Н.В., Швец Н.А., Худолей Е.Ю., Тытюк А.А./ Міжвідомчий науково-технічний збірник наукових праць. Вип. 59, кн. 2 - Київ, НДІБК 2003. - С. 252 - 260.

АНОТАЦІЯ

Худолєй Є. Ю. Діагностика та оцінка технічного стану несучих залізобетонних конструкцій на основі вибіркового контролю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2004.

Робота спрямована на розробку теоретичних і методологічних положень кількісної системи діагностики та оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель та споруд на основі імовірнісних методів для одержання оцінок із заданою надійністю.

Розроблено статистично обгрунтований кількісний метод діагностики несучих залізобетонних конструкцій, що регламентує вибір конструкцій, зон і ділянок контролю, параметрів контролю, кількості випробувань.

Запропоновано метод імовірнісної оцінки технічного стану несучих залізобетонних конструкцій будівель і споруд.

Досліджено значимість параметрів за їх впливом на забезпечення функціональних властивостей конструкцій - міцність, деформативність, тріщиностійкістъ для деяких типів конструкцій.

Проведена апробація запропонованих методичних підходів щодо рішення задач діагностики й оцінки технічного стану залізобетонних конструкцій будівель та споруд.

Ключові слова: несучі залізобетонні конструкції, діагностика, вибірковий контроль, оцінка технічного стану, надійність.

АННОТАЦИЯ

Худолей Е. Ю. Диагностика и оценка технического состояния несущих железобетонных конструкций на основе выборочного контроля.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 – строительные конструкции, здания и сооружения. Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2004.

Работа направлена на разработку теоретических и методологических положений количественной системы диагностики и оценки технического состояния несущих железобетонных конструкций зданий и сооружений на основе вероятностных методов для получения оценок с заданной надежностью.

В первом разделе диссертации анализируются наиболее типичные случаи, при которых возникает необходимость диагностики и оценки технического состояния железобетонных конструкций на стадии эксплуатации. Проводится анализ положений действующих в Украине нормативных документов по оценке технического состояния строительных конструкций зданий и сооружений. Отмечаются недостатки нормативных и рекомендательных документов по выбору зон, участков и объема испытаний (контроля), оценки технического состояния.

Во втором разделе приводится общая методология оценки технического состояния железобетонных конструкций на основе комплексного учета изменчивых параметров.

Разработанная система диагностики, оценки качества и технического состояния возведенных или эксплуатируемых несущих железобетонных конструкций зданий и сооружений гарантирует получение оценок качества и технического состояния с заданной обеспеченностью. При этом система позволяет обоснованно сократить объемы контроля конструкций и их параметров.

В третьем разделе обосновывается применение метода линеаризации к анализу надежности железобетонных конструкций. Предложен метод оценки погрешности метода линеаризации. Проведена оценка погрешности метода линеаризации функций свойств некоторых железобетонных конструкций заводского изготовления.

В четвертом разделе разрабатывается методика рандомизации плана испытаний отдельных конструкций и зон сооружений, назначения рациональных зон контроля параметров железобетонных конструкций.

Количество испытаний конструкций и их параметров определяется, исходя из регламентации обеспеченности оценки математического ожидания функций свойств конструкций или их параметров, допустимой ошибки в оценке, статистических характеристик функций свойств конструкций или их параметров. Обоснованы значения величин в расчетной зависимости для определения количества обследуемых конструкций или зон сооружения.

В пятом разделе на основе проведенных исследований обосновываются методические подходы к выбору параметров контроля железобетонных конструкций. Предложен метод ранжирования параметров железобетонных конструкций для определения объема выборки при инструментальном контроле параметров железобетонных конструкций. Получены оценки ранжирования параметров, обеспечивающих функциональные свойства (прочность, жесткость, трещиностойкость) для некоторых железобетонных конструкций. Эти оценки могут использоваться при назначении количества испытаний соответствующих параметров при их инструментальном контроле.

Шестой раздел посвящен учету статистических и детерминированных факторов при контроле определяющих параметров.

В приложении приводится пример использования разработанных методических подходов для оценки технического состояния железобетонных конструкций силосов Днепродзержинского коксохимзавода.

Ключевые слова: несущие железобетонные конструкции, диагностика, виборочный контроль, оценка технического состояния, надежность.

SUMMARY

Hudoley Eu. Yu. Inspection and assessment of technical condition of reinforced concrete structural elements on the basis of selective control.- Manuscript.

Thesis for awarding the degree of candidate of technical sciences in specialty 05.23.01 – structural elements, buildings and structures. Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture, Dnipropetrovs’k, 2004.

Thesis has been driven at development of theoretic and methodological tenets of numerical system for inspection and assessment of technical condition of reinforced concrete structural elements of buildings and structures based on probability methods aimed at providing assessment with a required reliability.

A numerical method of inspection of reinforced concrete structural elements based on statistics has been developed that regulates the selection of structural elements, control areas and locations, controlled parameters, number of tests.

The probability method of assessment of technical condition of reinforced concrete structural elements of buildings and structures has been introduced.

The importance of each parameter with respect to its input in providing structural functionality has been investigated – strength, deformation capacity, crack resistance for some structural elements types.

Testing of the proposed methodological approaches for the problems of inspection and assessment of technical condition of reinforced concrete elements of buildings and structures has been carried out.

Keywords: reinforced concrete structural elements, inspection, selective control, assessment of technical condition, reliability.