Телефон: +7 (383)-235-94-57

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКОГО ИЗНОСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ И РИСКА НАСТУПЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Опубликовано в журнале: Инженерные решения №1(2)

Автор(ы): Шмелев Геннадий Дмитриевич

Рубрика журнала: Строительство и архитектура

Статус статьи: Опубликована 18 января

DOI статьи: 10.32743/2658-6479.2019.1.2.33

Библиографическое описание

Шмелев Г.Д. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФИЗИЧЕСКОГО ИЗНОСА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ И РИСКА НАСТУПЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ // Инженерные решения: эл.научный журнал. –2019 – №1(2). URL: https://journaltech.ru/archive/2/33 (дата обращения: 23.08.2019)

Шмелев Геннадий Дмитриевич

канд. техн. наук, доц., проф., ВГТУ,

РФ, г. Воронеж

USING INDICATORS OF PHYSICAL DETERIORATION TO ASSESS THE LIKELIHOOD AND RISK OF THE ONSET OF THE EMERGENCY TECHNICAL CONDITION OF BUILDING STRUCTURES OF BUILDINGS AND STRUCTURES IN USE

 

Gennady Shmelev

candidate of technical sciences, associate professor,  professor, VSTU,

Russia, Voronezh

 

АННОТАЦИЯ

В докладе рассматривается возможность использования показателей физического из­носа строительных конструкций для оценки вероятности и степени риска наступления ава­рийного технического состояния строительных конструкций в ходе длительной эксплуата­ции зданий и инженерных сооружений.

ABSTRACT

The report considers the possibility of using indicators of physical deterioration of building structures to assess the likelihood and degree of risk of the onset of the emergency technical condi­tion of building structures during the long-term operation of buildings and engineering structures.

 

Ключевые слова: Физический износ, вероятность, риск, строительные конструкции.

Keywords: Physical deterioration, probability, risk, building structures.

 

Показатели физического износа строительных конструкций часто исполь­зуют для косвенной оценки технического состояния объектов капитального строительства. В соответствии с определением, приведенном в [1], под физическим износом строительной конструкции следует понимать утрату ей первоначальных технико-эксплуата­ционных качеств (прочности, устойчивости, надежности и др.) в результате воздействия природно-климатических факторов и жизнедеятельности человека.

При этом чаще всего, забывают о том, что в соответствии с [1] физический износ на момент его оценки выражается соотношением стоимости объективно необходимых ремонтных мероприятий, устраняющих повреждения конструк­ции к ее восстановительной стоимости (выраженный в процентах).

По своему физическому смыслу физический износ близок к понятию вероятности отказа, в классическом понимании теории надежности [2]. При этом вероятность безотказной работы принято описывать выражением:

                                                                                            (1)

где, λ – интенсивность отказов во времени, Т – время работы (эксплуатации) конструкции.

Изучение таблиц [1] показало, что практически для всех конструктивных элементов здания, начиная с показателя физического износа в 60 % и более, требуется полная замена. Этот факт может свидетельствовать о том, что к моменту времени, когда показатель физического износа достигает 60 % показатель вероятности безотказной работы конструкции достигает предельно допустимого значения.

В справочном приложении Ф к [3] приводятся следующие уровни риска:

  • ≤ 5·10-6 приемлемый уровень риска;
  • 5·10-6 фоновый уровень риска;
  • от 5·10-6 до 5·10-5 допустимый уровень риска, для снижения которого требуется система мер, полнота и сроки реализации которых, следует устанавливать с учетом экономических и социальных аспектов;
  • 5·10-5 предельно допустимый уровень риска;
  • ≥ 5·10-5 недопустимый уровень риска, при котором требуется срочная система мер по его снижению.

В простейшем виде риск определяется из следующего выражения [5]:

                                                                                      (2)

где Р(Н) – вероятность возникновения опасности; С – относительный ущерб (отношение стоимости ущерба к стоимости объекта).

Фактически показатель физического износа, выражаемый соотношением стоимости объективно необходимых ремонтных мероприятий, устраняющих повреждения конструк­ции к ее восстановительной стоимости, с некоторой долей условности может быть рассмотрен как показатель относительного ущерба. Тогда сделав некоторое допущение, принимаем, что при физическом износе в 60 % конструкция достигает предельно допустимого уровня риска – 5·10-5. В этом случае из (2) следует, что предельно допустимому уровню риска соответствует вероятность возникновения опасности Р(Н)= 5·10-5/0,6 = 8,33·10-5 или 0,0000833. Такому уровню возникновения опасности соответствует вероятность безотказной работы Р(Т) = 1 - 0,0000833 = 0,999917. Поскольку вероятность безотказной работы, в соответствии с классической теорией надежности [2], изменяется в пределах от 1 до 0, то в начальный момент времени эксплуатации любого объекта этот показатель будет стремиться к 1. В итоге получаем следующие граничные значения ключевых параметров, характеризующих строительные конструкции зданий и сооружений (Таблица 1).

Таблица 1.

Граничные значения ключевых параметров конструкций

Период

эксплуатации

Физический

износ, %

Риск

аварии

Вероятность

отказа (аварии)

Вероятность

безотказной работы

Начальный

→ 0

→ 0

→ 0

→ 1,0

Конечный

60

5·10-5

8,333·10-5

0,999917

 

Используя полученные данные из таблицы 1, рассмотрим изменение указанных параметров на графиках (рисунки 1 и 2), в зависимости от времени эксплуатации. В качестве примера был взят абстрактный объект, у которого физический износ конструкций на уровне 60 % достигнут, к возрасту 100 лет (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Изменение физического износа и вероятности безотказной работы конструкций во времени

Цифрами на рисунке обозначены: 1 – график вероятности безотказной работы конструкции, 2 – график развития физического износа конструкции

 

Математическая зависимость изменений вероятности возникновения опасности (вероятности аварии), в нашем примере принимает вид:

Р(Н) = 1-(8,333·10-5) ·t                                                            (3)

где t – продолжительность эксплуатации конструкции или объекта, годы.

Замена нелинейной функции (1) на линейную (3) на участке с интервалом значений  0,999917 – 1 может быть оправдана, исходя из метода "линеаризации" нелинейной функции на коротком участке. В нашем случае участок сложно назвать коротким, но поскольку функция (1) обычно рассматривается на интервале от 0 до 1, то участок функции в пределах 0,999917 – 1, по отношению ко всему интервалу можно считать "коротким". Кроме того, функция (1) на рассматриваемом участке является гладкой и по сути не должна иметь резких изменений. Следовательно, сделанная замена допустима, без снижения точности расчетов.

 

Рисунок 2. Рост уровня риска аварии во времени

 

Величина физического износа, в нашем примере, определяемая по формуле из работы [4], вычисляется с использованием выражения:

Ф = ln((1+80·t/104,5)/(1-t/104,5))/0,125                                                   (4)

где 80 – предельная величина физического износа конструкций по таблицам [1], %; t – продолжительность эксплуатации конструкции или объекта, годы; 104.5 – прогнозируемое значение полного срока службы конструкции до предельной величины физического износа, годы; 0,125 – коэффициент формы кривой физического износа на рисунке 1.

Результаты вычислений по формулам (2), (3) и (4) для абстрактно выбранного объекта представлены в таблице 2.

Для практических расчетов риска аварии строительных конструкций по их физическому износу потребуется формула определения предельного срока службы, приведенная в работе [4]:

Т =                                                            (5)

где t – текущее время, равное сроку эксплуатации конструкций здания или сооружения, в годах; f – текущий показатель физического износа строительной конструкции, в %; F – предельное значение физического износа по таблицам [1], в %.

Таблица 2.

Расчетные параметры по годам службы (для абстрактного объекта)

Продолжительность эксплуатации, годы

Вероятность безотказной работы, по формуле (3)

Физический износ, по формуле (4), %

Расчетный риск аварии, по формуле (2)

0

1

0

0

10

0,99999

18,07

1,499·10-6

20

0,99998

24,03

3,989·10-6

30

0,99997

28,12

7,002·10-6

40

0,99996

31,49

1,046·10-5

50

0,99995

34,57

1,435·10-5

60

0,99995

37,61

1,873·10-5

70

0,99994

40,86

2,374·10-5

80

0,99993

44,65

2,965·10-5

90

0,99992

49,77

3,72·10-5

100

0,99992

59,96

4,977·10-5

110

0,99991

не определена

не определена

 

Порядок оценки риска аварии конструктивного элемента или объекта в целом, на основании проведенных исследований:

  • в соответствии с таблицами [1] оцениваем показатели физического износа конструкции (объекта) на момент времени проведения оценки;
  • с использованием формулы (5) оцениваем продолжительность службы конструкции до величины физического износа в 60 %;
  • полученному значению продолжительности службы конструкции сопоставляет предельное значение вероятности отказа (8,333·10-5);
  • принимая начальное значение вероятности отказа равным нулю (на момент начала эксплуатации конструкции или объекта), определяем математическую зависимость развития вероятности отказа в линейной подстановке в виде (3);
  • определяем значение вероятности отказа на момент времени проведения оценки;
  • по формуле (2) вычисляем теоретическое значение риска аварии и сравниваем его с нормативными значениями риска в справочном приложении Ф к ГОСТ 31937-2011 и делаем выводы о дальнейшей эксплуатации конструкции или объекта и необходимости выполнения ремонтных работ.

Требуется дополнительно отметить, что из анализа графиков, приведенных на рисунках 1 и 2, следует, что приемлемый уровень риска возникновения аварии или обрушения конструкции, при котором не следует предпринимать никаких шагов по снижению уровню риска конструкции, соответствует физическому износу до 24 %. Сопоставление полученного порогового значения физического износа с данными таблиц [1] показывает, что при износе до этого значения для большинства конструкций требуется так называемый "косметический" ремонт.

 

Список литературы:

  1. ВСН 53-86(р) Правила оценки физического износа жилых зданий. - М., 1988. – 72 с.
  2. Shmelev G.D., Ishkov F.N. Express evaluation of the probability of the probability of unforgettable work of construction structures // IV международная научно-практическая конференция "European scientific conference". Пенза: 2017. – С. 41-43.
  3. ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. – М., 2014. – 55 с.
  4. Шмелев Г.Д., Головина Н.В. Ретроспективное прогнозирование технического состояния строительных конструкций // Жилищное хозяйство и коммунальная инфраструктура. – 2017. – № 3 (2). – С. 93-108.
  5. Шмелев Г.Д. Методика оценки риска при прогнозировании остаточного срока службы строительных конструкций // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. – 2013. - № 3. – С. 81-84.