Спостереження за технічним станом об’єктів

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний університет водного господарства

Та природокористування

 

Кафедра експлуатації гідромеліоративних систем

 

081-102

Методичні вказівки

до виконання лабораторно - виробничої роботи на тему: «Оцінка надійності роботи гідротехнічних об’єктів» з дисципліни «Основи надійності водогосподарських об’єктів»

Студентами напряму підготовки 6.060103

Гідротехніка (водні ресурси)” денної форми навчання

 

 

Рекомендовано методичною комісією за напрямом підготовки 6.060103 „Гідротехніка (водні ресурси)”

протокол № 14 від 24.12.12р.

 

 

Рівне - 2012

Методичні вказівки до виконання лабораторно - виробничої роботи на тему: «Оцінка надійності роботи гідротехнічних об’єктів» з дисципліни «Основи надійності водогосподарських об’єктів» студентами напряму підготовки 6.060103 „Гідротехніка (водні ресурси)” денної форми навчання (Гурин В. А., Кузьмич Л.В. – Рівне: НУВГП, 2012 – 26 с.)

 

Укладачі: В.А. Гурин, д.т.н., професор;

Л.В. Кузьмич, к.т.н., доцент;

 

 

Відповідальний за випуск: В. А. Гурин, д.т.н., професор, завідувач кафедри експлуатації гідромеліоративних систем.

 

© В.А.Гурин

© Л.В.Кузьмич

 

© НУВГП, 2012

Зміст

1. Загальні вказівки 2. Мета роботи 3. Задачі надійності
4. Обгрунтування плану та кількості об’єктів спостережень 5. Спостереження за технічним станом об’єктів 6. Програма лабораторио-виробиичої робота
7. Характеристика об’єкта досліджень 8. Порядок виконання роботи 8.1. Обстеження технічного стану кріплення відкосів р.Устя 8.2. Спостереження за станом та дослідження бетонних і залізобетонних конструкцій 8.3. Спостереження за станом і деформаціями земляних споруд 9. Рекомендації шодо обробки та оформлення результатів обстеження гідротехнічних об'єктів 9.1. Склад звіту 9.2. Результати обстежень стану кріплення відкосів 9.3. Результати обстеження стану гідротехнічної споруди 9.4. Результати обстеження стану земляної греблі Рекомендована література

 

 

Загальні вказівки

Виконання лабораторно - виробничої роботи є невід’ємним етапом вивчення курсу “Основи надійності водогосподарських об’єктів” відповідно до робочої програми дисципліни, що сприяє поглибленню і закріпленню теоретичних знань, отриманих студентами під час вивчення курсу, виробленню умінь проведення аналізу і розрахунків надійності гідротехнічних об’єктів та розробки і впровадження заходів з підвищення їхньої надійності.

Мета роботи

Метою є ознайомлення студентів з умовами застосування та експлуатації водогосподарських об’єктів, вивчення їхньої конструкції, оцінювання технічного стану, аналіз статистичної інформації, розробка пропозицій щодо підвищення надійності роботи водогосподарських об’єктів та удосконалення їхньої конструкції.

3. Задачі надійності

Досягнення поставленої мети потребує вирішення наступних задач:

-визначення причин виникнення і оцінка впливу характерних пошкоджень та відмов гідротехнічних споруд в процесі експлуатації;

-експлуатаційно-функціональний аналіз надійності елементів гідротехнічних споруд;

-оцінка довговічності бетонних виробів конструкцій гідротехнічних споруд;

-кількісний аналіз відмов елементів гідротехнічних споруд;

-удосконалення конструкцій гідротехнічних споруд закритої регулюючої мережі осушувальних систем;

-обґрунтування термінів проведення планово - попереджувальних ремонтів гідротехнічних споруд.

Оцінка надійності гідротехнічних споруд проводиться у відповідності до загальної методики аналізу надійності згідно ДСТУ 2861-94, ДСТУ – 2864-94 та ДСТУ – 3004-95 [1, 2, 3].

Структурну схему оцінювання надійності гідротехнічних споруд наведено на Рис.1.

Оптимізація експлуатації для існуючих систем (І етап)

 

Рис. 1. Структурна схема оцінювання надійності

гідротехнічних споруд

За такою схемою, дослідження включають в себе сукупність можливих зв’язків, які необхідно вивчати. На схемі показано основні фактори, що впливають на надійність гідротехнічних споруд.

Як відомо, надійність гідротехнічної споруди, як технічної системи, має бути закладена на стадії проектування, забезпечуватись під час будівництва і підтримуватись в процесі експлуатації. Ефективність роботи споруди залежить від проявлення властивостей надійності (безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність та збереженість) в процесі довготривалої експлуатації.

В процесі експлуатації, щоб оцінити надійність, необхідно встановити зв’язок між пошкодженнями та відмовами (аваріями), режимом роботи споруди і рівнем технічного обслуговування, який, в свою чергу, потребує вивчення організації та умов проведення ремонту споруди як фактора відновлення її працездатного стану.

На основі аналізу результатів експлуатації розробляються рекомендації з підвищення надійності діючих гідротехнічних споруд і перенесення накопиченого досвіду підвищення надійності на інші споруди, що експлуатуються. При цьому заходи підвищення надійності повинні враховувати економічну доцільність, ефективність і оптимальність варіантів.

Дослідження по запропонованій схемі слід проводити безперервно з метою встановлення причин, а також факторів, що впливають на надійність споруди. Потрібно звернути увагу на шлях від встановлення причин відмови до усунення їх наслідків, на проведення аналізу і узагальнення накопиченого досвіду і впровадження його при реконструкції та будівництві об’єктів з метою підвищення їхньої надійності. В структурній схемі обов’язковою є умова наявності зворотного зв’язку.

Надійність об'єкта визначають для контролю і перевірки відповідності показників роботи технічним умовам, які задані в технічному завданні на систему.

Надійність об'єктів можливо оцінювати такими методами:

- аналітичними;

- експериментальними;

- імовірнісного моделювання;

- комбінованими, які є поєднанням методів, названих вище.

Проектну оцінку надійності об'єкта, як правило, проводять аналітичними методами, методами імовірнісного моделювання і комбінованими методами.

Оцінку надійності діючого об'єкта, яка є більш повною, проводять експериментально, шляхом спостереження, збору і обробки статистичних експлуатаційних даних про надійність як об'єкта в цілому, так і окремих його елементів, шляхом проведення випробувань та іншими методами, в яких використовуються обидва ці напрямки.

Надійність об'єктів при експлуатації можливо контролювати експериментальним методом (основний метод) та аналітичними методами і методами імовірного моделювання для прогнозу змін показників в часі при довготривалій експлуатації

При проведенні оцінки і контролю надійності використовують нормативно - технічні і методичні документи, довідники тощо.

Збір і обробку експлуатаційної інформації проводять для вирішення таких завдань:

- встановлення конкретного змісту поняття відмови;

- встановлення і оцінка показників надійності об'єктів;

- виявлення конструктивних і технологічних недоліків, що зменшують надійність;

- виявлення елементів об'єктів, які зменшують їхню надійність;

- визначення впливу умов і режимів експлуатації на надійність;

- коригування нормованих показників надійності;

- виявлення недоліків експлуатації та удосконалення системи технічного обслуговування та ремонту;

- визначення ефективності заходів підвищення надійності.

 

В переважній більшості гідротехнічні споруди виконані із застосуванням гідротехнічного бетону, характеристиками якого є морозостійкість та водопроникність. Марка гідротехнічного бетону призначається за результатами розрахунку конструкції на міцність і тріщиностійкість з врахуванням вимог морозостійкості (F) та водопроникності (W).

Морозостійкість бетону згідно з ДСТУ БВ.2.7 - 43-96 (ГОСТ 10060.1-95) [4] характеризується найбільшою кількістю циклів позмінного заморожування і відтавання, які спроможні витримати зразки без втрати міцності більше 15%. Залежно від кліматичних умов для важкого гідротехнічного бетону згідно зі стандартом встановлені такі проектні марки бетону за морозостійкістю: F25; F35; F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F800; F1000.

Водопроникність бетону згідно з ДСТУ БВ.2.7 - 48-96 [4] характеризується найбільшим тиском, при якому не спостерігається просочування води через зразки. Для бетону гідротехнічних споруд згідно зі стандартом встановлені такі марки: W 2; W 4; W 6; W 8; W10;W12;W14;W16;W 18;W20.

За умовами роботи бетону, залежно від розміщення гідротехнічного бетону в споруді стосовно до рівня води, бетон поділяєтеся на підводний (постійно у воді), бетон зони змінних рівнів води і надводний. Бетон підземних гідротехнічних споруд при наявності ґрунтових вод розглядається як підводний.

 

Для розрахунку показників надійності згідно ДСТУ–2864-94, ДСТУ-3004–95 [5] необхідно виконувати наступні роботи:

- вибір плану спостережень на надійність;

- планування спостережень;

- збір необхідної інформації;

- статистична обробка інформації.

Планом спостережень на надійність встановлюється число об’єктів, порядок проведення обстеження та критерій їх припинення.

Статистична обробка інформації здійснюється за стандартними методиками [6, 7] з метою визначення кількісних показників надійності.

 

4. Обґрунтування плану та кількості об’єктів спостережень

Планування спостережень на надійність передбачає визначення потрібного обсягу обстежень для розрахунку показників надійності із заданими точністю та вірогідністю.

У відповідності до [8] передбачено наступні основні плани спостережень:

[NUN], [NUT], [NUr], [NRT], [NRr], [NMr], [NMT],

де

N – обсяг вибірки;

U – невідновлювані і незамінювані елементи під час спостережень в разі відмови;

R – невідновлювані, але замінювані елементи під час спостережень в разі відмови;

M – відновлювані елементи під час спостережень в разі відмови;

T – напрацювання елемента;

r – число елементів, що відмовили.

 

Для більшості гідротехнічних споруд характерними планами спостережень є:

- план [NUT] - план, згідно з яким одночасно випробовують N об'єктів; об'єкти, що відмовили під час випробовувань, не відновлюють і не замінюють; випробовувати припиняють по закінченні терміну випробовувань або напрацювання Т для кожного об'єкта, що не відмовив;

- план [NUR] - план, згідно з яким одночасно випробовують N об'єктів; об'єкти, які відмовили під час випробовувань, не відновлюють і не замінюють; випробування припиняють, коли кількість об'єктів, що відмовили, досягла г. При r = N маємо план [NUN];

- план [NU(r,T)] - план, згідно з яким одночасно випробовують N об'єктів; об'єкти, які відмовили під час випробувань, не відновлюють і не замінюють; випробування припиняють, коли закінчився час випробувань чи напрацювання Т кожного об'єкта, що не відмовив залежно від того, яка з цих умов виконується раніше.

Параметри надійності є випадковими функціями часу, які визначаються законами розподілу. Оскільки закон розподілу характеризує масові випадкові явища, то визначення показників надійності повинно ґрунтуватись на спостереженні об'єктів, кількість яких N - встановлюється відповідно до прийнятих значень довірчої імовірності ß та імовірністю безвідмовної роботи R(t) (табя.1.).

Таблиця 1 Кількість N об'єктів спостереження R(t) ß 0.8 0.9 0.95 0.98 0.500         0.800         0.900         0.950         0.980         0.990         0.995

 

*

 

Спостереження за технічним станом об’єктів

Спостереження за гідротехнічними об'єктами поділяються на візуальні та інструментальні. Візуальні спостереження полягають в періодичних оглядах об'єктів з описом їхнього стану, виконання креслень, фотознімків, проведення вимірів виявлених порушень за допомогою найпростіших інструментів (лінійка, мірна стрічка та ін.). Інструментальні спостереження полягають в проведенні планових і висотних знімань споруд, зборі та аналізі показів контрольно - вимірювальних приладів, які встановлені на спорудах (обов'язкове для споруд І, ІІ та ІІІ класів капітальності). При необхідності проводять відбір проб ґрунту, бетону і води для здійснення їхнього аналізу.

До візуальних відносяться спостереження за загальним станом земляних і бетонних поверхонь споруд за просіданням і тріщинами, зсувом, фільтрацією, вилуженням бетону, станом льодового покриву, рухом льоду і шуги тощо. Всі порушення, що виявлені під час обходу, фіксують на місцевості, а також на плані та розрізах споруд з описом, рисунками (шкіцами), результатами обмірів. Результати оглядів заносять в журнал візуальних спостережень, де вказують дату виявлення деформацій і порушень, місце їхнього розташування (номер пікету та відстань від пікету або від осі споруди), характер деформацій (порушень) та їхні розміри (довжина, ширина, глибина - для тріщин, площа - для обвалів і зсувів). Всі порушення показують на плані та розрізах споруд умовними позначеннями (табл. 2).

Таблиця 2

Умовні позначення дефектів бетонних і залізобетонних облицювань, кріплень та поверхні бетону гідротехнічних споруд

№№ п/п	Умовні позначення	Опис дефектів та порушень
		- видима тріщина
		- тріщина, що закрилась
		- тріщина з сухим нашаруванням (наліт)
		- тріщина з патьоками
		- мокра пляма (площа плями в м2)
		- мокра пляма з білим нальотом
		- патьоки з бурим нальотом
		- фільтрація з виносом іржі
		- краплинна течія
		- струменева течія
		- витікання мастики
		- сухі білі плями
		- сухі бури плями
		- раковина
		- порожнини під плитою
		- значне стирання плит
		- розбита плита з оголенням арматури
		- маяк
		- щілина

 

 

 

Рис.2. Схема кріплення берегів р.Устя в межах м.Рівне

0-1…27-М – дослідні ділянки