43. Оценка технического состояния стальных конструкций по внешним признакам.

ПОСОБИЕ ПО ОБСЛЕДОВАНИЮ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Москва – 2004

В состав работ по обследованию конструкций в общем случае входят:

- подготовительные работы, включают в себя:

- получение и согласование заданий на проведение обследования;

- ознакомление с объектом обследования в натуре;

- технико-экономическую оценку эффективности работ по восстановлению и усилению или реконструкции;

- подбор и анализ технической документации;

- подготовку форм и ведомостей;

- оформление договора и протокола согласования условий проведения обследования;

- составление рабочей программы обследования;

- освидетельствование конструкций в натуре;

- определение свойств стали, определение расчетных сопротивлений;

- уточнение фактических и прогнозирование будущих нагрузок, воздействий и условий эксплуатации, установление расчетных величин;

- составление заключения о фактическом состоянии обследованных конструкций, нагрузках и условиях эксплуатации.

Задачей обследования является выявление отклонений. Различают отклонения проектных решений и отклонения действительного состояния конструкций.

Отклонения проектных решений определяются как отличия конструктивных решений, принятых в проекте обследуемых конструкций, от требований современных норм и современной конструктивной формы.

Отклонения действительного состояния конструкций определяются как отличие от предусмотренных проектом:

- пространственного положения,

- геометрических размеров, формы и сплошности конструкций и их элементов,

- качества, сечения и размещения соединительных элементов,

- свойств стали конструктивных элементов и соединений.

Отклонения действительного состояния, возникшие на стадии изготовления и монтажа конструкций, принято называть дефектами, а возникшие в результате действия нагрузок и условий эксплуатации конструкции - повреждениями.

Дефекты и повреждения стальных конструкций в зависимости от причин их вызывающих можно систематизировать на следующие группы:

1. Повреждения от силовых воздействий (статических и динамических) - разрывы, потеря устойчивости, трещины, расшатывание соединений и т.п.

2. Повреждения от механических воздействий - вмятины, прогибы, искривления, истирание и др.

3. Повреждения от физических воздействий - коробление и разрушение при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах.

4. Повреждения от химических (электрохимических и физико-химических) воздействий - коррозия металла.

Оценка технического состояния конструкций по внешним признакам производится на основе определения следующих факторов:

геометрических размеров конструкций и их сечений;

наличия разрывов элементов конструкций;

наличия искривлений элементов;

состояния антикоррозионных защитных покрытий;

дефектов и механических повреждений;

состояния сварных, болтовых и заклепочных соединений;

степени и характера коррозии элементов и соединений;

отклонения элементов от проектного положения (расстояния между осями ферм, прогонами, отметок опорных узлов и ригелей и т.п.);

прогибов и деформаций.

 Определение геометрических параметров конструкций и их сечений производится путем непосредственных измерений. При этом фиксируются все отклонения от их проектного положения.

 Толщина элементов измеряется штангенциркулем с точностью до 0,05 мм; толщина элементов, имеющих доступ с одной стороны, измеряется с помощью ультразвуковых толщиномеров типа Кварц-6, Кварц-15; сечение сварных швов определяется с помощью шаблонов или снятием слепка пластиком; остальные размеры - с помощью стальной линейки и рулетки. Для измерения толщины листа в слабо напряженной зоне может быть высверлено отверстие. При измерении толщины элементов могут быть использованы также коррозионно-метрические скобы. Каждый размер уточняется тремя измерениями в разных сечениях по длине элемента по защищенной поверхности.

Признаками наличия трещин могут быть подтеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, и шелушение краски. Для уточнения наличия трещин можно хорошо заточенным зубилом снимать небольшую стружку вдоль предполагаемой трещины, раздвоение которой говорит о наличии трещин.

Основными дефектами и повреждениями стальных конструкций, которые выявляются при визуальных натурных обследованиях, являются:

-в элементах конструкций - прогибы отдельных элементов и всей конструкции, винтообразность элементов, выпучивания, местные прогибы, погнутость узловых фасонок, коррозия основного металла и металла соединений, трещины;

-в сварных швах - дефекты формы шва (неполномерность, резкие переходы от основного металла к наплавленному, наплывы, неравномерная ширина шва, кратеры, перерывы) и дефекты структуры шва (трещины в швах или околошовной зоне, подрезы основного металла, непровары по кромкам и по сечению шва, шлаковые или газовые включения или поры);

-в заклепочных соединениях - зарубки, смещение с оси стержней и маломерность головок, избыток или недостаток по высоте потайных заклепок, косая заклепка, трещиноватость или рябина заклепки, зарубки металла отжимкой, неплотные заполнения отверстий телом заклепки, овальность отверстий, смещение осей заклепок от проектного положения; дрожание и подвижность заклепок, отрыв головок, отсутствие заклепок, неплотное соединение пакета.

При обследовании отдельных видов стальных конструкций необходимо учитывать их особенности и условия эксплуатации.

а) Стальные покрытия.Основной особенностью конструкций покрытий является наличие тонкостенных и гибких стержней, имеющих сложную конфигурацию сечения. Конструкции покрытий имеют довольно четкую расчетную схему, дающую близкое соответствие теоретических расчетных и действительных усилий в элементах; вследствие этого конструкции покрытия имеют мало скрытых и неучтенных резервов несущей способности, и поэтому они очень чувствительны к общим и местным перегрузкам в период эксплуатации. Наиболее чувствительны к перегрузкам прогоны кровли, получающие остаточные прогибы и теряющие прямолинейность. Чувствительны к общим и местным нагрузкам сжатые стержни решетки в средней части ферм, имеющие большую длину и гибкость, могущие потерять устойчивость.

При обследовании конструкций покрытий следует особое внимание обращать на:

трещины в стыковых накладках и узловых фасонках поясов стропильных и подстропильных ферм, особенно растянутых элементов;

криволинейность поясов и решетки ферм, особенно сжатых элементов, остаточные прогибы ферм;

состояние узлов ферм, особенно опорных. Особенно тщательно должны проверяться на предмет выявления трещин фасонки узлов, к которым примыкают стержни с большими растягивающими усилиями.

Необходимо также выявлять наличие лишних монтажных швов, которые могут изменить статическую схему конструкции.

б) Колонны и связи по колоннам.Особенность конструкции колонн заключается в том, что их расчет производится на суммарное воздействие большого числа нагрузок, особенно при наличии мостовых кранов, вероятность одновременного воздействия которых весьма мала. Поэтому фактические усилия в колоннах при нормальной эксплуатации значительно меньше расчетных.

При обследованиях колонн и связей по колоннам необходимо уделить особое внимание:

общей геометрической форме колонн и соответствию их проектному положению;

местным прогибам, вмятинам и повреждениям поясов и элементов решетки, преимущественно в нижней части колонн, механическим повреждениям в местах технологических проездов и на участках складирования материалов;

монтажным стыкам колонн, качеству сварных швов в них;

искривлениям ветвей связей и элементов соединительной решетки;

состоянию узлов примыкания связей к колоннам, разрывам или искривлениям фасонок или разрушениям по сварным швам;

состоянию анкерных закреплений колонн в фундаментах;

состоянию узлов опирания подкрановых балок на консоли колонн;

трещинам в основном металле или сварных соединениях и в местах крепления подкрановых балок и тормозных конструкций к колоннам;

состоянию решеток сквозных колонн и ребер жесткости сплошных колонну;

поврежденным коррозией элементам;

местам непосредственного воздействия высоких температур в горячих цехах;

в) Подкрановые конструкции. Подкрановые конструкции промышленного здания включают подкрановые балки, тормозные балки или фермы, узлы креплений балок и тормозных ферм к колоннам, крановый рельс с креплениями и упоры. Ниже рассматриваются наиболее существенные особенности работы подкрановых конструкций, способствующих появлению повреждений.

Нагрузка на подкрановые конструкции является подвижной, работа их происходит с переменным или знакопеременным многократно повторяемым циклом напряжений, вызывающим усталость металла.

Сосредоточенная нагрузка прикладывается последовательно по всей длине балки, что требует повышенной надежности элементов верхнего пояса. Давления колес крана передаются на подкрановые балки неравномерно. Вертикальные нагрузки от колес крана передаются на балки с эксцентриситетом, и вместе с боковыми силами создают значительный по величине крутящий момент, приложенный к верхнему поясу подкрановых балок, не учитываемый расчетом.

Боковые силы от мостовых кранов существенным образом зависят от состояния подкрановых путей и часто бывают больше расчетных.

При обследовании подкрановых конструкций проверяются:

состояние верхнего пояса шва и околошовной зоны, в первую очередь на предмет выявления трещин. Появление трещин разных направлений возможно в верхней части стенки, а также под коротким ребром жесткости. Желательно осмотр этих участков проводить с обеих сторон балки. Тщательный осмотр этих мест производится по всей длине подкрановых балок;

выполнение требований к качеству и расположению заводских стыков швов поясов и стенок балок, швов приварки ребер жесткости. В неразрезных балках особое внимание уделяется швам в монтажных стыках;

местные прогибы и искривления элементов, наличие грибовидных поясов, погнутости их между ребрами жесткости;

состояние соединения тормозных конструкций с верхним поясом балок. Необходимо проверить наличие швов сверху и снизу листа, продольных трещин в листе или по шву;

узлы примыкания тормозных конструкций к колоннам (наличие разрушенных швов или болтовых соединений);

узлы соединения балок между собой на опорах, а также с колоннами. Конструктивные решения этих узлов разнообразны, что определяет разнообразие видов их повреждений;

состояние нижних опорных узлов подкрановых балок, анкерных болтов, прокладок. Особое внимание следует уделять этим узлам в неразрезных балках, в которых передаются отрывающие реакции;

в узлах с передачей усилий через строганые торцы - плотность сопряжения опорных ребер с плитой колонны, зазоры и перекосы;

вертикальность подкрановых балок и взаимное их расположение на опорах;

состояние крепления рельса к подкрановым балкам, ослабление и разрушение крючьев и болтов, прижимных планок и т.п.;  При оценке технического состояния стальных конструкций, пораженных коррозией, прежде всего необходимо определить вид коррозии и ее качественную и количественную характеристики.

Различают следующие основные виды коррозии стальных конструкций.

Сплошная - характеризуется относительно равномерным распределением коррозии по всей поверхности; пятнами - характеризуется небольшой глубиной проникновения коррозии по сравнению с поперечными размерами поражений; язвенная - характеризуется появлениями на поверхности металла отдельных или множественных повреждений, глубина и поперечные размеры которых (от долей миллиметра до нескольких миллиметров) соизмеримы; точечная (питтинговая) - представляет собой разрушение в виде отдельных мелких (не более 1-2 мм в диаметре) и глубоких (глубина больше поперечных размеров) язвочек; межкристаллическая- характеризуется относительно равномерным распределением множественных трещин на больших участках элементов (глубина трещин обычно меньше, чем их размеры на поверхности).

К качественным характеристикам коррозии относятся плотность, структура, цвет и химический состав продуктов коррозии. Качественные характеристики определяют путем лабораторных исследований продуктов коррозии, а цвет - визуально.

Обследование сварных швов включает следующие операции:

очистка от грязи и шлака и внешний осмотр с целью обнаружения трещин и других повреждений;

определение размеров катетов швов. Для этого применяются: универсальные шаблоны конструкции Красовского, Ушерова-Маршака, а также скобы для измерения толщины швов, снятые слепки и измерение с помощью угловой линейки. Длина сплошных и прерывистых швов измеряется линейкой.

Ослабление заклепки обнаруживается также по ржавым подтекам из-под головки и по венчикам пыли вокруг нее. Неплотности прилегания головки к пакету и неплотности элементов в пакете контролируются с помощью набора щупов толщиной от 0,2 до 0,5 мм.

 На основании результатов обследований производятся расчеты несущей способности элементов и конструкции в целом с целью разработки рекомендаций по дальнейшей их эксплуатации и восстановления их несущей способности и эксплуатационной надежности.

Признаки состояния конструкций	Категория состояния конструкций
1	2
I - нормальное	Отсутствуют признаки, характеризующие износ конструкций и повреждения защитных покрытий
II - удовлетворительное	Местами разрушено антикоррозионное покрытие. На отдельных участках коррозия отдельными пятнами с поражением до 5 % сечения, местные погнутости от ударов транспортных средств и другие повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 5 %
III - неудовлетворительное	Прогибы изгибаемых элементов превышают 1/150 пролета. Пластинчатая ржавчина с уменьшением площади сечения несущих элементов до 15 %. Местные погнутости от ударов транспортных средств и другие механические повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 15 %. Погнутость узловых фасонок ферм
IV - предаварийное или аварийное	Прогибы изгибаемых элементов более 1/75 пролета. Потеря местной устойчивости конструкций (выпучивание стенок и поясов балок и колонн). Срез отдельных болтов или заклепок в многоболтовых соединениях. Коррозия с уменьшением расчетного сечения несущих элементов до 25 % и более Трещины в сварных швах или в околошовной зоне. Механические повреждения, приводящие к ослаблению сечения до 25 %. Отклонения ферм от вертикальной плоскости более 15 мм. Расстройство узловых соединений от проворачивания болтов или заклепок; разрывы отдельных растянутых элементов; наличие трещин в основном материале элементов; расстройство стыков и взаимных смещений опор. Требуются срочные мероприятия по исключению аварии и обрушения конструкций
Примечания: 1. Для отнесения конструкции к перечисленным в таблице категориям состояния достаточно наличие одного признака, характеризующего эту категорию. 2. Отнесение обследуемой конструкции к той или иной категории состояния, при наличии признаков, не отмеченных в таблице, в сложных и ответственных случаях должно производиться на основе анализа напряженно-деформированного состояния конструкций, выполняемых специализированными организациями.