Достигнутый к настоящему времени уровень теоретических исследований позволил в 1988-89 гг. создать в ЦНИИСКе им. В.А. Кучеренко макет принципиально новых норм по основным положениям вероятностного расчета строительных конструкций. Разработанный Ю.Д. Суховым на основе предложений Б.Й. Снарскиса документ назван "макетом норм", поскольку он определяет содержание и структуру норм, а также место каждого их элемента, не всегда расшифровывая его содержание. Такой документ необходим для выявления всех вопросов, которые еще требуют проработки. В этом "макете" принятие решений, определяющих надежность несущих конструкций на основе расчетного анализа, представляет собой совокупность двух задач: установления целесообразного уровня надежности объекта проектирования и реализации этого уровня в проекте объекта и в натуре.
Процесс принятия решений является, как правило, поэтапным и итерационным. В качестве первого этапа этого процесса следует выделять выбор надежностных требований, т.е. выбор характеристик, с той или иной степенью достоверности определяющих уровень надежности объекта, и установление их целесообразных значений.
Степень конкретности и детализации расчетных процедур выбора надежностных требований устанавливается различной в зависимости от:
- уровня практически доступного информационного обеспечения;
- экономической значимости объекта и эффективности детализации процедур;
- уникальности либо массовости рассматриваемой ситуации;
- строгости последующих этапов принятия решений и контрольных мероприятий;
- степени сложности объекта.
То есть, в отличие от существующего его положения проектировщику предоставляется большая или меньшая свобода выбора расчетных средств.
Целью нормативных процедур выбора надежностных требований является оптимальное согласование экономичности объектов с их потребительскими качествами, включая безопасность.
Выбор надежностных требований производится с учетом случайностей реализаций объекта и его возможных отказов. Различным видам отказов соответствуют различные виды и уровни ущерба. Уровень ущерба от отказа определенного вида существенно зависит от реализуемых внешних случайностей.
В пространстве переменных, соответствующих случайностям, каждому состоянию объекта соответствует точка этого пространства, а множеству ущербных состояний – область отказа. Состояния, которым соответствует множество точек на границе области отказа, называются предельными.
Фундаментальными показателями надежности объекта, определяющими выбор надежностных требований, являются вероятности отказов, т.е. вероятности того, что за время жизни объекта возникает отказ того или иного вида. Ситуации выбора надежностных требований в зависимости от последствий отказов, управляемых принимаемым решением, подразделяются на следующие типы:
а) с экономической ответственностью решения;
б) с неэкономической ответственностью решения;
в) со смешанной ответственностью решения.
К типу (а) относятся те случаи, когда последствия отказов, управляемых решением, поддаются экономической оценке (т.е. возможность оценки не вызывает принципиальных возражений).
К типу (б) – когда среди последствий отказов, управляемых решением, существенно преобладают экономические неоценимые, например гибель, ранение или другое причинение ущерба здоровью людей, уничтожение уникальных культурных и исторических ценностей, ущерб для политической и социальной деятельности и т.п.
К типу (в) – последствия отказов, управляемых решением, включают как экономический ущерб, так и экономически неоценимые последствия, причем, оба вида последствий существенно влияют на выбор надежностных требований.
Для каждой ситуации выбора надежностных требовании устанавливается нормативный показатель тяжести последствий отказов, который представляет собой усредненную по вероятности оценку внешних случайностей. Эта оценка для различных ситуаций в большей или меньшей степени субъективна и зависит от технико-экономических и социальных возможностей заказчика. В качестве заказчика может выступать как общество в целом, так и отдельные организации и группы его членов.
Для оптимизации экономического ущерба и анализа риска неэкономических последствий при выборе целесообразного уровня надежности используется целевая функция стоимости, состоящая из начальной стоимости объекта и стоимости потерь при вероятных отказах.
Требования норм проектирования к расчету конструкции в предельном состоянии должны учитывать ситуацию, в которой это состояние реализуется. Для рассмотрения при проектировании нормами устанавливаются формальные характерные ситуации, называемые расчетными.
Расчетная ситуация определяется сочетанием следующих факторов: стадия существования конструкции; природные условия; условия эксплуатации; возможность грубых ошибок в деятельности людей.
При разработке норм проектирования должны рассматриваться следующие типы расчетных ситуаций:
установившиеся – имеющие продолжительность реализации того же порядка, что и срок службы конструкции (например, эксплуатация между двумя капитальными ремонтами или изменениями технологического процесса);
переходные – имеющие небольшую по сравнению со сроками службы продолжительность реализации (например, возведение здания, капитальный ремонт, реконструкция);
аварийные – имеющие небольшую продолжительность и малую вероятность появления, но являющиеся важными с точки зрения последствий отказов, возможных при этой ситуации (например, ситуации, возникающие во время взрывов, столкновений аварий оборудования, пожаров, а также непосредственно после отказов каких-либо элементов конструкций).
Все конструкции подразделяются по целесообразному уровню их надежности на несколько классов. Каждому классу конструкций предписывается несколько целесообразных уровней надежности в зависимости от расчетной ситуации и вида предельного состояния. Целесообразный уровень надежности характеризуется целесообразным значением вероятности отказа.
Целесообразные значения уровней надежности для заданного сочетания "класс – ситуация – отказ" устанавливаются путем обобщения информации, полученной из оптимизационных расчетов анализа уровня надежности эксплуатируемых объектов, относящихся к данному сочетанию, и последствий их аварий (реальных и моделируемых).
На пути реализации нового метода нормирования в практику проектирования необходимо провести комплекс научно-исследовательских работ по пересмотру норм проектирования конструкций из разных материалов и различного назначения. Сложную задачу будет представлять подготовка необходимых исходных данных по нагрузкам и материалам. Так, необходимо будет коренным образом переработать СНиП "Нагрузки и воздействия", основным содержанием которого должны стать данные о средних значениях нагрузок (что само по себе представляет в ряде случаев новый вопрос, например, для крановых нагрузок, нагрузок на перекрытия промышленных и общественных зданий и др.) и коэффициентах вариации для них. Видимо, потребуется разработка и "карт" коэффициентов вариации для климатологических нагрузок: снеговых, ветровых, гололедных, температурных климатических воздействий.
Потребуется разработка новых данных по средней прочности применяемых материалов и коэффициентов вариации для них, а также решение вопроса о браковочных значениях в условиях перехода к прямому расчету на надежность.
Учитывая новизну предлагаемого подхода, необходимо проведение опытного проектирования широкой номенклатуры зданий и сооружений из разных видов материалов. При этом особое внимание должно быть уделено наиболее сложным условиям работы конструкций, например: внецентренному сжатию с изгибом, кручению, предварительно напряженным конструкциям, работе конструкций в условиях образования и раскрытия трещин и т.д.
В настоящее время достаточно трудно оценить, даже ориентировочно, экономический эффект от внедрения вероятностного метода нормирования. Его основной эффект будет заключаться в знании уровня надежности проектируемых конструкций, что само по себе является весьма важным обстоятельством. При назначении этого целесообразного уровня наряду с оптимизационными процедурами будут учитываться наиболее смелые, прогрессивные решения, оправдавшие себя практикой. Поэтому окажется возможным изъять излишние резервы в сооружениях.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему