Дефекти дерев'яних мостів
До основних дефектів дерев'яних мостів варто відносити:
пошкодження з'єднань (тріщин у деревині, зазори між елементами, зминання і сколювання деревини, розлад стиків, провисання елементів і ін.);
місця забруднення, джерела загнивання і неприпустимі дефекти деревини,
наявність антисептування опор у зоні перемінної вологості й інших елементів;
ослаблення болтових нагельних, шпонкових і інших з'єднань у елементах конструкцій.
У дощато-цвяхових фермах можливі наступні дефекти:
відсутність будівельного підйому;
провисання ферм;
незадовільний стан усіх тяжів і послаблення їх натягу;
пошкодження вузлів і стиків (особливо в опорних і в розтягнутих зонах);
зрушення подушок і розкосів, зминання подушок під розкосами і їх сколювання;
тріщини в дошках поясів по лінії нагелів і цвяхового вибою;
ослаблення нагелів у гніздах;
утворення зазорів між зворотними розкосами і подушкою, а також у врубках шпонок у стиках нижніх поясів із гребінчатими сталевими накладками і між накладками і поясами.
У поперечних складених балках можливі дефекти:
зминання і відкол деревини між шпонками або колодками;
зминання і сколювання підгаєчника під тяжем.
У прогонових будовах із клеєної деревини зовнішнім оглядом виявляються наступні дефекти:
тріщини в клейових швах і розшарування між дошками;
місця механічного пошкодження балок (зминання, підріз і ін.);
ділянки руйнування захисних покрить (антисептування).
При огляді опор і льодорізів можливі наступні дефекти:
відхилення від вертикального положення конструкції;
механічні пошкодження в палях (ряжах) і льодорізах;
нерівномірне осідання, нахили паль і ін;
загнивання деревини.
Дефекти дорожніх труб
До дефектів водопропускних труб варто відносити:
незабезпеченість водовідводу, підтоплення фундаменту;
невідповідність проектним даним поздовжнього ухилу труби, висотних відміток вхідного та вихідного лотка труби;
поздовжній профіль основи фундаменту труби виконаний без врахування будівельного підйому;
порушення технології і схеми монтажу залізобетонних елементів труби;
відхилення фактичних розмірів змонтованих елементів конструкцій труб від проектних: зміщення суміжних елементів, зазори між елементами;
конопачення та замазування швів між ланками труби виконані з порушенням нормативних вимог;
тріщини в бетоні ланок труби, сколювання бетону, оголення арматури, недостатня товщина захисного шару;
ізоляція труби зроблена з порушенням вимог проектних та нормативних документів;
укріплення вхідного та вихідного русла виконана з порушенням розмірів, не повний об'єм укріплення відносної частини оголовків, неякісне заповнення швів цементним розчином.
7.11 Процедура оцінки технічного стану елементів мостів
Загальні положення
Методика визначення технічного стану елементів мостів, є інженерним інструментом оцінки надійності і довговічності. Вона розроблена на основі фундаментальних робіт українських науковців, котрі протягом останніх 30 років вивчали фізико-механічні, фізико - хімічні та термодинамічні властивості матеріалів конструкцій мостів, що працюють під навантаженням в реальних умовах експлуатації [1, 2, 9, 11, 12, 24]. Теоретичною базою методики є новітня модель надійності та прогнозу остаточного ресурсу елементів мостів, сформульована в роботах [13, 14, 15, 16].
Визначення технічного стану мостів виконується на двох рівнях.
Рівень 1 - визначення технічного стану окремих елементів моста. На цьому рівні показником технічного стану є надійність елемента в процесі експлуатації. Визначений для елементів кількісний показник надійності служить:
для оцінки рівня безпеки експлуатації елементів моста;
для ранжування елементів моста за потребою ремонтів, реконструкції або заміни;
планування на цій основі видатків на ремонт чи реконструкцію за умов обмеженого фінансування;
прогнозу залишкового ресурсу елементів.
Рівень 2 - експертне визначення технічного стану моста в цілому, разом з підходам та умовами безпечного проїзду. Кількісним показником технічного стану моста є формалізована експертна оцінка. Вона служить:
для ранжування мостів в рамках певної дорожньої мережі за потребою ремонтів, реконструкції чи заміни;
планування на цій основі видатків на ремонт, реконструкцію чи будівництво нового моста в умовах обмеженого фінансування.
Елементи та їх дискретні стани
Основою методики є поділ моста на елементи та дискретні моделі їх деградації. Споруда розглядається як система конструктивних елементів п’яти груп:
елементи мостового полотна;
елементи прогонової будови;
опори;
фундаменти;
підмостове русло і регуляційні споруди.
Процес деградації елемента протягом життєвого циклу описується нелінійною моделлю із п’яти дискретних станів (узагальнений опис дискретних станів наведено в таблиці 7.11), основаної на теорії випадкових марковських процесів. Детальний опис моделі деградації, що пропонується, наведено в роботах [13, 14].
Таблиця 7.11 - Класифікація дискретних станів елементів
|
Дискретний стан |
Назва дискретного стану |
Узагальнена характеристика стану |
|
Дискретний стан 1 |
Справний |
Елемент відповідає всім вимогам проекту та чинних норм |
|
Дискретний стан 2 |
Обмежено справний |
Елемент частково не відповідає вимогам чинних норм, проте не порушуються вимоги ані першої, ані другої груп граничних станів |
|
Дискретний стан 3 |
Працездатний |
Елемент частково не відповідає вимогам проекту і чинних норм, проте не порушуються вимоги першої групи граничних станів. Можливе часткове порушення вимог другої групи граничних станів, якщо це не обмежує нормального функціонування моста |
|
Дискретний стан 4 |
Обмежено працездатний |
Елемент експлуатується в обмеженому режимі і вимагає спеціального контролю за його станом. Потребується капітальний ремонт |
|
Дискретний стан 5 |
Непрацездатний |
Елемент має ознаки порушень вимог першої групи граничних станів і з’ясовується неможливість їх запобігання та необхідність припинення експлуатації елемента |
Технічний стан елемента описується добіркою якісних та кількісних показників, які характеризують ієрархію відмов елемента. За цією методикою задача визначення надійності елемента моста зводиться до класифікації за таблицею його дискретних станів відповідно даним обстежень, оглядів і перевірочних розрахунків.
Класифікаційні таблиці дозволяють визначити дискретний стан елементів користуючись такими даними:
обстеження елементів та всієї споруди;
аналізу історії експлуатації;
перевірочних розрахунків вантажопідйомності та несучої здатності елементів з урахуванням виявлених дефектів;
аналітичного визначення реальної характеристики безпеки елемента за даними обстежень;
обчислення рівня зносу елементів.
Класифікаційні таблиці методики складено у припущенні, що для оглядів і обстежень мостів застосовуються розповсюджені в Україні методи та інструментарій. Таблиці відкриті для модернізації. Це означає, що в міру того, як буде накопичуватися досвід обстежень за новітніми методами, таблиці будуть доповнюватися відповідними новими кількісними та якісними характеристиками дискретних станів.
7.11.1 Модель визначення надійності елемента в процесі експлуатації
Надійність елемента згідно з класичним визначенням трактується як ймовірність того, що не буде досягнуто граничного стану
(7.1)
де Fd - резерв узагальненої опірності споруди в граничному стані:
F
(7.2)
d= R-Q, ^>0;;
R - узагальнена опірність споруди;
Q - узагальнене навантаження.
У визначенні надійності використовується також числовий параметр - характеристика безпеки b, який вводиться як відношення дисперсії резерву опірності споруди до її стандарту [22]:
Ж)
(7.3)
Характеристика безпеки зв’язана з надійністю за визначенням співвідношенням
(7.4)
де Ф - функція нормального розподілу.
Моделлю визначення надійності елемента в і - му експлуатаційному стані, і = 1,2,3,4,5, є марковський дискретний процес з безперервним часом [4]. Вектор значень надійності в кожному із дискретних станів визначається співвідношенням:
Pt =L Rt (7.5)
де L - матриця перехідних ймовірностей дискретних станів;
Rt - нормалізований вектор зносу елемента
Для випадку початкової надійності за першою групою граничних станів Pf = 0,9998, b = 3,80 (саме такими значеннями характеризуються елементи мостів, запроектованих за чинними нормами або нормами 1945 - 1982 років), значення Pt та bt , визначені за прийнятою моделлю деградації елемента, наведено в таблиці 7.12.
Таблиця 7.12 - Верхні значення надійності елементів
|
Номер стану |
Назва стану |
Надійність в і-му стані, Pt |
Характеристика безпеки в і-му стані, b t |
|
1 |
Справний |
0,999844 |
3,80 |
|
2 |
Обмежено справний |
0,998363 |
2,95 |
|
3 |
Працездатний |
0,992461 |
2,43 |
|
4 |
Обмежено працездатний |
0,979771 |
2,05 |
|
5 |
Непрацездатний |
0,958351 |
1,74 |
Для інших значень початкової надійності вектор значень надійності в кожному із дискретних станів визначається залежністю (7.5). Рекомендовані початкові значення надійності та характеристик безпеки наведені в таблиці 7.13.
Таблиця 7.13 - Рекомендовані початкові значення надійності та відповідні характеристики безпеки
|
Граничний стан |
За першою групою граничних станів |
За втомою |
За другою групою граничних станів |
|
Характеристика безпеки, b |
3,8 |
1,5 - 3,8 |
1,5 |
|
Надійність за визначенням (3.1), Pf |
0,9998 |
0,9332 0,9998 |
0,9332 |
7.12 Експлуатаційні заходи
Для всіх дискретних станів методикою, в залежності від характеристики безпеки b, визначені рівень зносу елемента (у %) та необхідні експлуатаційні заходи. В таблиці 7.14 надаються регламентовані експлуатаційні заходи в кожному із станів.
Таблиця 7.14 - Деградація елементів та експлуатаційні заходи
|
Номер стану |
Характеристика безпеки, b |
Рівень зносу елемента, % |
Експлуатаційні заходи |
|
1 |
3,8 |
0 |
Ведеться постійний нагляд |
|
2 |
3,0 |
8 |
Виконується постійний нагляд та потоковий ремонт, без обмеження руху |
|
3 |
2,4 |
27 |
Посилюється нагляд, скорочуються строки між потоковими та періодичними оглядами, виконуються середні ремонти, обмежується |
|
|
|
|
швидкість руху по споруді |
|
4 |
2,1 |
42 |
Посилюється нагляд, скорочуються строки між періодичними оглядами, виконується вибірковий капітальний ремонт, обмежується рух, відповідно до ваги, швидкості та габаритних розмірів транспортних засобів, а також розроблюються спеціальні заходи забезпечення безаварійної експлуатації споруди |
|
5 |
1,7 |
65 |
Стан споруди, близький до аварійного або такий, що характеризується суттєвим порушенням вимог безпеки руху. Вводять обмеження руху по споруді або під нею, встановлюють безперервний нагляд за станом аварійних конструкцій, вживають тимчасових заходів до запобігання аварій. Встановлення надзвичайного режиму експлуатації свідчить про необхідність виконання термінових робіт капітального ремонту, реконструкції чи заміни елементів моста |
7.13 Класифікація стану елементів мостів за результатами оглядів та
обстежень
Процедура класифікації стану елементів мостів за результатами оглядів та обстежень полягає в тому, щоб зіставити дефекти та пошкодження, які зафіксовані в процесі оглядів і обстежень із описом станів в таблицях деградації. В силу того, для кожного дискретного стану в таблицях визначена надійність (характеристика безпеки), висновок про класифікацію дискретного стану елемента є одночасно визначенням його надійності.
Класифікація дискретних станів за наявністю дефектів та пошкоджень підмостового русла та регуляційних споруд, як елементів допоміжних, потребує деяких пояснень.
Регуляційні споруди (струмененапрямні дамби, остроги, півзагати) являють собою захисні конструкції для підходів і конусів. Щодо забезпечення безперервного і безпечного руху транспортних засобів вони виконують вторинні функції. Але саме вони першими сприймають руйнівний натиск водного потоку. Тільки після вичерпання ними захисних властивостей починається пошкодження підходів і конусів аж до повної руйнації земляного полотна з припиненням руху по мостовому переходу.
