Понятия и критерии надёжности

Надежность - свойство изделия выполнять функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или наработки. Надежность в зависимости от значения изделия и условий его эксплуатации включает безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность изделия в целом и его составных частей. Надежность обеспечивает техническую возможность использования изделия по назначению в нужноевремя ис требуемой эффективностью. Таким образом, применительно к ограждающим и несущим конструкциям зданий надежность - это свойство, обеспечивающее нормативный температурно-влажностный и комфортный режим помещений, сохраняющее при этом эксплуатационные показатели (тепло-, влаго-, воздухо-, звукозащиту) в заданных нормативных пределах, а для архитектурно-конструктивного элемента здания еще и прочность, и декоративные функции, в течение заданного срока эксплуатации дома. При этом предполагается обеспечение для дома в целом, для всех его помещений безотказности и долговечности.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. К показателям безотказности относят вероятность безотказной работы, среднюю наработку до первого отказа, наработку на отказ, интенсивность отказов, параметр потока отказов, гарантийную наработку.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов, т.е. с возможными перерывами в работе. Показателями долговечности являются средний срок службы, срок службы до первого капитального ремонта, межремонтный срок службы. Таким образом, безотказность и долговечность - это свойство объекта сохранять работоспособность, при этом безотказность предусматривает непрерывную работоспособность в течение определенного времени, а долговечность - с возможными перерывами на ремонт.

Надежность жилого дома, его работоспособность, обеспечивается своевременным ремонтом.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в доступности и удобстве в проведений мероприятий по предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также устранению их путем ремонта и обслуживания, называется ремонтопригодностью. К показателям относятся вероятность восстановления в заданное время, среднее время восстановления, удельная трудоемкость обслуживания и ремонтов, средняя и относительная стоимость ремонтов.

Основное назначение ограждающих конструкций зданий - разделение двух воздушных сред: наружной, где температура, влажность и радиоактивность переменны, и внутренней, где все параметры должны быть в пределах нормативно допустимых. При этом наружные стены, кровли, перекрытия выполняют еще прочностные и декоративные функции. Часто применительно к зданиям под надежностью понимают только прочностные свойства. Это глубокое заблуждение. Наружные ограждающие конструкции являются многоэлементными и многофункциональными системами, они чаще оказываются ненадежными при выполнении ограждающих функций, чем прочностных.

Надежность системы зависит от надежности составляющих ее элементов. Однако для людей, проживающих в доме, важна надежность здания в целом, а не отдельных его элементов и надежность не только прочностная, но и эксплуатационная (включая и надежность функционирования инженерных систем). Вместе с тем в практике проектирования, строительства, эксплуатации часто надежность по прочности рассматривается как главное, а надежность в смысле обеспечения эксплуатационных характеристик ограждающих функций - как второстепенное. Практически, при проектировании новых домов эксплуатационные характеристики не являются исходными (расчетными). Элементы и их стыки рассчитывают по деформациям и прочности. Однако, допускаемые деформации не всегда обес­печивают нормативное комфортное состояние помещений.

Эксплуатационные показатели ограждающих конструкций, особенно стыков, преимущественно закладывают в проектах не расчетным путем, а конструктивно.

В процессе проектирования и конструирования здания закладывается его теоретическая надежность. В процессе изготовления обеспечивается фактическая надежность каждого конкретного элемента, что зависит от качества применяемых отдельных деталей, сборки и монтажа конструкций. После изготовления надежность следует поддерживать на необходимом уровне правильной организацией эксплуатации.

При проектировании учитывают следующие факторы, влияющие на надежность конструкций: качество и количество применяемых элементов режим работы элементов и деталей; стандартизацию и унификацию ,изготовления; доступность деталей, узлов и блоков для осмотра и ремонта.

В результате нарушения правил монтажа здания, отсутствия соответствующего контроля материалов и комплектующих изделий, нарушения сортности и недоброкачественной замены материалов, установки элементов, подвергающихся длительному хранению в неблагоприятных условиях, недостаточного контроля на операциях и при выпуске готовой продукции, также нарушения самой технологии монтажа возникают условия, отрицательно влияющие на надежность конструкции здания в целом.

В процессе эксплуатации на надежность здания оказывают воздействие следующие условия: внутренние напряжения в конструкциях, не соответствующие их проектным значениям; внешние воздействия (в заданных или иных режимах); система технического обслуживания (предупредительного и систематического); техническая квалификация обслуживающего и ремонтного персонала.

Принято считать, что эксплуатационная надежность равна произведению надежности собственно устройства (здания, машины) на надежность применения (человеческие факторы). Последнее понятие учитывает все факторы и проявляется в более или менее значительном уменьшении надежности изделия. Для снижения отрицательного влияние этой составляющей определенную роль играют организационные мероприятия. Подготовка и обучение обслуживающего персонала; организация на объектах сбора статистических данных об отказах конструкций; разработка специальных инструкций и методик по эксплуатации систем, их профилактике и ремонту.

В настоящее время жилые и общественные здания, как и другие промышленные изделия, переживают значительное изменение масштабов сложности. Теперь здание можно отнести к большим системам. Большие технические системы - это соединение значительного числа разнообразных по сложности компонентов, имеющих сложную переплетающуюся связь и переменные изменяющиеся нагрузки. В противоположность отдельным малым детерминированным системам и устройствам большие системы ведут себя случайно, стохастически.

Скачок в сложности зданий, как системы, должен повлечь за собой перемены в технике проектирования. Разработка и изучение отдельных (малых систем) опираются на детальный анализ работы конструкций элементов и узлов, на специализацию задач и методов расчетов и конструирования. Разработка больших систем, напротив, предполагает синтез, интеграцию малых систем. Системы принадлежат к наиболее широким понятиям, предполагающим свойства многообразия и взаимосвязанно­сти, рассматривая конструкции в динамике (за период эксплуатации), подчинение частного общему (дедуктивный метод анализа).

Основной чертой сложных систем, в том числе и зданий, является многообразие форм (полиформизм), контролизация которых осуществляется в расчетах и конструировании отдельных элементов. Отдельные принципы построения реальных систем сложны и еще далеки от совершенствования. В сложной системе, как правило, значимость частей для целого неодинакова. Почти всегда ее можно привести к модели, состоящей из ряда более простых составных частей, которые делятся на уровни высшие и низшие.

Надежность зданий и отдельных конструкций обусловливается изменчивостью во времени внутренних свойств (материалов) и внешних условий (нагрузки и воздействия).

Полное время эксплуатации системы или элемента можно разделить на три периода: приработки, нормальной эксплуатации, интенсивного износа.

В период приработки интенсивность отказов велика, так как совокупность элементов может содержать большое количество дефектных образцов, которые отказывают один за другим. В короткий срок интенсивность отказов быстро уменьшается и становится приблизительно постоянной величиной, когда все дефектные элементы уже отказали и их отремонтировали или заменили. После периода приработки уровень интенсивности отказов становится постоянным - наступает период нормальной эксплуатации. Отказы этого периода называются внезапными. Когда время использования элементов достигает предельного значения, начинает сказываться износ - период интенсивного износа. В отношении жилых зданий эти три периода характерны как здания в целом, так и для отдельных его элементов.

В приработочный период здании возникают отказы, связанные с естественными процессами (например, осадкой), и выявляются дефекты технологического характера (изготовления, транспортирования, производства работ).

В дальнейшем, после заделки дефектных участков число отказов несколько стабилизируется, что соответствует периоду нормальной эксплуатации, который характеризуется появлением внезапных отказов. Причиной тому могут быть внезапные концентрации нагрузок, которые представляют собой случайные явления. Отказы стыков в виде протечек и промерзаний в период нормальной эксплуатации могут возникать внезапно, например, при концентрации температурных напряжений в каком-либо участке герметика и появлении вследствие этого трещины в самом герметике или в местах контакта его с бетоном.

Период интенсивного износа герметизирующего заполнения стыка характеризуется увеличением количества отказов, связанных с явлениями старения материала, снижения его упругих свойств, появления в результате этого трещины и нарушения адгезии к бетону.

Изменение технического состояния здания. Интенсивность изменения технического состояния эксплуатируемых жилых зданий, а, следовательно, и значения характеристик работоспособности на определенные моменты их использования в значительной мере определяются конструктивными особенностями зданий. Влияние конструктивных особенностей проявляется в их реакции отзывчивости на воздействующие при эксплуатации факторы.

Влияние факторов производственного характера (качества изготовления) сказывается в рассеивании начальных значений характеристик работоспособности и интенсивности изменения этих характеристик за период существования здания.

В процессе эксплуатации зданий их техническое состояние изменяется, что выражается в ухудшении количественных характеристик работоспособности, в частности, надежности. Ухудшение технического состояния зданий в первую очередь происходит в результате изменения физических свойств материалов, из которых изготовлены конструктивные элементы, характера сопряжений между ними, а также их размеров и форм. Указанный процесс в основном носит закономерный, но иногда и случайный характер.

Другой важной причиной изменения технического состояния зданий являются разрушение и другие аналогичные виды утрат работоспособности конструктивными элементами. Процесс возникновения таких состояний во времени также является случайным, однако характер его протекания значительно отличается от первого. Если первый процесс утраты работоспособности конструктивными элементами и их сопряжениями в целом протекает, как правило, с малой интенсивностью, постепенно, то второй процесс характеризуется скачкообразным, внезапным изменением технического состояния. Очевидно, помимо этих двух резко отличающихся друг от друга процессов утраты работоспособности, а зданиях могут наблюдаться и процессы, занимающие промежуточное положение между двумя указанными. Процессы утраты работоспособности конструктивными элементами и их сопряжениями взаимно влияю друг на друга. Это обстоятельство значительно затрудняет их математическое описание.

Причины (факторы), вызывающие изменение работоспособности здания в целом и отдельных элементов с точки зрения механизма их воздействия, могут быть условно разделены на две группы: внутреннего и внешнего характера.

К группе причин внутреннего характера относят: физико-химические процессы, протекающие в материалах, из которых изготовлены конструктивные элементы; нагрузки и процессы, возникающие при эксплуатации конструктивные факторы; качество изготовления (дефекты производства).

К группе причин внешнего характера относят: климатические факторы (температура, влажность, солнечная радиация); факторы окружающей среды (ветер, пыль, наличие в атмосфере агрессивных соединений, биологические факторы), а также качество эксплуатации. К причинам внешнего характера, очевидно, следует отнести и воздействия, предусмотренные системой технического обслуживания и ремонта.

Наиболее существенными являются факторы конструктивного характера. Рациональные конструктивные решения обеспечивают требуемую работоспособность всех элементов зданий за установленную длительность их эксплуатации при минимальных затратах труда и средств на поддержание их работоспособности. В то же время нерациональные ошибочные конструктивные решения могут являться причиной быстрой утраты работоспособности или разрушения отдельных конструктивных элементов.

Действие климатических факторов и окружающей среды на работоспособность элементов и конструкций зданий проявляется или непосредственно, или в виде воздействия на интенсивность протекания процессов, являющихся причиной изменения работоспособности элементов. Путем соответствующих конструктивных решений отрицательное воздействие этихфакторов может быть значительно снижено или вовсе исключено.

Производственные факторы вносят значительные коррективы в значения характеристик работоспособности конструктивных элементов. Условия эксплуатации зданий и конструкций (режимы использования и нагружения, квалификация эксплуатационного персонала, качество обслуживания) оказывают большое влияние на интенсивность изменения характеристик их работоспособности. При проектировании технических устройств и планировании для них профилактических мероприятий необходимо знать характеристики конструктивных элементов, определяющие работоспособность здания в целом, в определенных режимах и условиях их использования. Недостаточное знание физической природы протекающих процессов, являющихся причиной утраты конструктивными элементами работоспособности, а также случайный и неопределенный характер воздействующих эксплуатационных, климатических и других факторов, как правило, не позволяют получить для большинства элементов аналитическими методами зависимости, описывающей их работоспособность.

Сложность исследования надежности всех конструкций и систем жилых домов состоит в многочисленности факторов, определяющих её. Главные из них: вид материалов, характер конструкций и их схем, качество изготовления изделий и монтажа, допусков и т.д. Причем очень часто все эти требования взаимопротивоположны, например стыки тяжелых железобетонных и легких панелей. Тяжелые элементы мало поддаются объемным деформациям под влиянием изменения температурно-влажностного режима, но допуски при их изготовлении и особенно монтажные довольно значительны. При легких панелях из металла, дерева, пластмасс возникают большие деформации в процессе эксплуатации, но допуски при их изготовлении значительно меньше. Еще большие трудности при исследовании надежности эксплуатируемых зданий связаны с использованием в жилых домах различных по физическим и структурным свойствам материалов.

Таким образом, под надежностью жилого здания в целом как сложной системы следует понимать стабильность показателей качества и эффективности его функционирования, которая зависит от надежности конструкций и систем устройств. Задача оценки надежности жилого здания сводится к установлению влияния частичных и полных отказов на качество и выходной эффект функционирования объекта. Надежность должна характеризоваться тем основным показателем, который является определяющим и составной частью оценки использования объекта. Функционирование жилого дома оправдано в той мере, в какой он удовлетворяет не только техническим, но и изменяющимся социальным и экономическим требованиям. Поэтому в плане системного подхода определяющим показателем надежности жилого здания в целом, как конечной продукции, является его оптимальный срок службы:

Надежность можно понимать как сохранение качества во времени. Без базового хорошего качества не может быть речи о надежности. При низком качестве построенных зданий и сооружений неизбежно возникают дополнительные расходы материалов, труда и денежных средств затрачиваемых на переделки и ликвидацию брака, допущенного в процессе строительства. Дополнительные затраты времени на устранение различных дефектов и усиление конструкций удлиняют сроки строительства и задерживают сдачу объектов в эксплуатацию.

При массовом индустриальном строительстве неизмеримо возрастают требования к качеству строительных материалов, сборных конструкций и деталей. Главное требование - повышение класса точности, приближающегося к точности машиностроительного производства, и полная заводская готовность изделий. Обеспечение надежности является важнейшей проблемой при разработке, изготовлении любого изделия и устройства. Отказ технических систем нарушает привычный ритм работы, деятельности и жизни. Иногда он приводит к разрушениям и авариям, создает угрозу целостности сооружения, выполнению работ или безопасности людей.

Основным вопросом анализа надежности конструкций и зданий является регламентация и нормирование всех характеристик. Задача состоит в создании условий, при которых действительная надежность возведенных зданий соответствовала бы заложенной в проекте теоретической надежности, характеризуемой точными математическими количественными определениями. Решение этой задачи осложняется многообразием факторов, влияющих на надежность при разных стадиях индустриального строительства. Техника обеспечения надежности развивается вместе с накоплением знаний о материалах и конструкциях. Надежность измеряется вероятностью (выраженной в определенных количественных показателях) и оценивается с помощью статистических методов.

Сравнение стандартов ряда стран по определению надежности с отечественными нормами показывает их достаточно близкое сходство как по терминологии, так и по методикам расчета.

Поиск по сайту: