СНИЖЕНИЕ СИЛОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОЛОНН ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ, ПОЛУЧИВШИХ КОРРОЗИОННЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
При проведении обследований металлических конструкций производственных зданий выявляется одно из наиболее характерных повреждений – коррозия. Для оценки степени эксплуатационной пригодности и возможности дальнейшей безопасной эксплуатации строительной конструкции или здания и сооружения необходимо правильно оценить опасность коррозионного поражения и определить возможность дальнейшей эксплуатации. С этой целью выполнено экспериментальное исследование стоек с имитацией коррозионного поражения и сравнение с результатами расчета по нормативным рекомендациям.

Ключевые слова:
обеспечение эксплуатационной безопасности зданий и сооружений, коррозионный износ стальных конструкций производственных зданий, экспериментальные исследования стальных внецентренно-сжатых стоек
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

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.

Описание: 8.jpg

 

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.

 

300

 

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.

Список литературы

1. ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения;

2. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений по внешним признакам/ЦНИИПромзданий. - М.: Госстрой, 2001;

3. Бузало Н.А., Канунников А.В. Определение коэффициента значимости строительных конструкций при оценке технического состояния зданий//Строительство и реконструкция. Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева (Орел) - 2018 - №3(77) - с.3-11. 21;

4. Рекомендации по обследованию стальных конструкций производственных зданий/ ЦНИИПроектстальконструция. - М.: Госстрой СССР, 1988;

5. РД 22-01-97. Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследование строительных конструкций специализированными организациями). - М.: ЦНИИ «Проектстальконструкция», 1997;

6. СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений. Свод правил по проектированию и строительству. - М.: Госстрой России. ГУЛ ЦПП, 2003;

7. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Общие положения. - М.: Стандартинформ, 2010;

8. Астафьев В.И. Накопление поврежденности в металлах в условиях коррозионного растрескивания под напряжением /В.И. Астафьев, Л.К. Ширяева. - Изв. АН РАН. МТТ, 1997. - С. 60-68;

9. Карпенко Г.В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов / Г.В. Карпенко. - Киев: Наукова думка, 1976. - 125 с.];

10. Вольберг Ю.Л., Коряков А.С. Влияние агрессивных сред на несущую способность строительных металлических конструкций. - В кн. Долговечность строительных конструкций на Севере. - Якутск, 1981;

11. Аугустин Я., Шледзевский Е. Аварии стальных конструкций, М. СИ, 1978. - 175 с;

12. Овчинников И.Г. О методологии построения моделей конструкций, взаимодействующих с агрессивными средами / Овчинников И.Г. Определение долговечности элементов конструкций, взаимодействующих с агрессивной средой / И. Г. Овчинников, В. В. Петров // Строительная механика и расчет сооружений. 1982. - № 2. - С. 13-18;

13. Шутова М.Н., Евтушенко С.И., Гонтаренко И.В. Определение надежности и категории технического состояния поврежденных металлических конструкций на основе численного эксперимента // Известия ВУЗов Северо-Кавказский регион. Технические науки - 2018. - № 4 (200). - С. 98-104. DOI:https://doi.org/10.17213/0321-2653-2018-4-98-104;

14. Евтушенко С.И., Алексеев С.А., Петров И.А., Федорчук В.Е. Использование МКЭ при расчете элементов машин// 14-я международная «Динамика технических систем». ДТС 2018. Донской Государственный Технический Университет, Ростов-на-Дону, Российская Федерация, 12-14 сентября 2018г. Код 141842 // (2018) MATEC Web of Conferences 226, 04010. Scopus: 2-s2.0-85056493813 DOI:https://doi.org/10.1051/matecconf/201822604010;

15. Евтушенко С.И., Петров И.А., Алексеев С.А., Алексеева А.С. Оптимизация металлической плиты с использование МКЭ// 3-я международная конференция по промышленному проектированию, применению и производству, ICIEAM-2017-Челябинск, Российская Федерация; 16-19 мая 2017. Код 131476 // Материалы конференции 19 октября 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. Бузало Н. А., Гонтаренко И. В. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния внецентренно сжатых стоек c повреждениями //Интернет-журнал Науковедение. - 2014. - №. 1 (20);

17. Евтушенко С.И., Федорчук В.Е., Алексеева А.С., Черныховский Б.А. Анализ напряжений несущего профиля вулканизационного пресса/ Международная Научно-Техническая Конференция Строительство и Архитектура : Теория и Практика Международного Развития, CATPID 2018; Ростов-на-Дону, Российская Федерация ; 8-12 октября 2018; Код 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. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). Укрниипроектстальконструкция Госстроя СССР. - .М: Стройиздат, 1987.

19. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».


Войти или Создать
* Забыли пароль?