Расчет остаточного ресурса

ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

График разрушения защитного слоя бетона

Оценку остаточного ресурса проведем согласно [12] и [9].
В бетоне и на арматуре железобетонных конструкций, не имеющих специальной защиты от коррозии при контакте с агрессивной средой, развиваются процессы коррозии: (выщелачивание, химическое растворение кислотами, кристаллизационное разрушение) снижающие долговечность материалов и сроки эксплуатации.
Нормативный срок службы железобетонных резервуаров согласно [12] – 30 лет. Толщина стенки КНС – 180 мм; толщина стенки буферного танка – 300 мм. КНС армируются одиночными сетками, а стенки буферного танка – двойными сетками. Защитный слой бетон по результатам обследований принят 70 мм для КНС и 40 мм для буферного танка.
При химической коррозии в бетоне протекают обменные реакции между составляющими цементного камня и химически агрессивными веществами. В результате таких реакций образуются легкорастворимые соли или аморфные малорастворимые соединения.
Процесс долговечности стенок КНС и буферного танка описываем показательным законом:

где t означает временной интервал, а l – интенсивность отказов.
Под долговечностью будем понимать свойство изделия с заданной вероятностью в течение проектного срока эксплуатации сохранять работоспособность до предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Здесь долговечность является одним из критериев надежности технической системы.
Согласно [12] прогноз полного разрушения слоя бетона RB(t) = 0 на глубину hloc в условиях химического вида коррозии вычисляется по формуле: ,
где tэкс – время эксплуатации (сут); Кi – зависит от концентрации кислот и принимается: при рН = 6, К1 = 1,25?10-3 см/сут; при рН = 4, К2 = 4,5?10-3 см/сут; при рН = 1, К3 = 8,5?10-2 см/сут.
По данным заказчика средний водородный показатель производственных стоков рН = 3,5, срок эксплуатации КНС – 7 лет (2556 сут.), буферного танка – 3 года (1095 сут.).
Учитывая эти данные, средняя глубина разрушения бетонных конструкций на момент обследования должна составлять:
hloc= 4,5?10-3?v2555 = 0,227 см – для КНС;
hloc = 4,5?10-3?v1095 = 0,149 см  – для буферного танка.
На момент  обследования защитный слой бетона КНС был разрушен на 12 мм, буферного танка – 15 мм. Фактический защитный слой бетона КНС на момент обследования составил 68 мм, буферного танка – 32 мм.
Специальными расчетами установлено, что ориентировочный срок полного разрушения защитного слоя бетона после начала эксплуатации составляет 12,17 лет для КНС и 10,04лет для буферного танка.

Оценка остаточного ресурса очистных железобетонных сооружений

В бетоне и на арматуре железобетонных конструкций, не имеющих специальной защиты от коррозии при контакте с агрессивной средой, развиваются процессы коррозии: (выщелачивание, химическое растворение кислотами, кристаллизационное разрушение) снижающие долговечность материалов и сроки эксплуатации.
Очевидно, долговечность системы будет зависеть от качества изготовления и режима эксплуатации конструкции. Качество изготовления конструкций оценим вектором начальных вероятностей

,

(2)

где  – вероятности соответственно удовлетворения требованиям несущей способности и нормальной эксплуатации, только нормальной эксплуатации и, наконец, вероятность отказа или неудовлетворения требованиям предельных состояний. Значения вероятностей  определяем на основе вероятностных расчетов по данным на механические характеристики и состояние конструкций, полученных при обследовании очистных сооружений.

,	(3)
,	(4)

где Rc – принимается из вероятностного расчета стенки при случайных реализациях сопротивлений материалов и геометрических размеров, , то есть сооружение просто не сдается в эксплуатацию, если оно не сертифицируется и не проходит испытаний.
В рассматриваемом случае для железобетонных стенок конструкций очистных сооружений имеем следующий вектор начальных вероятностей:

<0,972; 0,028; 0>.

То есть начальная надежность сечений достаточно высокая (около 1,91s). Это связано из-за увеличенного начального защитного слоя бетона.
Условия эксплуатации системы опишем с помощью матрицы переходных состояний П, представленных в таблице 3, с учетом данных по коррозии бетона отмеченных в предыдущем пункте.
Таблица 3

В таблице 3 цифры 1, 2, 3 означают переходные состояния системы. Соответственно: 1 – удовлетворение требованиям первой и второй группам предельных состояний; 2 – неудовлетворение только второй группе предельных состояний (по трещинам или деформациям); 3 – неудовлетворение требованиям двух групп предельных состояний (разрушение). В ячейках матрицы П записаны вероятности перехода из одного состояния в другое Pi,j, где i – это номер строки, а  j – номер столбца. Так, P2,1 = 0,001 – вероятность перехода из состояния 2 в состояние 1. Здесь важно отметить, что временной отрезок вероятностей перехода должен быть постоянен и, в нашем случае, равен одному году.
Вероятности переходов для разных состояний через n лет найдем по формуле

.

(5)

           
Рис. 1. Надежность железобетонных конструкций очистных сооружений
На рис. 1 мы видим, что через 12 лет эксплуатации надежность железобетонных конструкций равна 0,524 или с вероятностью 47,6% следует ожидать отказа конструкций.
Результаты расчетов по формуле (5) сведены в таблице 4.
Таблица 4

Обозначения столбцов в таблице 4 такие же, что и в таблице 3. Из таблицы 4 мы видим, что вероятность отказа железобетонных конструкций очистных сооружений с течением времени возрастает по экспоненциальной зависимости.

Рис. 2. Вероятность разрушения конструкций
Из рис. 2 следует, что через 13 лет после начала эксплуатации без капитального ремонта железобетонные конструкции с 15% вероятностью разрушатся.