с 01.01.2019 по настоящее время
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (Общеинженерные дисциплины, профессор)
с 01.01.1980 по 01.01.2019
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Новочеркасск, Россия
аспирант
НОВОЧЕРКАССК, Ростовская область, Россия
В статье рассматриваются характерные повреждения металлических элементов несущих конструкций некоторых промышленных объектов. Определена надежность элемента стропильной фермы с дефектом и категория технического состояния до и после повреждения. Категория технического состояния меняется с исправной категории на работоспособную, а сама конструкция должна быть отремонтирована с устранением повреждения на опорном раскосе.
металлические несущие конструкции, повреждение, надежность, техническое состояние
Обычно проведение экспертизы промышленной безопасности предназначено для определения надежности и категории технического состояния отдельных металлических несущих конструкций, так как это влияет на возможность и продолжительность осуществления производственной деятельности промышленных предприятий.
Опыт обследования металлических элементов несущих конструкций некоторых промышленных объектов [1, 2, 3] сотрудниками ЮРГПУ (НПИ) выявлены характерные дефекты металлических конструкций, большинство из которых появились вследствие механических воздействий и коррозии металла рис. 1-5.
Наличие дефектов снижают надежность несущих строительных конструкций и их долговечность в разной степени, поэтому предлагается систематизировать типичные повреждения по этому признаку.
Для определения основных характеристик, влияющих на надежность металлических колонн (напряжения, деформации), ферм покрытия и перекрытия и других, предлагается классификация дефектов по условиям работы растянутые, сжатые, изгибаемые, закручиваемые и др. Подгруппы типовых дефектов будут соответствовать причинам их возникновения механические повреждения, коррозия вследствие агрессивного воздействия атмосферных осадок или технологических процессов производства, дефекты изготовления (дефекты сварных швов, прорезы основного металла и др.) и др.
Рис. 1. Деформация двутавровой опоры цеха первичной сортировки дробильно-сортировочного завода х. Верхний Потапов
Рис. 2. Деформация опоры цеха сортировки мелких фракций дробильно-сортировочного завода х. Верхний Потапов
Рис. 3. Разрушение опорной части вспомогательной колонны технологической площадки ЗАО «Азовский кузнечно-литейный завод»
Рис. 4. Разрублена полочка связи в конструкции усиления продольной балки галереи Жигулевского завода строительных матб лдьтпгае6 7п7р?Рериалов
Рис. 5. Нижние пояса двух распорок погнуты вследствие механических воздействий при монтаже технологического оборудования ОАО «Ростоввводпром» г. Батайск.
Общепринятой и распространенной методикой при наличии дефектов надежность строительных конструкций и объектов определяют, как на основе внешних признаков [4], так и вероятностными методами [5].
Алгоритм для оценки показателей надежности промышленного здания предложен и разработана на основе данного алгоритма программа для расчета остаточного ресурса зданий коллективом авторов [6]. Надежность конструкций ими вычисляется на основе детерминированной модели разрушения металлических конструкций мостовых кранов, резерв прочности является соотношением несущей способности и максимальной обобщенной нагрузки.
Под руководством А.А. Сморчкова [7] исследована зависимость вероятности разрушения строительной конструкции от коэффициента вариации, установленного при статистических испытаниях данного вида строительных конструкций. Установлена прямо пропорциональная зависимость значения коэффициента вариации от значения коэффициента надежности, что ведет к перерасходу материалов с большим коэффициентов вариации.
При оценке риска разрушения строительных конструкций А.Г. Тамразян [8] предлагает объединить два подхода: статистическо-вероятностный и экспертный. При этом, согласно статистике, следует классифицировать аварийные ситуации, определить частоту их проявления и на этой основе делается прогноз о развитии ситуации. Специфические особенности конкретного здания или сооружения предлагается учитывать экспертным методом.
Модель уменьшения надежности в зависимости от накопления повреждений и дефектов предложен А.С. Горшков [9]. При незначительном количестве повреждений поврежденность увеличивается по экспоненциальному закону, при значительном количестве (предшествующему обрушению) по линейному.
В России нет модели расчета надежности, утвержденной на федеральном уровне и закрепленной в нормативных документах. Поэтому выполнен анализ состояние этого вопроса за рубежом. Межнациональный коллектив авторов [10] рассмотрел вопрос гармонизации российских нормативных документов и европейских Еврокодов. В результате были сделаны следующие выводы для проектирования стальных конструкций:
- система нормативных документов России обеспечивает меньший уровень надежности, чем европейская;
- основные показатели надежности не регламентированы, однако при этом лучше учитывается специфика работы конструкции из-за системы частных коэффициентов.
Определение основных характеристик, влияющих на надежность металлических колонн (напряжения, деформации) применяют как методы диагностики на строительных объектах при помощи тензометрических приборов, так и численный эксперимент. Для моделирования напряженно-деформируемого состояния строительных конструкций используются такие программные комплексы как SCAD, «Лира», ANSYS и др..
Авторами [11] был проведен расчет металлического шарнирного узла сложной геометрии. При численном моделировании узла пространственной стержневой конструкции определены эквивалентные напряжения, для ослабленных мест, установленных расчетом, предложены варианты усиления.
Авторами проведен расчет параметров НДС конструкций стропильной фермы промышленного цеха [12-15]. Ферма была изготовлена в 1973 году, эксплуатировалась в здании без агрессивных химических воздействий (здание склада готового металлопроката). В период эксплуатации на отдельных элементах фермы появились повреждения в результате механических воздействий. Одним из наиболее опасных повреждений с точки зрения концентраторов напряжений является погиб сжатого опорного раскоса (рис. 6). При моделировании опорного узла пространственной стержневой конструкции использован МКЭ и определены эквивалентные напряжения, для ослабленных мест, установленных расчетом, предложены варианты усиления узла с учетом разной степени поражения коррозией.
Рис. 6. Дефект раскоса фермы
В нормативной и технической литературе существует несколько десятков различных шкал для определения категории технического состоянии конструкций [16]. Согласно шкале, предложенной в пособиях [4, 17, 18] исправному состоянию конструкции соответствует значение относительной надежности 0,95-1; работоспособному состоянию конструкции соответствует интервал 0,85-0,95. По этим критериям были оценены несущие металлические конструкции промышленных зданий с повреждениями.
В последующем использование программных комплексов, реализующих метод конечных элементов ANSYS, позволит оценить НДС в несущих металлических конструкциях промышленных зданий с учетом их повреждений. Опыт обследования конструкций позволил установить и систематизировать характерные повреждения металлических конструкций, которые позволят уточнить задачи последующих исследований.
1. Результаты обследования здания аккумулирующих бункеров обогатительной фабрики Аютинская / С.И. Евтушенко, В.И. Соболев, В.Н. Моргунов, Т.А. Крахмальный, Е.Ю. Анищенко // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : Матер. VI Междунар. научн.-практ. конф., г. Новочеркасск, 9 июня 2006 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ), - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006.- Ч. 2.- С. 20-22.
2. Евтушенко С.И., Соболев В.И., Крахмальный Т.А. Результаты обследования и оценка технического состояния зданий ДСЗ Потаповского карьера в х. В.Потапов // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : Матер. VI Междунар. научн.-практ. конф., г. Новочеркасск, 9 июня 2006 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ), - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006.- Ч. 2.- С. 30-32.
3. Евтушенко С.И., Шутова М.Н., Крахмальный Т.А. Обследование здания ремонтного депо железнодорожного цеха ОАО «АМР» в г. Белая Калитва // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений : Матер. VII Междунар. научн.-практ. конф., г. Новочеркасск, 8 июня 2007 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ), - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007.- С. 44-47.
4. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения металлических колонн производственных зданий // Строительство и архитектура (2021). Том 9. Выпуск 2 (31) 2021. - С.11-15. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-2-11-15
5. Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения металлических подкрановых балок производственных зданий // Строительство и архитектура (2021). Том 9. Выпуск 3 (32) 2021. - С. 11-15. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-3-11-15
6. Damage to the Vertical Braces of Industrial Buildings / T A Krahmalny and S I Evtushenko // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1079 (2021) 052086 DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/1079/5/052086
7. Typical defects and damage to the industrial buildings’ facades / T A Krahmalny and S I Evtushenko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 775 (2020) 012135, DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/775/1/012135.
8. New system of monitoring of a condition of cracks small reinforced concrete bridge constructions Krakhmalny T.A., Evtushenko S.I., Krakhmalnaya M.P. В сборнике: Procedia Engineering. 2016. С. 2369-2374.
9. Добромыслов А.Н. Оценка надежности зданий и сооружений по внешним признакам. - М.: Издательство АСВ, 2004.- 72 с.
10. Пшеничкина В.А. и др. Вероятностные методы строительной механики и теория надежности строительных конструкций: учеб. пособие. - 2015.
11. Трофимов В.И., Белов С.В., Садчиков П.Н. Построение алгоритма оценки показателей надежности промышленного здания // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. - 2018. - №. 3.
12. Сморчков А.А. и др. Влияние коэффициента вариации на надежность строительных конструкций // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2013. - №. 5. - С. 164-167.
13. Тамразян А.Г. Расчет элементов конструкций при заданной надежности и нормальном распределении нагрузки и несущей способности //Вестник МГСУ. - 2012. - №. 10.
14. Горшков А.С. Модель физического износа строительных конструкций // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2014. - №. 12. - С. 34-37.
15. Надольский В.В. и др. Надежность строительных конструкций в свете требований европейских и российских нормативных документов по проектированию // Вестник Брестского государственного политехнического университета.- №1 . - 2013.
16. Бузало Н.А., Алексеев С.А., Царитова Н.Г. Численное исследование шарнирного узла пространственной стержневой конструкции // Интернет-журнал Науковедение. - 2014. - №. 2 (21).
17. Skibin G.M., Shutova M.N., Evtushenko S.I., Chutchenko I.A. Reliability increase of running gears elements of mining traction locomotives using finite-element analysis package // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2017. - Т. 87. - №. 2. - С. 022021.
18. Бузало Н.А., Гонтаренко И.В. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния внецентренно сжатых стоек c повреждениями // Интернет-журнал Науковедение. - 2014. - №. 1 (20).
19. Гонтаренко И.В., Бузало Н.А. Определение силового сопротивления внецентренно-сжатых стоек двутаврового сечения с повреждениями // Интернет-журнал Науковедение. - 2014. - №. 2 (21).
20. Shutova M.N., Skibin G.M., Evtushenko S.I. Definition of Availability Index of Deformed Building Constructions Using the Finite-Element Analysis Package // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2017. - Т. 262. - №. 1. - С. 012061.
21. СП 20.13330. 2016 Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» - М. - 2016 г.
22. Соколов В. А. Категории технического состояния строительных конструкций зданий при их диагностике вероятностными методами // Фундаментальные исследования. - 2014. - Т. 6. - №. 6.
23. Добромыслов А. Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. - М.: Справочное пособие. Издательство АСВ, 2006.- 256 с.
