Аннотация
Оценивается влияние на уровень надежности качества оценки прочностных показателей разрушающими методами. Повышение точности прямых измерений (прежде всего геометрических размеров образца) при испытании класса бетона позволяет добиться значительного снижения погрешности измерения при оценке класса бетона.
Abstract
The influence of destructive methods on the level of reliability of quality evaluation of strength indicators is estimated. Improving the accuracy of direct measurements (especially the geometric dimensions of the sample) when testing the class of concrete can achieve a significant reduction in the measurement error in the evaluation of the class of concrete.
Проблемой современных принципов обеспечения надежности строительных конструкций является отсутствие взаимосвязи между проектированием и расчетом конструкций, методами контроля качества в процессе возведения и оценки резервов несущей способности в процессе эксплуатации. Важно оценивать комплексного влияние контроля качества на конечный результат строительной продукции, обеспечивая гарантированные показатели основных свойств конструкций, обеспечивая требуемый уровень надежности [1].
Совершенствование методов контроля и в частности оценки показателей прочности является важнейшим направление современной развития. Одним из важных факторов является точность контроля физико-механических свойств материалов и правильная трактовка полученных результатов. Достоверный и своевременный контроль качества материалов является составной частью триады надежности: поскольку надежность закладывается при проектировании, оценивается и обеспечивается в процессе строительства, поддерживается в процессе эксплуатации [2]. Современные требования по контролю качества далеко не всегда обеспечивает высокий уровень точности измерительных и контрольных операций [3].
Необходимо научно обоснованно подойти к метрологическому обеспечению процесса измерения и оценки показателей качества [4]. Для обеспечения точности контроля контроля при определении класса бетона на сжатие: класс бетона на сжатие гарантированная прочность вероятностью 95% по результатам испытаний стандартных образцах необходимо оценить требования прямых измерений участвующих в процессе. Нормативные документы подходят к оценке прочности в стандартных образцах, как к прямому методу с точки зрения обработки результатов, а показатели точности измерения, заложенные в ГОСТ 10180 приводятся, как для косвенных (включая непосредственно измерение геометрических размеров и разрушающей силы).
С учетом того, что в нормативах закладывается точность измерения прямых методов измерения при определении прочности [5]:
- для измерения геометрических размеров допустима погрешность геометрических δ_(a,b)^,=1%;
- при изготовлении форм погрешность доставлять не более 0,5% [6];
- для разрешающей силы δ_P^ =0,5%.
Предельная величина коэффициента вариации для бетона при определении класса прочности составляет 13,5%. При этом не учитывается, что составляющая погрешности косвенного метода измерения может составлять значительную величину.
Инструментальная погрешность искажает результаты испытаний и при неблагоприятном стечении обстоятельств, приводит к снижению уровня надежности возводимых строительных конструкции, а так же стать причиной разрушения железобетонных и бетонных конструкций. Влияние погрешности измерений при определении прочности конструкционных материалов и ее влияние на достоверность испытаний и уровень надежности возводимых конструкций, является актуальной задачей.
При стандартных разрушающих методах испытания погрешность определяется, как для косвенных методов измерений на основании известных допустимых погрешностей прямых измерений. Исходя из влияния точности оценки геометрических размеров и разрушающей силы. Погрешность косвенного метода определения прочности зависит от того, что значения погрешностей Δа, Δb, ΔP, ... много меньше самих значений величин а, b, P. Где а,b, P - геометрические размеры в и разрушающая сила измеренные в процессе испытания. Формула для определения погрешности будет выглядеть [7]:
δ_R=√(∂R/∂a δ_a^2+∂R/∂b δ_b^2+∂R/∂P δ_P^2 ) (1);
где ∂R/∂a, ∂R/∂a, ∂R/∂a коэффициенты значимости прямых измерений, определяется как частная производная функции R = f(a, b, P)=P/axb по соответствующей переменной.
Коэффициент значимости для каждой составляющей составит:
∂R/∂P=1/axb;
∂R/∂a=P/b 1/a^2 ;
∂R/∂b=P/a 1/b^2 (2).
Рассмотрим влияние погрешности косвенного измерения на примере определение класса бетона В 30 в стандартных образцах и оценим влияние погрешности косвенного метода. При испытании класса бетона в стандартных образцах размером 15х15х15см, прочность должна быть на уовне 383 кгс/см2, аразрушающая сила должна быть на уровне 86850кгс.
Погрешность косвенного метода при определении прочности составит:
δ_R=√(P/(ba^2 ) δ_a^2+P/(ab^2 ) δ_b^2+1/ab δ_P^2 )=√(2 86500/〖15〗^3 δ_a^2+1/〖15〗^2 δ_P^2 )=√(51.2δ_a^2+0.00〖44δ〗_P^2 )=0.071;
Расчеты показывают, что погрешность косвенного метода может достигать порядка 7%, т.е. при допустимом коэффициента вариации 13,5, половина допустимого размаха показателей прочности при испытании может приходиться на погрешность самого точного метода. При сохранении погрешности прямых измерений в допустимых пределах, при этом может существенно искажать результаты испытаний.
По результатам видно, что учет допустимой погрешности прямых методов, при определении класса бетона существенно искажает результаты (погрешности косвенного метода). Это существенно отразится на вероятностном расчете уровня надежности по показателю вероятность безотказной работы и индекс безопасности [8,9].
Средний показатель результата определения прочности при определении класса искажается на 7%. На примере оценки показателей вероятности безотказной работы и индекс безотказности для конструкций из бетона класса В30, оценим изменения [10]. Сравним результаты расчета при отсутствии влияния погрешности метода для бетона класса В30 и с учетом погрешности метода (с отклонением в снижения прочности в соответствии с Рис. 1), результаты сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Снижение уровня надежности из –за влияния точности косвенного метода класса бетона
Учет влияния точности метода Ср. прочн. по результатам испытания, кг/см2 Расч. прочн. для класса по 1 гр. Пр. сост. кг/см2 [13] νR [14] νQ[14] Кзап β Рf
При отсутствии влияния погрешности метода 381 170 0,13 0,47 2,24 2,419 73х10-4
При учете погрешности косвенного метода 345 170 0,13 0,47 2,03 2,039 186х10-4
По результатам расчета видно, что снижение индекса безопасности , при учете погрешности косвенного метода составит 10%, вероятность отказа повысится в 2 раза с Pf= 73х10-4 до 185,9х10-4.
Современные нормативные документы в строительстве должны обеспечивать существенное повышение уровня качества, снижение количества и величин допустимых отклонений и дефектов в геотехническом строительстве. Необходимо добиться повышения точности измерения геометрических размеров, которые, как показано выше определяют, точность косвенного метода определения прочности.
Необходимо увязывать показатели точности метода измерений с оценкой геометрических размеров в процессе испытаний и в процессе возведения геотехнических конструкций. Совершенствование методов контроля и повышение точности измерений позволит снизить вероятность аварийных ситуаций в геотехническом строительстве. Реализация практике должна основываться исходя из того, что методы контроля должны обеспечивать снижение инструментальной и методической контроля качества материалов за счет повышения точности контроля.
Ориентировочный уровень точности контроля должен приводить к коэффициента вариаций для бетона с 13 до 5%, что позволит снизить вероятность отказа в 2 раза.
В процессе оценки качества бетона необходимо добиваться, что бы точность измерения геометрических размеров стандартных образцов бетона при разрушающих методах снизалась до приемлемых результаты. При этом должны соблюдаться требования метрологические, которые позволят обеспечить данное испытания методами и средствами измерения. Погрешность при повышении точности геометрических измерений должна составить при погрешности измерения геометрических размеров:
- δ_a^2=0,5% тогда δ_R=3,5%;
-δ_a^2=0,25% 〖тогда δ〗_R=1,7%
Поэтому для решения задачи повышения уровня надежности бетонных и железобетонных конструкций необходимо обеспечить точность измерения геометрических размеров на уровне 0,5%.
Рассмотрим метрологическую составляющую данного технического решения. По образцов бетона размером от 100мм до 300мм, допуск составляет 0,5мм. Тогда точность измерения д. составить величину, как представлено в формуле 2. на основании ГОСТ 23616-79 [11]: 
(2) где 
- предельное значение абсолютной погрешности измерения; Δх- допуск контролируемого параметра (0,5мм).
Средства измерения для данного вида измерения с требуемой погрешностью должны обеспечить величину точности измерения 0,5х0,2=0,1мм. Этим требования в соответствии с [12] удовлетворяет штангенинструмент, у которого в диапазоне измерений от 0 до 500мм погрешность измерения составит 0,1-0,2ммм.
Реализация приведенных положений должна проявляться в снижении коэффициента вариации бетона, что снизит вероятность отказа конструкций из этих материалов. Для этого переходить на вероятностные методы проектирования и увязанные с ними методы контроля качества и оценки резервов несущей способности. Необходимо существенно повысить культуру производства, что приведет к улучшению качества работ на строительной площадке и снижению влияния как допустимых, так и критических отклонений и дефектов.
Современные требования строительной и геотехнической отрасли требуют срочного решения задачи повышение уровня качества проектирования, строительства и контроля, а значит и надежности и долговечности возводимых конструкций. Для этого необходимо снизить разрыв между процессами проектирования, строительства, контроля качества и рассматривать их в едином комплексе, ориентированным на конечный результат и высокую эффективность.
- Краснощёков Ю.В. Вероятностные основы расчета строительных конструкций. уч. Пос. Омск, 2016г, Издательско-полиграфический центр СибАДИ. 214с.
- Ефремов И. В., Рахимова Н. Н. Надежность технических систем и техногенный риск. – Оренбург, ОГУ, 2013. – 163 с.
- Yu.A. Belentsov, O.M. Smirnova INFLUENCE OF ACCEPTABLE DEFECTS ON DECREASE OF RELIABILITY LEVEL OF REINFORCED CONCRETE STRUCTURES. International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET) Volume 9, Issue 11, November 2018, pp. 2999–3005.
- Улыбин А. В., Федотов С. Д., Тарасова Д. С. Определение прочности бетона при обследовании зданий и сооружений // Мир строительства и недвижимости. – 2012. – №45 – С. 2-5.
- ГОСТ 10180-2012 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.
- ГОСТ 22685-89 ФОРМЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ БЕТОНА.
- Горлач В.В., Егоров В.Л., Иванов Н.А. Обработка, предоставление, интерпритация результатов измерений. Учебное пособие. Омск., Издательство СибАДИ, 2006г, 85с.
- Ржаницын А. Р. Теория расчета строительных конструкций на надежность. – М., Стройиздат, 1978 – 239 с.
- Райзер В. Д. Теория надежности в строительном проектировании. –М. АСВ, 1998 – 304 с.
- Беленцов Ю. А., Харитонов А.М. Определение коэффициента запаса при оценке качества кирпичных конструкций // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 4 (57). С. 105–110.
- ГОСТ 23616-79. Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Контроль точности.
- ГОСТ 26433.1-89 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве. Правила выполнения измерений. Элементы заводского изготовления
Профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой Аграрного государственного Университета, Беленцов.Ю. А, профессор, доктор технических наук Комов.В. М.
