144467 (727673), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Важливим етапом забезпечення надійної експлуатації конструкцій розглядаються роботи з оцінки технічного стану та розробки заходів довговічності конструкцій при корозійних впливах. Проаналізовані роботи С.Г.Ажермачева, Г.І.Білого, І.Д.Бєлова, З.Я.Бліхарського, М.Р.Бєльського, М.В.Гоголя, О.І.Голоднова, В.В. Горєва, Є.В.Горохова, Є.А.Єгорова, Є.М.Єрмака, Д.Г.Зеленцова, А.П.Іванова, О.І.Кікіна, Р.І.Кінаша, В.П.Корольова, А.І.Лантуха-Лященка, М.О.Микитаренка, В.П.Мущанова, С.Ф.Пічугіна, В.О.Пермякова, Ю.М.Почтмана, В.В.Стоянова, А.М.Югова, С.М. Шаповалова, Є.В.Шевченка, О.В.Шимановського та ін., які присвячені розрахунково-експериментальним методам обґрунтування підвищення надійності будівельних конструкцій. Розглянуті методи забезпечення якості і зниження ризиків у будівництві за результатами досліджень С.М. Булгакова, М.Л. Гринберга, А.Г. Тамразяна, І.А. Рахмана, В.І. Теличенка, А.П. Мельчакова та ін.
Показана необхідність використання процесного підходу, заснованого на принципах менеджменту якості ISO 9001:2000 при розробці програм забезпечення надійності виробничих об'єктів. Попередження корозійного руйнування та подовження залишкового ресурсу конструкцій на об'єктному рівні включає оцінку ремонтопридатності конструкцій для аналізу ризиків, наслідків і критичності відмов. Наведено структуру основних фондів ЗАТ «Донецьксталь»-металургійний завод» до складу яких входять понад 500 будівель і споруд із загальним об'ємом понад 350 тис. т металоконструкцій і понад 100 тис. м3 бетонних і залізобетонних конструкцій. За результатами контролю технічного стану приблизно 60% несучих і огороджувальних конструкцій мають фізичний знос до 20% за рахунок механічних та корозійних пошкоджень.
Сформульовані задачі щодо керування технологічною безпекою.
У другому розділі наведене обґрунтування процесного підходу до оцінки ризиків за ознаками технологічної безпеки конструкцій промислових об'єктів при корозійних впливах. Стабільність і безперервність виробничих процесів при негативних впливах забезпечується умовами технологічної безпеки, які можуть бути представлені у вигляді:
; (1)
де Ui – витрати на підтримку i – того конструктивного елемента вибірки (N) в працездатному стані, що забезпечують вимоги технологічних процесів будівель і споруд, грн/рік; Sd,i - втрати, викликані фізичним зносом, грн/рік; Sc,i - втрати в результаті морального старіння, грн/рік; Tв,j – показник ремонтопридатності, що визначає проміжок часу (рік), для відновлення працездатності при мінімальних витратах j-того конструктивного елемента вибірки (M), ступінь критичності дефектів і ушкоджень якого вище за граничний рівень пошкоджуваності.
Розроблений методичний підхід передбачає основні етапи оцінки рівня ризику з технологічної безпеки (Ri, бал) для конструкцій будівель і споруд:
– вибір режиму контролю параметрів конструкцій за результатами оцінки пошкоджуваності і припустимим інтервальним значенням ремонтопридатності;
– кількісна оцінка показника ремонтопридатності Tв,j на підставі розрахунку сталевих конструкцій на корозійну стійкість і довговічність;
– аналіз рівня вразливості сталевих конструкцій залежно від ступеня критичності (категорії) дефектів і ушкоджень;
– оцінювання погроз (категорії технічного стану) при експлуатації за фактичним станом для встановлених значень ремонтопридатності сталевих конструкцій;
– відновлення експлуатаційних властивостей, подовження ресурсу сталевих конструкцій і зниження рівня ризику при реалізації заходів ПЗН виробничих будівель і споруд.
Ступінь критичності дефектів і пошкоджень конструкцій (f) визначається за формулою:
ь(2)
де i - вагова характеристика виявлених недосконалостей конструкції; i - відносна частота виявлення дефектів та ушкоджень, 1/рік.
На підставі оцінки показників якості експлуатації, реєстрації дефектів і ушкоджень призначається режим безперервного або вибіркового контролю (табл. 1) з урахуванням категорії виявлених недосконалостей. Вибірковий контроль може бути трьох видів: посилений, нормальний та послаблений. Показник ремонтопридатності (Тв, рік) визначається за формулою:
Тв =То + Ту, (3)
де То – тривалість контролю при виявленні дефектів та пошкоджень, рік; Ту – тривалість технічного обслуговування і ремонту, рік.
Таблиця 1
Режим контролю технічного стану і відновлення експлуатаційних властивостей конструкцій
| Група ремонто-придатності | Показник ремонто-придатності, Тв, рік | Режим контролю | Характеристика виду дефектів та ушкоджень |
| І | 0Тв0,02 | Безперервний | Наявність хоча б одного критичного дефекту або пошкодження (категорія «А»). Припускаються недосконалості категорій «Б», «В». |
| ІІ | 0,02Тв0,08 | Посилений | Є один або кілька дефектів або пошкоджень (категорія «Б»). Припускаються недосконалості категорії «В». |
| ІІІ | 0,08Тв0,5 | Нормальний | Є незначні дефекти або пошкодження (категорія «В») |
| ІV | Тв0,5 | Послаблений | Дефекти та пошкодження категорій «А», «Б», «В» відсутні. |
Як основна характеристика для визначення ресурсу сталевих конструкцій при агресивних впливах приймається характеристичне значення річних корозійних втрат (An, г/м2рік).
Розрахункові річні втрати від зовнішніх факторів агресивних впливів (A, г/м2рік) визначаються за формулою:
(4)
де — тривалість впливів корозійно-активних компонентів в годинах за рік; fk — коефіцієнт надійності за впливами, що залежить від ступеня агресивності та категорії конструкцій.
Розрахункові річні втрати з урахуванням конструктивної форми (Ak, г/м2рік) визначаються за формулою:
(5)
де mk – коефіцієнт надійності за матеріалом при оцінці ступеня агресивності впливів; f – конструктивний коефіцієнт, що враховує нерівномірність корозійного руйнування перетину.
Результатами моделювання корозійного стану сталевих конструкцій є масиви значень коефіцієнта zf для обґрунтування показників корозійної стійкості (К, мм/рік) і строку експлуатації (Т, рік) елементів конструкцій (рис. 1). Оцінка залишкового ресурсу (Tr) виконується з урахуванням значень коефіцієнта zf для визначення стратегії технічного обслуговування сталевих конструкцій в агресивних середовищах. Результати розрахункової оцінки залишкового ресурсу сталевих конструкцій (Tr) на прикладі однорідних конструктивних елементів шихтового прольоту мартенівського цеху наведені в табл. 2.
Систематизація показників корозійної стійкості і довговічності сталевих конструкцій виконана для основних груп цехів ВАТ «Донецьксталь» - металургійний завод» за даними розрахунково-експериментального визначення показника якості експлуатації Fe, що включає аналіз пошкоджуваності по відхиленню від середини поля допуску (метод Г. Тагуті).
Дані контролю корозійного стану об'єктів (параметри «виходу» системи) дозволяють зробити аналіз вимог технологічної безпеки (параметри «входу») для обґрунтування регламенту ремонтно-відновлюваних робіт з урахуванням показників ремонтопридатності і післяремонтної несучої здатності.
Таблиця 2
Специфікація параметрів залишкового ресурсу для однорідних конструктивних елементів
| № п/п | Прольот шихтовий | Показник якості експлуатації, Fe, (номер осей) | Ступінь агресивності впливів, An, г/(м2рік) | Залишковий ресурс конструкцій Tr, років |
| 1 | Кроквяні ферми та ліхтареві конструкції | 1,24 –1,35 (в осях 10-22) | Неагресивні впливи, 250–400 | 6,5 – 7,0 |
| 1,16-1,30 (в осях 22-34) | Слабоагресивні впливи, 500-750 | 6,5 – 7, 5 | ||
| 0,91-1,01 (в осях 1-10) | Низькоагресивні впливи, 750–1200 | 5,0 – 6,0 | ||
| 2 | Колони | 1,54-1,66 (в осях 1-34) | 8,0 – 9,0 | |
| 3 | Підкранові балки | 1,89-2,07 (в осях 1-34) | 11,0-12,0 |
Завдання критеріїв граничних станів при продовженні ресурсу за результатами оцінки фактичного стану виконується за допомогою коефіцієнта зворотного зв'язку режиму експлуатації конструкцій () на підставі залежності:
, (6)
де N – найбільше розрахункове зусилля в конструктивному елементі, кН; Ф – граничне зусилля, кН, яке може сприйняти елемент з характеристикою пошкоджуваності f; Г – відношення резерву надійності.
Використання коефіцієнта зворотного зв'язку режиму експлуатації () забезпечує реалізацію аналітичного підходу до керування технологічною безпекою, формування програм забезпечення надійності на основі рішення завдань аналізу причин, наслідків відмов (FMEA) і оцінки критичності відмов (FMECA). При цьому критерієм технологічної безпеки конструкцій залишається характеристика (), що визначає пропускну здатність регулювання ресурсу:
= 1/(Г-). (7)
При накопиченні пошкоджень f коефіцієнт зворотного зв'язку () характеризує зниження експлуатаційних показників сталевих конструкцій при встановленому проектному значенні відношення резерву надійності (Г). Впливи негативних зовнішніх факторів A(L,G,S,T,R) і внутрішніх параметрів A(f) викликають корозійне руйнування і появу ознак граничних станів конструкцій. Пропускна здатність регулювання ресурсу характеризує припустиму зміну проектного значення відношення резерву надійності (Г) для відновлення працездатного стану і продовження ресурсу за рахунок конструктивно-технологічних обмежень і методів забезпечення необхідної післяремонтної несучої здатності. Скінченно-елементне моделювання напружено-деформованого стану (НДС) сталевих конструкцій для оцінки показників ресурсу (,) виконане з використанням інтегрованого розрахункового комплексу SCAD 7.29.
Третій розділ містить розрахунково-експериментальне обґрунтування показників ремонтопридатності сталевих конструкцій. За даними обстежень технічного стану захисних покриттів об'єктів металургійного виробництва встановлено, що експлуатаційні параметри конструкцій суттєво залежать від умов експлуатації, якості ремонтних робіт, виконання вимог щодо забезпечення довговічності конструкцій.
При завданні вимог щодо надійності на етапі продовження ресурсу вибір засобів і методів поновлення протикорозійного захисту робиться з урахуванням коефіцієнта готовності сталевих конструкцій (Kg ). Завдання визначення коефіцієнта готовності при експлуатаційних впливах середовища (An) сформульоване як розрахунок сталевих конструкцій за граничними станами на корозійну стійкість і довговічність для обґрунтування техніко-економічних показників продовження ресурсу:
| граничний стан I групи | |
|
| (8) |
|
| (9) |
| граничний стан II групи | |
| | (10) |
| | (11) |
| | (12) |
де sr - коефіцієнт технологічної безпеки; zf – коефіцієнт надійності протикорозійного захисту на момент контролю корозійного стану; zr - коефіцієнт надійності, що характеризує граничний рівень корозійних втрат елемента конструкції при експлуатації в працездатному стані; zrv - коефіцієнт надійності при поновленні протикорозійних покриттів; Тr - залишковий термін експлуатації без додаткових заходів на протикорозійний захист і підсилення; Тz - нормативний термін служби захисних покриттів за даними сертифікаційних випробувань; Тz - розрахунковий термін служби захисних покриттів з довірчою ймовірністю =0,95; Тzv - розрахунковий термін продовження ресурсу за корозійною стійкістю.
З метою порівняльної оцінки показників ремонтопридатності для обґрунтування параметрів специфікації по ресурсу (zrv, Тz) при поновленні протикорозійного захисту конструкцій проведені прискорені випробування у соляному тумані (ISO 12944-6) зразків конструктивних елементів із захисними покриттями. Коефіцієнт надійності (zrv) установлює граничний рівень корозійних втрат для заданої розрахункової схеми узагальнених впливів «Навантаження-Конструкція-Середовище» («Н–К–С») при експлуатації з урахуванням припустимого терміну (Тzv) відновлення працездатності захисних покриттів конструкцій за граничним станом ІІ групи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
