Сучасна теорія надійності складних технічних систем. Методика кількісного оцінювання надійності гідротехнічних споруд різних типів на стадії проектування, будівництва та експлуатації, під впливом навантажень та дій, що визначаються природними факторами.
Аннотация к работе
На сьогоднішній день в Україні діють норми проектування гідротехнічних споруд, відповідно до яких оцінювання надійності та безпеки цих споруд виконується на підставі напівімовірнісного (детерміністичного за формою) методу граничних станів. У Росії в 2004 році прийняті норми проектування гідротехнічних споруд, у яких разом з методом граничних станів рекомендується виконувати розрахунки з оцінювання імовірності виникнення аварій на цих спорудах. В Україні, в рамках системи забезпечення надійності та безпеки будівельних обєктів, триває розробка нормативного документа (ДБН), в якому формулюються загальні принципи забезпечення надійності та безпеки будівель, споруд, будівельних конструкцій та основ. Дисертаційна робота присвячена актуальній в Україні проблемі забезпечення надійності й безпеки гідротехнічних споруд різних типів на стадії проектування, будівництва та експлуатації, які перебувають під впливом навантажень та дій, що визначаються природними факторами. Метою дослідження є розробка методики кількісного оцінювання надійності гідротехнічних споруд різних типів на стадії проектування, будівництва та експлуатації, які перебувають під впливом навантажень та дій, що визначаються природними факторами, в рамках сучасної теорії надійності складних технічних систем, заснованої на імовірнісному підході.У вступі обґрунтовується актуальність, наукова новизна і практичне значення роботи, подана її загальна характеристика.Ці особливості повязані з механічним, фізико-хімічним та біологічним впливом води на такі споруди, їх індивідуальністю, що обумовлене унікальністю гідрологічних, топографічних, інженерно-геологічних та ін. умов, у яких зводяться гідротехнічні споруди. Показано, що надійність і безпека гідротехнічних споруд визначається природними і техногенними факторами, а також чинниками, що характеризують обмеження з природокористування й ін. Основна відмінність гідротехнічних споруд полягає в тому, що визначальним навантаженням на ці споруди є тиск води на грані. Показано, що природним факторам, які чинять вирішальний вплив на надійність й безпеку гідротехнічних споруд, властива значна мінливість. Обєктивна оцінка надійності й безпеки гідротехнічних споруд може бути отримана на підставі використання сучасних підходів, заснованих на імовірнісному аналізі міцності й стійкості цих споруд.Значення ризику (імовірності) досягнення граничного стану Pu може бути знайдене з виразу Для визначення вірогідності досягнення граничного стану зараз використовуються наступні методи: метод чисельної інтеграції, метод статистичних випробувань (Монте-Карло), метод, заснований на статистичній лінеаризації функцій випадкових величин. Цей метод може бути використаний тільки у випадку, якщо сукупний фактор Y є лінійною функцією від узагальненої несучої здатності R та узагальненої силової дії, тобто Y=R-F. Після виконання всіх N випробувань обчислюється значення ризику (імовірності) досягнення граничного стану Pu як відношення числа випробувань, при яких Yj<0, до числа всіх випробувань N. У рівняння (11) входять випадкові величини (параметри) XF,i,IFI (i=1, 2, …, ne, IFI=1, 2, …, NFI, де NFI - число параметрів, яке може бути різним для різних елементів) і XR,i,IRI (i=1, 2, …, ne, IRI=1, 2, …, NRI, де NRI - число параметрів, яке також може бути різним для різних елементів).Залізобетонні конструкції набули широкого розповсюдження у гідротехнічному будівництві. Такі конструкції застосовуються у машинних будівлях ГЕС і ГАЕС, у залізобетонних греблях, у судноплавних спорудах, у стоянах, у підпірних стінах різного призначення, у залізобетонних водоводах та інших спорудах. При цьому як показник рівня надійності та безпеки використовується значення ризику руйнування залізобетонних конструкцій, що є імовірністю виникнення такого руйнування. Y=As·Rs-Rb·b·(h0-v[h02-2·M/(Rb·b)]) (15) де b - ширина, а h0 - корисна висота поперечного перерізу елементу; As - площа поперечного перерізу арматури; Rs і Rb - відповідно, опір арматури розтягуванню і опір бетону стисненню, що розглядаються як випадкові величини. Розподіли опору арматури розтягуванню і розподіл опору бетону стисненню можуть бути прийняті відповідно до нормального закону.Одним з найважливіших факторів, що визначає надійність й безпеку гідротехнічних споруд, є їх стійкість проти зсуву. Утримуючі сили і сили зсуву, які входять у рівняння звязку, є функціями випадкових величин: рівнів води у верхньому і нижньому бєфах, швидкості вітру, від якої залежить хвильовий тиск, параметрів зрушення по підошві споруди. Як видно з цієї таблиці, найменш надійною є 5-а секція, для якої отримане значення щорічного ризику (імовірності) втрати стійкості проти зсуву дорівнює 1.2·10-6 1/рік. Значення щорічного ризику (імовірності) стійкості проти зсуву таких секцій вельми мале і складає 2.0·10-8 1/год. Перелив води через гребінь греблі з ґрунтових матеріалів є однією з основних причин аварійних ситуацій, які можуть мати місце на таких спорудах.Для отримання кількісної оцінки надійності та безпеки гідровузлів не