王陸軍

(中鐵十八局集團 第一工程有限公司,河北 涿州 072750)

0 引言

眾所周知,80%的民用結構事故都是由人為失誤造成的[1]。錯誤的根源是知識水平不足、缺乏經驗、文件不準確、違反工作規(guī)程[2]。在工作執(zhí)行過程中出現的錯誤可能會導致嚴重的缺陷,影響到將產品應用于其指定用途的可能性、可靠性和安全性[3]。如果有不準確的工程文檔(工作執(zhí)行計劃、流程圖、質量監(jiān)控圖等),錯誤概率會隨著工作的復雜性而增加。

1 事故原因及缺陷分析

高空結構及其高性能特性主要取決于地基和地基的承載力。與地面結構不同的是,需要考慮的元素無法被視覺觀察到,是隱蔽的,需要注意可能的改變和評估材料及結構性能的變化[4]。

根據官方數據統(tǒng)計,大約60%的在建工程在承重結構安裝過程中出現了重大和關鍵的缺陷,降低了其強度和剛度。20%的測試結構威脅到施工作業(yè)的安全。缺陷整改費用達到3%的造價估算,住宅過早改造費用達到2.5%。根據目前的估計,大約10%的建設成本被用于消除設計和結構缺陷。

通過對鋼筋混凝土結構裝配缺陷頻次的分析,證明了該結果的正確性:鋼筋混凝土結構的缺陷數量,通過連接和多節(jié)點的總結,鋼結構的缺陷數量為56.5%,鋼筋混凝土結構的缺陷數量為57.7%。我們可以看到,有一半以上的缺陷發(fā)生在難以控制的結構化合物中。因此,可構造節(jié)點的設計遵循V.G. Shukhov的設計原則,即減少荷載傳遞的步驟和結構體系中承重構件和節(jié)點的數量是無缺陷施工方法之一。

2 工作質量的計算

為了對零缺陷的性能質量指標進行公正地評價,確定了工程過程的精確性[5]。計算依據是運行控制的統(tǒng)計數據、實際測地示意圖、材料性能的實驗室監(jiān)測。

通過參數X在水平容差區(qū)間[a,b]內隨機值的分布比例計算出零缺陷。在正態(tài)分布規(guī)律下,零缺陷的水平為:

(1)

在具體施工作業(yè)方面,根據公式計算工程過程的精度為:

Kr=Δx/(2·ta,vSx)

(2)

式中:x為標準公差;v是工程精度,由水平自由度v=n-1和水平的置信度n計算。

只要精度系數不小于1,就可以保證工程過程的精度。否則,就不能保證工程過程的準確性,需要進行工藝設置以改變操作技術、技術設備和模式。此外,過程的穩(wěn)定性也很重要。

與隨機誤差相關的過程穩(wěn)定性系數為:

(3)

其中Smax、Smin為精度控制特定時段(建筑不同級別)的標準差最大值和最小值。

與系統(tǒng)誤差相關的過程穩(wěn)定性系數為:

(4)

通過將系數(3)和(4)與極限值進行比較,根據采樣量和置信度,得出了工藝穩(wěn)定性的結論。在過程不穩(wěn)定的隨機誤差,有必要通過調整方法和操作方式以及執(zhí)行人員的資格和控制方法來減少過程的可變性。在系統(tǒng)誤差導致過程不穩(wěn)定的情況下,需要通過調整加工因素來減少系統(tǒng)誤差。

與隨機(系統(tǒng))誤差相關的工程過程穩(wěn)定性系數:

Ks(x)=ns(x)/Ns(x)

(5)

式中:ns(x)是相對于隨機(系統(tǒng))誤差而言為常數的參數;Ns(x)是通過(3)和(4)準則檢驗穩(wěn)定性的參數總數。

3 安全性能評估

除了所考慮的過程精度參數外,還需要從產品安全[6]的角度分析過程的質量。對建筑結構安全要素及其參數最重要的應在設計和過程控制文件中明確。

架設結構的基本安全參數之一是承載力:

(6)

(7)

在承載力正態(tài)分布規(guī)律下,結構無故障運行的概率為:

(8)

考慮缺陷后的承載力減小系數為:

(9)

其中R0為設計承載力的平均值;k0為平均設計極限承載力?？紤](7)和(9),有缺陷的結構安全參數為:

(10)

然后用標準分布密度(8)作為相應的積分,計算結構無故障運行的概率。

為了彌補設計模型的誤差,需要使用設計安全性的相對值:

建筑物結構無故障運行概率的降低。

KP=P/P0

(11)

失敗(事故)概率將增加:

KQ=(1-P)/(1-P0)

(12)

換算為:

Kβ=β/β0

(13)

式中P、P0是實際概率,β、β0是安全條件下的概率。

以相對值的形式表示安全參數有助于在設計模型的誤差消除方面使用近似的工程實踐進行計算。

為了評估由于缺陷和誤差而導致的安全等級降低,使用了KQ參數,因為它的相對值可以計算其他參數。在參考的系數中,KQ是從它的依賴性來考慮的結構設計、安裝層數、缺陷及誤差。對于不同的結構和原因,KQ受到相對風險值KQ=32的限制。如上所述,根據歐洲專家對于參數的估計,關于人類過失的事故的真實概率增加了40倍,根據俄羅斯經驗的數據,理論概率增加了8～70倍。由于施工誤差,民用建筑分析階段的施工正常閾值失效概率的KQ增加為1.5～7,數據的自然風險KQ=2～10。

4 質量安全研究結果

我們用上述方法對施工質量進行了調查，分析了10座由預制板、磚和現澆混凝土組成的多層建筑的實例。表1給出了建筑樣品對零缺陷參數、精度和安全性的平均評價結果及其評價值。

在計算打入樁的可靠度指標時,采用以下初始數據:樁長-4.5 m～16 m;樁截面的高度和寬度30 cm、35 cm;樁上荷載-15 t～185 t;樁基破壞的設計概率-0.95～0.995;承載力裕度指數-1.35～1.90;樁荷載變化0.05;土壤電阻變化0.25。計算結果如表2所示。

表1 對零缺陷參數的評價結果Table 1 Evaluation results of zero defect parameters

表2 計算結果Table 2 Calculation results

最終的缺陷是打樁深度減少了20%以上;樁體下部或側表面土壤阻力降低40%以上。

這些參數是根據上述公式計算出來的。面板建筑裝配質量的平均零缺陷水平為0.62。按操作類型劃分,有以下零缺陷級別:基礎工程-0.64;安裝墻板-0.77;安裝天花板嵌板-0.69;樓梯元件安裝-0.49;設備金屬鍵-0.58;接頭和接縫的密封-0.25。低精度系數的工藝證明了該方法的頻繁極限違反參數。平均位移和變化參數的穩(wěn)定性在樓層和建筑物上都是不夠的。平臺接縫Kq=11.65超出接受值,增加失效概率的參數是10,從而降低了建筑物的資源安全運行。

在板式建筑安裝中,節(jié)點的密封質量較差,導致節(jié)點在使用初期大量滲漏和結霜。砂漿接縫增厚、臺縫預制構件斷裂、混凝土強度降低、部分埋入等缺陷鍵槽接頭和鋼帶的其他缺陷導致節(jié)點變形能力的提高。由于結構體系剛度的降低,豎向接縫的剪切應變出現了變形,裂縫生長異常,這一點通過6～7年的結構測量結果得到了證實。

砌筑時的平均零缺陷水平為0.64。按工作類型劃分的零缺陷等級為:基礎工程-0.60;承重墻砌磚-0.68;砌磚加固-0.48;梁和樓板安裝-0.60;樓梯的安裝-0.64;設備金屬鍵-0.60。在砌磚工作中,墻內鋼筋網格的安裝不能滿足設計要求。所有物體都有水平關節(jié)增厚和部分垂直關節(jié)填充。承重墻和柱的事故風險參數Kq=18.49,明顯超過了可接受值,與砌體加固設計要求相違背。

整體式建筑安裝時的零缺陷水平可達0.75。按工作類型劃分的零缺陷等級為:整體地基-0.67;安裝整體墻和隔膜板-0.63;安裝整體柱-0.78;安裝整體樓板-0.67。將整體建筑安裝缺陷分為四類:截面幾何特征、混凝土特征、鋼筋規(guī)格和空間結構規(guī)格。計算表明,各類缺陷對結構的應變-應力狀態(tài)影響不大。增加的參數承重結構Kq=7.66的失效概率不超過極限值,這是由于截面增加(模板推力)和混凝土設計承載力Kr=1.02的實際強度造成的。

5 結論

最小零缺陷是單片機建筑所特有的,它與沒有接縫單片相連接。許多缺陷的共軛結果是,由于抽樣調查,面板結構的施工質量最低，從而指出大多數缺陷是關節(jié)和接縫所特有的,而最少的缺陷是材料強度參數所特有的。此種缺陷導致了承重結構失效概率的顯著增加，降低了安全性，增加了建筑物的建設周期。