Оценка надежности ферменных конструкций при коррозионном износе на основе имитационного моделирования

В работе рассмотрена задача вероятностной оценки надежности ферменных металлических конструкций с учетом коррозионного износа. Коррозионный износ представляется как накопление повреждений, а коррозионное состояние элемента рассматривается от неповрежденного уровня до предельного, соответствующего отказу (потери устойчивости стержневого элемента ферменной конструкции). Деградация описывается последовательностью вероятностных переходов между состояниями в рамках марковской модели с непрерывным временем. Временные зависимости вероятностей перехода восстанавливаются по экспериментальным наблюдениям и аппроксимируются параметрическими зависимостями, что позволяет сформировать согласованную матрицу переходов во времени для всей шкалы состояний. После калибровки модели выполняется моделирование методом Монте-Карло для отдельного стержневого элемента ферменной конструкции и для ферменной системы в целом с учетом различной структурной значимости элементов. Получены оценки надежности, а также характеристики накопления повреждений, которые можно использовать для инженерной диагностики и обоснования ремонтных решений.

1. Kayser J.R., Nowak A.S. Reliability of corroded steel girder bridges // Structural Safety. 1989. Vol. 6. No. 1. P. 53–63. DOI: 10.1016/0167-4730(89)90007-6.

2. Czarnecki A.A., Nowak A.S. Time-variant reliability profiles for steel girder bridges // Structural Safety. 2008. Vol. 30. No. 1. P. 49–64. DOI: 10.1016/j.strusafe.2006.05.002.

3. Gong C., Frangopol D.M. Reliability of steel girder bridges with dependent corrosion growth // Engineering Structures. 2020. Vol. 224. Art. 111125. DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.111125.

4. Тамразян А.Г., Мацеевич Т.А., Савин С.Ю. Оценка технического состояния несущих конструкций зданий на основеве прогнозирования риска аварии / Строительство и реконструкция. 2024. Nº 6 (116). С. 82-91. DOI: 10.33979/2073-2024-116-6-82-91.

5. Соловьев С.А., Соловьева А.А. Методы вероятностного проектирования элементов строительных конструкций на новый уровень надежности. Вологда: Вологодский государственный университет, 2022. 99 с.

6. Melchers R.E. Probabilistic Model for Marine Corrosion of Steel for Structural Reliability Assessment // Journal of Structural Engineering. 2003. Vol. 129. No. 11. P. 1484–1493. DOI: 10.1061/(asce)0733- 9445(2003)129:11(1484).

7. Melchers R.E. New insights from probabilistic modelling of corrosion in structural reliability analysis // Structural Safety. 2021. Vol. 88. Art. 102034. DOI: 10.1016/j.strusafe.2020.102034.

8. Qin S., Cui W. Effect of corrosion models on the time-dependent reliability of steel plated elements // Marine Structures. 2003. Vol. 16. No. 1. P. 15–34. DOI: 10.1016/S0951-8339(02)00028-X.

9. Шереметьева Е.С. Вероятностные модели коррозионного износа строительных сталей // Вестник МГСУ. 2019.

10. de la Fuente D., Díaz I., Simancas J., Chico B., Morcillo M. Long-term atmospheric corrosion of mild steel // Corrosion Science. 2011. Vol. 53. No. 2. P. 604–617. DOI: 10.1016/j.corsci.2010.10.007.

11. Chico B., De la Fuente D., Díaz I., Simancas J., Morcillo M. Annual Atmospheric Corrosion of Carbon Steel Worldwide. An Integration of ISOCORRAG, ICP/UNECE and MICAT Databases // Materials. 2017. Vol. 10. No. 6. Art. 601. DOI: 10.3390/ma10060601.

12. Landolfo R., Cascini L., Portioli F. Modeling of Metal Structure Corrosion Damage: A State of the Art Report // Sustainability. 2010. Vol. 2. No. 7. P. 2163–2175. DOI: 10.3390/su2072163.

13. Guo S., Si R., Dai Q., You Z., Ma Y., Wang J. A critical review of corrosion development and rust removal techniques on the structural/environmental performance of corroded steel bridges // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 233. P. 126–146. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.06.023.

14. Колчунов В.И. Развитие методов анализа надежности усиливаемых конструкций при техногенных воздействиях. – М.: РААСН, 2004. – 210 с.

15. van Noortwijk J.M. A survey of the application of gamma processes in maintenance // Reliability Engineering & System Safety. 2009. Vol. 94. No. 1. P. 2–21. DOI: 10.1016/j.ress.2007.03.019.

16. Frangopol D.M., Kallen M.-J., van Noortwijk J.M. Probabilistic models for life-cycle performance of deteriorating structures: review and future directions // Progress in Structural Engineering and Materials. 2004. Vol. 6. No. 4. P. 197–212. DOI: 10.1002/pse.180.

17. Biondini F., Frangopol D.M. Life-Cycle Performance of Deteriorating Structural Systems under Uncertainty: Review // Journal of Structural Engineering. 2016. Vol. 142. No. 9. Art. F4016001. DOI: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0001544.

18. Seçer M., Saylan A.A. Time-dependent advanced analysis method for steel truss bridges under atmospheric corrosion // Advances in Bridge Engineering. 2025. Vol. 6. No. 1. Art. 34. DOI: 10.1186/s43251-025-00181-5.

19. Matseevich T.A., Dankov S.A. Probabilistic approach of state transition elements of truss structures at corrosion // E3S Web of Conferences. 2024. Vol. 535. Art. 01003. DOI: 10.1051/e3sconf/202453501003.

20. Пшеничкина В.А., Рекунов С.С., Иванов С.Ю. Вероятностный анализ динамических характеристик системы «сооружение – слоистое основание» // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2024. № 8 (788). С. 32–43. DOI: 10.32683/0536-1052-2024-788-8-32-43.

21. Albrecht P., Naeemi A.H. Performance of Weathering Steel in Bridges. NCHRP Report 272. Washington, DC: Transportation Research Board, National Research Council; 1984. Available at: http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/nchrp/nchrp_rpt_272.pdf.

22. McCuen R.H., Albrecht P. Reanalysis of thickness loss data for weathering steel. Journal of Materials in Civil Engineering. 2004;16(3):237–246. DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2004)16:3(237).

23. Kim S., Frangopol D.M. Inspection and monitoring planning for RC structures based on minimization of expected damage detection delay. Probabilistic Engineering Mechanics. 2011;26(2):308–320. DOI: 10.1016/j.probengmech.2010.08.009.

24. СП 16.13330.2017. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81.