Диагностика и оценка эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений

Данная работа посвящена вопросам оценки эксплуатационной надежности гидротехнических сооружений на Дальнем Востоке. Приведен анализ объекта гидротехнического сооружения, расположенного в Дальневосточном регионе. Основываясь на материалах диагностики была рассмотрена методика, применяемая для проведения оценки эксплуатационной надежности морских гидротехнических сооружений.
Ключевые слова: надежность диагностика, гидротехнические сооружения.
DIAGNOSTICS AND ASSESSMENT OF OPERATIONAL RELIABILITY OF HYDROTECHNICAL STRUCTURES
This work is devoted to the assessment of the operational reliability of hydraulic structures in the Far East. The analysis of the object of hydraulic structures located in the Far Eastern region. Based on the diagnostic materials, the methodology used to assess the operational reliability of offshore hydraulic structures was considered.
Key words: reliability diagnostics, hydraulic structures.
ВВЕДЕНИЕ.
На современном этапе развития в случае возникновения объективной необходимости в проведении расчетных работ строительных конструкций, активно применяется метод, получивший название «метод предельных состояний». Ключевая особенность данного метода состоит в том, что при его использовании применяется постоянное уточнение отдельных расчетных положений, а также эмпирических коэффициентов, не требующее уточнения изменения основных критериев по оценке качества конструкций. В данном аспекте в качестве таких критериев выступает прочность, жесткость, а также стойкость к образованию трещин. Уточнение потенциальных коэффициентов и положений доходит до определенного предела, после которого их уточнение уже едва ли можно назвать достаточно эффективным или безопасным. Анализируя существующие нормы расчета, В.Д. Райзер указывал, что различные материалы имеют различную обеспеченность расчетных сопротивлений, что также действует в отношении внешних воздействий. Более того, стандарты, которые существуют на современном этапе развития, не подразумевают конкретное нормирование уровня надежности той или иной строительной конструкции.
Можно предположить, что рассматриваемый метод нормирования основывается на необходимости проведения сравнения расчетных значений нагрузки и несущей способности, при этом не берется в расчет следующий момент - предельное состояние нельзя определить, используя исключительно сопоставление расчетных значений. Вот почему, при проведении расчетов нормирования запасов прочности конструкции не следует использовать только метод предельных состояний. По сути, применяя методы теории вероятности исключительно для рассмотрения каждой случайной исходной величины в отдельности, не решается задача надежности конструкции в целом, как системы.
Главным недостатком в методике расчета конструкций по предельным состояниям, можно считать отсутствие учета временного фактора в применяемых формулах.
При этом для расчета морального износа причальных конструкций и сооружений учитываются определенные факторы:
Недостаточности глубины для более совершенных судов;
Недостаточность размеров причального фронта;
Устаревшее перегрузочное оборудование не способное к эффективным работам;
Технологии реконструкции и усиления причалов и др.
На долговечность и физический износ конструкции оказывает влияние широкая совокупность факторов, среди которых моно выделить следующие. Во-первых, это гниение и износ строительного материала. Во-вторых, природные, механические и иные техногенные воздействия, например, воздействие льда или технология перегрузочных судов. И, наконец, в-третьих, ошибки при проектировании, эксплуатации или непосредственно строительстве.
В связи с этим стоит отметить тот факт, что изменения расчетной несущей способности ключевого несущего элемента во времени должно оцениваться по данным технического контроля и на основе диагностики конструкции причала. Так, очевидными являются изменения коэффициента надежности Н k, так как коэффициент надежности априори должен изменяться во времени. Данное положение обусловлено тем, данный коэффициент учитывает уровень эксплуатационной надежности, а также экономическую ответственность воднотранспортных сооружений. В частности, он учитывает остаточные ресурсы на анализируемый период эксплуатации, а также страховочные риски по стоимости перерабатываемого груза или, например, по уровню надежности.
Основное влияние на развитие теории надежности обусловлено широкой совокупностью особо важных причин. Во-первых, по своей сути теория надежности позволяет объективно количественно оценить возможные состояния устойчивости и прочности изделия в рамках возможных отклонений от математического ожидания рассматриваемого явления. Представляется, что знания, которые накапливались достаточно длительный период времени, а также их системный анализ позволили открыть детерминистические законы механики, например, закон Кеплера и теорию прочности, например, Закон Гука. С учетом естественного статистического отбора данные законы механики можно рассматривать через призму математических ожиданий указанных явлений. Аргументы, которые входят в функции прочности и устойчивости, как правило, имеют статистическую природу, а учет анализируемой изменчивости в расчетах позволяет рассчитать весь спектр несущей способности конструкции.
Во-вторых, в качестве способа проектирования изделий, имеющих минимальную массу, выступает повышение расчетного сопротивления материала. В связи с этим, коэффициент запаса для оценки пригодности изделия к практической эксплуатации является не совсем удобным критерием, так как в пределе он всегда стремится к единице. В связи с этим в определенный период времени возникла необходимость в создании иного, более универсального критерия, в качестве которого выступило понятие надежности или вероятности отказа.
В-третьих, методы, которые используются в рамках теории надежности, в явном виде вводят фактор времени, который существенно повышает информативность всех существующих расчетных методов. Полагаем, что перечислять причины, породившие развитие теории надежности, можно достаточно долго, однако едва ли можно говорить о значимости данной деятельности для настоящего исследования. Целесообразней заключить, что развитие теории надежности во многом обусловлено практическими потребностями в связи с чем, является закономерным и исторически логичным научным процессом.
Ключевая характеристика надежности причального сооружения – это вероятность безотказной работы данного сооружения на протяжении определенного времени эксплуатации на фоне статистической изменчивости свойств материалов конструкций, грунтов засыпок и оснований, а также нагрузок и воздействий. На практике расчетные показатели характеризуются вероятностными законами распределения и их параметрами, определяемыми преимущественно статистическим путем на основе данных статистического моделирования изучаемых параметров, а также на основе экспериментальных данных.
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ
Исследований, которые были бы посвящены анализу надежности строительных конструкций портовых гидротехнических сооружений, в настоящее время явно недостаточно [7]. Одной из причин этого является чрезвычайно большая емкость понятия надежности, включающая в себя вопросы прочности (строительных материалов и изделий, грунтовых оснований и засыпок), устойчивости, долговечности, деформативности и т.д. Каждый из этих вопросов распадается на множество других. Не менее важной причиной является также и то обстоятельство, что воднотранспортные гидротехнические сооружения в большинстве случаев представляют собой уникальные конструкции в связи с геологическими и другими отличиями площадок строительства, по которым имеется очень ограниченная статистическая информация.
В нашей стране, теория надежности не нашла пока достаточного применения в строительном проектировании. Однако объективные условия складываются таким образом, что ее применение в расчетах строительных конструкций и отдельных несущих элементов становится настоятельно необходимым.
ПРОВЕДЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рассмотрены материалы по следующему объекту:
ОАО «Находкинская жестяно-баночная фабрика», причал №47.
Назначение причала - снабжение плавучих заводов банкотарой. Был построен в 1968 году. Тип сооружения – вертикальная стенка. III класс сооружения. Отметка дна у сооружения -9,75 м. Отметка кордона причала 2,3 м.
Таблица 1. Ведомость дефектов причала №47.
№ Наименование элемента, конструкции Техническое состояние
Характер и количество значительных и критических дефектов Износ,%
2 Дно перед сооружением Уменьшение проектной глубины на 1,1 м (180-350 м).
Работоспособное с ограничением по глубине 10
3 Шпунтовая стенка Коррозия стального шпунта (остаточная толщина – 15 мм, более 75% сечения). Отклонение шпунта от вертикали.
Работоспособное 30
4 Лицевая плита уголкового блока Зазоры до 120 мм. Нарушение грунтонепроницаемости.
Неработоспособное 20
5 Массивовая кладка Смещение отдельных элементных массивов и курсов до 600 мм. Ширина осадочного шва до 250 мм.
Работоспособное 10
6 Колесоотбойный брус Разрушение более 30% по длине
Неработоспособное 30
7 Кордонная плита Разрушение поверхностного слоя на глубину 50 мм на площади до 30%
Работоспособное 30
8 Швартовые устройства Работоспособное -
9 Покрытие территории Работоспособное 5
10 Отбойные устройства Отсутствуют на участке 233-360 м. Наполовину оборваны на участке 310-360 м.
Неработоспособное 30
11 Крановый путь Допуски превышены в 1,5 раза
Предельное 35
12 Заключение о техническом состоянии сооружения в целом Неработоспособное 25
Согласно извещению, необходимо провести следующие ремонтно-восстановительные работы:
Дноуглубление
Восстановление отбойных устройств
Восстановление колесоотбойного бруса
Рихтовка кранового пути
Заделка щелей
После проведения ремонтно-восстановительных работ износ дна перед сооружением, отбойных устройств, кранового пути и колесоотбойного бруса был исключен полностью, износ лицевой плиты уголкового блока был снижен на 10%. Надежность сооружения в целом сооружения повешена на 20%.
ВЫВОДЫ
Обеспечение эксплуатационной надежности морских портовых причальных сооружений безусловно необходимо для того, не допустить аварии, которые в свою очередь могут повлечь за собой огромные финансовые потери или подвергнуть опасности жизни людей.
Благодаря изучению материалов обследования нескольких причалов было выяснено, как можно повысить надежность сооружения. Для этого необходимо:
провести обследование и паспортизацию сооружения
выявить поврежденные элементы и составить ведомость дефектов
по ведомости дефектов определить износ сооружения и состояние каждого элемента
составить извещение
по данным извещения провести ремонтно-восстановительные работы или ограничить режим эксплуатации
После проведения ремонтно-восстановительных работ снижается износ элементов сооружения, подверженных ремонту. В связи с этим повышается общая надежность до значений необходимых для нормальной работы сооружения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Инструкция по проектированию морских причальных и берегоукрепительных сооружений. РД 31.31.55-93. Федеральная служба морского флота России. М. 1996.
Нормы технологического проектирования морских портов. РД 31.31.37-78. ЦРИА Морфлот. М. 1980.
СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения основания и фундаменты. Госстрой СССР. М.: Стройиздат, 1988.
Руководство по техническому контролю гидротехнических сооружений морского транспорта. РД 31.3.3-97. М. 1997.
Правила технической эксплуатации портовых сооружений и акваторий РД 31.35.10-86. ММФ. М. 1987.
Портовые гидротехнические сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. ГОСТ Р 54523-2011. Стандартинформ. 2012.
Костюков В.Д. Надежность морских причалов и их реконструкция. М.: Транспорт, 1987. 223 с.