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.
