Автор: В.В. Иванников, А.Г. Николаев, В.М. Шварц, О.Б. Рябов, В.Н. Степанов (ОАО «НОРЭ).
Опубликовано в журнале Химическая техника №11/2015
Основная деятельность ОАО «НОРЭ» – это проведение экспертизы промышленной безопасности на опасных производственных объектах, в том числе экспертизы промышленной безопасности зданий и сооружений на опасных производственных объектах.
Стальные конструкции наряду с железобетонными являются одними из самых распространенных видов строительных конструкций. В последнее время широкое распространение получило использование стальных конструкций при строительстве технологических эстакад и конвейерных галерей.
В данной статье мы остановимся на дефектах и повреждениях, выявленных специалистами нашей организации при проведении экспертизы промышленной безопасности и наиболее часто встречающихся при изготовлении, монтаже и эксплуатации строительных конструкций технологических эстакад и конвейерных галерей.
Дефекты устройства и эксплуатации фундаментов
(на фундаментных болтах не затянуты гайки и отсутствуют контргайки;
не выполнена подливка под пятку стойки; отсутствует требуемый зазор между стыкуемыми элементами)
При устройстве монолитных железобетонных фундаментов чаще всего встречаются следующие дефекты (рис. 1–3):
- снижение прочности бетона по сравнению с проектной;
- несоответствие арматуры по диаметру, количеству и классам стали проектному решению;
- несоблюдение требований к толщине защитного слоя, смещение арматуры из проектного положения;
- неточная установка фундаментных болтов в тело фундамента;
- уменьшение проектных размеров фундаментов;
- смещение фундаментов в плане.
Снижение прочности монолитных фундаментов чаще всего происходит при их промораживании при отрицательных температурах и отсутствии ухода за бетоном в летнее время.
Уменьшение количества и прочности арматуры (класс стали, диаметр) снижает прочность плитной части на изгиб, а подколонной части – на сжатие.
Уменьшение толщины защитного слоя бетона приводит к коррозии арматуры и укорачивает срок службы фундаментов.
Уменьшение размеров подошвы фундаментов увеличивает давление на грунт и осадку фундаментов.
на фундаментном болте. База стойки опоры засыпана грунтом
и продуктом, пластовая и язвенная коррозия
на стойке опоры, разрушение антикоррозионной защиты опоры галереи
Неточная установка фундаментных болтов в тело фундамента приводит к деформации фундаментных болтов при монтаже металлических колонн и (или) невозможности монтажа металлических колонн при недостаточной длине фундаментных болтов.
Смещение фундаментов в плане делает невозможным нормальный монтаж надземной части эстакад и галерей.
Колонны в этом случае получают наклон, а пролетные строения (фермы, балки) – недостаточное опирание.
К повреждениям в фундаментах, возникающих при эксплуатации эстакад и галерей, относятся в основном разрушения фундаментов и антикоррозионной защиты наружных поверхностей фундаментов, происходящие в результате технологических и климатических воздействий (рис. 4).
Сквозная коррозия
в траверсе базы колонны
Дефекты изготовления, монтажа и эксплуатации стальных конструкций эстакад и галерей
Основными ошибками при изготовлении стальных конструкций эстакад и галерей, приводящими к образованию в них дефектов, являются:
- замена материалов при изготовлении элементов конструкций (замена марки стали, типа электродов, уменьшение площади сечений элементов);
- несоответствие размеров конструкции в целом и ее отдельных элементов проекту;
- смещение осей элементов от проектных геометрических центров узлов сопряжений нескольких элементов;
- отсутствие требуемых или наличие сверхнормативных зазоров между стыкуемыми элементами;
- отсутствие отдельных элементов в конструкциях;
- непрямолинейность примененных элементов (искривления, погнутости);
- уменьшение длины и катета сварных швов;
- подрезы металла несущих элементов при сварке;
- покрытие металла грунтовкой без очистки от ржавчины и загрязнений;
- отправка стальных изделий на строительную площадку без огрунтовки.
Стали различаются по многим признакам в зависимости от их изготовления, обработки и использования, и, если замена стального проката произведена без учета реальных условий изготовления и эксплуатации конструкций (например, в условиях воздействия низких отрицательных температур или динамического воздействия), то имеется риск разрушения элементов конструкций.
При замене прокатных профилей, предусмотренных проектом, могут быть нарушены проектные требования к значениям площади, момента сопротивления, момента инерции поперечного сечения, радиуса инерции и к марке стали. Стальной элемент и конструкция в целом в этом случае могут получить недостаточную несущую способность, повышенную деформируемость.
Изменение марки электрода приводит к нерасчетной работе сварного шва. При этом изменяется прочность самого сварного шва, а также контактной (околошовной) зоны основного металла и сварного шва.
Низкое качество стали и сварки элементов могут вызвать появление местных (в области сварного шва) и общих разрушений стальных конструкций.
Изменение проектных размеров конструкции ведет к изменению всей расчетной схемы и работы конструкции: изменяются расстояния между узлами, а заготовки элементов оказываются короче или длиннее необходимых.
В связи с этим могут стать недостаточными размеры фасонок, длина сварных швов соединений, уменьшенными или недопустимо увеличенными зазоры между стыкуемыми элементами. Если элементы фермы в сварных узлах приближаются друг к другу больше, чем это предусмотрено нормами, то из-за теплового воздействия сварки в фасонках возникает нерасчетное напряженное состояние вплоть до образования трещин. При слишком больших расстояниях между элементами фермы в сварном узле возможна потеря устойчивости фасонки у сжатого элемента.
Смещение осей элементов от центров узлов конструкции приводит к появлению дополнительных усилий в элементах и изгибающих моментов в узлах.
Отсутствие отдельных элементов в конструкциях приводит к появлению дополнительных усилий в конструкции и снижает прочность элементов.
Распространенным дефектом изготовления ферм с элементами из парных уголков является пропуск соединительных прокладок. При отсутствии прокладок или установке только одной каждый уголок работает раздельно, что при сжатии может привести к преждевременной потере устойчивости.
Установка в конструкциях погнутых элементов резко снижает прочность как самого элемента, так и конструкции в целом.
Неполномерные швы с уменьшенной по сравнению с проектом высотой катетов снижают несущую способность узлов. Подрезы, кратеры, неравномерная высота шва повышают концентрацию напряжений и особенно опасны при эксплуатации ферм при отрицательной температуре и при наличии динамических и вибрационных воздействий (например, у конвейеров и транспортеров).
Подрезы металла при сварке образуют концентраторы напряжений, что снижает несущую способность стальных конструкций.
Огрунтовка стальных конструкций без очистки от ржавчины и загрязнений может привести к ее отслаиванию вследствие недостаточной адгезии к металлу конструкций.
Стальное изделие, отправленное на строительство объекта без огрунтовки, будет ржаветь, а очистка его от ржавчины на строительной площадке порой трудно осуществима.
Дефекты в стальных конструкциях в виде местных и общих деформаций появляются в результате неправильной строповки и складирования.
К распространенным ошибкам при монтаже стальных конструкций эстакад и галерей, приводящих к образованию в них дефектов, можно отнести:
- неточную подгонку и неправильное соединение элементов в монтажных узлах;
- смещение конструкций с проектных отметок и осей;
- отклонения от вертикального (проектного) положения;
- повреждения элементов конструкций при монтаже.
- недостаточное стягивание сопрягаемых элементов при болтовых соединениях;
- слабая затяжка анкерных болтов, а также частичное отсутствие гаек на фундаментных болтах и повсеместное отсутствие контргаек при монтаже колонн;
- разрушение антикоррозионных защитных покрытий и коррозионные повреждения конструкций.
Неточная подгонка и неправильное соединение элементов в монтажных стыках выражаются в неполной постановке всех соединительных элементов, в недостаточных размерах (по длине и сечению) монтажных швов, в несовпадении осей стыкуемых элементов и других отступлениях от проекта. Неправильно выполненные стыки имеют недостаточную несущую способность и могут привести к аварии сооружения (рис. 5).
Смещение конструкций с проектных осей и отклонения от вертикального (проектного) положения затрудняет или делает невозможной стыковку элементов друг с другом, вызывает появление дополнительных усилий в них. (рис. 6). Смещение опорных узлов ферм относительно колонны, не влияя на работу ферм, приводит к появлению в колоннах дополнительных моментов.
Отклонения от проектного положения колонн могут привести к повреждениям узлов сопряжения примыкающих конструкций, нарушению проектного положения пролетных строений и тем затрудняют нормальную эксплуатацию сооружения, а также изменяют расчетную схему колонн, вызывают дополнительные моменты вследствие эксцентричного приложения нагрузок от трубопроводов и конвейеров и могут привести к преждевременной потере устойчивости.
Стальные конструкции могут получать повреждения при монтаже в результате неправильной строповки, когда не учитывается возможность потери устойчивости отдельных сжатых элементов и их местного изгиба.
Недостаточное стягивание сопрягаемых элементов в соединениях на болтах с контролируемым натяжением ухудшает работу болтов и снижает силы трения между элементами, что уменьшает несущую способность соединения.
Слабая затяжка анкерных болтов, а тем более отсутствие гаек на фундаментных болтах и отсутствие контргаек может привести к потере устойчивости и к разрушению сооружения.
Значительной местной коррозии подвергаются отдельные узлы и части колонн, особенно в случае соприкосновения их с грунтом. К таким узлам относятся базы колонн и узлы крепления вертикальных связей, расположенные ниже отметки существующей земли (рис. 7). Периодическое увлажнение и воздействие агрессивных жидкостей в короткие сроки может привести к сквозному коррозионному поражению конструкций.
Повреждения при эксплуатации стальных конструкций эстакад и галерей в зависимости от воздействий, вызывающих их, бывают следующими:
- от силовых (механических) воздействий – разрывы, трещины, потеря устойчивости, искривления и местные погибы, расстройство соединений, абразивный износ и т.п.;
- от температурных воздействий – коробление и разрушение элементов при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах, повреждения защитных покрытий при нагреве;
- от химических (электрохимических) воздействий – коррозия металла и разрушение защитных покрытий.
Наибольшее число повреждений стальных конструкций эстакад и галерей связано с нарушением правил технической эксплуатации. По виду дефекты и повреждения стальных конструкций могут быть разделены на следующие группы:
- ослабление поперечного сечения или отсутствие элемента;
- деформации отдельных элементов или конструкций в целом в виде погнутостей, прогибов, искривлений и т.п.;
- перегрузка и непроектное приложение нагрузок на элементы конструкций в процессе эксплуатации;
- разрушение антикоррозионных защитных покрытий и коррозионные повреждения металла и соединений.
Обрезан раскос решетки вертикальной связи между стойками опоры
Ослабление поперечного сечения (рис. 8) или отсутствие элемента происходит вследствие нарушений правил эксплуатации (проявляется в виде вырезов в колоннах, связях, элементах ферм).
деформирован из плоскости фермы до 50 мм. Разрушение антикоррозионной защиты элементов фермы
Массовый характер носят повреждения горизонтальных связей по верхним и нижним поясам ферм. К наиболее характерным повреждениям связей относятся искривления и местные погибы (рис. 9), удаление связей для пропуска коммуникаций, разрушение связей, расстройство узлов крепления.
Основными видами повреждений ферм, возникающих при эксплуатации, являются искривления и местные погибы элементов. Как и при изготовлении чаще повреждаются средние гибкие элементы решетки. Большинство искривлений направлено из плоскости ферм.
Среди причин, вызывающих искривления и местные погибы элементов при эксплуатации, следует выделить следующие: начальные искривления и местные погибы, возникающие при изготовлении и монтаже; нарушение правил технической эксплуатации (удары транспортируемых грузов о конструкции, использование конструкций для подвески блоков и опирания домкратов для подъема и перемещения грузов при ремонтах без соответствующего расчета и необходимого усиления); перегрузка ферм.
Перегрузка ферм галерей возникает при увеличении собственной массы перекрытия или покрытия (применение более тяжелых, чем принято в проекте плит покрытия, увеличение толщины и утяжеление утеплителя и стяжки, наложение дополнительных слоев гидроизоляционного ковра и т.п.), подвеске дополнительных, не предусмотренных проектом коммуникаций и оборудования, больших снегоотложений, превышающих расчетное значение снеговых нагрузок и образование снеговых мешков. При увеличении нагрузок сжатые элементы, особенно, если они имели начальные искривления или погибы, теряют устойчивость, что может привести к обрушению ферм. В растянутых элементах при увеличении нагрузки могут развиться пластические деформации, в результате увеличивается прогиб фермы и перераспределяются усилия в элементах.
Повреждения от химических (электрохимических) воздействий проявляются в разрушении защитных покрытий, в различных видах коррозии стали и являются одним из существенных факторов изнашивания и снижения долговечности стальных конструкций (рис. 10, 11).
и горизонтальной связи по нижнему поясу ферм. Отсутствие антикоррозионной защиты элементов ферм
Для стальных конструкций эстакад и галерей наиболее характерна атмосферная коррозия (электрохимическая). При наличии в среде агрессивных примесей возможна комбинированная коррозия: электрохимическая и частично химическая. Общая поверхностная коррозия приводит к уменьшению площади поперечного сечения элемента. Возникающее вследствие этого перенапряжение может привести к преждевременному разрушению элементов.
Общей целью обследования состояния строительных конструкций технологических эстакад и конвейерных галерей является выявление дефектов и повреждений, приводящих к снижению несущей способности конструкций, определение фактического состояния (работоспособности) конструкций и разработка мероприятий по обеспечению нормальной (безопасной) эксплуатации данных сооружений.
