Главная Обратная связь

Дисциплины:






Основні дефекти і пошкодження металевих конструкцій? Причини їх виникнення?



Якість виготовлення і монтажу сталевих конструкцій; також правила їх технічної експлуатації регламентуються СНиП, ГОСТ галузевими документами. Однак внаслідок недосконалості норм і помилок проектування, низької якості робіт з виготовлення та монтажу конструкцій, порушень правил технічної експлуатації конструкціях з'являються відхилення від проектних розмірів, форми і якості понад допускаються меж. Недосконалості, отримані конструкцією на стадії виготовлення і монтажу, називаються дефектами. Недосконалості, отримані в процесі експлуатації, - ушкодженнями. Осередками розвитку пошкоджень часто є дефекти виготовлення і монтажу. Дефекти характеризують початковий стан конструкцій. Пошкодження виникають і розвиваються в часі і залежать від терміну експлуатації та інтенсивності впливів. В залежності від викликають їх впливів вони можуть бути поділені на: 1) силові (механічні) - розриви, тріщини, втрата стійкості, викривлення і місцеві погибы, розлад з'єднань, зношування тощо; 2) температурні - викривлення і руйнування елементів при високих температурах, крихкі тріщини при негативних температурах, пошкодження захисних покриттів при нагріванні; 3) хімічні та електрохімічні - корозія металу і руйнування захисних покриттів.

Пошкодження від силових впливів виникають в результаті невідповідності розрахункових передумов дійсним умовам роботи конструкцій і викликаються:

помилками проектування, пов'язаними з неправильним визначення навантажень і внутрішніх зусиль і підбором перерізу елементів і вузлів;

відмінністю фактичного напруженого стану від розрахункового внаслідок неминучого спрощення та ідеалізації розрахункової схеми конструкції, її елементів, вузлів і діючих навантажень, а також недостатньої вивченості дійсної роботи конструкцій і характеру впливів;

зниженими характеристиками міцності основного і наплавленого металу, дефектами, що призводять до концентрації напруг і сприяють втомного і крихкому руйнуванню;

довільною зміною перерізів елементів, розмірів зварних швів, кількості заклепок і болтів при виготовленні та монтажі з порівняно з проектним;

неприпустимою перевантаженням конструкцій при експлуатації;

порушеннями при монтажі і експлуатації взаємного розташування конструкцій (зміщення прогонів, ексцентриситет та перепади в стиках підкранових рейок тощо), які призводять до появи додаткових, не враховуються розрахунком, навантажень і динамічних впливів;

порушеннями правил технічної експлуатації: ударами вантажів, що транспортуються, використанням конструкцій для підвіски блоків і спирання домкратів, підйому і переміщення вантажів при ремонтах без відповідного розрахунку і необхідного підсилення, вирізкою отворів в елементах конструкцій для пропуску комунікацій, видаленням связевых елементів і т.д.



Нерідко пошкодження від силових впливів пов'язані з невдалим конструктивним рішенням вузлів.

Для конструкцій, що піддаються дії рухомих динамічних навантажень - підкранових балок (особливо при кранах важкого і досить важкого режимів роботи), балок робочих майданчиків, розташованих під шляхами залізничного транспорту, завалочних машин характерні втомні пошкодження. Останні проявляються у вигляді тріщин в основному металі та зварних швах і біляшовній зоні і в розладі болтових і заклепочных сполук.

Значні пошкодження металевих конструкцій виникають при порушенні правил технічної експлуатації будівлі і споруд.

Пошкоджень від температурних впливів найбільшою мірою схильні елементи, розташовані поблизу джерел тепловиділень. В гарячих цехах при зміні температури з'являються значні температурні переміщення, що призводять до відхилення конструкцій від проектного положення. При наявність зв'язків, які перешкоджають вільному переміщенню, в елементах конструкцій виникають додаткові напруження, мають циклічний характер. При певних умовах ці напруги можуть привести до викривлення елементів або появи тріщин. При нагріванні сталевих конструкцій до 100°С руйнується захисне покриття, при 300-400°С відбувається викривлення елементів, особливо тонкостінних.

Порушення правил експлуатації обладнання та виникнення аварійних ситуацій можуть призвести до протоками розплавленого металу, викривлення і перепалення елементів перекриттів і нижніх частин колон.

Ушкодження від дії низьких температур виникають, як правило, у відкритих спорудах та неопалюваних будівлях. До таких пошкоджень відносяться тендітні тріщини в місцях концентрації напруг (зварні шви, різкі зміни перерізів, фасонки ферм тощо), Особливо схильні крихким руйнуванням конструкції, виконані з киплячих сталей. Велику небезпека для конструкцій представляє різке охолодження елементів і виникнення "теплового удару".

Ушкодження від дії агресивних середовищ проявляються в вигляді руйнування захисних покриттів і корозії металу. Інтенсивність корозійних пошкоджень, яка вимірюється швидкістю (мм в рік) проникнення корозії по товщині елемента і відносною площею ділянок, уражених корозією, залежить від ступеня агресивності експлуатаційної середовища, матеріалу конструкцій (марки сталі), конструктивної форми елементів системи якості нанесення протикорозійного захисту, а також дотримання правил технічної експлуатації (своєчасна ліквідація протікання покрівлі, трубопроводів, контроль за герметичністю обладнання тощо). Дефекти та пошкодження протикорозійного захисту проявляються у вигляді лущення, відшаровування, пір, тріщин і інших порушень захисних властивостей.

Пошкодження металу виникають внаслідок хімічного і електрохімічної корозії. Для сталевих конструкцій виробничих будівель характерна електрохімічна корозія. Корозійні пошкодження металу поділяються на загальні рівномірні або нерівномірні по площі поверхні і місцеві у вигляді окремих питингов, виразок, наскрізних поразок. Місцеві корозійні ураження виникають при локальних впливах, наприклад при протечках покрівлі, порушення герметичності трубопроводів і т.д. Якщо загальна поверхнева корозія призводить до зменшення площі поперечного перерізу елементів і підвищення рівня напружень, то місцева корозія не тільки, послаблює розтин, але і підвищує концентрацію напруг, що може призвести до крихкого руйнування конструкцій.

По виду дефекти і пошкодження металевих конструкцій можуть бути розділені на наступні групи:

1-а - ослаблення поперечного перерізу або відсутність елемента. До цієї групи відносяться такі дефекти і пошкодження, як виріз елементу або частини перерізу, відсутність елемента, передбаченого проектом, абразивний знос, зменшення перерізу порівняно з проектом в результаті заміни при виготовленні, монтажі або експлуатації. В якості вимірювача дефектів і пошкоджень 1-ї групи можна прийняти відношення площі ослабленого перерізу до проектної;

2-я - тріщини в основному металі. Для поздовжніх вимірником слугує довжина тріщини, для поперечних - відношення довжини тріщини до ширині елемента або відношення площі перерізу, послабленого тріщиною, до нормальній у відсотках;

3-я - тріщини в зварному шві мають вимірник, аналогічний вимірника ушкоджень 2-ї групи;

4-я - дефекти зварних швів: неполномерность швів, пороки зварювання, відсутність швів, За вимірювач дефектів цієї групи можна прийняти ступінь ослаблення шва (відношення фактичної і висоти шва, глибина підрізу, відношення довжини дефектного ділянки шва до повної тощо) ;

5-я - загальне викривлення елемента по всій довжині, Вимірювач - прогин елемента або відношення прогину до довжини;

6-я-місцеве викривлення на частині довжини елемента або вм'ятина. Ця група ушкоджень характеризується величиною і завдовжки викривленого ділянки;

7-я - ослаблення або відсутність болтів або заклепок. Вимірник - відношення ослаблених болтів до загальної їх кількості в сполученні;

8-я - дефекти болтових і заклепочных сполук, такі, як тріщинуватість, неполномерность головок, перекіс стрижня, нещільність пакета і т.д. Вимірник - відношення дефектних заклепок або болтів до їх загальної кількості;

9-я - відхилення або зміщення конструкцій щодо проектного положення. Ці пошкодження вимірюються величиною зміщення або ставленням зміщення до характерного розміру елемента;

10-я - взаємне зміщення конструкцій. До цієї групи відносяться: розцентрування елементів, внеузловое обпирання і т.д. Вимірник - величина взаємного зміщення;

11-я - зазори в місцях сполучення елементів, які вимірюються величиною зазору;

12-я - корозійні пошкодження основного і наплавленого металу, характеризуються глибиною проникнення корозії;

13-я - пошкодження захисного покриття. Вимірюються відсотком пошкодженої площі покриття.

Детальний аналіз недосконалостей металевих конструкцій виробничих будівель і причин їх виникнення міститься в роботі

Конструкції покриття (кроквяні і підкроквяні ферми, прогони, ліхтарі і зв'язку). Основним типом кроквяних конструкцій експлуатуються промислових будівель є ферми з елементами з парних кутиків. Наявність тонкостінних гнучких стрижнів, складна конфігурація перерізів, підвищена концентрація напружень в вузлах робить ці конструкції досить чутливими до загальним і місцевим перевантажень, механічним, температурним та корозійних впливів.

Важливим фактором, що визначає стан ферм, є якість їх виготовлення і монтажу.

Досить поширеним дефектом виготовлення, представляє серйозну небезпеку, є також викривлення стиснених елементів. Як показали обстеження, виконані на заводах металевих конструкцій [28], до 15% елементів ферм вже на стадії виготовлення мають викривлення, що перевищують допустимі за нормами. Основні причини викривлення елементів ферм - недостатня правка прокату і вплив зварювання при несиметричного накладення швів, Частіше пошкоджуються середні гнучкі елементи решітки. Величина викривлень із збільшенням гнучкості також зростає. Кількість елементів, викривлених в площині і з площини ферми, при виготовленні приблизно однаково [28].

Викривлення елементів ферм, призводить до перерозподілу додаткових моментів, Збільшуються прогини ферми. Особливо небезпечно викривлення стиснутих елементів. Як показали дослідження [28], зниження критичних напружень у викривлених стрижнях досягає 15-30%. Відомі випадки аварій, викликаних викривленнями стислих розкосів.

Зварні з'єднання елементів ферм до недавнього часу виконувалися ручним зварюванням і тому мали велика кількість дефектів, найбільш суттєві з яких - неполномерность шва і підрізи. При виконання швів напівавтоматичного зварюванням кількість дефектів стало значно менше.

Неповномірні шви із зменшеною, порівняно з проектом, висотою катетів знижують несучу здатність вузлів. Підрізи, кратери, нерівномірна висота шва підвищують концентрацію напружень і особливо небезпечні в у разі експлуатації ферм при негативній температурі (в неопалюваних будівлях) і при наявності динамічних і вібраційних впливів (наприклад, підвісних кранів). При виготовленні ферм нерідко порушується вказівку норм про мінімальний (не менше 40 мм) відстані між торцями елементів решітки і поясами. Обмеження на цей розмір було введено в СНиП М-В.3-62. У таких фермах в результаті можливого при кантовках перегину фасонок, локализуемого на ділянках малої довжини, відзначалися тріщини у вузлах. Крім того, при близькому розташування швів в фасонках створюється поле розтягуючих зварювальних напруги, що підвищує небезпеку крихкого руйнування [24, 39].

Розцентрування елементів ферм у вузлах також нерідко перевищує допуск на виготовлення металевих конструкцій [60], особливо при виготовлення ферм в польових умовах або майстернях. За даними обстеження ексцентриситет іноді досягав 20 див. Додаткові моменти, що виникають у вузлах, призводять до згину стержнів і більш раннього розвитку пластичних деформацій аж до утворення пластичного шарніра. По довжині стрижня пластичні деформації швидко загасають. Якщо для розтягнутих елементів ферм навіть при значній расцентров-ке не відбувається помітного зниження несучої здібності, то стислі елементи можуть передчасно втратити стійкість, крім того, на ділянках, що примикають до вузла, при розвитку пластичних деформацій можлива місцева втрата стійкості полиць.

Нарешті, досить поширеним дефектом виготовлення ферм з елементами з парних куточків є пропуск з'єднувальних прокладок. При відсутності прокладок або постановці тільки однієї кожен куточок працює окремо, що при стисненні може привести до більш ранньої втрати стійкості.

Якість монтажу конструкцій покриттів також не завжди відповідає вимогам нормативних документів. В результаті недбалої транспортування, складування та подачі конструкцій до місця монтажу збільшується число і величина викривлень стрижнів ферм. Якщо при виготовленні викривлення елементів у площині і з площини ферми рівноймовірно, то при монтажі викривлення спрямовані в основному з площини ферм.

З інших дефектів монтажу слід зазначити пропуск накладок і неякісне виконання зварних швів в монтажних вузлах, відхилення ферм від вертикальної площини, зміщення вузлів ферм щодо "осей колон, внеузловое спирання прогонів і плит. Найбільш серйозні дефекти монтажних вузлів» Так, пропуск накладок в опорних вузлах ферм при нерозрізний розрахунковій схемі послужив причиною аварії покриття мартенівського цеху. З-за відсутності накладок у укрупнительном вузлі при монтажі обрушилися ферми.

Для ферм покриттів з висхідним опорним раскосом і передачею опорного тиску на рівні нижнього поясу відхилення від вертикальній площині практично не позначаються на їх роботі, оскільки диск покрівлі перешкоджає бічних переміщень. При низхідному опорному раскосе і передачі тиску на рівні верхнього пояса під навантаженням відбувається наростання відхилень, і схема роботи ферми змінюється.

Зміщення опорних вузлів ферм щодо колони, не впливаючи на роботу ферм, призводить до появи в колонах додаткових моментів, що має бути враховано при розрахунку» Внеузловое спирання прогонів і плит викликає вигин поясів, в той же час, як показують результати досліджень, якщо точка прикладання навантаження не виходить за межі фасонок, то додаткові напруги в поясах невеликі і практично не знижують несучу здатність ферм.

При кріпленні ферм до колон збоку частими дефектами монтажу є: перекіс опорної поверхні фланця ферми і внецентренная передача навантаження на опорний столик; зазор між фланцем і опорним столиком і "зависання" ферми на монтажних болтах; зазор між фланцем і колоною і мала площа обпирання фланця на опорний столик. Всі ці дефекти спотворюють прийняту при розрахунку схему роботи опорного вузла і призводять до перенапруження його елементів. Особливо небезпечно відсутність опорного столика і передача опорного тиску ферми на колону через нерозраховані монтажні болти. Це, наприклад, викликало обвалення ферм на одному з металургійних заводів.

Основними видами ушкоджень ферм, що виникають при експлуатації, є викривлення і місцеві погибы елементів. Як і при виготовленні частіше пошкоджуються середні гнучкі елементи решітки, Більшість викривлень направлено з площини ферми. Серед причин, що викликають викривлення та місцеві погибы елементів при експлуатації, слід виділити наступні:

початкові недосконалості (викривлення і місцеві погибы), виникають при виготовленні і монтажі;

порушення правил технічної експлуатації (використання ферм для підвіски блоків при ремонті обладнання, кріплення комунікації між вузлами і т.д,) ;

невідповідність фактичної розрахункової схеми прийнятої при проектуванні (жорсткість опорних вузлів ферм при шарнірної розрахунковій схемі, внеузловое спирання прогонів і плит, пропуск зв'язків, що закріплюють стислі поясу з площини ферм, тощо) ;

перевантаження ферм;

температурні впливи в гарячих цехах.

При роботі ферм під навантаженням початкові викривлення стиснених елементів збільшуються, а розтягнутих - зменшуються, однак повної їх виправлення не відбувається. Тому, якщо при обстеженні виявлено, що кількість викривлених стиснутих і розтягнутих елементів приблизно однаково, то основною причиною їх ушкоджень слід вважати низька якість виготовлення і монтажу.

При підвісці блоків і кріпленні комунікацій загальні викривлення часто супроводжуються місцевими погибами, а на елементах залишаються сліди кріплення тросів. Такі пошкодження частіше зустрічаються в поясах ферм. Посилення опорного вузла ферми (збільшення товщини фланця, обварка вузла) при шарнірної розрахункової схемою призводить до появи додаткового, не враховується розрахунком, опорного моменту. Нижній пояс від горизонтальної складовою виявляється стислим і при великій гнучкості втрачає стійкість. Нерідко передбачені в проекті розпірки по верхнім поясам ферм подфонарном ділянці пропускаються при монтажі або вирізаються у процесі експлуатації. В результаті збільшується розрахункова довжина поясу з площини ферми і він може втратити стійкість.

Перевантаження ферм виникає при зростанні власного ваги покриття (застосування більш тяжких, ніж прийнято у проекті плит покриття, збільшення товщини і переобтяження утеплювача і стяжки, накладення додаткових шарів гідроізоляційного килима і т.д.), підвісці додаткових, не передбачених проектом комунікацій і устаткування, відкладень пилу на покрівлі, великих снегоотложений, перевищує розрахункове значення снігових навантажень і утворення снігових мішків.

При збільшенні навантажень стиснуті елементи, особливо якщо вони мали початкові викривлення або погибы, втрачають стійкість, що в кінцевому рахунку може привести до обвалення ферм. В розтягнутих елементах при збільшенні навантаження можуть розвинутися пластичні деформації, в результаті збільшується прогин ферми і перерозподіляються зусилля в елементах. Однак, як показують обстеження, розрив розтягнутих елементів - явище надзвичайно рідкісне навіть при великих перевантаженнях, що свідчить про певні запаси їх -несучої здатності. Пошкодження і руйнування зварних і клепаних з'єднань ферм від перевантажень при якісному їх виготовленні також буває вкрай рідко.

В гарячих цехах температура нагрівання конструкцій покриття досягає іноді 200-300°С. В цих умовах при стисненні температурних переміщень у нижніх поясах з'являються стискаючі зусилля, які перевищують критичну силу втрати стійкості. У результаті елементи нижнього пояса викривляються, і ферма отримує великі прогини.

Тріщини в фасонках і стикових накладках ферм хоча і зустрічаються рідко, тим не менш являють собою одне з найбільш небезпечних ушкоджень. Їх поява пов'язана, як правило, з низькою якістю матеріалу (застосування киплячих сталей, сильно забруднених шкідливими домішками), наявністю гострих концентраторів (дефекти зварних швів, надрізи крайок і т.д.), попередніми пластичним деформуванням металу в результаті згинання при кантування ферм. В цих умовах тріщина може виникнути і при досить низьких робочих напругах (для киплячих сталей при 4-5 кН/см2). Нерідко тріщини виникають ще під час виготовлення та монтажу ферм. При експлуатації конструкцій при зниженій температурі (нижче критичної для даної марки сталі) або збільшенні навантаження тріщини розвиваються і можуть призвести до обвалення конструкцій.

Розлад болтових з'єднань в опорних вузлах ферм зустрічається досить рідко і пов'язаний в основному з підвищеними динамічними впливами кранів. Підкроквяні ферми мають досить потужне переріз елементів і пошкоджуються значно меншою мірою, ніж кроквяні.

Основним видом ушкоджень прогонів покрівлі є залишкові прогини, викликані перевантаженням покриттів від надмірного скупчення снігу, пилу й перевищення власної ваги покриття порівняно з проектом. Особливо часті залишкові прогини в місцях перепаду висот і у ліхтарів, тобто, в зонах утворення снігових мішків. Недостатнє розкріплення прогонів (видалення або провисання тяжів по прогонах, відсутність елементів кріплення покрівельного настилу тощо) призводить до викривлення їх в площині ската.

Для конструкцій ліхтарів найбільш частим пошкодженням є викривлення розкосів стоєчних ліхтарів з спадними розкосами. В відповідно до прийнятої розрахункової схемою розрахунок виконується в розкосів припущенні їх роботи на розтяг. У той же час в низхідному раскосе при достатньої жорсткості його прикріплення у вузлах від дії вітрового навантаження виникає стискуюче зусилля, що викликає втрату їх стійкості.

Масовий характер носять пошкодження зв'язків по покриттю, особливо в гарячих цехах і в будівлях, де експлуатуються крани особливо важкого режиму роботи. До найбільш частих ушкоджень зв'язків відносяться викривлення та місцеві погибы, видалення зв'язків для пропуску комунікацій, розлад вузлів кріплення. При цьому знижується просторова жорсткість каркаса, збільшується розрахункова довжина стиснутих поясів ферм, порушується проектне положення конструкцій. Особливу небезпеку викликає видалення або пошкодження розпірок по верхнім поясам ферм в подфонарных ділянках, що може призвести до втрати стійкості пояси і викликати обвалення покриття. При малих зазорах між мостовими кранами і конструкціями покриття провисаючі зв'язку перешкоджають нормальній експлуатації кранів.

Небезпечним дефектом є недостатня площа обпирання плит покриття на кроквяні ферми і прогони, що може призвести до обвалення покрівлі. До грубих порушень вимог монтажу відноситься також відсутність приварки залізобетонних панелей до поясам ферм, так як при цьому погіршуються умови розкріплення поясів і збільшується їх розрахункова довжина.

Складна конфігурація перерізів, малі товщини прокату, зазори в елементах з парних куточків зменшують корозійну стійкість гратчастих елементів покриття. Підвищена вологість повітря, наявність агресивних по відношенню до металу компонентів призводять до розвитку рівномірній корозії елементів. Протікання покрівлі та стінового огородження, виділення пари або конденсату з-за несправностей стиків трубопроводів сприяють розвитку місцевих корозійних уражень. Особливо інтенсивні місцеві корозійні ураження виникають в опорних вузлах кроквяних та підкроквяних ферм, розташованих поблизу воронок внутрішніх водостоків, верхніх поясах ферм у місцях обпирання ліхтарів і у розжолобків покрівлі. Прискорення корозії сприяє скупчення пилу на елементах конструкцій, особливо в разі її зволоження. Найбільш висока швидкість корозії елементів покриття відзначається в травильних, гальванічних та інших виробництвах, пов'язаних з агресивними рідинами, що знаходяться у відкритих ємностях.

Велика площа поверхні гратчастих конструкцій, складність доступу до всіх елементів, особливо до верхнім поясам, ускладнює якісну підготовку і забарвлення їх при експлуатації. У результаті вже через 2, 3 роки після додаткової забарвлення захисні покриття руйнуються і корозійний процес інтенсифікується.

Колони виробничих будівель працюють в більш сприятливих умовах, ніж інші елементи каркаса. Розрахунок колон виконується на спільну дію декількох навантажень і в нормальних умовах експлуатації зусилля в колонах значно менше розрахункових. Потужні розвинені перерізу колон краще чинять опір механічних і корозійних впливів. Переважна робота на стиск і слабкий вплив динамічних і вібраційних навантажень не створюють передумов для виникнення крихких руйнувань. Як показують обстеження, навіть при великому терміні експлуатації стан колон в основному задовільний, а випадків обвалення колон не зафіксовано.

Дефекти виготовлення (викривлення і погибы окремих елементів, дефекти зварних швів), як правило, незначні і мало впливають на несучу здатність колон. Більш істотні дефекти монтажу, основними з яких є відхилення від проектного положення (зміщення в плані, відхилення від вертикалі), викривлення колон і слабке затягування анкерних болтів. Ці дефекти змінюють розрахункову схему колон, викликають додаткові моменти внаслідок ексцентричного додатка навантаження від підкранових балок і елементів покриття і можуть призвести до передчасної втрати стійкості. Крім того, відхилення колон від проектного положення погіршує роботу елементів стінового огородження і порушує геометрію підкранових шляхів, що може заважати їх нормальної експлуатації.

Пошкодження колон при експлуатації пов'язані в основному з порушеннями правил технічної експлуатації. У зонах проїздів, складування, роботи кранів колони часто зазнають ударів транспортируемыми вантажами, магнітними шайбами, грейферами і отримують викривлення і місцеві погибы. Особливо пошкоджуються гнучкі елементи решітки і полиці підкранових гілок. В стінках колон влаштовуються вирізи для пропуску комунікацій без посилення ослаблених перерізів. При обпиранні підкранових балок на консолі колон відзначалися випадки обриву консолей, викликані утомним руйнуванням швів їх кріплення.

У будинках, побудованих на просадних ґрунтах, спостерігаються значні опади і повороти фундаментів, що порушує положення підкранових шляхів і конструкцій покриття і може викликати пошкодження вузлів їх кріплення.

У гарячих цехах на колони діють значні температури, в результаті чого в нижніх частинах колон поблизу теплових агрегатів та в зонах складування гарячого металу виникають великі деформації. У будівлях великої довжини при установці двох дисків вертикальних зв'язків руйнуються вузли кріплення зв'язків, а в елементах зв'язків з'являються тріщини. Загальні корозійні пошкодження колон порівняно невеликі.

В гірших умовах перебувають елементи решітки, ребра жорсткості і діафрагми з-за відносної тонкостінних розтину та можливості скупчення пилу на горизонтальних поверхнях, що при зволоженні посилює корозію.

Значною місцевої корозії піддаються окремі вузли і частини колон, особливо у випадку зіткнення їх з грунтом, сміттям, поблизу розжолобків і внутрішніх водостоків з несправною гідроізоляцією, в місцях протікань технічних рідин і т.д. До таких вузлів відносяться оголовки колон, вузли обпирання підкранових балок і бази колон і особливо вузли кріплення вертикальних зв'язків, розташовані нижче позначки підлоги і необетонированные. Періодичне зволоження і вплив агресивних рідин в короткі терміни може призвести до наскрізного корозійного ураження конструкцій.

Підкранові конструкції працюють в найбільш складних умовах, що значно відрізняються від роботи звичайних балкових конструкцій, як показують обстеження, вже через 2, 3 роки після початку експлуатації будівлях з кранами "особливого режиму роботи в підкранових балках з'являються перші пошкодження.

До основних факторів, що сприяють виникненню ушкоджень підкранових конструкцій, відносяться: дію зосереджених рухомих навантажень, досягають 800 кН і носять динамічний характер; змінний і знакозмінний багаторазово повторюваний цикл напружень, який викликає втому металу; складний характер напруженого стану; жорсткість вузлів кріплення підкранових конструкцій до колон і невідповідність їх фактичної роботи прийнятої розрахункової схеми; додаткові чинники, що ускладнюють роботу конструкції, такі, як ексцентриситет прикладення навантаження, нерівномірність тисків на колесах крана, нерівності контактної поверхні рейки і пояси, зварювальні напруги і т.д. Інтенсивному розвитку пошкоджень сприяють також дефекти виготовлення і монтажу. Аналіз особливостей дійсної роботи підкранових конструкцій викладено в [24].

Однією з причин пошкодження підкранових конструкцій є низька якість зварних з'єднань. Поясні шви, що виконуються автоматом, в порушення вимог норм на виготовлення конструкцій часто не доводяться до торців балок на 150 - 400 мм і заварюються напівавтоматичної або ручним зварюванням. Низька якість швів, виконаних вручну або напівавтоматом, створює додаткову концентрацію напруг. Глибина проплавлення швів, виконаних навіть автоматом, часто не перевищує 0,5 висоти шва і по лінії сполучення стінки і пояси виникає непровари. Стики поясів виконуються без вивідних планок і мають кратери. Всі ці дефекти зменшують межа витривалості з'єднання і викликають зародження втомних тріщин. Монтаж підкранових конструкцій нерідко виконується з відхиленнями від проектної положення, рейки укладаються з ексцентриситетом, що викликає додаткові, не враховуються при розрахунку впливу. У швах кріплення гальмівних конструкцій до балок також зустрічається багато дефектів. Часто ці з'єднання виконуються переривчастими швами, відсутній під-варіння і т.д.

Найбільш характерними ушкодженнями зварних підкранових балок є: тріщини у верхньому поясному шві і в стінці в біляшовній зоні, тріщини у швах кріплення ребер жорсткості до верхнього поясу, тріщини в стінці під короткими ребрами жорсткості, поперечні тріщини в верхньому поясі, місцеві погибы верхнього пояса і ребер жорсткості, У балках з ребрами, що мають виріз, тріщини в стінці розвиваються від кінця вирізу. Всі тріщини носять яскраво виражений втомних характер і виникають під дією багаторазово повторюваної місцевої навантаження. Тріщини в нижньому поясі підкранових балок зустрічаються вкрай рідко і можливий лише при наявності істотних дефектів (наприклад, непровари, кратери, глибокі підрізи в стиках швів),

Місцеві прогини верхнього пояса виникають від ексцентричного додатки місцевої навантаження і повороту пояса. Іноді погибы поясу є наслідком втрати місцевої стійкості. Крім того, при ремонті кранів на верхні пояси балок спирають домкрати для підйому крана, що також може викликати місцеві пошкодження.

Відсутність залишкових зварювальних напружень, менша концентрація напруг, потовщення верхньої частини стінки полицями поясних куточків, податливість заклепочных сполук полегшують умови роботи клепаних балок і роблять їх більш довговічними. Пошкодження в них виникають значно пізніше, ніж у зварних балках. Основні види пошкоджень клепаних балок - ослаблення і руйнування заклепок верхнього пояса, поздовжні та поперечні тріщини в верхніх поясних куточках, місцеві погибы верхнього пояса. Пошкоджень в нижньому поясі, як і в зварних балках, практично не спостерігається.

У найбільш складних умовах працюють елементи гратчастих підкранових балок. Наявність гострих концентраторів напруг у вузлах, знакозмінний цикл напружень у верхньому поясі призводять до прискореного розвитку пошкоджень втомного характеру [24]. Тріщини виникають в поздовжніх швах верхнього пояса (аналогічно зварних балок) і в фасонках. Спостерігалися випадки розриву розкосів.

Для гальмівних конструкцій характерні тріщини у швах кріплення листів або фасонок до верхнього поясу балок і місцеві погибы елементів. Частина пошкоджень гальмівних конструкцій пов'язана з грубими порушеннями правил технічної експлуатації - складуванням на гальмівних майданчиках важких вантажів, вирізкою отворів і окремих елементів гальмівних ферм і т.д.

Багато пошкоджень виникає у вузлах кріплення підкранових конструкцій до колон. Це тріщини і ослаблення болтових з'єднань в місцях кріплення гальмівних конструкцій і балок, пошкодження елементів кріплення, ослаблення болтів взаємного з'єднання балок. Особливо часто ушкоджуються вузли розрізних балок з жорсткими елементами (діафрагмами, горизонтальними накладками), що перешкоджає повороту і поздовжнього переміщення опорних перерізів балок. У чималому ступені пошкодження підкранових конструкцій залежать від стану кранових шляхів: порушення геометрії колій в плані і по вертикалі викликає додаткові зусилля, зміщення рейки з осі балки сприяє виникнення крутного моменту, нерівності шляху і пошкодження стиків рейки збільшують динамічний характер навантаження.

Пошкодження підкранових конструкцій загальної поверхневої корозією незначні завдяки потужності перетинів відкритого, добре обдуваемому профілю. При обстеженнях старих цехів іноді спостерігалися окремі осередки підвищеної місцевої корозії в опорних вузлів, в місцях кріплення до балки гальмівного аркуша, особливо при наявності в таких місцях виробничої пилу і атмосферної вологи. Це відноситься найчастіше до підкранових балок крайніх рядів при поганому стані бічного скління.

Основним чинником, визначальним розвиток пошкоджень і довговічність підкранових конструкцій, є інтенсивність кранових навантажень, тобто режим роботи крана. У будівлях з кранами легкого режиму роботи (групи режиму 1К - ЗК за ГОСТ 25541-82) інтенсивність кранових навантажень мала і втомні пошкодження не встигають проявитися. Пошкодження підкранових конструкцій в таких будівлях досить рідкісні і виникають в основному тільки при порушеннях правил технічної експлуатації та грубих помилках проектування, виготовлення і монтажу.

При середньому режимі роботи крана (групи режиму 4К-5К) ймовірність втомних пошкоджень підвищується. Однак у зв'язку з невисокою інтенсивністю кранових навантажень перші втомні пошкодження підкранових балках з'являються через 20 років після початку експлуатації. У найбільш складних умовах працюють підкранові конструкції в будівлях з кранами важкого і досить важкого режимів роботи (групи режиму 6К - 8К). В основному це будівлі металургійного виробництва. Пошкодження підкранових конструкцій в таких будівлях виникають вже в перші роки експлуатації і іноді через 5-10 років балки виходять з ладу,

До основних пошкоджень балок шляхів підвісних кранів відноситься абразивний знос по ширині і товщині їздовий полиці і товщині стінки [36]. Для кран-балок вантажопідйомністю до 5 т вирішальним є знос по ширині полиці і товщині стінки. Перекоси крана і звуження - розширення шляхів сприяють прискореному абразивного зносу.

З інших пошкоджень балок шляхів слід зазначити залишкові прогини, які виникають при підйомі вантажів, що перевищують вантажопідйомність крана, отгибы полиць балок, тріщини і розлад болтових з'єднань у вузлах кріплення балок до вищерозміщених конструкцій.

Характерною особливістю експлуатації робочих майданчиків цехів металургійного циклу є вплив на них динамічних рухомих навантажень від завалочних машин і поїздів, а також високих температур. Втомні пошкодження головних балок, розташованих під шляхами, багато в чому аналогічні ушкоджень підкранових балок, однак у зв'язку з меншою величиною та інтенсивністю навантажень накопичення пошкоджень у них відбувається повільніше.

У цехах з гарячим виробництвом внаслідок температурних впливів елементи робочих майданчиків часто отримують викривлення. Періодичні нагрівання та охолодження конструкцій розхитують і пошкоджують опорні з'єднання. В елементах вертикальних зв'язків можливі тріщини.

Основними видами ушкоджень допоміжних металевих конструкцій будівель (майданчики, сходи, огорожі, ворота тощо) є механічні пошкодження і корозійний знос, обумовлені тонкостенностью перерізів, а також викликані порушеннями правил технічної експлуатації (удари, перевантаження, забруднення тощо).

55.

Балки широко застосовуються в промислових будівлях в конструкціях, робочих майданчиків, покриттів і перекриттів. Посилення балок можна виконати як збільшенням перетину, так і зміною конструктивної схеми, а також спільним застосуванням обох методів.

Збільшення перерізів балок - традиційний і найбільш відпрацьований спосіб посилення. Для ефективного використання металу посилення доцільно розташовувати елементи підсилення по можливості далі від центру ваги перерізу балки.

Застосування того чи іншого варіанту посилення значною мірою визначається місцем обпирання елементів перекриття або покриття.

Несиметричне посилення за схемою з можливо тільки при невеликому збільшенні навантаження і його слід використовувати лише у випадку, коли неможливо застосування інших варіантів. Посилення складових зварних балок, мають ребра жорсткості, за схемами в, г вимагає або вирізки ребер, або припасування елементів підсилення по довжині панелі, що ускладнює роботу по посилення.

Раціональним представляється варіант підсилення за схемою е, а при необхідності збільшення міцності верхньої частини стінки (в місці передачі навантаження) - схем їжак,

Перевага способу посилення збільшенням перерізу - можливість його застосування при обмеженій будівельної висоті.

Недолік - неможливість його використання (без попередньою розбирання конструкцій) при обпиранні елементів перекриття по нижнього поясу балок.

Посилення способом зміни конструктивної схеми застосовувати незалежно від місця опирання плит настилу, але при цьому, як правило, збільшується будівельна висота перекриття.

Досить ефективним може виявитися посилення перетворення розрізних балок в нерозрізні, що не збільшує будівельної висоти, але вимагає забезпечення вільного доступу до вузлів спряження балок

Можливі два варіанти такого посилення - короткими підкосами, що спираються на колони, і довгими підкосами, які спираються на фундаменти колон. Довгі підкоси, що працюють на стиск, виходять досить громіздкими (особливо при великій висоті колон), але при цьому зменшуються зусилля в колонах, що може виявитися корисним при їх недостатній несучій здатності. Витрата стали на короткі підкоси менше, ніж на довгі, але при посиленні короткими підкосами в крайніх і проміжних колонах при різному завантаженні балок виникають згинальні моменти від горизонтальної складової зусилля в подкосе. Уникнути цього можна постановкою затяжок (схема г), що можливо при наявності вільного простору під балкою. Якщо під балками є вільний простір, то можуть виявитися ефективними схеми підсилення одностоечным і двустоечным шпренгелем і попередньо напруженої затяжкою (схеми е, ж, з).

Розглянемо питання розрахунку підсилення балок, викликаного збільшенням навантажень. Навантаження, що діють на балку до та після підсилення, прийняті рівномірно розподіленими по довжині. Вважаємо, що збільшення навантаження, викликає необхідність посилення балок, відбувається із-за зростання тимчасової навантаження. Посилення балок здійснюється за відсутності тимчасової навантаження

Розрахунок балок, підсилених під навантаженням способом збільшення перерізу, може виконуватися як у пружній стадії, так і з урахуванням розвитку пластичних деформацій. Розрахунок пружної стадії слід проводити для балок, виготовлених з киплячої сталі або із сталі, яка не має майданчики плинності, а також для балок, які експлуатуються при температурі нижче -30°С або працюють під дією динамічних і вібраційних навантажень.

За критерій міцності в цьому випадку приймається рівність напружень в поясі балки розрахункового опору сталі R. Тому для посилення балок, що розраховуються в пружній стадії, недоцільно застосування сталей з розрахунковим опором, що перевищує розрахункове опір стали усиливаемой балки.

Так як елементи підсилення балки встановлюються зазвичай лише на частині її довжини, то визначати прогини слід як для балки змінного перерізу. Якщо елементи підсилення (площа перерізу і довжини) прийняті за розрахунком і без додаткових запасів, то зміна перерізу по довжині може не враховуватися і прогин обчислюється як для балки постійного перерізу з моментом інерції перерізу

Розрахунок в пружно-пластичній стадії балки, під посиленою навантаженням, можна проводити, якщо балка експлуатується при температурі >-30°С під дією статичного навантаження, і стали, з яких виготовлена балка і елементи підсилення, мають майданчик плинності. На нашу думку, не слід розраховувати в пружно-пластичній стадії підсилені балки, виготовлені з киплячої сталі. Відомо, що кипляча сталь більш схильна до старіння і після значного терміну експлуатації балок до посилення пластичні властивості матеріалу знижуються. За критерій міцності балки, посиленою під навантаженням і розрахованої в пружно-пластичній стадії, може бути прийнято досягнення напругою в елементі посилення розрахункового опору. При цьому в поясах і частини стінки існуючої балки з'являються пластичні деформації. Якщо розрахункове опір стали посилення не більше ніж на 15% перевищує розрахунковий опір матеріалу існуючої балки, то згідно з нормами,перетин можна розраховувати як єдине ціле на сумарний згинальний момент.

Якщо при збільшенні навантажень не забезпечені міцність стінки на зріз або місцева міцність стінки в зоні передачі навантаження, то необхідно посилити стінку балки. Місцеву міцність стінки на стиск найбільш просто забезпечити постановкою додаткових поперечних ребер. Для збільшення несучої здатності балки по зрізу можна посилити стінку в опорних панелях приварюванням додаткових аркушів. Однак цей спосіб вимагає підвищеної витрати сталі і досить трудомісткий, так як для забезпечення спільної роботи елементів підсилення і стінки необхідно стягнути їх болтами. Раціональним методом підвищення міцності стінки є постановка похилих ребер

У розрахунках балок, підсилених під навантаженням способом зміни конструктивної схеми, за критерій міцності балки прийнято досягнення напругами значення розрахункового опору сталі. На відміну від балок, посилених збільшенням перерізів, тут в перетинах балки немає нового металу, стримує розвиток пластичних деформацій. У багатьох випадках невідома історія навантаження балок, що робить небезпечним розрахунок упругопластичес-кою стадії.

В основі ідеї посилення балок попередньо напруженою затяжкою лежить ефективне використання міцності сталі, що працює на розтягнення. Зрозуміло, що чим більше міцність затягування, тим ефективніше посилення. Аналіз показує, що при посиленні не раціонально приймати для затягування сталь, що має міцність, яка в 4 рази і більше перевищує міцність сталі усиливаемой балки.

При великій частці тимчасової навантаження необхідно також перевірити місцеву стійкість стінки після попереднього напруги затяжки,

Проектування підсилення балки одностоечным шпренгелем починається з визначення оптимального кута нахилу раскоса шпренгеля а, відповідного найменшому витраті стали на посилення. Розрахунки показують, що для балок прольотом 6-9 м оптимальне значення кута а знаходиться в межах 20-30°, а для балок прольотом 12 м і більше 15-20°.

Зусилля в стійці і раскосах шпренгеля від навантаження, прикладеної після посилення, визначаються звичайними методами будівельної механіки.

Згідно з отриманими зусиллями уточнюються площі перерізу стійки і розкосів за формулами, компонуються перерізу і перевіряються їх міцність і стійкість. Якщо отримані площі перерізів істотно відрізняються від значень, обчислених по [NCT] mjn, то слід уточнити зусилля NCT і Np. Однак зміна площі перерізу стійки на 20% практично не впливає на значення зусиль, а зміна площі перерізу розкосів на 20% призводить до зміни зусиль у раскосах і стійці на 10%. Скомпонувавши перетин і перевіривши на міцність і стійкість стійки і розкосів, перевіряють міцність балки в прольоті і в місці кріплення стійки шпренгеля. Відстань х від опори до найбільш небезпечного перерізу в прольоті визначається за формулою

Жорсткість балки, підсиленої шпренгелем, свідомо забезпечена та перевірки не потребує.

Проектування підсилення балок двустоечным шпренгелем починається з призначення основних параметрів, що визначають роботу цієї системи - кута нахилу розкосів і відстані від опори до стійки шпренгеля. З умови найменших витрат сталі на посилення рекомендується приймати шпренгель з кутом нахилу раскоса a = 30° і розташуванням стійок на відстані 0,3-0,35 1від опор

Для прийнятої конструктивної схеми визначається мінімально необхідне зусилля в стійках шпренгеля з умови забезпечення міцності балки в середині прольоту

Посилення з допомогою попереднього напруження стає раціональним при великих прольотах (1> 9 м), збільшенні тимчасової навантаження [в діапазоні 1,2 < З < 1,6 і великій частці постоян: ной навантаження (а > 0,5)1. Посилення одностоечным шпренгелем може бути ефективно використано при великій початковій навантаженні і значному збільшенні тимчасової (З > 2) навантаження для будь-яких прольотів. Посилення балок двустоечным шпренгелем економічно по витраті сталі при малих початкових навантаженнях і значному збільшенні тимчасової навантаження (З > 1,3) для будь-яких прольотів балок.





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...