Понятия о вероятностных методах расчета строительных конструкций
В этом методе внешние воздействия на конструкцию представляются как случайные величины или случайный процесс. Сама же конструкция рассматривается как объект, который имеет и некоторые характеристики, являющиеся случайными величинами или случайными функциями (это возможные начальные искривления элементов, случайные эксцентриситеты, случайное распределение физических параметров). Все эти явления порождают вероятностную природу и искомых величин: усилий, деформаций и перемещений.
Задача состоит в определении методами теории вероятности всех искомых величин или их числовых характеристик. На основе полученных из расчета сведений о вероятности появления в конструкции усилий или перемещений решается затем вопрос о надежности или долговечности сооружения. Следует признать, что хотя вероятностный подход к расчету сооружений и является достоверным, однако он сложен и требует обширных данных о случайных характеристиках как нагрузки, так и самой конструкции и ее материала. Для сбора таких данных требуются долголетние наблюдения, которых на сегодняшний день для строительных конструкций не имеем. Поэтому в практических расчетах используется подход, основанный на введении соответствующих коэффициентов в методе предельных состояний, а сам расчет проводится в детерминистической постановке задачи.
Уровень надежности бетонных и железобетонных конструкций при вероятностных методах расчета
|
|
|
Обычный детерминистический подход к расчету конструкций состоит из двух этапов:
1) Вычисляются напряжения, деформации и перемещения в конструкциях, подверженных действию внешних нагрузок. Эта задача решается методами строительной механики, теории упругости, теории пластичности и т.д.
2) Вычисленные величины сопоставляются с нормативно допустимыми значениями. При этом решается задача надежности, долговечности и экономичности конструкции.
Однако реальная система и ее условия эксплуатации отличаются от идеализированной системы и условий, рассматриваемых на стадии проектирования. Фактически напряжения, деформации и перемещения являются случайными величинами из-за случайного характера внешних воздействий, прочностных и др. внешних условий. Поэтому надежность конструкции может быть определена с привлечением методов математической и статистической теории вероятностей.
В теории вероятностей главная задача - зная состав генеральной совокупности, изучить распределения для состава случайной выборки. Это прямая задача теории вероятностей. Обратная задача - когда известен состав выборки и по нему требуется определить, какой была генеральная совокупность. Это обратная задача математической статистики. Или, точнее, в теории вероятностей мы, зная природу некоторого явления, выясняем, как будут вести себя (как распределены) те или иные изучаемые нами характеристики, которые можно наблюдать в экспериментах. В математической статистике наоборот – исходными являются экспериментальные данные (обычно это наблюдения над случайными величинами), а требуется вынести то или иное суждение о природе рассматриваемого явления.
|
|
|
Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта и транспортирования. Или надежность также – устойчивость качества по отношению ко всем возможным возмущениям. Надежность – количественный показатель (промежуток времени, число рабочих циклов, число километров и т.д.).
В зависимости от назначения системы и условий ее эксплуатации надежность включает свойства: 1) безотказность; 2) долговечность; 3) ремонтопригодность; 4) сохраняемость и любые их сочетания.
Безотказность – вероятность безотказной работы конструкции за определенный промежуток времени.
|
|
|
Долговечность – вероятный промежуток времени безотказной работы конструкции.
Ремонтопригодность – вероятность того, что неисправная система может быть восстановлена за заданное время.
Содержание теории надежности – разработка методов оценки надежности систем и создание систем, обладающих заданными показателями надежности и долговечности.
Задачи расчета на надежность состоят в определении вероятности выхода конструкции из строя в заданных условиях, нахождении по заданной экономически целесообразной надежности требуемых размеров конструкции, допустимых нагрузок или оптимального срока эксплуатации, а также оценки надежности системы по имеющимся оценкам надежности составляющих ее элементов. В задачу теории надежности строительных конструкций входит также обоснование процедур нормирования расчетных характеристик. Специфика теории надежности строительных конструкций состоит в необходимости учета случайных свойств нагрузок и воздействий на сооружения, а также учета совместного действия случайных нагрузок на систему со случайными прочностными характеристиками.
Основное понятие теории надежности – отказ – событие, состоящее в нарушении работоспособности системы. Понятие отказа близко по смыслу к понятию предельного состояния. К предельным состояниям 1-й группы относятся: общая потеря устойчивости формы, потеря устойчивости положения, любое разрушение, переход в изменяемую систему, качественное изменение конфигурации; состояния, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации в результате текучести материала, сдвига в соединениях, ползучести или чрезмерного раскрытия трещин. Предельные состояния 2-й группы – недопустимые деформации конструкций в результате прогиба, поворота или осадок, характеризуемых разностью вертикальных перемещений узлов, отнесенных к расстоянию между ними, креном сооружения в целом, относительным прогибом или выгибом, кривизной элемента, относительным углом закручивания, горизонтальным или вертикальным смещением элемента или сооружения в целом, углом перекоса или поворота. К предельным состояниям 2-й группы относятся также недопустимые колебания конструкции, изменение положения, образование или раскрытие трещин.
|
|
|
Примеры отказов - обрушения, опрокидывания, потеря устойчивости, хрупкое разрушение, большие деформации и прогибы, механический или коррозионный износ, растрескивание и т.д.
Отказы вызваны влиянием случайных факторов, поэтому они носят случайный характер. За показатель (меру) надежности системы может быть принята вероятность Р безотказной работы в течение всего срока службы Т.
Недостатки теории надежности - сложно получить опытные данные в количестве, достаточном для последующей их обработки методами теории вероятностей. Сложно длительный срок проводить испытания конструкции для получения надежных выводов о ее долговременной работе.
50. Анализ существующих норм расчета с позиции надежности проектируемых по ним конструкций
Для обеспечения надежности систем разработчики должны знать и уметь использовать на практике весь арсенал методов, изложенных выше. Однако, для того, чтобы произвести оценку эффективности примененных решений, найти наилучший способ резервирования, рассчитать количественный состав ЗИП, разработать экономную программу-методику испытаний на надежность, необходимо глубокое знание теории надежности, владение математическими приемами и техникой расчетов надежности на ПЭВМ. Проектировщику, усвоившему методы обеспечения надежности, трудно помимо необходимых ему знаний для разработки системы, глубоко освоить в целом теорию надежности. Нужны профессионально подготовленные инженеры-надежники. Кроме того, управление надежностью на предприятии, в организации требует создания специализированного независимого от разработчика органа. Таким органом должно быть подразделение (отдел) надежности, укомплектованное специалистами по надежности автоматизированных систем управления.
В задачи подразделения надежности в проектно-конструкторской организации должны входить:
1. Предварительные (оценочные) и окончательные расчеты надежности систем.
2. Расчеты количественного состава комплектов ЗИП.
3. Разработка программ обеспечения надежности.
4. Составление программ-методик испытаний на надежность.
5. Проведение испытаний на надежность.
6. Нормирование показателей надежности в ТЗ на разработку системы.
7. Контроль правильности применения комплектующих изделий, выбор их рабочих режимов.
8. Метрологическое обеспечение систем.
9. Унификация и стандартизация.
10. Планирование всех видов испытаний.
11. Эргономическое обеспечение.
12. Информационно-рекламационная работа.
13. Составление ограничительных перечней на КИ, согласование их применения.
14. Контроль за выполнением мероприятий по повышению качества и надежности в организации.
По своему статусу подразделение надежности должно относиться к основным производственным подразделениям, поскольку своей деятельностью оно непосредственно вносит вклад в разработку документации, и подчиняться непосредственно главному инженеру.
Подразделение надежности все вышеперечисленные задачи выполняет совместно с отделами-разработчиками систем. Причем разделение работ между ними должно найти отражение в регламентирующих документах (в стандартах предприятия, распоряжениях и т.п.).
Взаимодействие подразделения надежности с отделами по текущей работе должно определяться системой оперативного планирования, действующей в организации. Целесообразно по каждому из направлений деятельности подразделения надежности иметь свой нормативный документ, разработанный этим подразделением и согласованный со всеми отделами. Через эти документы и посредством консультаций разработчиков подразделение надежности осуществляет методическое руководство обеспечением надежности.
Одна из главных функций подразделения надежности - это осуществление контроля за реализацией их рекомендаций, которые появились в результате расчетов надежности, ЗИП, проверке выполнения ПОН, испытаний на надежность и т.д. Такой контроль может осуществляться путем визирования подразделением надежности документов проекта перед их утверждением руководством организации.
Кроме того, подразделение надежности должно принимать самое активное участие в техсоветах, в совещаниях по качеству, в комиссиях по унификации и стандартизации, внедрению стандартов и т.п. деятельности.
Деятельность подразделения надежности разнообразна и поэтому его штатное расписание, структура определяется в каждом конкретном случае в зависимости от тематики организации, ее структуры и перечня задач, стоящих перед ней.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 802; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!