Анотація до роботи:

Клименко Є. В. Методологія оцінювання, прогнозування та регулювання технічного стану будівель і споруд із залізобетону. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.01 – будівельні конструкції, будівлі та споруди. – Національний університет „Львівська політехніка“, Львів, 2007.

Дисертацію присвячено оцінюванню технічного стану залізобетонних конструкцій і будівель та споруд у цілому, його прогнозуванню й регулюванню. Поставлені завдання вирішено на підставі розробленої моделі експлуатації конструкцій, що базується на апостеріорній інформації.

Запропоновано науково обґрунтоване скорочення кількості технічних станів. Проаналізовано вплив показників експлуатаційної придатності (ПЕП) на стан конструкцій. Розроблено рекомендації оцінювання технічного стану будівель і споруд у цілому. Для пошкоджених залізобетонних конструкцій запропоновано методику їх розрахунку, що базується на основних положеннях чинних норм.

Розроблена математична модель процесу експлуатації дає можливість описати його, прогнозувати стан конструкцій (будівель і споруд) у майбутньому, визначати їхній залишковий ресурс. Використання такого підходу дозволяє призначити початковий ресурс окремих конструкцій і будівель та споруд у цілому на стадії проектування. Запропоновано методику визначення кількості втручань у процес експлуатації, виходячи з мінімізації витрат.

Регулювання технічного стану передбачається здійснювати двома шляхами: підвищенням ПЕП й розширенням області якості через вивчення й опис дійсної роботи конструкцій. Наведено пропозиції щодо встановлення величини приросту ПЕП для забезпечення нормативного ресурсу конструкцій. Досліджено роботу звичайних і попередньо напружених залізобетонних балок з урахуванням передісторії навантаження. Розроблено методи описання напружено-деформованого стану й оцінки ПЕП залізобетонних елементів, що згинають, які нетривалий (4...5 діб) час були під впливом навантаження високого рівня.

Запропонована система моніторингового контролю дозволяє одержати достовірну інформацію про роботу окремих конструкцій і системи будівлі (споруди) у цілому, на основі якої описується процес експлуатації. Розроблено рекомендації із призначення терміну наступного обстеження.

Апробацію розробленої методології виконано шляхом зіставлення теоретичних і експериментальних даних, отриманих як автором, так й іншими дослідниками. Статистична оцінка результатів зіставлення дозволяє зробити висновок про можливості застосування пропозицій у практиці експлуатації.

Результати досліджень використано при розробці ряду нормативних документів, впроваджені в практику проектування й експлуатації.

1. Робота залізобетонних конструкцій під час експлуатації досить широко досліджена. Однак відсутня єдина методологія визначення технічного стану залізобетонних конструкцій, прогнозування його в часі та регулювання в процесі експлуатації. Це потребує додаткових експериментально-теоретичних досліджень, розроблення передумов та математичних моделей, які б достовірно описали процес експлуатації конструкцій.

2. На основі розробленої математичної моделі створена цілісна методологія оцінювання, прогнозування та регулювання технічного стану залізобетонних конструкцій та будівель і споруд в цілому на підставі прямого і диференційованого врахування факторів, що впливають на ПЕП.

3. Математичну модель експлуатації окремої конструкції або будівлі чи споруди в цілому створено на апостеріорній інформації. Показано, що опис кривої експлуатації поліномом другого ступеня є достовірним та надійним.

4. Виконано комплексний аналіз впливу характерних дефектів та пошкоджень залізобетонних конструкцій на їх ПЕП. Встановлено ступінь впливу пошкоджень на один з основних ПЕП – міцність. Для нормального перерізу зігнутих елементів найбільший вплив мають: площа робочої арматури, робоча висота перерізу (для сильно- та середньоармованих конструкцій), клас бетону та ширина перерізу впливають незначно, особливо при малих відсотках армування; для стиснутих елементів суттєвий вплив мають: кількість стиснутої та розтягнутої (для випадку відносно великих ексцентриситетів); клас бетону (для відносно малих ексцентриситетів). Розроблено спрощені підходи до оцінювання ступеня такого впливу. ПЕП, залежно від наслідків перевищення ними своїх граничних значень, поділено на дві групи: перша – ПЕП, перевищення яких призводить до руйнування конструкції, а друга – унеможливлює нормальну експлуатацію.

5. Залізобетонні конструкції слід відносити до одного з трьох технічних станів: I – задовільний (ПЕП обох груп не перевищують своїх граничних значень); II – непридатний до нормальної експлуатації (бодай один з ПЕП II групи перевищує своє граничне значення, а I – знаходяться в допустимих межах); III – аварійний (хоча б один з ПЕП I групи перевищує допустиме значення).

6. Віднесення будівлі (споруди) в цілому до одного з трьох технічних станів виконується на підставі аналізу роботи системи (залізобетонних конструкцій та вузлів їх з’єднань) з урахуванням фактичного технічного стану окремих елементів.

7. Розроблено методику розрахунку пошкоджених у процесі експлуатації залізобетонних конструкцій для випадків, які не передбачені чинними нормами, а саме: руйнування стиснутої зони ребра таврового елемента, що згинається, та стиснутої зони бетону позацентрово стиснутих залізобетонних конструкцій. Методика базується на підході чинних норм та доповнює їх.

8. Прогнозування ПЕП, а значить і технічного стану окремих конструкцій і будівель (споруд) у цілому, визначається на підставі отриманих в ході обстежень даних шляхом екстраполяції кривих експлуатації як середнє арифметичне, отримане поліномами різних ступенів (не вище ніж четвертого).

9. Початковий ресурс конструкції встановлено відповідно до стратегії експлуатації (з використанням капітальних ремонтів або реконструкції чи без них) на підставі кривих експлуатації конструкцій, що експлуатувалися в аналогічних умовах шляхом введення коефіцієнта ресурсу . Залишковий ресурс визначається екстраполяцією кривої експлуатації.

10. Регулювання технічного стану залізобетонних конструкцій здійснюється шляхом підвищення ПЕП в ході капітального ремонту (реконструкції) або уточненням області допустимих значень. Проведено експериментально-теоретичні дослідження напружено-деформованого стану, міцності, тріщиностійкості та деформативності залізобетонних конструкцій, що згинаються, і в ході експлуатації зазнали короткочасного навантаження високого рівня. Встановлено, що:

– при цьому виді навантаження проявляються суттєві пластичні деформації в бетоні (при рівнях 0,7F_U, 0,85F_U, 0,9F_U, деформації крайньої стиснутої фібри зросли відповідно на 30%, 50%, 75%, деформації арматури – на 7%, 84% );

– міцність елементів знизилася на 0,6% при довантаженні до рівня 0,7F_U та 7,6% – до 0,9F_U. При рівні довантаження 0,85F_U в бетоні стиснутої зони проявляються деструктивні процеси. Доводити довантаження конструкцій до такого рівня не рекомендується;

– експериментально встановлено, що при довантаженні до рівня 0,9F_U прогин балки зріс на 87% і перевищив граничне значення, тому в процесі експлуатації слід уникати нетривалого довантаження до рівня більше ніж 0,85F_U.

Розроблена методика визначення ПЕП дає можливість прогнозувати процес зміни технічного стану таких конструкцій.

11. Запропонована чотирирівнева система проведення моніторингу технічного стану залізобетонних конструкцій дозволяє постійно отримувати зіставну достовірну інформацію про величини ПЕП, технічний стан окремих конструкцій і будівель та споруд у цілому.

12. Кількість втручань (активних та пасивних) у хід експлуатації конструкції визначається за допомогою розробленої методики, що враховує фактичний стан конструкцій та мінімізує витрати на їх експлуатацію.

13. Розроблено алгоритми та програми прогнозування, регулювання технічного стану конструкцій та визначення стратегії втручань у процес експлуатації. Зіставлення теоретичних значень показників експлуатаційної придатності, визначених за запропонованою методологією з представницькою вибіркою експериментальних даних, отриманих автором та іншими дослідниками, показують хорошу збіжність результатів (середнє арифметичне відхилення складало 0,99, середнє квадратичне – 0,323 при коефіцієнті варіації 32,7%.). Це свідчить про можливість використання методик під час експлуатації будівель та споруд.

Публікації автора:

1. Клименко Є.В., Шпінталь М.Я., Альхарірі В.А. Робота бетону стиснутої зони залізобетонних елементів, що згинаються, при складних режимах навантаження // Зб. наук. пр. (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка, 1998. – Вип. 2. –С. 181–185.

Особистий внесок здобувача: оцінений напружено-деформований стан (НДС) поперечного перерізу, рекомендації щодо врахування особливостей НДС під час визначення показників експлуатаційної придатності.

2. Клименко Є.В., Шпінталь М.Я., Мироненко В.О. Напружено-деформований стан поперечного перерізу залізобетонних елементів, що згинаються, при змінному режимі навантаження // Зб. наук. пр. (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка, 2000. –Вип. 5. –С. 122–129.

Особистий внесок здобувача: розроблено передумови розрахунку та створено розрахункову схему.

3. Клименко Є.В. Технічний стан будівельних конструкцій та його оцінка // Коммунальное хозяйство городов // Науч.-техн. сб. –К.:Техніка, 2000. –Вып. 22. –С. 78–81.

4. Клименко Є.В., Редкин О.В. До питання визначення та оцінювання технічного стану будівель і споруд // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ВМК „Місто майстрів“. –2001. –Вип.3. –С. 118–120.

Особистий внесок здобувача: запропоновано класифікацію технічних станів.

5. Клименко Є.В., Довженко О.О. Регулювання технічного стану будівель та споруд // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди // Зб. наук. пр. / Рівнен. держ. техн. ун-т. –Рівне, 2001. –Вип. 6. –С.280–285.

Особистий внесок здобувача: розроблено пропозиції щодо регулювання технічного стану залізобетонних конструкцій.

6. Клименко Є.В. Визначення технічного стану будівель та споруд // Будівельні конструкції. Міжвідом. наук.-техн. зб. –К.: НДІБК, 2001. –Вип. 54. –С. 301–305.

7. Клименко Є.В. Проблема прогнозування технічного стану будівель та споруд // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. –К.: Техніка, 2002. –Вып. 39.–С.55–58.

8. Клименко Є.В. Проблеми паспортизації будівель та споруд // Зб. наук. пр. (галузеве ма-шинобудування, будівництво) / Полт. нац. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка, 2002.–Вип.9.–С.102–105.

9. Клименко Є.В. До питання прогнозування технічного стану залізобетонних конструкцій // Будівельні конструкції. Міжвідомч. наук.-техн. зб.: У 2-х кн. –Кн. 2. –К.: НДІБК, 2003. –Вип. 59. –С. 68–73.

10. Клименко Є.В., Семко О.В. Про зв’язок технічних станів будівель та споруд зі страховими ризиками // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ВМК „Місто майстрів“. –2003. – Вип.12. –С. 231–235.

Особистий внесок здобувача: методика віднесення конструкцій до одного з технічних станів.

11. Клименко Є.В., Погрібний В.В., Чибісов О.Г. Проблеми паспортизації будинків і споруд виробничого призначення // Будівельне виробництво –К.: НДІБВ. –2003 р. –№ 44. –С. 22–24.

Особистий внесок здобувача: розроблено структурну схему проведення моніторингу.

12. Клименко Є.В. Регулирование технического состояния железобетонных конструкций транспортных сооружений // Вісн. Придніпровської держ. акад. будівництва та архітектури. –Дніпропетровськ: ПДАБтаА. –2004. –№ 7–8. –С.65–71.

13. Клименко Є.В. До питання надійності залізобетонних конструкцій // Будівельні кон-струкції. Міжвідомч. наук.-техн. зб.: Зб. пр. у 2 т. –Том 2. –К.: НДІБК, 2005. –Вип. 62. –С. 210–215.

14. Клименко Є.В. Мониторинг технического состояния строительных конструкций во время реконструкции // Сб. науч. тр. Строительство, материаловедение, машиностроение. –№ 35: „Инновационные технологии диагностики, ремонта и восстановления объектов строительства и транспорта.“ –Днепропетровск: ПГАСА, 2005. –С.261–267.

15. Клименко Є.В. Моніторинг технічного стану будівель та споруд // Наук. вісн. будівництва. –ХДТУБА, ХОТВ АБУ. –2005. –Вип. 33. –С. 54–57.

16. Клименко Є.В. Про один аспект прогнозування роботи будівельних конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. / Нац. ун–т водного господарства та природокористування. –Рівне, 2005. –Вип.12. –С. 420–426.

17. Клименко Є.В. До питання ранжирування параметрів залізобетонних конструкцій при визначенні їх технічного стану // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ОДАБА, 2006. – Вип.21. –С. 116–120.

18. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Імовірнісний підхід до оцінювання технічного стану будівель та споруд // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ОДАБА, 2006. – Вип.22. –С. 113–121.

Особистий внесок здобувача: пропозиції щодо використання методики Ржаніцина А.Р. для імовірнісного підходу до оцінювання технічного стану, статистична обробка результатів.

19. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Математична модель процесу експлуатації будівель та споруд // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. / Нац. ун–т водного господарства та природокористування. –Рівне, 2006. –Вип.14. –С. 470–475.

Особистий внесок здобувача: пропозиція та обґрунтування опису кривої експлуатації. Розробка методики визначення кількості втручань у процес експлуатації.

20. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Методологія оцінювання технічного стану залізобетонних конструкцій // Сучасне промислове та цивільне будівництво. –Макіївка. –2006. –Том. 3. –№ 2. –С. 109–113.

Особистий внесок здобувача: використання загальної методології оцінювання технічного стану залізобетонних конструкцій для діагностики сталезалізобетону.

21. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. До питання прогнозування технічного стану сталезалізобетонних конструкцій // Будівельні конструкції: Міжвідом. наук.-техн. зб. –К.: НДІБК, 2006. –Вип. 65. –С. 247–252.

Особистий внесок здобувача: пропозиція щодо визначення достовірного значення прогнозованого показника експлуатаційної придатності.

22. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Технічний стан залізобетонних конструкцій після нетривалого перевантаження // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ОДАБА, 2006. – Вип.23. –С. 69–76.

Особистий внесок здобувача: проведення експериментальних досліджень, обробка їх результатів, опис НДС залізобетонних елементів, які зазнали короткочасного перевантаження.

23. Клименко Є.В. Початковий ресурс залізобетонних конструкцій // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ОДАБА, 2006. – Вип.24. –С. 114–119.

24. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Розрахунок залізобетонних конструкцій, пошкоджених в процесі експлуатації // Вісн. Львів. держ. аграрного ун–ту: Архітектура і сільськогосподарське будівництво. – Львів: Львів. Держагроун–т, 2007. – С. 161–167.

Особистий внесок здобувача: розрахункові схеми, рівняння рівноваги.

25. Клименко Є.В., Дорофєєв В.С. Організація робіт з моніторингу технічного стану залізобетонних конструкцій // Дороги і мости: Зб. наук. пр.: У 2-х т. –Т.1. – К.: ДерждорНДІ, 2007. – Вип. 7. – С. 223–230.

Особистий внесок здобувача: структурна схема проведення моніторингу, визначення функцій кожного із учасників цих робіт.

26. Клименко Є.В., Овсій М.О. Визначення терміну наступного обстеження і паспортизації будівель та споруд з урахуванням технічного стану їх конструкцій (елементів) // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-тех. сб. –К.: Техніка, 2007. –Вып. 76.–С.3–7.

Особистий внесок здобувача: пропозиції щодо встановлення терміну наступного обстеження.

27. Клименко Є.В. Методика прогнозування технічного стану // Вісн. Одес. держ. акад. будівництва та архітектури / Одес. держ. акад. будівництва та архітектури. –Одеса: ОДАБА, 2007. – Вип.26. –С. 172–179.