МИНИСТЕРСТВО МОРСКОГО ФЛОТА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ

РД 31.31.35-85

Москва В/О "Мортехинформреклама" 1986

МИНИСТЕРСТВО МОРСКОГО ФЛОТА

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ

РД 31.31.35-85

Москва.В/О "Мортехинформреклама” 1986

10

физического и морального износов.

2.14. Срок физического износа рекомендуется назначать: для металла и дерева - 40 лет, для железобетона - 50 лет. Срок морального износа причалов, работающих в составе специализированных комплексов, рекомендуется назнзчать в пределах 25-35 лет.

Для остальных причальных сооружений срок морального износа рекомендуется приравнивать л сроку физического износа.

3. ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА

3.1.    Общие требования

3.1.1.    Исходная статистическая информация для расчета надежности должна удовлетворять требованиям:

достоверности, т.е. представлять статистические данные о расчетных параметрах с высоким качеством измерения или определения каждого частного значения статистического ряда;

репрезентативности (представительности), т.е. восп рога водить фактические вероятностные законы расчетных параметров и их числовые характеристики с достаточной для практических целей точностью при ограниченном объеме статистических данных;

однородности статистических данных;

соответствия трактовки расчетных параметров в детерминистических и вероятностных расчетах.

3.1.2.    Статистический материал признается достоверным, при использовании измерительных систем, либо методик определения, позволяющих получить частные значения статистических рядов с требуемой точностью в соответствии с требованиями угверкденныж стандартов и методик.

II

3.1.3.    Объем статистического материала о расчетных параметрах допускается считать репрезентативным в случаях соответствия экспериментальных данных обоснованному теоретическому закону распределения вероятностей. Соответствие экспериментальных данных теоретическому закону распределения вероятностей устанавливается с помощью известных критериев согласия»

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. При малом объеме статистических данных характеристики (rt* 40 ) допускается использовать известный или установленный ранее для данной характеристики закон распределения.

2. При отсутствии информации о ззконе распределения характеристики для малых выборок допускается использовать нормальный закон распределения. При этом результаты расчетов рассматриваются, как ориентировочные.

3.1.4.    Для любого статистического ряда обязательна проверка на однородность ряда с исключением грубых ошибок. Проверка проводится согласно ГОСТ 20522-75.

3.1.5.    Соответствие трактовки расчетных параметров в детерминистическом расчете и расчете надежности конструкции, элемента, соединения или основания причального сооружения устанавливается посредством анализа предпосылок и расчетных схем.

ПРИМЕЧАНИЕ. При несоответствии трактовок параштра, статистическая информация подлежит дополнительному анализу и пересмотру посредством изменения методики обработки или способов ее получения.

3.2. Нагрузки и воздействия

3.2.1.    Состав нагрузок, учитываемых в расчетах надежности причальных сооружений и их основания, должен следовать положениям действующих нормативных документов,

3.2.2.    Основными характеристиками нагрузок явлгтттся:

для постоянных нагрузок « распределение плотности ьЗ роят честей либо параметры распределения;

12

для временных нагрузок - длительность нагрузок, повторяв-кость их в течение срока службы сооружения, распределение плотности вероятностей нагрузок либо их параметры распределения.

3.2.3.    При оценке надежности вновь проектируемых, реконструируемых или эксплуатируемых причальных сооружений и их оснований, статистический материал о нагрузках должен соответствовать прогнозируемым условиям загружения и эксплуатации, с учетом технологических схем переработки грузов.

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. В случаях принципиально новых схем технологии обработки судов, применения новых перегрузочных устройств или отличных от существующих методов контроля, использование в расчетзх статистических данных о нагрузках, отвечающих другим эксплуатационным условиям, требует специального обоснования.

2-. При отсутствии экспериментальных данных и информации о законах распределения вероятностей нагрузок, допускается принимать их функции распределения нормальными.

3.2.4.    Для расчетов надежности диагностируемых существующих причальных сооружении определение вероятностных характеристик и законов распределения вероятностей нагрузок от технологического оборудования, подвижного железнодорожного состава, судов и других

транспортных средств рекомендуется проводить на основе специальных натурных наблюдений.

3.2.5.    При обосновании вероятностных законов распределения и их характеристик для нагрузок на открытых складских площадях следует рассматривать наиболее невыгодное с инженерных позиций размещение наиболее тяжелых по объемным массам перерабатываемых грузов.

3.3* Строительные материалы

3.3.1. Свойства строительных материалов в расчетах надеж-

13

ности причальных сооружений рассматриваются как случайные величины# При этом допускается использование гипотезы статистической однородности или учета только общего характера изменчивости свойств конструктивного материала в элементе, массиве и т.д*

3.3*2. Состав случайных параметров, описывающих прочностные и деформэтивные свойствэ строительных материалов и грунтов, определяется посредством анализа детерминистического расчета, лежащего в основе соответствующего расчета надежности причального сооружения, его элемента, соединения*

ПРИМЕЧАНИЕ, Изменчивостью свойства строительного материала допускается пренебрегать, если учет изменчивости приводит к изменению выходных случайных величин не более, чем на 9%,

3*3.3* Выяснение вероятностных характеристик и законов распределения вероятностей свойств искусственных строительных материалов в конструкциях вновь проектируемых причальных сооружений производится на соответствующих предприятиях-изготовителях при сохранении сложившейся технологии их изготовления.

Для железобетонных и бетонных элементов конструкций, изготавливаемых на стройплощадке (монолитный железобетон, бетон для омоноличивания стыков и т.п.) законы распределения прочностных и деформативкых характеристик следует устанавливать на основании обобщающих исследований с последующим уточнением их экспресс-методами на стройплощадке*

3.3.4. Допускается законы распределения вероятностей прочностных п жесткостных характеристик строительных материалов принимать нормальными* При этом ориентировочные значения коэффициентов вариации (юменчивости) допускается принимать по данным Приложения 3 / справочного/.

3.3.5* Для расчетов надежности диагностируемых существующих причальных сооружений определение вероятностных характеристик и

14

законов распределения вероятностей свойств искусственных и естественных строительных imeриалов производится после специальных экспериментальных исследований*

3.4* Грунты оснований сооружений и засыпки

3.4.1* Определение вероятностных характеристик и законов распределения вероятностей свойств грунтовых оснований причальных сооружений и засыпок производится на основе результатов инженерно-геологических изысканий* Выделенные по известный признакам инженерно-геологические элементы грунтового основания считаются статистически однородными при выполнении условия проверки на однородность согласно ГОСТ 30522-75.

3*4.2. Вероятностные характеристики и их законы раепределэ-ния для засыпок и грунтов основания причальных сооружений устанавливаются после статистической обработки результатов экспериментальных исследований с учетом ГОСТ 20522-75 и других утвержденных нормативных документов*

3*4*3» Для вновь проектируемых причальных сооружения статистические данные о свойствах грунтовых засыпок, необходимые для соответствующих расчетов надежности, допускается принимать по аналогии при соответствии технологий и способов образования территорий причалов и совпадении карьера добычи материала засыпки.

3*4.4* В предварительных расчетах надежности и при отсутствии статистической информации по деформационным и прочностным характеристикам грунтов допускается определять средние квадратические отклонения характеристик по данным о их коэффициентах вариации, приведенных в Приложении 3*

15

4. НОРМАТИВНАЯ НАЩНОСТЬ СООРЯШИЛ И ИХ КОНСТРЖГИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1.    Нормативную надежность конструктивных элементов соору-жения и узлов следует устанавливать в зависимости от степени их ответственности в обеспечении безотказной работы сооружения по конкретному виду отказа, а также от степени опасности данного отказа*

4.2.    Степень опасности отказа определяется затратами, которые учитывают;

затраты на ремонт сооружения в случае его отказа;

затраты на восстановление других конструкции или сооружении, получивших повреждения в результате отказа рассматриваемого сооружения;

затраты} связанные с повреждением оборудования или материалов} находящихся на территории причала;

затраты, связанные с простоем транспортных средств;

затраты вследствие перерыва в эксплуатации причала либо ограничении на условия эксплуатации.

4.8. Для диагностируемых существующих причальных сооружении к их элементов нормативная надежность определяется исходя т экономических оценок работы сооружения в установленном режиме эксплуатации.

4.4.    Нормативная надежность конструктивных элементов и узлов должна быть тем выше, чем выше степень их ответственности и степень опасности отказа.

4.5.    Норштивную надежность многоэлементного сооружения или его части, включающей несколько взаимосвязанных элементов, для каждого вида отказа следует определять с учетом нормативных надежностей конструктивных элементов и узлов и последовательности

16

их соединения между собой.

4.6. Нормативные значения надежности устанавливаются на основе опыта проектирования лричальных сооружения с использованием методов теории надежности и экономических критериев. В качестве ориентировочных могут приниматься следующие значения нормативных надежностей:

для бетонных и железобетонных элементов причальных сооружений по отказам, связанным с работой материала по первой и второй группам предельных состояний, соответственно Кг _т * 0,98* 0,99 ;

Н_{л й} ■ о,уо*0,95;

для элементов причальных сооружений по отказам, связанным с работой грунтов оснований по первой и второй группам предельных состояний, соответственно М_{п т} * 0,95*0,98; Н_а _ * 0,85* 0,90.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное)

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.    Надежность - свойство сооружения или его элементов сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях использования, техн’тческого обслуживания и ремонтов.

Надежность является сложным свойством и состоит из сочетаний свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

В настоящем РД за основную характеристику надежности сооружения принята вероятность его безотказной работы в течение определенного времени эксплуатации. При этом под надежностью причального сооружения понимается вероятность его безотказной работы, определяемая с учетом изменчивости свойств материалов конструкций, грунтов и засыпок, нагрузок и воздействий на сооружения. Указанные факторы характеризуются вероятностными законами распределения, или их параметрами, определяемыми для всего срока службы сооружения или части этого срока.

2.    Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени.

Условия безотказной работы идентичны условиям ненаступленкл предельных состояний, которые устанавливаются действующими нормативными документами, и заключаются в том, что величины усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытия трещин и т.п. не превышают предельных значений, регламентируемых нормативными документами.

18

пртшшт I

(продолжение)

3.    Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособ-ное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

4.    Ремонтопригодность - свойство объектз, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания

и ремонтов.

5.    Сохраняемость - свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования. Сохраняемость сооружения имеет место при перерывах в работе, при выводе сооружения из эксплуатации. При этом срок сохраняемости входит в срок службы сооружения.

6.    Работоспособность причального сооружения - состояние, при котором сооружение способно вдаоянягь заданные функции, сохраняя значения своих параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией*

7.    Отказом сооружения, его элементов, основания (взывается состояние, при котором происходит нарушение их работоспособности в связи с наступлением предельного состояния первой или второй групп. Отказы могут быть внезапными и постепенными и обычно имеют случайный характер.

8.    Предельное состояние сооружения - состояние, При котором причальное сооружение перестает удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям и требованиям при производстве работ.

9.    Предельные состояния первой группы * состояния, которые седуг w потере несущей способности или к полной непригодности к

19

ПРШШНИЕ 1 (продолжение)

эксплуатации сооружения (связаны с потерей устойчивости формы и положения, разрушениями любого хзрактерэ, проявлениями текучести материала, чрезмерными раскрытиями трещин и т.д.),

10.    Предельные состояния второй группы - состояния, которые затрудняют нормальную эксплуатацию сооружений (связаны с недопустимыми деформациями, смещениями и поворотами сооружения, колебаниями, образованием трещин и т.д.),

11.    Предельные состоянгя первой группы сопровождаются не -упругими деформациями и разрушением материалов. Предельные состояния второй группы могут иметь место и при упругих деформациях*

12.    Детерминистическое уравнение связи - уравнение или алгоритм расчета, устанавливающие функциональную связь между входными величинами, используемыми в расчете, и выходными величинами, определяемыми в результате расчета.

Государственный проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом морского транспорта "Союзморниилроект" д.т.н. В. Д. КОСТЮКОВ

Ленинградским филиалом "Ленморншшроект" к.т.н. Л.А.УВАРОВ

Дальневосточным филиалом "Дальыоршшдроект" к.т.н. Л.Ф.ШТАНЬКО

Одесским институтом инженеров морского флота к.т.н. А.В.ШШЛА

Ленинградским институтом инженеров железнодорожного транспорта им.В.Н.Образцова к.т.н. П.Л.КЛШЩИОШХ

Государственным проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом морского транспорта "Сопзморнкжпроехт" 15.II.85 г. Главный инженер    Е.А.ШИШКИН

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (рекомендуемое)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНШ

1. ОБЩ® РЕКОШДАЦИИ

1.1.    Элементы причальных сооружений следует условно разделять на две группы, в первую иэ которых входят элементы высокой стоимости, а во вторую элементы с несопоставимо малой стоимостью по сравнению со стоимостью сооружения (крепления, соединения и др*К Надежность элементов второй группы по сравнению с первой рекомендуется повышать до Н ~ 1.

0птим1©ацию по нздзжности следует проводить только с учетом элементов первой группы.

1.2.    Элементы близкие по функциям, стоимости и величине ущерба в результате отказов в причальных сооружениях должны иметь близкую надежность.

1.3.    Вероятность безотказной работы элемента Uj по совокупности возможных отказов определяется, исходя из представления об отказах, как несовместных случайных событиях, в соответствии с теоремой сложения вероятностей по формуле

(1)

1.4. Вероятность безотказной работы сооружения в целом определяется, исходя из представления об отказах выделенных различных элементов, как независимых случайных событиях, на основе теорем умножения вероягностей по формуле

остт полодешя расчйа

ПРИЧАлЬЩХ СООРУЖЕНИЙ НА НАДЕЖ rCC'lb

Распоряжением от 15.11.85 № 64 срок введения в действие установлен с 1 июля 1986 г.

Настоящие положения предназначены для опытного испоЛьвова-ни я при сопоставлении различных вариантов проекта причальных сооружений, диагностики существующих причалов с выявлением ре-зервов их несущей способности, а также для оОоснования возможности их дальнейшей эксплуатации.

Положения регламентируют расчет надежности причальных сооружений всех типов согласно существующей методологии предельных состояний при вероятностной трактовке исходных параметров и результатов расчета на уровне случайных величин и их функций. Причальные сооружения рассматриваются, как сооружения с экономической ответственностью,

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1,1. За основной параметр надежности причального сооружения принята вероятность его безотказной работы, т.е. вероятность того, что в период строительства и эксплуатации сооружежя не наступит отказ - предельное состояние первой к второй групп.

4

1.2. Перечень предельных состоянии по каждому типу сооружения устанавливается в соответствии с действующими нормативными документами, регламентирующими расчет этих сооружений.

Допускается этот перечень дополнять, а параметры предельных состояний уточнять по мере изучения фактической надежности сооружений и при использовании расчетных схем сооружении, более полно учитывающих особенности взаимодействия элементов.

При отсутствии исходной статистической информации для ряда отказов, расчеты надежности допускается выполнять для основных отказов сооружений или элементов их конструкции, в основном определяющих их надежную работу. Для остальных отказов расчеты производятся согласно требований соответствующих глав СМ и других нормативных документов.

1*3. Вероятность безотказной работы сооружений по каждому виду предельных состояний следует проверять для следующих моментов времени:    на    начало    эксплуатации, на

конец нормативного срока эксплуатации, на одно или несколько промежуточных состояний. При этом необходимо учитывать прогнозируемые изменения прочностных и жесткоетяых характеристик элементов сооружения, нагрузок, а также размеров сечений конструктивных элементов, обусловленные износом.

6

2.2.    Проверку условия безотказной работы следует осуществлять на основании вероятностных расчетов с учетом сочетания постоянных и времэнных нагрузок. При этом в качестве исследуемой случайной величины (или функции) допускается рассматривать л*5о параметр V _# либо дараметры R. и S в отдельности по формуле (2) с учетом возможной корреляции между ними.

2.3.    Предпосылки и расчетные схемы вероятностного расчета надежности должны находиться в полном соответствии с предпосылками и расчетными схемами, положенными в основу детерминистичен кого расчета.

2*4. Основными этапами вероятностных расчетов для исследуемой выходной случайной величины R . S или V является:

составление детерминистического уравнения связи (алгоритм расчета);

подготовка исходных даннда для расчета в соответствии с детерминистическим уравнением связи и разделение всех входных величин на случайные и неслучайные (детерминированные). Для случайных величин устанавливается законы распределения вероятностей;

определение законов распределения вероятностей выходных случайных величин при известных законах распределения входных случайных величин на основании использования детерминистичвекого уравнения связи;

определение вероятностей безотказной работы элементов, сооружения и их сопоставление с нормативными надежностями.

ПРИМЕЧАНИЯ: 1* К входным величинам относятся все исходные данные, на основании которых выполняются расчеты в соответствии с детерминистическим уравнением связи (нагрузки, геометрические и жест костные характеристики расчетных схем и т.п.).

7

2. К выходным величинам относятся получаемые в результате расчетов искомые величины (изгибающие моменты, напряжения, сдвигающие и удеакивающие силы, деформации, перемещения и т.п.).

2.5. Детерминистические уравнения связи следует принимать в соответствии с утвержденными нормативными документами. Допускается использование других обоснованных методов расчета, огревающих действительные условия работы сооружений и соответствующих рассматриваемому виду предельного состояния*

3 детерьмнистических уравнениях связи должны учитываться: факторы, определяющие напряженное и деформированное состояние сооружения, особенности взаимодействия элементов конструкции между собой и с основанием, пространственная работа, геометрическая и физическая нелинейности, пластические и реологические свойства материалов и грунтов и др. При применении приближенных методов расчета (детерминистических уравнений связи) следует оценивать их погрешность и учитывать ее при оценке вероятности безотказной работы*

2*о. Разделение входных величин расчета на случайные и неслучайные (детерминированные) следует производить путем оценки степени влияния случайного изменения каждой входной величины в реальных пределах на изменения выходных величин, используемых при проверке условия безотказной работы* Бели при атом выходные случайные величины изменяются менее чем на 3/6, то входная величина считается неслучайной (детерминированной).

Подготовку входных случайных величин следует производить в соответствии с требованиями разделе 3.

Характеристики законов распределений вероятностей случайных параметров должны соответствовать расчетному моменту времени (см. а. 1.3)*

8

2.7.    Основными методами вычисления вероятностных характеристик и получения законов распределения выходных величин следует считать метод статистических испытаний (метод Монте-Карло), ориентированный на использование ЭВМ, и метод линеаризации.

При отсутствии программного обеспечения и специфических особенностях детерминистического алгоритма при решении специальных вероятностных задач допускается использование других методов решения вероятностных задач.

2.8.    Алгоритм расчета надежности, использующий метод статистических испытания, должен содержать:

статистическое моделирование случайных расчетных параметров согласно заданным вероятностным законам;

расчет частных значений контролируемого параметра согласно принятому методу детерминистического расчета ;

определение надежности, т.е. вероятности ненаступления анализируемого предельного состояния, посредством статистической обработки частных значений контролируемого параметра.

2.9.    При реализации метода статистических испытаний погрешность статистического моделирования вероятностных законов случайных параметров не должна превышать погрешности выравнивания экспериментальных кривых гипотетическим законом распределения вероятностей. При отсутствии экспериментальных данных статистическое моделирование веданных законов распределения вероятностей случайных расчетных параметров должно выполняться с погрешностью, не превышающей Е$.

2.10.    Метод линеаризации рекомендуется использовать при линейных функциях связи и незначительно отличающихся от линейных

в интервале реальных изменений случайных величин.

9

2.11.    Алгоритм расчета надежности для анализируемого отказа конструкции, эяемзнта или основания причального сооружения методом линеаризации должен содержать:

расчет средних значений и дисперсий входных случайных величин, их корреляционных моментов согласно детерминистическому уравнению связи;

расчет средних значений и дисперсий выходных случайных величин;

расчет вероятности непроявления анализируемого предельного состояния.

2.12.    В зависимости от характера решаемых задач вероятность безотказной работы и соответственно надежность определяется :

для отдельного элемента { j ), конструкции или основания причального сооружения по определенному виду отказа i ~ Hij ;

расчетная вероятность безотказной работы для отдельного элемента, конструкции или основания причального сооружения Hj ; вероятность безотказной работы сооружения в целом Н

Совокупность    устанавливается    на    основе    анализа    эле

ментов и структуры причального сооружения и выяснения характера возможных отказов в виде матрицы вероятностей безотказной работы,

В зависимости от характера решаемых задач может рассматриваться и нормироваться как поэлементная надежность, так и надежность сооружения в целом.В последнем случае надежность сооружения следует определять с учетом надежностей конструктивных элементов и узлов, а также последовательности соединения их между собой (см.рекомендуемое Приложение 2),

2.13.    Надежность причальных сооружений и кх элементов рекомендуется рассчитывать на основе оптимизации по основным видам отказов. Оптимизационное расчеты проводятся с учетом сосков