Обследование металлических конструкций

3.4.1. Задачами обследования металлических конструкций являются:

- определение технического состояния конструкций по внешним признакам;

- оценка коррозионных повреждений стальных конструкций;

- обследование сварных, заклепочных и болтовых соединений;

- определение качества стали конструкций.

Определение технического состояния конструкций

по внешним признакам

3.4.2. 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, ослабление соединений и т.п.

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

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

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

Оценка степени влияния конкретных повреждений производится по допускаемым отклонениям на соответствующие дефекты, регламентированные СНиП II-23, СНиП 3.03.01 и др.

3.4.3. 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, прогонов, отметок опорных узлов и ригелей и т.п.);

- прогибов и деформаций.

3.4.4. Определение геометрических параметров конструкций и их сечений производится путем непосредственных измерений по рекомендациям п.3.1. При этом фиксируются все отклонения от их проектного положения.

3.4.5. 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 диаметром до 50 мм.

3.4.6. Определение ширины и глубины раскрытия трещин в общем случае следует выполнять по рекомендациям п.3.1. Выявление трещин в металлических конструкциях производится путем тщательного визуального осмотра с использованием лупы с 6-8-кратным увеличением или микроскопа МИР-2.

3.4.7. Признаками наличия трещин могут быть потеки 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.

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

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

- в конструкциях - 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, подвижность заклепок, отрыв головок, отсутствие заклепок, неплотное соединение пакета.

3.4.9. Помимо указанного в конструкциях из алюминиевых сплавов выявляются места их контакта с коррозионно-активным материалом.

3.4.10. Оценка категории технического состояния стальных конструкций по внешним признакам приводится в таблице (приложение 3).

Оценка коррозионных повреждений стальных конструкций

3.4.11. 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 и химический состав продуктов коррозии. Качественные характеристики определяют путем лабораторных исследований продуктов коррозии.

К количественным показателям коррозионных поражений относятся их площадь, глубина коррозионных язв, величина потери сечения, скорость коррозии.

3.4.12. Поверхность элементов конструкций, подлежащих обследованию, необходимо очистить от пыли, грязи, жировых загрязнений, легко отслаивающихся старых покрытий и продуктов коррозии. Поверхности элементов в плоскостях, в которых проводят инструментальные измерения, необходимо очищать до металлического блеска механическими щетками, а затем мелкой шлифовальной шкуркой.

3.4.13. Площадь коррозионных поражений с указанием зоны их распространения выражают в процентах площади поверхности конструкций. Толщина элементов, поврежденных коррозией, замеряется не менее чем в трех сечениях по длине элемента. В каждом проводится не менее трех замеров. При сплошной коррозии толщина элементов измеряется с помощью штангенциркулей, микрометров или механических толщиномеров. Толщина замкнутых профилей определяется с помощью ультразвуковых толщиномеров.

3.4.14. При язвенной коррозии, а также при наличии питтингов глубину коррозионных язв измеряют с точностью 0,1 мм с помощью измерительных скоб.

3.4.15. Величина потери сечения выражается в процентах начальной толщины. В качестве начальной толщины элемента принимается его толщина в местах, не поврежденных коррозией, или, при отсутствии таких мест, по номинальным данным, приведенным в проекте или в сортаменте.

Для определения величины потери сечения в нескольких местах по длине и по сечению элемента микрометром или штангенциркулем с точностью до 0,05 мм измеряется его толщина. Разность между начальной и измеренной толщинами, выраженная в процентах, дает среднестатическую величину потери сечения.

Косвенную величину коррозионных потерь можно определить путем измерения толщины слоя продуктов коррозии. Величина коррозионных потерь с одной стороны элемента приближенно равна 1/3 толщины слоя окислов.

3.4.16. Для оценки состояния лакокрасочных покрытий необходимо обращать внимание на изменение цвета, размягчение и охрупчивание, наличие признаков шелушения, отслаивание, образование сыпи и пузырей, наличие или отсутствие продуктов коррозии на поверхности покрытия или под ним.

Адгезию покрытия определяют методом решетчатого надреза по ГОСТ 15140. Толщину покрытия измеряют толщиномерами ИТП-1 или МТ-300, а сплошность - дефектоскопами ЛКД-1 или ЛД2. Защитные свойства лакокрасочных покрытий оценивают по ГОСТ 6992 или ГОСТ 9.407.

3.4.17. Оценку защитных свойств металлических покрытий производят путем сопоставления фактического состояния покрытий с требованиями ГОСТ 9.301 и ГОСТ 9.302.

Стойкость металлов определяется при равномерной коррозии средней скоростью разрушения, мм/год, при неравномерной коррозии - глубиной проникновения отдельных коррозионных разрушений (язв), мм/год.

3.4.18. При обследованиях конструкций из высокопрочных термообработанных сталей, а также конструкций, работающих при высоких или пониженных температурах, используются металлографические методы исследования коррозии, которые позволяют выявить межкристаллические или внутрикристаллические коррозионные поражения и их конфигурацию.

3.4.19. Если работы по обследованию конструкций особо ответственных объектов проводят в течение нескольких лет, то рекомендуется включить в программу обследований проведение натурных коррозионных испытаний по ГОСТ 9.909 и ГОСТ 6992 образцов из материалов, соответствующих материалам обследуемых конструкций, и из более коррозионно-стойких материалов, которые можно использовать при замене конструкций, а также образцов с защитными покрытиями, соответствующими примененным для обследованных конструкций, и с более стойкими покрытиями. Условия испытаний образцов должны соответствовать наиболее жестким условиям, в которых эксплуатируются конструкции данного вида.

Обследование сварных, заклепочных и болтовых соединений

3.4.20. Обследование сварных соединений является наиболее ответственной операцией, так как сварной шов и околошовная зона могут быть наиболее вероятными очагами возникновения коррозии и трещин.

3.4.21. Обследование сварных швов включает следующие операции:

- внешний осмотр с целью обнаружения повреждений после очистки от грязи;

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

3.4.22. Скрытые дефекты швов обнаруживаются с помощью простукивания шва молотком весом 0,5 кг, при этом доброкачественный шов издает такой же звук, как и основной металл; глухой звук указывает на наличие дефекта.

На участке шва с предполагаемым скрытым дефектом производятся контрольное высверливание и травление отверстий 10-12%-ным водным раствором двойной соли хлорной меди и алюминия. Наплавленный металл при этом темнеет, и на темном фоне просматриваются дефекты (непровар, шлаковые включения и т.п.). Диаметр сверла принимается на 2-3 мм больше ширины шва. Эта операция производится при необходимости выявления глубины непровара и внутренних повреждений швов.

3.4.23. При необходимости более тщательного исследования внутренних повреждений сварных швов и внутренних трещин элементов металлоконструкций следует применять инструментальные методы контроля: ультразвуковой, рентгеновский, электромагнитный и др.

3.4.24. Выявление повреждений заклепочных соединений производится их внешним осмотром и простукиванием.

Контроль состояния заклепок и болтов отстукиванием осуществляется молотком массой 0,3-0,5 кг на длинной рукоятке. При ударе слабая заклепка или болт издает глухой дребезжащий звук, а приложенный к ним палец ощущает дрожание.

3.4.25. Неплотность соединений, подвижность заклепок обнаруживаются при отстукивании заклепок молотком.

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.

3.4.26. Высокопрочные болты не простукиваются. По внешнему виду они отличаются от обычных обязательным наличием шайб под каждой головкой.

Контроль узловых соединений, выполненных на высокопрочных болтах, производится в соответствии со следующими требованиями:

- разболчивание соединений не допускается; в затянутых на проектное усилие болтах концы их должны быть заподлицо с поверхностью гаек или выступать за нее;

- контроль натяжения болтов может осуществляться закручиванием. В случае нанесения рисок при монтаже на металле и на гайке контроль может осуществляться визуально по положению рисок;

- контроль натяжения по моменту закручивания производится тарировочным ключом, с помощью которого к гайке или головке болта прикладывается крутящий момент, необходимый для того, чтобы повернуть гайку или головку болта на 5° в направлении затяжки;

- тарировочным ключом проверяется 10% болтов общего количества их в узле, но не менее двух;

- при контроле затяжки болта крутящий момент должен превышать момент, обеспечивающий минимальное осевое натяжение, не менее чем на 5% и не более чем на 10% установленного расчетом болтовых соединений;

- если при приложении контрольного крутящего момента не наблюдается поворота гайки или болта, значит, болты соединения имеют достаточное осевое натяжение;

- если при приложении контрольного момента гайка или болт проворачивается раньше его достижения, то следует осуществить контроль всех высокопрочных болтов данного соединения.

Определение качества стали конструкций

3.4.27. При натурных обследованиях важным является определение качества стали конструкций, проводимое путем механических испытаний образцов, химического и металлографического их анализа.

3.4.28. Испытание материалов стальных конструкций производится:

- при отсутствии сертификатов или недостаточности имеющихся в них данных;

- при обнаружении в элементах конструкций повреждений, особенно в виде трещин;

- если установленная по сертификатам и чертежам марка стали не соответствует требованиям современных норм.

3.4.29. При лабораторных испытаниях, как правило, определяют следующие показатели: механические свойства, пределы пропорциональности, упругости, текучести, временное сопротивление, истинное сопротивление разрыву, относительное удлинение и относительное сужение после разрыва.

Для конструкций, работающих на динамические нагрузки, обязательно проводят исследование ударной вязкости стали в соответствии с ГОСТ 9454. Ударную вязкость определяют при температурах +20, -20, -40, -70 °С. Температуру испытания устанавливают в зависимости от требований нормативных документов для конструкций данного вида и климатического региона.

При механических испытаниях образцов следует руководствоваться указаниями ГОСТ 1497, ГОСТ 9454 и СНиП II-23.

3.4.30. Отбор образцов для механических испытаний производится с ненагруженных или малонапряженных участков конструкций путем выпиливания металлорежущим инструментом.

Отбор заготовок для механических испытаний производится отдельно для каждой партии. К одной партии принадлежат элементы одного вида проката (лист, уголок, двутавры и т.д.), одинаковые по номерам, толщинам, маркам стали и входящие в состав однотипных конструкций (ферм, подкрановых балок, колонн и т.д.), одного периода поставки для изготовления.

Количество проб и образцов на каждую партию должно быть: при испытании на растяжение и на ударную вязкость - не менее 3 из каждого элемента; количество образцов из одного металла не менее 2 и от всей партии не менее 6.

Отбор образцов производят: для листовой стали - поперек направления проката, сортовой и фасонной - вдоль направления проката.

3.4.31. Химическим анализом определяют химический состав стали, металлографическим - структуру стали, наличие и характер включений и микротрещин в соответствии с указаниями ГОСТ 10243, ГОСТ 5639. Химические и металлографические анализы производятся специализированными лабораториями.

На основании проведенных лабораторных испытаний стали определяют ее марку в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТов и СНиП II-23.

3.4.32. Отбор образцов для химического анализа производится высверливанием. Поверхность металла перед отбором образцов зачищается до металлического блеска. Сверление производят в нескольких местах одного профиля, при этом режим сверления должен быть таким, чтобы стружка не имела цветов побежалости. Общий вес стружки для химического анализа должен составлять 50-100 г.

3.4.33. Отбор образцов для металлографического анализа производится с участков конструкций, где имеется опасность питтинговой коррозии, усталостных разрушений, изменений структуры металла, путем выпиливания. При этом должны соблюдаться меры по предотвращению нарушения структуры стали.

3.4.34. Размеры заготовок должны обеспечивать возможность изготовления пропорциональных образцов для испытаний в соответствии с ГОСТ 1497 и ГОСТ 7564.

При выпиливании минимальные размеры заготовок для изготовления плоских образцов из проката толщиной 8-10 мм составляют: длина - 205-220 мм, ширина - 30-35 мм. Допускается вырезание заготовок длиной 60-70 мм и шириной 12-15 мм, из которых изготавливаются цилиндрические образцы с =10 мм и начальной =10 мм.

В случае вырезания образцов автогеном со стороны линий среза должны оставаться припуски не менее 20 мм при толщине элемента до 60 мм и не менее 30 мм при большей толщине.

3.4.35. Испытание на растяжение производится по ГОСТ 1497 на плоских образцах с записью диаграмм растяжения. Предел текучести определяется по диаграмме.

Скорость перемещения захвата, мм/мин, при испытании до предела текучести не более 0,01, за пределом текучести - не более 0,2 длины расчетной части образца. Предпочтительными являются короткие образцы с расчетной длиной =5,56 , где - площадь поперечного сечения образца.

3.4.36. По результатам испытания на растяжение устанавливается соответствие применяемого в конструкциях и указанного в проектной документации класса стали. В случае если значение предела текучести или временного сопротивления ниже указанного в ГОСТе, сталь переводится в более низкий класс.

3.4.37. Пластичность стали оценивается по величине относительного удлинения. При полученных значениях относительного удлинения ниже установленных в нормах или соответствующего класса прочности стали следует обратить внимание на возможность появления хрупких трещин, особенно в зоне сварных соединений и повышенной концентрации напряжений.

3.4.38. Склонность стали к хрупкому разрушению выявляется по результатам испытаний на ударную вязкость. При неудовлетворительных результатах испытаний на ударную вязкость рекомендуется провести повторную оценку ударной вязкости на удвоенном числе образцов. Результаты повторных испытаний являются окончательными.

В случае если повторные испытания дадут неудовлетворительные результаты, ставится вопрос о необходимости усиления или замены конструкции.

3.4.39. Допускается определять механические свойства стали неразрушающими методами с корректировкой данных на основе контрольных лабораторных испытаний не менее трех образцов для каждого вида профиля.

3.4.40. Результаты обследований заносят в журнал, в котором указываются: наименование предприятия, цеха, отделения, вид конструкции и номера использованных чертежей и схем, места отбора проб металла и продуктов коррозии, измерений сечения, высверливаний и т.п. факторы обследований.

3.4.41. Выявленные фактические характеристики конструкций и их элементов сопоставляются с требованиями нормативных документов - СНиП II-23, других нормативных документов.

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