Диссертация (Диагностика технического состояния и оценка остаточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений оросительных систем), страница 11

Длябезопасной эксплуатации водопроводящих сооружений остаточный ресурс работоспособности сооружения должен определяться на основании системного анализа с разработкой структурной схемы динамической системы, имеющей ряд под-56систем. Основным свойством, определяющим ресурс системы, является надёжность её элементов, т.е. надёжность и безотказность их работы в течение определённого срока эксплуатации. Надёжность и безотказность работы системы в целом определяется из условия, что каждый элемент системы может находиться водном из двух состояний – работоспособном или отказа. [38, 39, 46, 177, 251, 322].Состояние системы полностью определяется состоянием её элементов,можно применить математическую логику и ввести функцию ϕ ( χ ) , которая называется структурной функцией системы [15, 22, 39, 52, 232].Работоспособность (коэффициент надёжности) подсистемы Rn.c., определяется из выражения:R n.c.j =1-Ф n.c.(1.1)Ф n.c.

– общий физический износ (отказ) подсистемы, который определяется поформуле:m∑ Φ kj ⋅ Z jΦ n.c. =j =1m∑Z j(1.2)j =1Ф kj – физический износ сооружений подсистемы j-го вида;Z j – коэффициенты влияния j-х видов сооружений на состояние других;m – общее количество видов сооружений в подсистеме.Физический износ сооружений подсистемы определяется из выражения:nΦ kj = ∑ Φ i ⋅i =1PiPkФ i – физический износ участка сооружения;Рi – размеры (площадь или длина) повреждённого участка, м2 или м;Pk – размеры всей конструкции, м2 или м;n – число повреждённых участков.(1.3)57Оценки вероятности работоспособного состояния системы R {ϕ ( χ )} ,структурная функция которой выражена через минимальные пути и минимальныесечения, определяются из соотношения:P ⎛⎛⎞⎞⎜⎟⎜1 − Π ri ⎟[]()−≤≤−1qRϕχ1iΠΠΠ⎜⎜⎟⎟j =1 ⎝i∈kjj =1 ⎝i∈Pj ⎠⎠k(1.4)qi – вероятность отказа i-ой подсистемы;ri – вероятность безотказной работы i – ой подсистемы;Р – количество всех путей;k – количество всех сечений.Остаточный ресурс водопроводящих сооружений определяется по формуле:P=(P( j (χ )) − 0,75) ⋅100% ,k зд(1.5)0,75 – минимальное значение коэффициента надёжности сооружений;k зд – коэффициент скорости физического износа сооружения, %, определяе-мый по формуле:k зд =k н.э.

+k н(1.6)k н.э. – коэффициент ускорения физического износа сооружений, учитываю-щий негативные условия эксплуатации за весь период;k н – нормальный коэффициент износа, определяемый по формуле:k н =100/Tн(1.7)Tн – нормативный срок службы противопаводковой системы и её сооружений.В последние годы при оценке состояния сооружений водохозяйственногокомплекса широкое распространение получила интегральная оценка риска авариисооружения (Rа) [78, 113, 167, 197, 211, 238, 251, 265]:Rа<0,15 – степень риска аварии малая (нормальный уровень безопасностисооружения);0,15<Rа<0,30 – степень риска аварии умеренная (пониженный уровень безопасности сооружения);580,30<Rа<0,50 – степень риска аварии большая (неудовлетворительный уровень безопасности сооружения);Rа>0,50 – аварийная ситуация (опасный уровень сооружения).Рекомендации по оценке риска аварии водопроводящих сооружений разработаныавторскимколлективомподруководствомН.Н.РозановаиН.С. Куранова.

В основе методики лежит метод экспертных оценок [241, 288,313]. Отличительной особенностью методики является простота её использования. Количественная оценка риска аварии сооружения основана на кодовых показателях, проставляемых экспертами.В области водохозяйственного строительства развиваются и совершенствуются методы расчёте железобетонных элементов по несущей способности,включающие:− расчёт по допускаемым напряжениям, базирующийся на теории сопротивления материала с учётом упругости железобетона;− по стадии разрушения, с единым коэффициентом запаса; по двум предельным состояниям с коэффициентом напряжения.Различают предельные состояние по потере несущей способности или непригодности к эксплуатации и по непригодности к нормальной эксплуатации.При выполнении расчётов по допускаемым напряжениям критерием прочности сооружения является условие:σNmt= A≤ [σ],(1.8)где σmt– главное растягивающее напряжение; [σ] – допускаемое напряжение.Допускаемые напряжения устанавливают, согласно сводам правил [268,271, 276, 277], на основании расчётного предела прочности бетонаRb и коэффи-циента запаса прочности Kpr[σ]=Rb/Kpr.Условие (1.8) позволяет производить три вида расчёта на прочность:- проверочный расчёт – по формуле (1.8);(1.9)59- проектный расчёт – наиболее ответственная и распространённая задачаподбора поперечного сечения элемента при проектировании железобетонных ибетонных конструкций − по заданной нагрузке и допускаемому напряжению;nN maxAtr ≥[σ ] .(1.10)- определение несущей способности по известным размерам поперечногосечения элемента и допускаемому напряжению материала конструкции.N ≤ [σ ] ⋅ A nt.(1.11)Последний вид расчёта применяется, главным образом, при реконструкциисооружений, чтобы выяснить, смогут ли ранее возведённые конструкции (прослужившие более 30-50 лет) выдержать без усиления возросшие нагрузки (например, превышение расчётных максимальных расходов воды и др.).Метод расчёта по стадии разрушения [304] предполагает определение расчётным путём предельной нагрузки, которую может выдержать конструкция , неразрушаясь и не претерпевая непрерывно нарастающие пластические деформации.

Условием прочности является требование, чтобы максимальная нагрузка непревышала допускаемого значения.N max ≤ [ N ] =N limK ,(1.12)где Nlim – предельная нагрузка на конструкцию;K – коэффициент запаса прочности, назначаемый из тех же соображений, чтои при расчёте по допускаемым напряжениям.К недостаткам приведённых методов расчёте железобетонных элементовпо несущей способности относится обобщённый характер универсальный характер коэффициента запаса прочности, который не может адекватно отразить многообразие условий, определяющих безопасность сооружения. Практика эксплуатации и эксперименты, выполненные многочисленными исследователями по проверке работоспособности железобетонных конструкций, показали, возможностьсовпадения нескольких факторов и наступления аварийной ситуации.

К факторам,60определяющим надёжность элемента, в первую очередь, относятся: отклонения вхудшую сторону прогнозируемой нагрузки, снижение механических свойств материала, неблагоприятные условия эксплуатации, некорректность расчётной схемы и пр.В методе оценки элементов железобетонных конструкций по двум предельным состояниям расчёт выполняется для нагрузок, значения которых определяется с учётом коэффициентов надёжности, что позволяет получить максимально возможное воздействие на сооружение за период эксплуатации. Каждому видунагрузки соответствует определённый коэффициентов надёжности. При этом расчётная нагрузка не должна превышать допустимое расчётное сопротивление, которое устанавливается умножением нормативного сопротивления на коэффициент условий работы конструкции или сооружения с последующим делением накоэффициенты надёжности по материалу, функциям и др.Математически это условие записывается в виде следующей функциональной зависимости [154].Nmax(γn, Nn, γf, γlc, cf )≤R(Rn, γbm, γbmi, γbmc, cr, μ)(1.13)где Nmax – предельное расчётное усилие в элементе;R –сопротивление (несущая способность) сечения, имеющее размерностьусилия;γn – коэффициент надёжности по назначению;Nn – интенсивность нормативных нагрузок;γf – коэффициент надёжности по нагрузке;γlc – коэффициент сочетания нагрузок;cf – факторы расчётной схемы;Rn – нормативное сопротивление материала;γbm – коэффициент надёжности по материалу;γbmi – коэффициент условий работы материалов;γbmc – коэффициент сочетания сопротивления материалов;cr – форма и размеры поперечного сечения элемента;μ – степень армирования сечения (коэффициент армирования).61К ограничениям по использованию представленной зависимости относитсяотсутствие учёта: деформативных свойств материала, влияния атмосферных итемпературных воздействий, длительности эксплуатации, динамических нагрузокот движущейся на сооружения воды и других факторов.В этой связи актуальным направлением совершенствования методов диагностики технического состояния проводящей сети каналов должны стать инновационные автоматизированные технологии контроля, гарантирующие получениеинтегральной оценки работоспособности сооружений, прогнозирование сроковслужбы и остаточного ресурса работоспособности объекта, что обеспечивает переход от методов контроля отдельных показателей сооружения к методам контроля его состояния в целом.Цель исследований заключается в повышении качества и надёжности эксплуатации водопроводящих сооружений мелиоративного водохозяйственногокомплекса, базирующихся на системе диагностики c неразрушающими приборными методами контроля и показателях остаточного ресурса работоспособностинаблюдаемых объектов.Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основныхзадач:− выполнить анализ применяемых методов диагностики технического состояния водопроводящих объектов и установить перспективные направления вразвитии технологий оценки работоспособности сооружений оросительных систем;− определить закономерности изменения надёжности в течение жизненногопериода водопроводящих сооружений в лабораторных экспериментах и выполнить их проверку в опытно-производственных условиях;− установить эффективность методов неразрушающего контроля для оценкитехнического состояния водопроводящих сооружений и обосновать рациональноеприменение приборов неразрушающего контроля при обследовании оросительных систем;62− разработать методику количественной оценки остаточного ресурса работоспособности наблюдаемого объекта по данным неразрушающих способов контроля технического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем;− выполнить методом конечных элементов моделирование надёжности водопроводящих сооружений оросительных систем для различных сочетаний разрушающих воздействий и установить степень опасности и границы характерныхзон разрушения объектов;− обосновать систему принципов, способов организации и проведения диагностики технического состояния водопроводящих сооружений оросительныхсистем, базирующейся на показателях их остаточного ресурса работоспособности;− разработать и проверить в опытно-производственных условиях технические средства, модели и программное обеспечение для количественной оценкитехнического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем, реализованного способами неразрушающего контроля;− разработать методы автоматизированной диагностики технического состояния водопроводящих сооружений оросительной системы и провести их опытно – производственных проверку;− выполнить теоретическое обоснование, разработать и проверить в опытно-производственных условиях способ и устройство создания противофильтрационных геотекстильных покрытий для продления жизненного периода длительноэксплуатируемых водопроводящих сооружений оросительной системы.Концептуальная модель формирования системы диагностики техническогосостояния водопроводящих сооружений, базирующейся на акустических и георадиолокационных способах неразрушающего контроля скрытых дефектов и оценкеостаточного ресурса работоспособности обследуемого объекта, представлена нарисунке 1.10.63Рисунок 1.10 – Концептуальная модель формирования системы диагностикитехнического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем,базирующейся на показателях остаточного ресурса их работоспособностиНаучно-методическое обеспечение функциональной структуры, методов исредств разработанной системы диагностики технического состояния водопроводящих сооружений формировалось в составе основных этапов и методов настоящих исследований.641.5 Выводы по главе1.