Техническое обследование стальных конструкций и решения по их усилению
6.2.1. Особенности работы стальных конструкций
Сталь является одним из основных конструкционных материалов для строительства зданий и сооружений. Главными достоинствами стали, что определяет привлекательность этого материала, являются:
высокая, регулируемая прочность;
физическая изотропность (равенство модуля упругости при растяжении и сжатии);
легкость сборки элементов (применение сварки);
возможность использования готовых изделий заводского изготовления (прокатный сортамент);
невысокий вес стальных элементов (по сравнению с бетоном и камнем).
Эти достоинства определяют стальные конструкции, как основные при работах по усилению и восстановлению любых строительных элементов при реконструкции [48, 49].
Однако нельзя не учитывать негативные свойства стали как конструктивного материала в зданиях и сооружениях [50]:
повышенная гибкость стальных конструкций, что требует дополнительных мероприятий и расчетов по обеспечению их устойчивости при транспортировании, монтаже и эксплуатации;
снижение несущей способности стальных элементов при повышении температур без специальных огнестойких защит (например, при пожарах);
На рис. 6.20 показаны характерные повреждения стальных конструкций в процессе их эксплуатации.
Рис. 6.20. Повреждения стальных конструкций:
а общая потеря устойчивости балки; б то же стойки; в то же резервуара; г местная потеря устойчивости сжатого пояса балки; д то же днища резервуара (хлопун); е механическое повреждение элемента (погнутость); ж то же элемента; и отклонение фермы от вертикали
Наиболее часто встречающиеся причины возникновения дефектов и повреждений стальных конструкций от следующих воздействий:
силовые, вызывающие потерю устойчивости, деформацию в узлах, появление трещин;
механические, от которых появляются искривления, вмятины, прогибы;
физические, при которых от высоких температур возникают коробления и разрушения, а при отрицательных хрупкие разрушения;
химические, химическая агрессия опасна коррозией металла.
Стальные конструкции имеют множество узлов, соединений, сопряжений – сварочные, заклепочные, болтовые, для которых выполняются соответствующие расчеты и конструирование на стадии проектирования и поверочные расчеты на стадии их технического обследования.
При выполнении работ по техническому обследованию и обнаружению дефектов наблюдаются несоответствия выполненных работ с проектными данными в связи с тем, что значительное количество соединений и узлов требуют больших затрат труда.
6.2.2. Категории технического состояния стальных конструкций
В зависимости от имеющихся повреждений техническое состояние конструкций классифицируется по пяти категориям надежности:
категория 1 − нормальное состояние;
категория 2 − удовлетворительное состояние;
категория 3 − неудовлетворительное состояние;
категория 4 − предаварийное состояние;
категория 5 − аварийное состояние.
К категории 1 относятся конструкции, усилия в элементах которых не превышают допустимые по расчету, т.е. отсутствуют видимые повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности.
К категории 2 относятся конструкции, потеря несущей способности которых не превышает 5%, но имеющиеся в них дефекты способны со временем снизить долговечность конструкций (см. рис. 6.6).
К категории 3 относятся конструкции не пригодные к нормальной эксплуатации.
Конструкция перегружена или имеются дефекты и повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности.
В этом случае необходимы проверочные расчеты несущей способности и выполнение работ по усилению.
К категории 4 относятся конструкции, дефекты и повреждения которых не могут гарантировать сохранность конструкции и безопасность ее эксплуатации.
Для конструкции этой категории необходим капитальный ремонт с усилением.
До проведения усиления необходимо ограничение нагрузок и принятие необходимых мер по безопасности (см. рис. 6.9).
К категории 5 относятся конструкции, находящиеся в аварийном состоянии.
В этом случае нет гарантии сохранности на период усиления.
Конструкции подлежат замене или требуют капитальных ремонтно-восстановительных работ с немедленной разгрузкой конструкций и устройством временных креплений.
Примерная оценка технического состояния в зависимости от характера и величины дефектов и повреждений приведена в табл. 6.8.
Таблица 6.8
Оценка технического состояния стальных конструкций в зависимости от характера и величины дефектов
Вид дефекта |
Категория технического состояния |
На отдельных участках наблюдается коррозия в виде отдельных пятен с поражением до 5 % площади поперечного сечения элемента. Местами нарушено антикоррозионное покрытие. Прогиб балок и ферм не превышает 1/150 пролета. |
2 |
Пластинчатая ржавчина с уменьшением площади сечения несущих элементов до 15 % из-за коррозии металла. Небольшая, но ощутимая вибрация балок и ферм. Местные вмятины от ударов транспортных средств и другие механические повреждения, не приводящие к уменьшению несущей способности более чем на 10 %. Прогиб изгибаемых элементов превышает 1/150 пролета. |
3 |
Коррозия металла с уменьшением расчетного сечения несущих элементов до 25 %. Трещины в сварных швах или в околошовной зоне (см. рис. 6.6 6.7). Потеря местной устойчивости конструкций (выпучивание стенок или полок балок и колонн) (см. рис. 6.9). Срез отдельных болтов или заклепок в болтовых соединениях. Прогиб изгибаемых элементов более 1/75 пролета. |
4 |
Окончание табл. 6.8
1 |
2 |
Коррозия металла с уменьшением расчетного сечения и несущих элементов более 25 % (см. рис. 6.8). Потеря общей устойчивости балок и сжатых элементов (см. рис. 6.9). Наличие трещин в основном металле элементов. Выход из строя отдельных элементов ферм. Расстройство стыков со взаимным смещением опор. Прогиб изгибаемых элементов более 1/50 пролета. |
5 |