Расчет параметров состояния ГТС с целью оценки оперативной надежности и составление прогноза остаточного срока службы
Составление расчетной схемы
сооружения
При составлении расчетной схемы стенки назначают
ее предварительные размеры
по заданию:
Интенсивность допускаемой нагрузки на причале;
Характерные уровни воды;
Физико-механические характеристики грунтов
засыпки и основания;
Отметка консольной части сооружения (точку
крепления анкерной тяги).
Характеристики грунтов засыпки и нагрузки при
необходимости даются в нормативных и в расчетных вариантах (которые учитываются
с коэффициентами перегрузки).
Рис. 1
Отметка территории (у кордона
стенки) для речных условий принимается по заданию.
где 
НСУ - для речных условий принимается
по заданию
Глубина у причала, (м)
Высота стенки, (м)
Высота консоли определяется из
соотношения:
Глубина забивки шпунта:
Интенсивность нагрузки на причале
(кН/м
):
= 40 кН/м
Характеристики грунтов засыпки:
угол внутреннего трения 
= 36°
удельный вес грунта 
= 18 кН/м3
Характеристики грунтов основания:
угол внутреннего трения
= 34°
удельный вес грунта 
= 10 кН/м3
Определение давления грунта на
сооружение
Теория сыпучих сред:
,
Где:
- удельный вес в
данном слое,- Высота слоя.Коэффициент активного давления
определение бокового давления производиться в
характерных точках:
Отметка территории
Уровень воды
Проектного дна (дважды)
Низа забивки шпунта
=40 кН/м - нагрузка
на причале равномерно распределенная
- коэффициент активного (бокового)
давления грунта
Определение бокового давления
производится в характерных точках:
. отметка территории
= 40*0,376 = 15,04 кН/м
2. уровень воды
= (40+18 *(12- 3,3))*0,376 =
72,742кН/м
. проектное дно
. низ забивки шплинта
Определение пассивного давления
грунта и построение результирующей эпюры
Построение эпюры сосредоточенных сил
Эпюра бокового давления грунта делится на
элементарные полоски, высотой 1 см (фактическом масштабе 1 метр) Определяется
величина каждой сосредоточенной силы, как площадь элементарной фигуры, и
элементарная полоска заменяется сосредоточенной элементарной силой, приложенной
к центру тяжести полоски. В обязательном порядке необходимо указывать
направление действующей силы.
44 
51
= 64
78
Построение силового многоугольника
Для построения силового многоугольника
выбирается масштаб сил следующим образом: суммируются все значения
сосредоточенных сил активного давления и выбирается масштаб, таким образом, чтобы
сумма отложенных ординат активных сил составляла 10-15 сантиметров. Далее
выбирается полюсное расстояние О (обычно 5-6 см, приблизительно посередине
активных сил). Полюс О соединяется с началом и концом каждого луча прямыми
линиями. Полюс О´ и линия действия
сил смещаются вниз на одинаковую величину 1 см и откладываются сосредоточенные
силы пассивного давления, которые аналогичным образом соединяются лучами с
полюсом О ′.
Рис. 2
При построении силового многоугольника
обязательно надо учитывать последний луч сосредоточенных активных сил и первый
луч пассивного - единожды. Определяется полюсное расстояние η,
как
линейный масштаб от сосредоточенных сил до полюсного расстояния (или до полюса
О) умноженное на масштаб сил.
Построение верёвочного
многоугольника
Принцип построения: проводится тонкой линией
(пунктиром) точки действия равнодействующих сил, а также отметки территории и
отметки низа забивки шпунта.
Первый луч О1 откладывается параллельно от
отметки территории до линии действия первой силы. Луч О2 от первой до второй
силы откладывается параллельно. Луч О13 и О14 откладывается только один раз и
так далее. Луч О19 действует от последней силы до низа забивки. Далее
проводится линия на отметке крепления анкерной тяги, и первый луч верёвочного
многоугольника продлевается до точки пересечения с этой линией. Из полученной
точки, опытным путём, проводится замыкающая из условия равенства моментов в
пролётной части и заделки (y1=y2).
Отметка крепления анкерной тяги: 
=(0.25÷0.35)
.
Максимальный изгибающий момент 
= η*y. Значение y
принимается в вертикальном масштабе, где η - полюсное расстояние;-
максимальная ордината веревочного многоугольника.
Статистическая обработка результатов
натурных исследований
Одним из основных факторов
определяющих несущую способность сооружений является натурное обследование.
Входе натурных исследований были
получены значения остаточной толщины шпунта, данные значения являются
совокупностью случайных величин, расчетные параметры которых можно определить
при помощи статистической обработки. К основным статистическим показателям
относятся:
математическое ожидание остаточной
толщины шпунта;
- статистическая выборка;
Значения остаточной толщины из
задания, мм: 18,0 18,0 18,1; 18,2; 18,3; 18,4;
дисперсия Д, мм;
среднее квадратичное отклонение σ,
мм;
моменты третьего и четвертого порядков М3 и М4
соответственно;
коэффициент асимметрии 
эксцесс Е:
По результатам статистической обработки
принимаем нормальный закон распределения, тогда границы доверительных
интервалов с учетом нормативного уровня надежности 
для
II класса капитальности будут определяться как:
Где:
для нормативного
надежности.
В качестве расчетной дальнейшей характеристики
принимается нижняя граница доверительного интервала
Прогноз остаточного срока службы
Надежность данного сооружения будет зависеть от
соотношения внешних сил которые определяются значением изгибающего момента
= η*y
и несущей способностью шпунта:
Где:- момент сопротивления;
- допускаемое
напряжение стали на изгиб
- номинальное
значение толщины шпунта.
Коррозионный износ возможен до тех пор, пока
внешнее напряжение не будет превышать допускаемое 
граничным
условием допускается их равенство, это возможно тогда, когда будут равны
изгибающий и несущий момент.
грунт сооружение давление износ
Из данного граничного условия минимальную
остаточную толщину шпунта (
которая и будет
обеспечивать граничное условие прочности. Которая определяется по минимальному
моменту сопротивления 
Для оценки остаточного срока службы сооружения и
определения технического состояния необходимо знать степень физического износа
конструкции в целом и отдельных ее элементов. Эти параметры наиболее точно
характеризуются таким показателем, как скорость коррозии:
Где:
Т - срок службы сооружения из задания к
курсовому проекту.
Остаточный срок службы элемента с достоверностью
прогноза Р=0.95 определяется по формуле:
Полный срок службы элемента с достоверностью
прогноза Р=0.95 определяется по формуле:
Заключение
В данном курсовом проекте были исследованы
параметры состояния ГТС с целью оценки оперативной надёжности на момент
наработки конструкции 18 лет, а так же составление прогноза остаточного срока
службы ГТС. На основании расчётов, мы определили остаточный срок службы
гидротехнического сооружения, равный (- 47) лет. Это говорит о том, что в
расчетах при проектировании данного ГТС были допущены ошибки. Наше сооружение
ненадежно и его эксплуатация в дальнейшем невозможна. Такой комплексный подход
к оценке технического состояния конструкции и элементов позволяет
заблаговременно предупредить возникновение ЧС и разработать при необходимости
комплекс мероприятий по локализации ЧС в случаях возникновения риска при
снижении надёжности.
Список используемой литературы
1. Пивон
Ю.И. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы по
дисциплине: “Надежность технических систем и техногенный риск”. - Новосибирск:
Издательство НГАВТ, 2003.
2. Пивон
Ю.И. Конспект лекций по дисциплине: “Надежность технических систем и
техногенный риск”. - Новосибирск: Издательство НГАВТ, 2003.