Совершенствование методов расчета прочности и надежности с учетом заданного времени эксплуатационного периода объекта

В действующем нормативном поле РФ (ГОСТ 27751–2014, СП 20.13330 и др.) полувероятностный метод расчёта по предельным состояниям опирается на фиксированные коэффициенты надёжности, которые назначены для определённого срока эксплуатации (как правило, 50 – 75 лет в зависимости от класса ответственности) и типовой набор неопределённостей. При этом в практике строительста возрастает доля временных, модульных и реконструируемых сооружений, а также задач продления ресурса, для которых требуется согласованная корректировка целевых показателей надёжности и локальных коэффициентов безопасности с учетом заданного срока службы. В статье представлен обзор современных вероятностных подходов к обеспечению надежности сооружений (на примере Eurocode, JCSS, ISO 2394), применяемых при калибровке норм и оценке существующих конструкций. На основе результатов НИР, выполненной в НИУ МГСУ, предлагается инженерная методика перехода от референсного уровня надежности к заданному сроку эксплуатации T за счет пересчёта целевого годового индекса надежности и последующей корректировки локальных коэффициентов γ_f и γ_m по чувствительности (FORM) при логнормальном описании случайных величин. Показано, что для климатических нагрузок (снег, ветер) при T≈10–15 лет расчетные γ_f могут быть снижены примерно на 10–20% при сохранении суммарно допустимого риска за весь срок эксплуатации; для постоянных нагрузок и коэффициентов по материалам корректировки, как правило, малы. Приведены вычислительный алгоритм и иллюстративный расчет для переменной климатической нагрузки.

1. ГОСТ 27751–2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. М.: Стандартинформ, 2015.

2. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07 85*. М.: Минстрой России, 2016 (с изм.).

3. Федеральный закон № 384 ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений». 30.12.2009 (с изм.).

4. Райзер В.Д. Теория надежности сооружений. М.: АСВ, 2010.

5. Ведяков И.И., Полевода И.И. Надежность строительных конструкций и расчет по предельным состояниям. М.: АСВ, 2016.

6. Перельмутер А.В., Кабанцев О. В., Пичугин С. Ф. Основы метода расчетных предельных состояний – М.: издательство СКАД СОФТ, издательство АСВ, 2019 – 240 с.

7. EN 1990:2002+A1:2005. Eurocode — Basis of structural design. CEN, Brussels.

8. ISO 2394:2015. General principles on reliability for structures. ISO, Geneva.

9. JCSS. Probabilistic Model Code. Joint Committee on Structural Safety, 2001 (online).

10. ISO 13822:2010. Bases for design of structures — Assessment of existing structures. ISO, Geneva.

11. ISO 15686 1:2011. Buildings and constructed assets — Service life planning — Part 1: General principles and framework. ISO, Geneva.

12. ISO 16204:2012. Durability — Service life design of concrete structures. ISO, Geneva.

13. fib Model Code 2010. Final draft. Fédération internationale du béton (fib), 2013.

14. Ditlevsen O., Madsen H.O. Structural Reliability Methods. Wiley, 2007.

15. Nowak A.S., Collins K.R. Reliability of Structures. 2nd ed. CRC Press, 2012.

16. Melchers R.E., Beck A.T. Structural Reliability Analysis and Prediction. 3rd ed. Wiley, 2018.

17. Rackwitz R. Reliability analysis: a review and some perspectives // Structural Safety. 2001. Vol. 23. No. 4. Pp. 365–395.

18. Der Kiureghian A., Ditlevsen O. Aleatory or epistemic? Does it matter? // Structural Safety. 2009. Vol. 31. No. 2. Pp. 105–112.

19. Sudret B. Global sensitivity analysis using polynomial chaos expansions // Probabilistic Engineering Mechanics. 2008. Vol. 23. Nos. 2–3. Pp. 245–259.

20. Straub D. Reliability updating with equality information // Probabilistic Engineering Mechanics. 2011. Vol. 26. No. 2. Pp. 254–258.

21. Andrieu Renaud C., Sudret B., Lemaire M. The PHI2 method: a way to compute time variant reliability // Reliability Engineering & System Safety. 2004. Vol. 84. No. 1. Pp. 75–86. DOI: 10.1016/j.ress.2004.06.002.

22. Frangopol D.M., Soliman M. Life cycle of structural systems: recent achievements and future directions // Structure and Infrastructure Engineering. 2016. Vol. 12. No. 1. Pp. 1–20.

23. European Commission, Joint Research Centre. Eurocodes: background and applications. Handbook series (reliability backgrounds). 2005 (PDF).

24. Helland S. Service life design of concrete structures: opportunities and challenges // Structural Concrete. 2013. Vol. 14. No. 4. Pp. 279–286.

25. European Commission, Joint Research Centre. Reliability background of the Eurocodes: Support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocodes. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2024. DOI: 10.2760/9482837.JRC139110 (EUR 40072).

26. Joint Research Centre. Overview of the evolution EN 1990: Eurocode 0 — Basis of structural design. Issue 1 dated 15.10.2020. 2020 (PDF).

27. Formichi P., Landi L., Croce P. A consistent approach to the calibration of partial factors for permanent and variable loads // Structure and Infrastructure Engineering. 2023. Vol. 21. No. 10. Pp. 1695–1709. DOI: 10.1080/15732479.2023.2290704.

28. Надольский В.В. Метод коэффициентов надежности с регулируемыми значениями для проектирования стальных конструкций // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 9. С. 1444–1453. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.9.1444-1453.

29. Соловьёв С.А., Копейкин О.Е., Соловьева А.А. Вероятностный метод проектирования стальных ферм на заданный уровень надежности и долговечности // Вестник МГСУ. 2025. Т. 20. № 5. С. 655–666. DOI: 10.22227/1997-0935.2025.5.655-666.

30. Fernández Ruiz M., Tanner P., Martí Herrero J., et al. Designing new structures and assessing existing ones: a discussion from the perspective of reliability // Structures. 2025. Vol. 70. 107108. DOI: 10.1016/j.istruc.2025.107108.

31. Su J., Zhang J., Caprani C.C., Zhou J. A practical framework for determining target reliability indices for the assessment of existing structures based on risk informed decision making // Structural Safety. 2025. Vol. 114. 102583. DOI: 10.1016/j.strusafe.2025.102583.

32. Pandey M.D., Polset A., Feng M.Q., et al. Life safety in the reliability based design and assessment of structures // Structural Safety. 2025. Vol. 113. 102453. DOI: 10.1016/j.strusafe.2024.102453.

33. Chen C., Wang C., Zhao X., et al. Gaussian process based Bayesian updating for time dependent reliability assessment of aging bridges // Probabilistic Engineering Mechanics. 2025. Vol. 81. 103820. DOI: 10.1016/j.probengmech.2025.103820.

34. Wang C., Huang Y., Zhang K., et al. Reliability based analysis and design of offshore wind turbine support structures: a comprehensive review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 161. 112250. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112250.

35. Cheng K., Weng G., Cheng Z. Influence of load partial factors adjustment on reliability design of RC frame structures in China // Scientific Reports. 2023. Vol. 13. Article 7260. DOI: 10.1038/s41598-023-34241-5.