Многоцикловое и истирающее воздействия дрейфующего ледяного покрова на морские гидротехнические сооружения (Имитационная модель формирования режима нагружения), страница 11

Одной из важных инженерных проблем морской гидротехники является расчет долговечности и надежности сооружений. Гидротехнические сооружения можно рассматривать как сложные системы, надежность которых обеспечивается качеством применяемых материалов, элементов, режимами работы конструкций и их элементов, контролем качества материалов и конструкций, контролем технических условий эксплуатации сооружений, уровнем развития строительной механики в соответствующей области. Для правильного расчета надежности необходимы не только качественные, но и количественные оценки этих факторов. При этом необходимо указать, что такие факторы, как качество материалов, нагрузки и т.п., являются случайными, следовательно, надежность конструкций зависит от случайных сочетаний нагрузки, прочности и других характеристик, изменяющихся во времени. Любые нарушения условий надежности работы сооружения приводят к отказам. Причины отказов можно классифицировать следующим образом:

- несовершенство расчета конструкции; технологические дефекты (следствие нарушения принятой технологии изготовления элементов сооружения);

- эксплуатационные дефекты (следствие нарушений технических условий эксплуатации);

- старение (износ) сооружения (следствие постепенного снижения физико-механических качеств материалов).

Для гидротехнических сооружений основной можно считать конструктивную причину, так как она относится ко всем представителям сооружений одного типа. Кроме того, она позволяет проанализировать и более правильно учесть исходные данные (нагрузки и прочностные характеристики). При этом можно применить наиболее простой аппарат исследований надежности и в результате получить данные об отказах с помощью статистического моделирования.

С экономической точки зрения первостепенной задачей является повышение качества, надежности и долговечности сооружения. Для регулирования долговечности объекта существует три способа:

- увеличение прочности (сопротивляемости к нагрузкам) объекта;

- уменьшение приложенной к объекту нагрузки;

- уменьшение скорости старения объекта.

Изменением этих трех основных параметров можно регулировать долговечность сооружения и его свойств. При известных законах распределения толщины льда и его прочности основные принципы определения надежности и устойчивости следующие:

- выбирается расчетная схема сооружения;

- определяются внешние воздействия на нее;

- определяются параметры пространства качества, которыми в случае многомерной задачи при учете различных отказов могут быть напряжения, силы, деформации, перемещения и др.;

- определяются параметры ледовой нагрузки в соответствии с выбранной формулой;

- определяется надежность сооружения как вероятность не превышения значения ледовой нагрузки значению несущей способности: Р=P[F<Ft], где F - ледовая нагрузка; Ft - несущая способность сооружения;

- вероятность наступления отказа сооружения определяется по формуле: Q=òf(F)f(Ft)dF, тогда Р=1-Q.

В рассматриваемом случае на значение надежности оказывает большое влияние распределение экстремальных значений ледовой нагрузки, достоверность которой определяется длительностью ряда наблюдений.

Помимо расчета сооружений на экстремальные нагрузки необходимо учитывать нагрузки более низкие по величине, т.к. есть опасность потери несущей способности конструкции за счет накопления усталостных повреждений в опасных сечениях от сравнительно умеренных нагрузок большой повторяемости.

Внешние нагрузки носят случайный характер, поэтому целесообразно расчет усталости сооружений осуществлять с позиций теории надежности. Для определения срока эксплуатации сооружений и планирования профилактических осмотров необходимо знать функцию распределения ресурса и вероятность его разрушения.

Далее приведен наиболее общий порядок расчета сооружений на надежность по усталостной прочности:

- выбирается расчетная схема сооружения;

- назначаются предельные состояния и расчетные сечения конструкции;

- определяется режим нагружения конструкции на основе информации о ледовом режиме и параметрах конструкции;

- рассчитывается функция распределения ресурса конструкции;

- оценивается срок эксплуатации сооружения и его надежность.