Обследование стальных конструкций

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

• от силовых воздействий — (статических и динамических) — разрывы, потеря устойчивости, трещины, расшатывание со­единений и т.п.;

• от механических воздействий —- вмятины, прогибы, искрив­ления, истирание и др.;

• от физических воздействий — коробление и разрушение при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицатель­ных температурах;

« от химических (электрохимических и физико-химических) воздействий — коррозия металла.

Оценка степени конкретных повреждений производится по допускаемым отклонениям на соответствующие дефекты, регла­ментированные в нормативной литературе.

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-метри-ческие скобы.

Каждый размер уточняется тремя измерениями в разных се­чениях по длине элемента по защищенной поверхности.

Выявление трещин в металлических конструкциях произво­дится путем тщательного визуального осмотра с использовани­ем лупы с 6—8 кратным увеличением или микроскопа МИР-2.

Признаками наличия трещин могут быть подтеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, и шелушение краски.

164

Для обнаружения трещин можно хорошо заточенным зуби­лом снимать небольшую стружку вдоль предполагаемой трещи­ны, раздвоение которой говорит о наличии трещин.

Для выявления трещин можно пользоваться керосином. Для этого очищенная поверхность смачивается керосином, который проявляет очертание трещины.

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 иди недостаток по вы­соте потайных заклепок, косая заклепка, трешиноватость 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.

Помимо указанного в конструкциях из алюминиевых спла­вов выявляются места их контакта с коррозиеактивным матери­алом.

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

1. 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

165

и неучтенных резервов несущей способности, конструкции по­крытия 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.

Современные тенденции применения в конструкциях покры­тий тонкостенных элементов толщиной 3—6 мм увеличивают опасность поражений их коррозией и требуют повышенного внимания к мероприятиям по антикоррозионной защите.

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. 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.

При опирании ферм через строганый торец следует проверить:

• плотность контакта опорного ребра со столиком по всей его ширине визуально;

• состояние монтажных стыков, особенно в растянутых эле­ментах, наличие и качество сварных швов в них;

• наличие соединительных прокладок в стержнях из спарен­ных уголков или швеллеров;

• наличие эксцентриситетов в передаче нагрузки на узлы ферм (смещение прогонов или плит с осей узлов, подвеска гру­зов вне узлов);

• отклонение плоскости ферм от вертикали с помощью отвеса;

• наличие непредусмотренных проектом нагрузок или сле­дов от них;

• состояние узлов примыканий связей к фермам, особенно при болтовом соединении, наличие поперечных сварных швов на растянутых элементах ферм в месте крепления фасонок связей;

• качество крепления элементов кровли или прогонов к вер­хним поясам ферм. При невозможности непосредственно увидеть соответствующие сварные швы их наличие опре­деляется с помощью зеркала или на ощупь;

• наличие в прогонах искривлений, закручиваний, тяжей;

• соответствие связей покрытий проекту, общие искривле­ния и вырезы в них;

• смещение фонарей с осей ферм, искривление их элемен­тов, состояние болтовых соединений.

2. 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.

Сравнительно мощные сечения колонн при невысоких рабо­чих напряжениях обладают большими запасами несущей способ­ности, а также лучше сопротивляются механическим воздействиям и имеют большую стойкость к коррозии.

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;

167

• состоянию решеток сквозных колонн и ребер жесткости сплошных колонн;

• поврежденным коррозией элементам;

• местам непосредственного воздействия высоких темпера­тур в горячих цехах;

• на неравномерные осадки и повороты колонн, вызываю­щие повреждение закрепленных на них ограждающих кон­струкций, искривления элементов конструкций покрытий и повреждение опорных узлов.

3. 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, при­водящие к появлению повреждений.

Нагрузка на подкрановые конструкции является подвижной, работа их происходит с переменным или знакопеременным мно­гократно повторяемыми циклами, вызывающими 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, неучитываемый расчетом.

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

Жесткость креплений подкрановых и тормозных балок к ко­лоннам, наличие в местах сопряжений разрезных балок сплош­ного кранового рельса и соединительных накладок между бал­ками создают частичную неразрезность подкрановых конструк­ций, также неучитываемую расчетом. Неразрезность подкрановой конструкции приводит к появлению в ней знакопеременного цикла напряжений, что вызывает проявление усталостных явле­ний. Особенно значительно влияние этого фактора на состояние креплений подкрановых балок и тормозных конструкций к ко­лонне.

-ICO

Кроме того, остаточные напряжения от сварки, неточности изготовления и монтажа конструкций, перекосы подкрановых путей и колес крана в плане еще более усложняют действитель­ную работу подкрановых конструкций.

Опыт эксплуатации и натурные обследования показывают, что уже после 4-6 лет эксплуатации в подкрановых конструкциях появляются первые повреждения: расстраиваются крепления подкрановых и тормозных балок к колоннам, а также соедине­ния их между собой; возникают усталостные трещины в свар­ных швах и стенке около верхнего пояса балок; в клепаных бал­ках ослабляются заклепки верхнего пояса и появляются трещи­ны в уголках.

В сварных подкрановых балках часто появляются продольные трещины в верхнем поясном шве или в околошовной зоне у торца балки.

При прогибе балки происходит поворот ее опорного сечения вокруг края фактической опоры (по грани колонны), вследствие чего верх торца балки несколько приподнимается. При перехо­де катка крана с одной балки на другую увеличивается динами­ческий эффект нагрузки. Конец сварного шва у торца балки яв­ляется концентратором напряжений. Совокупность вышеуказан­ных факторов и является причиной возникновения трещин у торцов балки. Такие же повреждения часто появляются между ребрами жесткости. Они начинаются в сварном шве или около­шовной зоне и, развиваясь с течением времени, достигают дли­ны 1—3 м, и часто распространяются на стенку.

Местный крутящий момент от внецентренного приложения вертикальных давлений вызывает растягивающие напряжения на одной из сторон стенки-балки и приводит к усталостному ее разрушению.

Нередко продольные трещины в стенке у верхнего пояса свар­ных балок появляются около ребер жесткости, что вызвано кон­центрацией напряжений у ребер, а также остаточными напряже­ниями от сварки.

Во многих случаях в сварных балках появляются трещины на конце ребер жесткости по сварному шву или по металлу ребра вблизи шва, прикрепляющего ребро к верхнему поясу. Иногда эти трещины распространяются с ребра на металл стенки балок. Основной причиной появления трещин являются воздействия в верхнем поясе местных крутящих моментов, возникающих от вышеуказанных причин.

169

Кроме того, остаточные напряжения от сварки, неточности изготовления и монтажа конструкций, перекосы подкрановых путей и колес крана в плане еще более усложняют действитель­ную работу подкрановых конструкций.

Опыт эксплуатации и натурные обследования показывают, что уже после 4—6 лет эксплуатации в подкрановых конструкциях появляются первые повреждения: расстраиваются крепления подкрановых и тормозных балок к колоннам, а также соедине­ния их между собой; возникают усталостные трещины в свар­ных швах и стенке около верхнего пояса балок; в клепаных бал­ках ослабляются заклепки верхнего пояса и появляются трещи­ны в уголках.

В сварных подкрановых балках часто появляются продольные трещины в верхнем поясном шве или в околошовной зоне у торца балки.

При прогибе балки происходит поворот ее опорного сечения вокруг края фактической опоры (по грани колонны), вследствие чего верх торца балки несколько приподнимается. При перехо­де катка крана с одной балки на другую увеличивается динами­ческий эффект нагрузки. Конец сварного шва у торца балки яв­ляется концентратором напряжений. Совокупность вышеуказан­ных факторов и является причиной возникновения трещин у торцов балки. Такие же повреждения часто появляются между ребрами жесткости. Они начинаются в сварном шве или около­шовной зоне и, развиваясь с течением времени, достигают дли­ны 1—3 м, и часто распространяются на стенку.

Местный крутящий момент от внецентренного приложения вертикальных давлений вызывает растягивающие напряжения на одной из сторон стенки-балки и приводит к усталостному ее разрушению.

Нередко продольные трещины в стенке у верхнего пояса свар­ных балок появляются около ребер жесткости, что вызвано кон­центрацией напряжений у ребер, а также остаточными напряже­ниями от сварки.

Во многих случаях в сварных балках появляются трещины на конце ребер жесткости по сварному шву или по металлу ребра вблизи шва, прикрепляющего ребро к верхнему поясу. Иногда эти трещины распространяются с ребра на металл стенки балок. Основной причиной появления трещин являются воздействия в ерхнем поясе местных крутящих моментов, возникающих от ышеуказанных причин.

169

Поперечные трещины в верхних поясных листах возникают у отверстий, в листах верхнего пояса, служащих для креплений рель­сов, и постепенно распространяются к краю пояса балки. Часто трещины в стенке балки появляются у концов коротких ребер же­сткости, такие трещины возникают преимущественно в высоких балках с относительно гибкой стенкой при пролетах 12 м и более.

Местные прогибы верхних поясов ферм являются следстви­ем нарушения правил эксплуатации при использовании балок для зачаливания блоков и тросов при подъеме и перемещении обо­рудования.

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 различ­ны, 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;

170

• состояние крепления рельса к подкрановым балкам, ослаб­ление и разрушение крючьев и болтов, прижимных планок и т.п.;

• состояние рельсов и подкрановых балок, прямолинейность рельсовых путей;

• состояние ограниченных упоров кранов.

В клепаных подкрановых балках также встречаются поврежде­ния отмеченных выше типов. Они аналогичны повреждениям сварных балок и вызываются теми же причинами. Однако отсут­ствие остаточных напряжений от сварки, большая податливость заклепочных соединений и утолщение верхней части стенки балки полками поясных уголков облегчают условия работы клепаных балок, поэтому повреждения в них появляются позже, чем в свар­ных балках.

Массовым повреждением клепаных подкрановых балок явля­ется ослабление и повреждение заклепок верхних поясов.

Горизонтальные заклепки крепления поясных уголков к стенке повреждаются вследствие кручения верхнего пояса, вызванного внецентренным приложением нагрузки.

Вертикальные заклепки крепления верхнего поясного листа к уголкам повреждаются вследствие возникновения напряжения от общего изгиба балки при внецентренно приложенной нагрузке.

Наиболее характерными повреждениями крановых рельсов являются: износ верхних и боковых граней головки, поврежде­ния рельсов в местах стыков и трещины в швах.

Повреждение крановых упоров заключается в ослаблении их креплений, остаточных деформациях, а при сильных ударах и в разрушении.

Повреждения подкрановых конструкций общей поверхност­ной коррозией, как правило, незначительны благодаря мощно­сти сечений и слабому воздействию агрессивной производствен­ной среды.

Количественная характеристика отдельных видов поврежде­ний и времени их возникновения позволяет дать общую оценку надежности подкрановых конструкций, выявить наиболее сла­бые места и разработать мероприятия по восстановлению их эксплуатационных качеств.

4. Прочие конструкции.

Кроме основных несущих конструкций, образующих каркас зданий, в производственных зданиях имеется большое количе-

171

ство различных конструкций: рабочие площадки, пути для под­весного транспорта и др.

Опасные повреждения в элементах конструкций рабочих пло­щадок возникают в результате воздействия динамических под­вижных нагрузок а также высоких температур в горячих цехах.

Повреждения конструкций рабочих площадок являются анало­гичными для балочных конструкций. При обследовании рабо­чих площадок внимание следует обратить на ослабление сече­ний балок и настила различными вырезами для выпуска тех­нологических коммуникаций, а также на состояние узлов сопряжения второстепенных и главных балок с колоннами, мон­тажных стыков между собой, вставок между балками, на состоя­ние стоек и связей по ним.

При обследовании конструкций подвесного транспорта сле­дует обратить внимание на ослабление креплений ездовых ба­лок на опорах, изменение геометрического положения путей, происходящих от неравномерной осадки несущих конструкций и приводящих к накоплению остаточных деформаций.