4.3.3. СИСТЕМА ОЦЕНКИ СРОКА СЛУЖБЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЕРЕКРЫТИЙ МОСТОВ

Среди существующих мостов немало таких, которые получили какие-либо повреждения, что создает проблемы их эксплуатации и безопасности. Для технического обслуживания мостовых сооружений необходимо оценивать их срок службы. Однако данные, которые можно использовать для такой оценки, не только имеют недостаточный объем, но и в большинстве случаев включают различного рода нечеткости. Поэтому в данной системе использование подобных данных обеспечивает продукционная система (нечеткая продукционная система), в которой к функциям вывода добавлены функции обработки нечетких множеств. Использовано также правило «модус поненс», несколько отличное от принятого в языке FRIL. Благодаря внедрению в продукционную систему системы обработки нечетких множеств [15] получены следующие преимущества:

1) возможны выводы из нечетких данных и знаний;

2) возможно использование естественного языка для записи правил;

3) из п. 2 следует, что легко приобретать знания, поскольку знания, полученные в процессе диалога со специалистом на естественном языке, можно вводить в компьютер в том же виде;

4) поскольку в систему вносятся нечеткие знания, можно свести до минимума число знаний, необходимых для оценки, и т.п.

Данная система построена на базе -разрядной рабочей станции, что позволило создать удобную для применения среду. Ниже приведено краткое описание нечеткой продукционной системы.

Нечеткая продукционная система

Рассмотрим правило «если X есть А, тогда Y есть В». В случае выводов в существующих продукционных системах, используя это правило, для данных «X есть А» можно получить вывод «7 есть В», но для данных «X есть А», в которых А немного отличается от А, только с помощью указанного правила получить вывод невозможно. Тем не менее человек даже из данных «X есть А» способен сделать вывод «У есть Е». Механизм выводов, подобный тому, который работает в мозгу человека, можно реализовать с помощью понятия нечеткого множества. Т. е. А можно переписать в виде нечеткого множества @А, данные - в виде «X есть @А», А и В в правиле представить в виде нечетких множеств (а) А и @В и делать выводы с помощью правила «если X есть @А, тогда Y есть @В». В результате можно сделать вывод «Y есть @В'» (@B' - нечеткое множество).

Описание системы оценки срока службы

Для достоверной оценки срока службы данная система выполняет следующие действия:

1) неоднократно в течение длительного времени ведет диалог со специалистом в области управления и технического обслуживания, приобретая у него специфичные знания; в частности, может приобретать эмпирические знания специалиста о причинах повреждения железобетонных перекрытий, о последствиях повреждений;

2) благодаря применению теории нечетких множеств становится возможной обработка нечеткостей, содержащихся в полученных после инспекции данных, и нечеткостей в знаниях, приобретенных у специалиста;

3) при оценке срока службы железобетонных перекрытий особо важным считается запас прочности. Для его оценки

рассматриваются причины повреждений, их размер и последствия.

Оценка срока службы выполняется для каждой панели в соответствии с последовательностью, показанной на рис. 4.6. Прежде всего по данным о повреждениях, полученным в результате осмотра, уточняется их вид. В системе определяются следующие виды повреждений: трещины, повреждения дорожного покрытия, арматуры, бетона и конструкций. Затем исходя из данных проектирования мостового сооружения и об окружающей среде высказываются предположения о причинах повреждений (табл. 4.3). Обычно предлагается несколько причин и для каждой причины рассматриваются наиболее вероятные повреждения, или мода повреждений. Мода состоит только из тех видов повреждений, которые возникают по данной причине. После идентификации моды повреждений по их причинам определяется

Таблица 4.3. Причины повреждений

(см. скан)

Рис. 4.6. Процедура оценки степени разрушения.

степень повреждений арматуры, дорожного покрытия, бетона и трещин для каждой моды. Обобщая результаты, получают степень повреждений. Кроме того, для каждой причины определяют последствия повреждений. С помощью комплексной оценки полученных таким образом степени повреждений, последствий повреждений и времени, прошедшего после установки перекрытий, делают предположения о сроке службы для каждой моды повреждений.

Метод оценки срока службы

Рассмотрим метод оценки срока службы, используемый в данной системе. Допустим, что перекрытия не подвергаются вредным воздействиям, которые не принимались в расчет при традиционном проектировании, тогда зависимость степени их повреждения от времени можно задать кривой на

Рис. 4.7. Зависимость степени разрушения от срока службы.

рис. 4.7. Кроме того, аналогичные зависимости для большой, довольно большой, средней, довольно малой и малой степеней повреждений соответственно можно представить прямыми Например, оценим срок службы панелей, 20-летние железобетонные перекрытия которых имеют довольно малую и малую степени повреждений. Состояние этих панелей показано точкой Р на рис. 4.8. Довольно малая степень повреждений находится ниже степени повреждений после 30-летней эксплуатации на кривой S-0. поэтому можно считать, что последствия кривой (аппроксимированные линией ), начиная с 30 года эксплуатации, будут преобладающими

Рис. 4.8. Оценка срока службы.

Следовательно, повреждения будут накапливаться вдоль линии, параллельной от точки Р до точки R, а за точкой R - вдоль линии, параллельной S-3, и достигнут максимума в точке Q. Таким образом, срок службы можно определить как разность координат точек Р и Q по оси абсцисс.

Пример

В качестве примера рассмотрим трехпутный балочный мост, сооруженный в 1938 г. Данные проектирования и условия окружающей среды приведены в табл. 4.4. Поясним кратко процесс оценки для одной из его панелей

Прежде всего по данным проектирования, условиям окружающей среды, местам приложения нагрузки от колес проходящего транспорта, данным проверки состояния панели указанным в табл. 4.5, и другим данным оценим причины повреждений (табл. 4.6). Правила, применяемые при оценке причины 1, указаны на рис. 4.9. Исходя из основных видов повреждений, возникающих по этим причинам, идентифицируем моду повреждений, а степень повреждений получим благодаря оценке степени основных повреждений, образующих моду. Затем определим степень повреждений исходя из причин повреждений, условий окружающей среды и других факторов. Полученные результаты обобщены в табл. 4.7. Если на основе этих результатов оценить срок службы панели с повреждениями, возникшими по каждой причине, то получим результаты, собранные в табл. 4.8. Данный мост расположен на участке с необычайно интенсивным дорожным движением. Кроме того, технические условия эксплуатации разработаны еще в 1926 г., поэтому достаточно принять во внимание в качестве причины повреждений эксплуатацию в условиях сверхвысокой нагрузки. Что же касается нехватки распределительных стержней арматуры, то давность технических условий эксплуатации вряд ли можно считать серьезной причиной. Кроме того, из оценки некачественности дренажа поверхности следует, что весьма вероятны появление закупорки дренажных труб или другие вредные последствия. В этом случае срок службы самый короткий - 2 года, поэтому требуется срочный ремонт.

Итак, благодаря введению нечеткой логики появляется возможность использования внутри правил слов естественного

Таблица 4.4. Данные проектирования моста и условия окружающей среды (см. скан)

языка, отражающих нечеткости, а также «трансплантации» в систему знаний в неизменном виде (представленных на естественном языке), полученных от экспертов. Кроме того, использованы понятия нечеткого вывода, что позволило получить по нечетким данным и знаниям правдоподобные выводы.

В данной системе благодаря обстоятельному диалогу с экспертами по эксплуатации сооружений можно приобрести специальные знания, полезные для оценки. При этом

Таблица 4.5. Результаты проверки состояния панели

(см. скан)

(см. скан)

Рис. 4.9. Правила оценки причин разрушения.

Таблица 4.6. Результаты оценки причин повреждений

(см. скан)

Таблица 4.7. Результаты оценки степени и последствий повреждений

(см. скан)

Таблица 4.8. Результаты оценки срока службы

(см. скан)

оценка срока службы железобетонных перекрытий по причинам, степени и последствиям повреждений позволяет получить результаты, которые можно непосредственно использовать для принятия решений при эксплуатации сооружений.