Введение. Вопросам анализа безопасной эксплуатации инженерных конструкций, а также методам прогнозирования их долговечности в различных производственных условиях в настоящее время уделяется особое внимание. Ключевую роль при этом приобретают исследования, нацеленные на управление сроками безотказной и безопасной эксплуатации опасных производственных объектов (ОПО) [1, 2].Безопасная эксплуатация представляет собой свойство объекта противостоять переходу в аварийное состояние. Она определяется остаточным ресурсом несущих конструкций, а также техническим состоянием объекта в целом [3, 8].Вместе с тем, в соответствии с действующим законодательством, здания и сооружения на ОПО подлежат экспертизе промышленной безопасности (ЭПБ) по истечении сроков безопасной эксплуатации установленные проектной документацией [4]. Согласно этому документу, одним из основных мероприятий является оценка остаточной несущей способности и пригодности зданий и сооружений к дальнейшей эксплуатации.Материалы и методы. Определение физического износа и технического состояния строительных конструкций, является очень важным условием, для точного определения остаточного ресурса. Основополагающим нормативным документом, при определении физического износа строительных конструкций, является ВСН 53-86(р) [5]. Данный нормативный акт, в основном предназначен для оценки физического износа жилых зданий, необходимой при технической инвентаризации, планировании и проектировании капитального ремонта жилищного фонда независимо от его ведомственной принадлежности. Физический износ конструкции, элемента или системы, имеющих различную степень износа отдельных участков, следует определять по формуле:Фk=i=1i=nФiPiPk,                        (1)где Фк – физический износ конструкций, элемента или системы, %; Фi – физический износ участка конструкции, элемента или системы, Рi – размеры (площадь или длина) поврежденного участка, м2 или м; Рк – размеры всей конструкции, м2 или м; n – число поврежденных участков.В случае попытки оценки физического износа строительных конструкций промышленных зданий, и подкрановых конструкций в частности, возникает довольно много вопросов для обсуждения. Непосредственно в [5] физический износ участка конструкции, элемента или системы, определяется в соответствии с четко определенными таблицами для определения физического износа, в зависимости от признаков износа и количественной оценки данного признака, для различных типов конструкций жилых и общественных зданий. При оценке физического износа (технического состояния) подкрановых конструкций, можно говорить о некоторых характерных дефектах и повреждениях металлических эксплуатируемых подкрановых балок.Подкрановые конструкции являются весьма металлоемкой и повреждаемой частью промышленного здания, срок службы которой в 3-4 раза ниже долговечности других конструкций. Многочисленные натурные обследования подкрановых балок показали, что, в основном, срок их эксплуатации не превышает 20 лет, а в условиях тяжелого режима работы - 4÷7 лет и отмечаются случаи выхода из строя и замены через 2÷2,5 года эксплуатации. Преждевременные выходы из строя подкрановых балок приводят к значительным материальным и трудовым затратам, связанным как с ремонтом (зачастую полной заменой) конструкции, так и с экстренной остановкой и нарушением технологического процесса. Наибольший ущерб наносится предприятиям с непрерывным циклом производства, где убытки от таких внеплановых остановок могут в несколько раз превышать стоимость заменяемых конструкций. Для конструкций таких линий производства, просто необходимым является определение срока эксплуатации конструкций без проведения капитального ремонта или замены конструкций. Для возможности оценки данного периода, вводится понятие остаточного ресурса объекта капитального ремонта, или отдельных конструкций. По мнению некоторых исследователей [6], следует выделять характерные дефекты, на основе некоторой выборки проектов ЭПБ промышленных зданий: Группа 1 – трещины в нижнем поясе балки, где наиболее опасными трещинами, можно считать те, что развиваются в растянутой зоне разрезных балок.Группа 2 – трещины, развивающиеся в верхнем поясе балок, причем как наклонные, так и поперечные. Группа 3 – трещины, развивающиеся в околошовной зоне подкрановых балок, а также в поясном шве.Группа 4 – трещины в зоне опорного узла, нижней зоне балки, зоне монтажного или заводского стыка.Группа 5 – трещины в швах приварки, основном металле промежуточных и опорных поперечных ребер жесткости к верхнему поясу, околошовной зоне. Группа 6 – трещины в швах приварки опорных ребер подкрановой балки к нижнему поясу.Основные, наиболее опасные и чаще всего наблюдаемые дефекты – усталостные трещины. В руководстве по определению индивидуального ресурса стальных подкрановых балок с усталостными трещинами [7], так же выделяются характерные дефекты.От места расположения по длине балки:У опорных и промежуточных ребер жесткости;У поверхностного дефекта поясного шва.От распространения по высоте стенки:В металле поясного шва;В околошовной зоне поясного шва;В основном металле стенки;С переходом из металла шва на околошовную зону;С переходом из металла шва в основной металл пояса.В зависимости от геометрического развития трещин:Горизонтально развивающаяся трещина;Развивающаяся вертикально;Развивающаяся под углом к горизонтальной линии;Трещины с ветвлением ветвей.К менее опасным дефектам подкрановых конструкций можно отнести: разрушение защитных покрытий, коррозия поверхности подкрановых балок, коррозия сварных швов, расстройство болтовых соединений не носящее массовый характер. Стоит отметить и такие, довольно часто встречающиеся, но серьезные дефекты как: дефекты концевых упоров, остаточный прогиб балки, расцентровка и неточная подгонка элементов в узлах сопряжений, смещение опорных ребер с оси колонны.Основная часть. Для проведения анализа физического износа подкрановых балок, были выбраны отчеты по проведению экспертизы промышленной безопасности пяти промышленных зданий черной металлургии. Срок эксплуатации конструкций подкрановых балок от 6 до 44 лет. Типовые подкрановые балки пролётом 12м, с шагом поперечных ребер жесткости 1,5м, высотой сечения 2800мм, выполненные по разрезной и неразрезной схеме. На основании имеющихся дефектов и повреждений, в соответствии с (1) и характерных повреждений балок, изложенных выше, назначен физический износ подкрановых балок – (Фк).Каждая из девяти выборок, включает различное количество подкрановых балок, для удобства дальнейшей работы вычислим средний и медианный показатель износа, подлежащие анализу.Рис. 1. Физический износ конструкций подкрановых балок в зависимости от срока эксплуатацииРис. 2. Средний физический износ подкрановых балок:1 – кривая физического износа; 2 – аппроксимирующая функция Рис. 3. Медианный физический износ подкрановых балок:1 – кривая физического износа; 2 – аппроксимирующая функцияОдин из способов оценки остаточного ресурса основан на распределении Пуассона. В общем виде остаточный ресурс возможно определять по формуле:Tост=Т-tфак,                        (2)где, tфак  – Фактический срок эксплуатации объекта капитального строительства, либо отдельной строительной конструкции, Т – Срок службы конструкции до проведения очередного капитального ремонта.Этот показатель определяется формулой:Т=0,16λ                                (3)где, 0,16 – значение, которое обусловлено ограниченным-работоспособным состоянием, либо определяется в соответствии с таблицей 1 [6], в зависимости от относительной надежности и назначенной категории технического состояния, λ  – постоянная физического износа, определяемая в зависимости от хронологического возраста конструкции на момент обследования, и относительной надежности. Или же определяется по формуле:                           λ=-Ln⋅γtф                            (4)где, tф  – срок эксплуатации в годах на момент обследования., γ  – вероятность безотказной работы или же по-другому коэффициент относительной надежности, определяемый по формуле:γ=1-ԑ                            (5)где, ԑ  – поврежденность здания, в соответствии с [6] определяется по формуле:  ԑ=α1ԑ1+α2ԑ2+…+αiԑjα1+α2+…+αi                     (6)где, ԑ1 , ԑ2…ԑi  – величина поврежденности или же степень опасности дефекта. α1 , α2…αi  – коэффициент ответственности, либо же значимости некоторых видов конструкции. При отсутствии других данных по рассчитываемым конструкциям, коэффициенты значимости αi  следует принимать: для колонн α =8, для ферм α =7, фундаментов и несущих стен различной конструкции α =3, перекрытия и покрытия α =2, α =4 для балок, α =2 для других строительных конструкций.В зависимости от имеющихся дефектов и повреждений, состояние конструкций, следует подразделять на 5 категорий: аварийное, неудовлетворительное, не совсем удовлетворительное, удовлетворительное, нормальное [9].Для дальнейшего расчет остаточного ресурса воспользуемся таблицей из [9], внеся некоторые изменения и соотнеся назначенный физический износ конструкций, и категорией технического состояния элементов конструкций в соответствии с [21].Величину поврежденности конструкций по истечении некоторого промежутка времени t лет эксплуатации, следует определять по формуле:   ԑ=1-е-λt,                            (7)     λ=-Ln⋅γtф ,                             (8)где, tф  – Срок эксплуатации в годах на момент обследования.Срок эксплуатации объекта капитального строительства или отдельной конструкции до аварийного состояния следует определять по формуле:         to=0,22λ ,                              (9) Таблица 1Результаты расчета физического износа подкрановых балок в зависимости от поврежденностиКатегориятехническогосостоянияОписание технического состоянияОтносительная надежность y=γ/γ0 Поврежденность ԑ=1-y  Стоимость ремонта C, %Категориятехнического состоянияподкрановых конструкций в соответствии с [9]Физический износ, % Фi  1Нормальное – исправное состояние0,980,030В0-8 2Удовлетворительное –работоспособное состояние.0,950,050–11Б8-30 3Не совсем удовлетворительное. 0,850,1512–36Б30-50 4Неудовлетворительное.Неработоспособное состояние. 0,750,2537–90А50-70 5Аварийное состояние. 0,650,3591–130АСвыше 70 Таблица 2Результаты расчета остаточного ресурса поврежденных подкрановых конструкцийв зависимоси от срока эксплуатацииПоврежденностьОтносительная надежностьСрокэксплуатации tф в годахПостоянная физического износаОстаточный срок службы докапитальногоремонтаОстаточный ресурс0,04500,955150,00307052,1237,120,04000,96120,00340247,0335,030,05000,95120,00427437,4325,430,13000,87290,00480233,324,320,12100,879350,00368543,428,420,03570,9643120,00302952,8240,820,12700,873290,00468334,165,160,04050,9595130,00318050,3137,310,04600,954130,00362244,1731,170,03000,97110,00276957,7846,780,07000,93160,00453635,2819,280,10600,894440,00254762,8318,830,02500,97560,00422037,9231,920,03330,9667100,00338747,2437,24 Рис. 4. Остаточный ресурс конструкций, в зависимости от физического износа: 1 – кривая остаточного ресурса; 2 – линейная фильтрация; 3 – степенная линия тренда; 4 – аппроксимирующая кривая остаточного ресурса  Выводы. Анализируя результаты проведенных исследований, можно сказать, о том, что методика прогнозирования остаточного ресурса металлических конструкций с учетом эксплуатационных повреждений и хронологического возраста на сегодняшний день внятно не сформулирована и полученные данные могут быть отправной точкой для дальнейших изысканий в этой области. Вместе с тем, изучение факторов физического износа металлических конструкций подкрановых балок с учётом длительности эксплуатации и определение степени поврежденности подкрановых балок в зависимости от характера эксплуатационных дефектов должны быть неотъемлемой частью при экспертизе промышленной безопасности на ОПО. На ряду с этим, расчет остаточного ресурса подкрановых балок целесообразно вести с учетом степени их поврежденности.