Russian Federation
NOVOChERKASSK, Rostov-on-Don, Russian Federation
NOVOChERKASSK, Rostov-on-Don, Russian Federation
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
GRNTI 67.11 Строительные конструкции
GRNTI 67.01 Общие вопросы строительства
OKSO 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений
BBK 385 Строительные конструкции
BBK 308 Монтаж, эксплуатация, ремонт машин и промышленного оборудования
BISAC ARC024000 Buildings / General
When conducting inspections of metal structures of industrial buildings, one of the most characteristic damages is revealed - corrosion. To assess the degree of serviceability and the possibility of further safe operation of a building structure or a building and structure, it is necessary to correctly assess the danger of corrosion damage and determine the possibility of further operation. To assess the strength resistance of damaged structures, it is necessary to correctly assess the danger of corrosion damage and determine the possibility of further operation. For this purpose, an experimental study of columns with simulated corrosion damage was carried out and compared with the calculation results according to regulatory recommendations.
ensuring the operational safety of buildings and structures, corrosive wear of steel structures of industrial buildings, experimental studies of steel eccentrically compressed racks planning solutions for school buildings, physical and moral deterioration of buildings, characteristic damage to supporting structures
Основной задачей эксплуатационных служб зданий и сооружений на производственных предприятиях является обеспечение безопасности людей и оборудования, связанное в первую очередь с надежностью несущих конструкций [1,2]. При обследовании производственных зданий, как правило, выявляются повреждения, влияющие на особенности силового сопротивления несущих конструкций. Для оценки степени эксплуатационной пригодности и возможности дальнейшей безопасной эксплуатации строительной конструкции или здания и сооружения в целом [3] требуется установить некоторый диапазон значений физико-механических свойств строительных конструкций [4,5], а также параметров дефектов и повреждений, выявленных в процессе обследования [6,7]. Эксплуатация металлических конструкций производственных объектов в условиях агрессивных сред, сброса промышленных стоков и выбросов отработанных газов может привести к неконтролируемым деформациям несущих конструкций и аварийному состоянию зданий [8]. Наиболее характерными повреждениями стальных конструкций производственных зданий, влияющими на работоспособность и эксплуатационную пригодность, являются разрушение защитных покрытий и коррозия металла (рис. 1). Инженерные обследования зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, показывают, что межремонтные сроки соблюдаются не всегда, качество капитальных ремонтов, включая усиление строительных конструкций, не всегда удовлетворительное, традиционные методы антикоррозионной защиты не всегда эффективны [9].
Рис. 1 Коррозионное повреждение сквозной колонны
производственного здания
Коррозионный износ элементов несущих стальных конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, зависит от параметров среды (концентрация и состав агрессивных газов, жидкостей, пыли) и конструктивных особенностей элементов (марка стали, форма поперечного сечения, место расположения в каркасе), что наглядно показано в работах [10,11].
В работе [12] отмечается, что большинство аварий, причиной которых была коррозия несущих металлоконструкций происходило внезапно без каких-либо заметных деформаций элементов, в то время как сечение под действием коррозии уменьшалось длительное время. Авторы объясняют это явление особенностями сечений, в которых коррозия неравномерна и имеются ослабления. На некоторых участках металл коррозирует интенсивнее (рис. 2), не вызывая при этом заметных деформаций элементов, что может привести к внезапному разрушению, аналогичному хрупкому. При эксплуатации в агрессивных средах прежде всего повреждаются сечения с наличием щелей (например, сечения из спаренных уголков и швеллеров), труднодоступных для очистки и окраски при изготовлении и обслуживании, трубчатые и коробчатые сечения, недоступные для осмотра, элементы с прерывистыми швами и болтовыми соединениями.
Рис. 2. Слоистая коррозия стенки двутавровой колонны в месте фланцевого соединения демонтированного ригеля
Для оценки снижения несущей способности элементов с коррозионными повреждениями авторами данной статьи были выполнены экспериментальные исследования работы внецентренно сжатых стоек с имитацией коррозионного повреждения [13] с целью:
- определить опытным путем силовое сопротивление внецентренно-сжатых стоек из стальных прокатных двутавров с имитацией коррозионного повреждения;
- исследовать напряженно-деформированное состояние стоек в процессе их нагружения и сравнить полученные значения напряжений и перемещений со значениями, полученными расчетом по рекомендациям нормативных документов.
Геометрические характеристики экспериментальных образцов с имитацией коррозионного повреждения приведены в табл. 1.
Таблица 1
Геометрические характеристики экспериментальных образцов
|
Марка стойки |
Длина, L, мм |
Высота сечения, Н, мм |
Площадь сечения, см2 |
Ослабление сечения, %
|
|
|
А |
Адеф |
||||
|
C4 |
1532 |
100 |
12 |
8,15 |
32,1 |
На рисунке 3 показаны экспериментальные модели стоек с наклеенными тензометрическими датчиками.
|
|
|
Рис. 3. Установка тензометрических датчиков на двутавровой стойке с имитацией коррозионного повреждения
Потеря несущей способности испытанных стоек происходила путем потери устойчивости второго рода, что соответствует первой группе предельных состояний. Среднее достигнутое значение максимального показания динамометра Nкр = 77,5 кН принято в качестве предельного значения нагрузки на стойку. Явлений местной потери устойчивости элементами стоек во время опытов не наблюдалось.
В нормативной литературе [14] значение критической нагрузки для стоек с ослаблениями сечений определяется по формуле:
где:
Nосл = σослAосл – компенсирующая добавка к сжимающему усилию;
Mxосл = Nослyосл – компенсирующая добавка к изгибающему моменту при внецентренном сжатии;
Myосл = Nослxосл – компенсирующая добавка к изгибающему моменту при внецентренном сжатии;
xc, yc – координаты наиболее напряжённой точки фактического поперечного сечения в системе координат неповреждённого сечения;
Ryo – предел текучести материала стойки;
γc – коэффициент, учитывающий условия работы рассчитываемого элемента конструкции [15], принят равным 1,00;
A, Ix, Iy – геометрические характеристики неповреждённого сечения;
xосл, yосл – координаты центра тяжести площади ослабления Aосл в системе координат неповреждённого сечения;
Iосл, Iосл – моменты инерции площади ослабления.
Для рассматриваемой стойки были рассчитаны необходимые параметры (табл. 2 и 3).
Таблица 2
Геометрические характеристики сечения неповреждённой стойки, в мм
|
Aфакт |
Wx |
Wy |
Ix |
Iy |
ix |
iy |
xо |
yо |
xс |
yс |
|
1195,4 |
39061,1 |
5694,3 |
1953055,5 |
156594,2 |
40,4 |
11,4 |
0,0 |
0,0 |
27,5 |
50 |
Таблица 3
Геометрические характеристики ослабленного сечения стойки, в мм
|
Aфакт |
Wx |
Wy |
Ix |
Iy |
ix |
iy |
xо |
yо |
xс |
yс |
|
757,9 |
20525,1 |
1794,0 |
944152,5 |
47542,0 |
35,3 |
7,9 |
0,0 |
0,0 |
26,5 |
46,0 |
Подставив приведенные выше значения в формулу (1) получено значение критической нагрузки Fкр = 47,75 кН для поврежденной стойки методом подбора с использованием функции «подбор параметра» в Excel.
Сравнение величины критической силы, полученной экспериментальным путем, с рассчитанным по нормативной методике значением, позволяет сделать вывод о том, что расчетное значение критической нагрузки меньше значения, полученного экспериментальным путем на 38 %. Выполненное исследование показывает, что значения критической нагрузки, определенное по нормативной методике [14], дает коэффициент запаса 1,3 – 1,4.
1. GOST 27751-2014. Nadezhnost' stroitel'nyh konstrukciy i osnovaniy. Osnovnye polozheniya;
2. Rekomendacii po ocenke nadezhnosti stroitel'nyh konstrukciy zdaniy i sooruzheniy po vneshnim priznakam/CNIIPromzdaniy. - M.: Gosstroy, 2001;
3. Buzalo N.A., Kanunnikov A.V. Opredelenie koefficienta znachimosti stroitel'nyh konstrukciy pri ocenke tehnicheskogo sostoyaniya zdaniy//Stroitel'stvo i rekonstrukciya. Orlovskiy gosudarstvennyy universitet im. I.S. Turgeneva (Orel) - 2018 - №3(77) - s.3-11. 21;
4. Rekomendacii po obsledovaniyu stal'nyh konstrukciy proizvodstvennyh zdaniy/ CNIIProektstal'konstruciya. - M.: Gosstroy SSSR, 1988;
5. RD 22-01-97. Trebovaniya k provedeniyu ocenki bezopasnosti ekspluatacii proizvodstvennyh zdaniy i sooruzheniy podnadzornyh promyshlennyh proizvodstv i ob'ektov (obsledovanie stroitel'nyh konstrukciy specializirovannymi organizaciyami). - M.: CNII «Proektstal'konstrukciya», 1997;
6. SP 13-102-2003. Pravila obsledovaniya nesuschih stroitel'nyh konstrukciy zdaniy i sooruzheniy. Svod pravil po proektirovaniyu i stroitel'stvu. - M.: Gosstroy Rossii. GUL CPP, 2003;
7. GOST R 53778-2010. Zdaniya i sooruzheniya. Pravila obsledovaniya i monitoringa tehnicheskogo sostoyaniya. Obschie polozheniya. - M.: Standartinform, 2010;
8. Astaf'ev V.I. Nakoplenie povrezhdennosti v metallah v usloviyah korrozionnogo rastreskivaniya pod napryazheniem /V.I. Astaf'ev, L.K. Shiryaeva. - Izv. AN RAN. MTT, 1997. - S. 60-68;
9. Karpenko G.V. Vliyanie sredy na prochnost' i dolgovechnost' metallov / G.V. Karpenko. - Kiev: Naukova dumka, 1976. - 125 s.];
10. Vol'berg Yu.L., Koryakov A.S. Vliyanie agressivnyh sred na nesuschuyu sposobnost' stroitel'nyh metallicheskih konstrukciy. - V kn. Dolgovechnost' stroitel'nyh konstrukciy na Severe. - Yakutsk, 1981;
11. Augustin Ya., Shledzevskiy E. Avarii stal'nyh konstrukciy, M. SI, 1978. - 175 s;
12. Ovchinnikov I.G. O metodologii postroeniya modeley konstrukciy, vzaimodeystvuyuschih s agressivnymi sredami / Ovchinnikov I.G. Opredelenie dolgovechnosti elementov konstrukciy, vzaimodeystvuyuschih s agressivnoy sredoy / I. G. Ovchinnikov, V. V. Petrov // Stroitel'naya mehanika i raschet sooruzheniy. 1982. - № 2. - S. 13-18;
13. Shutova M.N., Evtushenko S.I., Gontarenko I.V. Opredelenie nadezhnosti i kategorii tehnicheskogo sostoyaniya povrezhdennyh metallicheskih konstrukciy na osnove chislennogo eksperimenta // Izvestiya VUZov Severo-Kavkazskiy region. Tehnicheskie nauki - 2018. - № 4 (200). - S. 98-104. DOI:https://doi.org/10.17213/0321-2653-2018-4-98-104;
14. Evtushenko S.I., Alekseev S.A., Petrov I.A., Fedorchuk V.E. Ispol'zovanie MKE pri raschete elementov mashin// 14-ya mezhdunarodnaya «Dinamika tehnicheskih sistem». DTS 2018. Donskoy Gosudarstvennyy Tehnicheskiy Universitet, Rostov-na-Donu, Rossiyskaya Federaciya, 12-14 sentyabrya 2018g. Kod 141842 // (2018) MATEC Web of Conferences 226, 04010. Scopus: 2-s2.0-85056493813 DOI:https://doi.org/10.1051/matecconf/201822604010;
15. Evtushenko S.I., Petrov I.A., Alekseev S.A., Alekseeva A.S. Optimizaciya metallicheskoy plity s ispol'zovanie MKE// 3-ya mezhdunarodnaya konferenciya po promyshlennomu proektirovaniyu, primeneniyu i proizvodstvu, ICIEAM-2017-Chelyabinsk, Rossiyskaya Federaciya; 16-19 maya 2017. Kod 131476 // Materialy konferencii 19 oktyabrya 2017. Institute of Electrical and Electronics Engineers Conference Publications, 8076433, WOS: 000414282400326; Scopus: 2-s2.0-8503996656; DOI:https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2017.8076433;
16. Buzalo N. A., Gontarenko I. V. Eksperimental'noe issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya vnecentrenno szhatyh stoek c povrezhdeniyami //Internet-zhurnal Naukovedenie. - 2014. - №. 1 (20);
17. Evtushenko S.I., Fedorchuk V.E., Alekseeva A.S., Chernyhovskiy B.A. Analiz napryazheniy nesuschego profilya vulkanizacionnogo pressa/ Mezhdunarodnaya Nauchno-Tehnicheskaya Konferenciya Stroitel'stvo i Arhitektura : Teoriya i Praktika Mezhdunarodnogo Razvitiya, CATPID 2018; Rostov-na-Donu, Rossiyskaya Federaciya ; 8-12 oktyabrya 2018; Kod 219729 // (2018) Materials Science Forum 931 MSF, pp. 200-206, Scopus: 2-s2.0-85055947052 DOI:https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.931.200
18. Posobie po proektirovaniyu usileniya stal'nyh konstrukciy (k SNiP II-23-81*). Ukrniiproektstal'konstrukciya Gosstroya SSSR. - .M: Stroyizdat, 1987.
19. SP 16.13330.2017 «Stal'nye konstrukcii».
