Колесніченко Сергій Володимирович Технологічна безпека будівельних сталевих конструкцій

Краткое описание

Колесніченко Сергій Володимирович, доцент кафедри «Будівельні конструкції. Будівлі і споруди», Донбаська національна академія будівництва і архітектури. Назва дисертації: «Технологічна безпека будівельних сталевих конструкцій». Шифр та назва спеціальності 05.23.01 будівельні конструкції, будівлі та споруди. Спецрада Д 41.085.01 Одеської державної академії будівництва та архітектури

Міністерство освіти і науки України
Донбаська національна академія будівництва і архітектури
Одеська державна академія будівництва та архітектури
Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису
Колесніченко Сергій Володимирович
УДК 624.014
ДИСЕРТАЦІЯ
ТЕХНОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА
БУДІВЕЛЬНИХ СТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ
Спеціальність 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди
19 - Архітектура та будівництво
Подається на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
/С.В. Колесніченко/

Науковий консультант Шимановський Олександр Віталійович,
доктор технічних наук, професор, член-кореспондент Національної Академії
наук України, заслужений діяч науки і техніки України
Одеса - 2020

ЗМІСТ
Анотація 2
Список публікацій здобувача за темою дисертації 14
Вступ. Обґрунтування вибору теми дослідження 27
Розділ 1. Аналіз існуючих принципів та методів забезпечення безпечної експлуатації будівельних сталевих конструкцій 38
1.1. Загальна характеристика стану металофонду України 38
1.2. Державна науково-технічна програма «Ресурс» 44
1.3. Аналіз методів визначення ресурсу будівельних сталевих
конструкцій 46
1.4. Аналіз методів ризик - проектування 59
1.4.1. Загальні поняття про ризик. Термінологічне визначення поняття
«ризик» 61
1.4.2. Методи розрахунку ризику 62
1.5. Аналіз методів визначення безпеки і надійності будівельних
сталевих конструкцій 66
1.5.1. Термінологічне визначення безпеки. Нормативні документи в
галузі будівельної безпеки 66
1.5.2. Загальні вимоги до безпеки 69
1.5.3. Зв’язок безпеки і надійності 71
1.5.4. Показники надійності - конструктивної безпеки будівель та
споруд 74
1.5.5. Показники безпеки і небезпеки технологічних, природничих та
ергатичних чинників 77
1.5.6. Управління безпекою 80
1.5.7. Структурна схема зв’язку РМ - ПЗН - СУБ 82
1.6. Аналіз методів визначення технічного стану будівельних сталевих
конструкцій. Гіпотеза і мета досліджень 84
Розділ 2. Основні вимоги забезпечення безпечної експлуатації

24
будівельних сталевих конструкцій 92
2.1. Групи показників безпечної експлуатації будівель і споруд. Поняття
технологічної безпеки підприємства 93
2.2. Основні положення імовірнісного розрахунку будівельних
конструкцій на безпеку 96
2.3. Зміна міцності у часі 99
2.4. Методологія призначення індексу безпеки в 101
2.4.1. Принципи розрахунків безпеки з урахуванням індексу надійності.. 102
2.4.2. Індекс надійності для нових конструкцій 104
2.4.3. Розрахунки індексу надійності для конструкцій в умовах
експлуатації 109
Висновки за розділом 2 111
Розділ 3. Особливості виконання робіт з обстеження сталевих конструкцій в умовах вичерпання ресурсу 113
3.1. Процедурні вимоги до огляду і обстеження 113
3.2. Термін проведення першого обстеження 120
3.3. Призначення терміну проведення наступного обстеження 128
3.4. Використання динамічних випробувань під час проведення
обстеження 131
3.5. Нормування вібродинамічних випробувань сталевих ферм при
проведенні технічних обстежень реконструйованих будівель 143
3.6. Використання теплового неруйнівного контролю для обстеження
сталевих конструкцій 152
3.6.1. Теоретичне підґрунтя для застосування теплового неруйнівного
контролю для обстеження сталевих конструкцій 152
3.6.2. Результати практичного використання ТНК для обстеження
сталевих конструкцій 155
Висновки за розділом 3 165
Розділ 4. Призначення технічного стану сталевих конструкцій за

25
результатами обстеження 168
4.1. Методика визначення параметрів елементів для кваліфікаційної
таблиці дефектів і пошкоджень 168
4.2. Удосконалення кваліфікаційної таблиці категорій дефектів і
пошкоджень сталевих конструкцій 175
4.3. Призначення технічного стану сталевих конструкцій за вимогами
конструктивної безпеки 193
4.4. Розрахунок індексу надійності для призначення технічного стану
сталевих конструкцій 198
Висновки за розділом 4 203
Розділ 5. Методологічні принципи визначення залишкового ресурсу 205
5.1. Види ресурсів будівельних конструкцій 205
5.2. Призначення проектного ресурсу 210
5.3. Принципи прогнозування залишкового ресурсу 216
5.4. Методи визначення залишкового ресурсу 221
5.5. Призначення залишкового ресурсу за індексом надійності 232
5.6. Приклад розрахунку залишкового ресурсу кроквяної сталевої
ферми 238
5.7. Визначення залишкового ресурсу для сталевих конструкцій під
впливом динамічних навантажень 250
Висновки за розділом 5 253
Розділ 6. Основні вимоги забезпечення організаційно-технічної
безпеки 255
6.1. Функціонування служб технічної експлуатації 256
6.2. Формування номенклатури показників організаційно-технічної
безпеки 263
6.3. Принципи розрахунку рівнів та загальних меж показників
організаційно-технічної безпеки 267
Висновки за розділом 6 273

26
Розділ 7. Ризики експлуатації. Загальні принципи визначення ризиків експлуатації сталевих конструкцій в межах залишкового ресурсу 275
7.1. Ідентифікація ризиків експлуатації сталевих конструкцій 276
7.2. Метод оцінювання ризику існування невизначених недосконалостей 279
7.3. Оцінювання ризиків організаційно-технічної безпеки 287
7.4. Розрахунок терміну обстеження з урахуванням ризику 290
7.5. Приклад розрахунку ризику експлуатації в межах залишкового
ресурсу 291
Висновки за розділом 7 293
Розділ 8. Заходи підвищення показників безпеки підприємства 295
8.1. Заходи підвищення рівня організаційно-технічної безпеки сталевих
конструкцій в умовах тривалої експлуатації 295
8.2. Структура стандарту технологічної безпеки підприємства 298
8.3. Методологічні основи створення електронних баз даних
технологічної безпеки 302
8.4. Вимоги до експертів з технічного обстеження будівель і споруд 307
Висновки за розділом 8 313
Загальні висновки 315
Список використаних джерел 319
Додаток А. Список публікацій здобувача за темою дисертації та
відомості про апробацію результатів дисертації 355
Додаток Б. Класифікаційна таблиця дефектів та пошкоджень
будівельних сталевих конструкцій 365
Додаток В. Теплограми дефектів та пошкоджень у відповідності до
ДСТУ Б В.2.6—210:2016 384
Додаток Г. Приклад електронної бази даних «Ресурс» 395
Додаток Д. Акти впровадження 416

Список литературы

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. На підставі аналізу факторів впливу щодо забезпечення безпечної експлуатації будівельних сталевих конструкцій, запропоновано комплексний показник «технологічна безпека», який складається із двох основних чинни-ків, які можуть бути оцінені кількісно за результатами обстеження - конст-руктивна безпека (відмова та ресурс) і організаційно-технічна безпека (орга-нізація безпечної експлуатації та утримання шляхом проведення відповідних процедур).
2. У якості інтегрованого показника конструктивної безпеки запропоно-вано індекс надійності який розраховується за критерієм відмови. Індекс на-дійності повинен визначитися під час виконання робіт з обстеження на підс-таві реально отриманої інформації. Індекс надійності призначається окремо для нових конструкцій і для конструкцій, що знаходяться в експлуатації із розподіленням в залежності від класу наслідків конструкції. Значення проек-тного рівня надійності залежить від можливої імовірності руйнування та має однакове значення як для конструкцій, руйнування яких призводить виклю-чно до економічних наслідків, так і для тих, руйнування яких загрожує жит¬тю людини. Запропоновано таблицю із нормованими значеннями індексу надійності в залежності від класів наслідків та категорії технічного стану конструкції.
3. Узагальнено існуючи терміни проведення першого обстеження. За-пропоновані алгоритми призначення терміну першого обстеження після ви-конання відновлювальних робіт в залежності від рівня відповідальності об’єкта та його технічного стану.
4. Надано структурно-логічну схему послідовності динамічних випробу-вань. Сформовано задачі вібродинамічних випробувань. Вказано на необхід-ність контролю конструкцій за другою групою граничних станів - поява ре-зонансу та додаткових переміщень. Приділена увага визначення санітарно- гігієнічних параметрів вібрації. Проаналізовано і систематизовано дані чин¬

316
них нормативних документів щодо призначень норм часу, витрат та вартості робіт на проведення вібродинамічних випробувань у складі робіт з обсте-ження. На підставі проведених реальних вимірів, визначена трудомісткість цих робіт.
5. Для збільшення якості виконання робіт з обстеження під час пошуку можливих дефектів і пошкоджень у вигляді піттінгової корозії, тріщини та недосконалості зварних швів, запропоновано до використання метод актив-ного теплового неруйнівного контролю - АТНК. На спеціальних зразках із імітованими недосконалостями була доказана принципова можливість засто-сування методу під час обстеження з виконанням попереднього фарбування спеціальними матовими фарбами. Розроблена методика використання АТНК. Наведено типи теплограм недосконалостей у порівняння із визначеними у діючих нормах.
6. Наведено удосконалений приклад існуючої нормативної таблиці де-фектів та пошкоджень із чітким параметричним кількісним описом кожної недосконалості для визначеної категорії. Виконано розподілення ДП на дві принципових групи - на ті, що напряму не впливають на несучу здатність і загальний ресурс - діагностичні ДП, і на ті, значення яких враховуються при виконанні розрахунків за граничними станами, тобто, які безпосередньо впливають на залишковий ресурс - ресурсні ДП. Запропоновано спеціальне маркування тих ДП, які мають значення для конструкцій під динамічними навантаженнями. На основі експериментальних та теоретичних досліджень вузлів ферм сталевих конструкцій типу «ШПД + ГЗП» встановлені граничні параметри ексцентриситету примикання решітки, що дозволило розширити існуючу таблицю новим типом дефекту.
7. Надано рекомендації розрахунку індексу надійності для призначення технічного стану та на підставі цього - загальний алгоритм розрахунку конс-труктивної безпеки. Категорію технічного стану призначати на підставі роз-рахунку індексу надійності в, який враховує схеми з’єднання елементів в конструкції. Запропоновано три категорії технічних станів. Запропоновано за

317
розрахунками індексу надійності на базі даних технічного обстеження нада-вати у технічному звіті визначення технічного стану як сукупності результа-тів: класу наслідків, проектного і існуючого значення індексів надійності, ро-зрахованого залишкового ресурсу, технічного стану та терміну наступного обстеження. Доведено, що розрахунок термінів залишкового ресурсу має ста-ти одним з головних результатів обстеження при визначенні технічного ста¬ну. Використання детермінованих та напів-імовірнісних методів можливе для попередньої його оцінки. Вирішення задачі надійності можливе тільки для імовірнісних (стохастичних) моделей. Оцінювання залишкового ресурсу має відбуватися тільки для умов експлуатації конкретної конструкції або типової групи конструкцій. Використання існуючих загальних теоретичних ймовір-ностей і розподілів можливе тільки для попереднього оцінювання та подаль-шого порівняння, узгодження та урахування реально існуючих параметрів технічного стану. Запропоновано порядок визначення залишкового ресурсу на основі аналізу індексу надійності у імовірнісній постановці. Порядок вра¬ховує як можливість використання наявної інформації попередніх обстежень, так і розрахунок на підставі проектних і поточних даних. Запропоновано за¬гальний алгоритм розрахунку залишкового ресурсу для конструкції під дією динамічних навантажень. Для цього випадку також надана сукупність ре-зультатів для призначення технічного стану та відображення у технічному звіті.
8. Розроблено номенклатуру показників ОТБ, виходячи з вимог задач утримання будівельних конструкцій. Запропоновано принципи розрахунку рівнів та загальних меж показників ОТБ, в тому числі з урахуванням важли-вості кожного показника. Визначена вага впливу та загальні межі кожного з показників ОТБ та розрахована імовірність виконання заходів в межах приз-наченого залишкового ресурсу. Наведені пропозиції для призначення Тоб в залежності від розрахованого залишкового ресурсу та імовірності можливо¬го існування невизначених під час обстеження дефектів та пошкоджень. За-пропоновано поліпшені заходи для функціонування служб технічної експлу¬

318
атації щодо забезпечення безпеки експлуатації конструкцій в умовах вичер-пання ресурсу. Для редакції існуючих нормативних показників, рекомендо-вано кількісний і якісний склад служби технічної експлуатації будівель і споруд промислового підприємства. Запропоновані загальні формули розра-хунку технологічної безпеки як складової конструктивної та організаційно - технічної безпеки.
9. Визначені загальні математичні залежності розрахунку ризиків та ідентифіковані ризики експлуатації сталевих конструкцій для розрахунків конструктивної та організаційно-технічної безпеки. Запропоновано метод оцінювання ризику конструктивної безпеки за можливої наявності невизна- чених під час обстеження недосконалостей. Розглянуто варіанти урахування наявності або відсутності недосконалостей в залежності від попередньої іс-торії обстежень та критичних розмірів ДП. Рекомендовано метод розрахунку терміну обстеження, який базується на залишковому ресурсі та імовірності існування невизначених недосконалостей.
10. Проаналізовано особливості та структуру служби технічної експлу-атації будівель і споруд для забезпечення заходів підвищення рівня організа-ційно-технічної безпеки. Для системної організації безпечної експлуатації будівельних об’єктів доведена необхідність наявності на підприємстві за-твердженого керівного документа - Стандарту технологічної безпеки. За-пропоновано структуру цього документа.
11. Визначено основні розділи електронної бази даних - організаційно¬го документу для систематизації та аналізу інформації поточного стану об’єктів. Запропоновано блок-схему бази даних та структуру доступу для її формування та редагування.
12. Визначено фахові вимоги до експертів з технічного обстеження бу-дівель і споруд. Проаналізовано аналіз модулів теоретичної підготовки під-вищення кваліфікації експертів. Сформовано перелік компетенцій та знань для експерта з обстеження. Запропоновано перелік запитань для складання фахового іспиту.