Материал: 2310

прикладная теория надежности. Термин «теория надежности» появился в середине 50-ых годов 20-го столетия, хотя расчеты на надежность проводятся уже давно. Расчет конструкций уже по допускаемым напряжениям (классическим методом) представляет собой способ оценки или обеспечения механической надежности.

Отечественными учеными были разработаны сначала в 1938 году метод расчета конструкций (бетонных, железобетонных и каменных) по разрушающим нагрузкам, а затем и метод по предельным состояниям. С 1955 года метод расчета по предельным состояниям был введен в действие в СССР в качестве единого метода для расчета строительных конструкций, а с 1962 года - для оснований.

При расчетах конструкций по первому предельному состоянию (по несущей способности) в нормах проектирования с 1955 года вместо единого коэффициента запаса были введены три (перегрузок, однородности материалов и условий работы), которые учитывали изменчивость фактических значений нагрузок, прочностных характеристик материалов и условий работы конструкций.

Затраты на возведение конструкций в основном зависят от расходов материалов, эксплуатации машин и оборудования, трудозатрат и в меньшей степени от назначения объектов или ответственности зданий. Показатель же надежности существенно зависит от назначения объектов и показателей ответственности зданий. Поэтому в нормах проектирования гидротехнических сооружений в соответствии с главой СНиП II-А.10-71 (Строительные конструкции и основания. Основные положения) с 1971 года вводится 4-й коэффициент ответственности сооружений или надежности по назначению. При проектировании же других конструкций в этот период показатели ответственности сооружений или надежности по назначению не учитывались, т.к. не были установлены.

В1981 году в работе [46] к.т.н. В.А. Отставновым, чл. корр. АН СССР

А.Ф. Смирновым, д.т.н. В.Д. Райзером и к.т.н. Ю.В. Суховым рекомендованы показатели ответственности для зданий и сооружений различного назначения. Там же предложено в нормах проектирования строительных конструкций при их расчетах по методу предельных состояний использовать систему частных коэффициентов уже из пяти групп: коэффициенты надежности по нагрузкам, коэффициенты надежности (безопасности) по материалу, коэффициенты условия работы, коэффициенты ответственности зданий и сооружений или надежности их конструкций по назначению и коэффициенты надежности по точности геометрических параметров конструкций.

Вэтом случае главное неравенство при расчете конструкций по первому предельному состоянию – по несущей способности (по прочности или устойчивости ), будет иметь вид [75]:

где Nн – усилия от нормативных нагрузок;

Ф функция, соответствующая роду усилия (сжатие, изгиб и т.д. ); Si геометрические характеристики сечения;

fi коэффициенты надежности по нагрузкам;mi – коэффициенты надежности по материалу;di коэффициенты условий работ;

ni коэффициенты ответственности зданий и сооружений или надежности конструкций по назначению;

тi коэффициенты надежности по точности геометрических параметров конструкций.

Структура коэффициентов fi, mi, di достаточно изучена (они применяются с 1955 года). Правила учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкций приведены в [49], а значение коэффициентов надежности по назначению приведены в нормативных документах по расчету строительных конструкций (они применяются с 1981 года).

Значения коэффициентов надежности по точности геометрических параметров еще недостаточно изучены. Предлагается допуски на геометрические параметры строительных конструкций при их возведении назначать с учетом показателей ответственности зданий и сооружений.

В зависимости от ответственности зданий и сооружений, согласно [46], коэффициенты надежности по назначению ni рекомендовано принимать равными: 1; 0,95 и 0,9.

С учетом этих показателей ответственности зданий и сооружений, нормы точности (средние квадратические отклонения) при возведении строительных

При этом размер и положение строительного элемента в процессе изготовления и монтажа может отклоняться от своего проектного или номинального значения (х0) в интервале 2t . В этом случае границы этого интервала определяют предельные размеры или положения строительного элемента.

В 1988 году введен в действие ГОСТ 27751-88 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету» [88], в которых в 1999 году внесено изменение № 1 по учету ответственности зданий и сооружений. В этом нормативном документе для учета ответственности зданий и сооружений, характеризуемой экономическими, социальными и экологическими последствиями их отказов, установлено три уровня:

I - повышенный; II - нормальный; III - пониженный.

По ГОСТ 27751-88, повышенный уровень ответственности рекомендовано принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более сооружения связи с высотой 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения). Нормальный уровень ответственности рекомендовано принимать для зданий и

сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения). Пониженный уровень ответственности рекомендовано принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения).

Согласно п.5.2. ГОСТ 27751-88, при расчете несущих конструкций и оснований рекомендовано коэффициент надежности по ответственности n, принимаемый равный: для I уровня по ответственности – более 0,95,но не более 1,2; для II уровня – 0,95; для III уровня – менее 0,95, но не менее 0,8. В примечании к п.5.2. этого стандарта отмечено, что настоящий пункт не распространяется на здания и сооружения, учет ответственность которых установлен в соответствующих документах.

С учетом внесенных изменений в п.5.2. ГОСТ 27751-88, автором предлагается назначать нормы точности (средние квадратические отклонения) при возведении зданий соответственно I, II и III уровней ответственности, опреде-

ляемых по выражениям (2.36), (2.37) и (2.38).

3. Исследование точности изготовления и монтажа железобетонных конструкций зданий

3.1.Теоретические основы статистических исследований точности возведения сборных строительных конструкций

Для экспериментальной проверки предложенных метода расчета технологических допусков и методики назначения точности возведения зданий, проведем исследование точности изготовления и монтажа их строительных конструкций на конкретных объектах.

Установить закономерности, которым подчинены массовые случайные явления, можно на основе изучения статистических данных, полученных в результате наблюдений исследуемых объектов. В качестве исследуемых объектов взяты сборные железобетонные конструкции многоэтажных зданий серии 1.020 и одноэтажных производственных зданий унифицированных габаритных схем, возводимых в городе Омске.

Учитывая, что на точность возведения зданий оказывают влияние погрешности изготовления граней колонн, длин ригелей, балок или ферм относительно разбивочных осей и установки колонн по вертикали, были подвергнуты исследованию эти погрешности геометрических параметров конструкций. Оценку точности геометрических параметров конструкций в каркасе здания можно выполнить с применением методов математической статистики и теории вероят-

ностей [12, 16, 28, 37, 52].

На основе статистического анализа устанавливается закономерность распределения действительных значений и их элементов, определяются статистические характеристики точности этих параметров и осуществляется оценка действительной точности.

Выполнение статистического анализа точности осуществлялось в следующей последовательности:

–по результатам наблюдений получали выборки и определяли действительные отклонения параметров от их номинальных значений;

–рассчитывали статистические характеристики действительной точности параметра в выборках;

–проверяли статистическую однородность процесса, стабильность статистических характеристик в выборках и согласие опытного распределения действительных отклонений параметра с теоретическим;

–оценивали точность технологического процесса.

Для изучения результаты наблюдений группировались в вариационные ряды. Совокупности измеренных величин объемом N разбивали на интервалы шириной h, которую определяли по формуле Стерджеса [28]:

где хmax и хmin соответственно максимальное и минимальное значение измеряемой величины; N – число наблюдений.

Формула (3.1.) позволяет построить негромоздский интервальный ряд, выявляющий характерные черты изучаемого явления. Количество интервалов наблюдений «к» определяется из соотношения R/h.

Наблюдаемые значения хi называют вариантами, числа наблюдений n - частотами, а их отношение к объему выборки называют относительными часто-

Статистическое распределение выборки это перечень вариант (интервалов) и соответствующих им частот или частостей. Сумма частот, попавших в соответствующий интервал, принимается в качестве частоты этого интервала. Сумма всех частот равна объему выборки.

В качестве статистической оценки геометрических параметров строительных конструкций принята выборочная средняя взвешенная:

N

ni xi

x i 1 . (3.4)

N

где ni – частоты; к – число интервалов; N – объем выборки.

Рассеивание наблюдаемых значений количественного признака выборки относительно своего среднего значения х характеризуется выборочной дисперсией Д и выборочным средним квадратическим отклонением :

k

ni xi x 2

Генеральная дисперсия оценивается с помощью исправленной дисперсии. Она, в отличие от выборочной дисперсии, является несмещенной характеристикой.

N 1

Для оценки среднего квадратического отклонения генеральной совокупности используется «исправленное» среднее квадратическое отклонение, определяемое по формуле:

k

ni xi x 2

N 1