Пособие к методике определения критериев безопасности гидротехнических сооружений рд 153-34. 2-21. 342-00” (стр. 4 из 23)
«2.9. В период эксплуатации для корректировки состава и критериальных значений К1 и К2 диагностических показателей следует использовать, кроме результатов расчетов, данные натурных наблюдений за весь период строительства и эксплуатации, а также результаты анализа опыта эксплуатации данного ГТС и аналогичных по конструкции и условиям эксплуатации сооружений. В целях прогноза изменения показателей и возможно более точной их корректировки статистическими и детерминистическими методами должна быть разработана математическая модель сооружения».
Основным способом назначения критериальных значений К1 и К2, в соответствии с данной «Методикой», является расчетное определение реакции сооружения в заданных для контроля точках сооружения. При наличии достаточно представительного ряда натурных наблюдений эти данные используются как для корректировки результатов расчета, так и для построения статистических моделей. В случае ограниченного объема данных натурных наблюдений на конкретном сооружении, для построения статистических моделей могут при соответствующем обосновании дополнительно привлекаться результаты наблюдений на сооружениях-аналогах.
диапазон изменения значений показа теля при нормальном эксплуатационном состоянии должен в несколько раз превосходить погрешность измерительной системы;
диагностический показатель должен поддаваться прогнозу с помощью детерминистических или статистических прогнозных моделей».
При выборе диагностических показателей из всей имеющейся совокупности контролируемых показателей рекомендуется, чтобы диагностические показатели обладали следующими свойствами:
диагностический показатель должен быть достаточно «чутким» к изменению внешних воздействий на сооружение (например, если контролируемый показатель «не реагирует» на изменение УВБ и температур окружающей среды, то вряд ли он пригоден в качестве диагностического);
в диапазоне изменения внешних воздействий при нормальной эксплуатации сооружения (например, при изменении УВБ от УМО до НПУ} амплитуда (размах) изменения показателя, выбранного в качестве диагностического, должен в несколько раз превосходить погрешность измерения (вычисления) этого показателя; в противном случае замер будет соизмерим с погрешностью, и диагностика будет недостоверной;
состав диагностических показателей должен быть, по возможности, полным, таким, чтобы контролировать все возможные сценарии повреждений и отказов;
во избежание ложной тревоги желательно, чтобы один и тот же диагностический показатель измерялся не одним, а двумя независимыми измерительными преобразователями.
«2.13. Наряду с оценкой безопасности на основе сравнения измеренных значений диагностических показателей с их критериальными и прогнозируемыми значениями, оценка безопасности ГТС включает оценку уровня риска аварии. Для этой цели должна быть построена иерархическая система факторов безопасности и выполнена оценка уровня риска аварии в детерминистической и (или) вероятностной форме (приложение З). Как правило, оценка уровня риска аварии должна выполняться при составлении декларации безопасности ГТС».
Диагностика состояния эксплуатируемого ГТС на основе сопоставления диагностических показателей состояния с их критериальными значениями - это наиболее распространенный в нашей стране метод диагностики. Однако более обоснованное суждение о состоянии ГТС может быть составлено на основе привлечения всего комплекса имеющейся информации. Комплексная оценка состояния ГТС может быть выполнена в форме оценки уровня риска аварии в детерминистической и (или) вероятностной постановке. Выбор количественного показателя, определяющего уровень риска аварии ГТС, а также вычисление выбранного показателя для конкретного сооружения являются сложными задачами, не получившими общепринятого однозначного решения. Имеется ряд предложений по вычислению уровня риска аварии ГТС, два из которых рекомендованы в приложение З «Методики» [1].
Первый из рекомендованных способов дает экспертную оценку уровня безопасности ГТС в безразмерной (балльной) шкале. Для каждого сценария возможной аварии определяется перечень действующих факторов безопасности, эти факторы ранжируются по значимости, экспертным путем определяется значение каждого фактора и по определенному правилу (формуле) строится общая балльная оценка уровня безопасности ГТС.
Детальный комплексный анализ всей доступной информации о состоянии ГТС практически всегда возможен (и должен быть выполнен) при диагностике «нормального» и «потенциально опасного» состояния, т.е. в тех случаях, когда еще имеется (в отличие от случая диагностики «предаварийного состояния») запас времени для такого анализа, принятия и реализации технических и организационных мероприятий по предотвращению аварии,
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТЕРИАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СОСТОЯНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
«3.1. Проектное обоснование прочности и устойчивости ГТС и их оснований должно быть выполнено из условия недопущения предельных состояний» [5]:
В (3.1) обозначено:
γn - коэффициент надежности по ответственности (назначению) сооружения;
γ1c - коэффициент сочетаний нагрузок;
F - расчетное значение обобщенного силового воздействия;
R - расчетное значение обобщенной несущей способности.
«3.2. На стадии проекта состав и критериальные значения диагностических показателей К1 и К2 следует определять на основе анализа результатов расчетов и экспериментальных исследований фильтрационного, гидравлического и температурного режимов, напряженно-деформированного состояния, прочности и устойчивости ГТС на основное и особое сочетания нагрузок (приложение 4), а также анализа прочностных, деформационных и фильтрационных характеристик материала».
Основными причинами аварий на ГТС являются:
нарушение механической прочности сооружений напорного фронта или их оснований;
превышение допустимых величин деформаций;
нарушение фильтрационной прочности;
потеря устойчивости;
недостаточная пропускная способность водосбросных и водопропускных сооружений.
В соответствии с действующими нормами при проектировании рассматриваются две группы сочетаний нагрузок и воздействий: основные, особые отдельно для строительного и эксплуатационного периодов. Рекомендуемый перечень нагрузок и воздействий и образуемых ими сочетаний приведен в соответствующих нормах для расчетного и ремонтного случаев, «Основные сочетания включают постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия. Особые сочетания включают постоянные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия и одну (одно) из особых нагрузок и воздействий» (п. 5.2 СНиПа [5]). К особым относятся нагрузки и воздействия более редкой повторяемости.
Возможным, но недопустимым состоянием ГТС является аварийное состояние. Недопустимость аварийного состояния при проектировании обеспечивается системой расчлененных коэффициентов надежности. Система этих коэффициентов осуществляет переход от нормативных нагрузок и физико-механических свойств материалов к расчетным нагрузкам и свойствам материалов. Таким образом, в проектных расчетах фигурируют не нормативные, а несколько завышенные (расчетные) нагрузки и несколько заниженные (расчетные) значения несущей способности. Под нормативными здесь понимаются нагрузки и физико-механические параметры материалов, полученные путем статистической обработки данных лабораторных или натурных испытаний.
Левая часть неравенства 3.1, представляющая значение обобщенной несущей способности, представляет собой систему критериальных значений К1 и К2 воздействий на сооружение в виде гидростатической нагрузки, температуры, противодавления, пьезометрических уровней и т.д. Правая часть этого неравенства представляет собой реакцию сооружения на эти воздействия (напряжения в бетоне, контактные напряжения, вертикальные (осадки) и горизонтальные перемещения, фильтрационные расходы и др.). Критериальные значения К1 и К2 одного и того же показателя могут быть неодинаковыми для разных зон сооружения. При этом максимальные значения их не должны превышать расчетных значений сопротивления материала сооружения с учетом коэффициентов условий работы и надежности. Так, например, максимальные критериальные значения сжимающих напряжений в бетоне определяются по формуле
и т.д.,где Rв - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
γn - коэффициент надежности.
«3.5. Для сооружений, измеренные значения диагностических показателей которых оказались значительно ниже расчетных значений, определенных на стадии проекта, и в случае отсутствия результатов уточненных расчетов эксплуатируемого сооружения критериальные значения показателей следует принимать по прогнозным статистическим моделям. При этом указанные статистические модели следует применять, как правило, в пределах диапазона нагрузок и воздействий, испытанных сооружением в процессе эксплуатации».