Вся электронная библиотека >>>

 Усиление каркасов зданий >>

 

НАУКА-СТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника



 

1.1. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

 

 

Качество изготовления и монтажа стальных конструкций; а также правила их технической эксплуатации регламентируются СНиП, ГОСТ и отраслевыми документами. Однако в результате несовершенства норм и ошибок проектирования, низкого качества работ по изготовлению и монтажу конструкций, нарушений правил технической эксплуатации в конструкциях появляются отклонения от проектных размеров, формы и качества сверх допускаемых пределов. Несовершенства, полученные конструкцией на стадии изготовления и монтажа, называются дефектами. Несовершенства, полученные в процессе эксплуатации, — повреждениями. Очагами развития повреждений часто являются дефекты изготовления и монтажа. Дефекты характеризуют начальное состояние конструкций. Повреждения возникают и развиваются во времени и зависят от срока эксплуатации и интенсивности воздействий. В зависимости от вызывающих их воздействий они могут быть разделены на: 1) силовые (механические) — разрывы, трещины, потеря устойчивости, искривления и местные погибы, расстройство соединений, абразивный износ и т.п.; 2) температурные — коробление  и   разрушение  элементов   при  высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах, повреждения защитных покрытий при нагреве; 3) химические и электрохимические — коррозия металла и разрушение защитных покрытий.

Повреждения от силовых воздействий возникают в результате несоответствия расчетных предпосылок действительным условиям работы конструкций и вызываются:

ошибками проектирования, связанными с неправильным определением нагрузок и внутренних усилий и подбором сечения элементов и узлов;

отличием фактического напряженного состояния от расчетного вследствие неизбежного упрощения и идеализации расчетной схемы конструкции, ее элементов, узлов и действующих нагрузок, а также недостаточной изученности действительной работы конструкций и характера воздействий;

 




 

пониженными прочностными характеристиками основного и наплавленного металла, дефектами, приводящими к концентрации напряжений и способствующими усталостному и хрупкому разрушению;

произвольным изменением сечений элементов, размеров сварных швов, количества заклепок и болтов при изготовлении и монтаже по сравнению с проектным;

недопустимой   перегрузкой   конструкций   при   эксплуатации;

нарушениями при монтаже и эксплуатации взаимного расположения конструкций (смещение прогонов, эксцентриситет и перепады в стыках подкрановых рельсов и т.п.), которые приводят к появлению дополнительных, не учитываемых расчетом, нагрузок и динамических воздействий;

нарушениями правил технической эксплуатации: ударами транспортируемых грузов, использованием конструкций для подвески блоков и опирания домкратов, подъема и перемещения грузов при ремонтах без соответствующего расчета и необходимого усиления, вырезкой отверстий в элементах конструкций для пропуска коммуникаций, удалением связевых элементов и т.д.

Нередко повреждения от силовых воздействий связаны с неудачным конструктивным решением узлов.

Для конструкций, подвергающихся действию подвижных динамических нагрузок — подкрановых балок (особенно при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы), балок рабочих площадок, расположенных под путями железнодорожного транспорта, завалочных машин характерны усталостные повреждения. Последние проявляются в виде трещин в основном металле, сварных швах и околошовной зоне и в расстройстве болтовых и заклепочных соединений.

Значительные повреждения металлических конструкций возникают при нарушении правил технической эксплуатации здания и сооружений.

Повреждениям от температурных воздействий в наибольшей степени подвержены элементы, расположенные вблизи источников тепловыделений. В горячих цехах при изменении температуры появляются значительные температурные перемещения, приводящие к отклонению конструкций от проектного положения. При наличии связей, которые препятствуют свободным перемещениям, в элементах конструкций возникают дополнительные напряжения, имеющие циклический характер. При определенных условиях эти напряжения могут привести к искривлению элементов или появлению трещин. При нагреве стальных конструкций до 100°С разрушается защитное покрытие, при 300-400°С происходит коробление элементов, особенно тонкостенных.

Нарушения правил эксплуатации оборудования и возникновение аварийных ситуаций могут привести к проливам расплавленного металла, короблению и пережогу элементов перекрытий и нижних частей колонн.

Повреждения от действия низких температур возникают, как правило, в открытых сооружениях и неотапливаемых зданиях. К таким повреждениям относятся хрупкие трещины в местах концентрации напряжений (сварные швы, резкие изменения сечений, фасонки ферм и т.д.), Особенно подвержены хрупким разрушениям конструкции, выполненные из кипящих сталей. Большую опасность для конструкций представляет резкое охлаждение элементов и возникновение "теплового удара".

Повреждения от действия агрессивных сред проявляются в виде разрушения защитных покрытий и коррозии металла. Интенсивность коррозионных повреждений, измеряемая скоростью (мм в год) проникания коррозии по толщине элемента и относительной площадью участков, пораженных коррозией, зависит от степени агрессивности эксплуатационной среды, материала конструкций (марки стали), конструктивной формы элементов, системы и качества нанесения противокоррозионной защиты, а также соблюдения правил технической эксплуатации (своевременная ликвидация протечек кровли, трубопроводов, контроль за герметичностью оборудования и т.д.). Дефекты и повреждения противокоррозионной защиты проявляются в виде шелушения, отслаивания, пор, трещин и других нарушений защитных свойств.

Повреждения металла возникают вследствие химической и электрохимической коррозии. Для стальных конструкций производственных зданий характерна электрохимическая коррозия. Коррозионные повреждения металла разделяются на общие равномерные или неравномерные по площади поверхности и местные в виде отдельных питингов, язв, сквозных поражений. Местные коррозионные поражения возникают при локальных воздействиях, например при протечках кровли, нарушении герметичности трубопроводов и т.д. Если общая поверхностная коррозия приводит к уменьшению площади поперечного сечения элементов и повышению уровня напряжений, то местная коррозия не только, ослабляет сечение, но и повышает концентрацию напряжений, что может привести к хрупкому разрушению конструкций.

По виду дефекты и повреждения металлических конструкций могут быть разделены на следующие группы:

1-я — ослабление поперечного сечения или отсутствие элемента. К этой группе относятся такие дефекты и повреждения, как вырез элемента или части сечения, отсутствие элемента, предусмотренного проектом, абразивный износ, уменьшение сечения по сравнению с проектом в результате замены при изготовлении, монтаже или эксплуатации. В качестве измерителя дефектов и повреждений 1-й группы можно принять отношение площади ослабленного сечения к проектной;

2-я — трещины в основном металле. Для продольных измерителем служит длина трещины, для поперечных — отношение длины трещины к ширине элемента или отношение площади сечения, ослабленного трещиной, к нормальной в процентах;

3-я — трещины в сварном шве имеют измеритель, аналогичный измерителю повреждений 2-й группы;

4-я — дефекты сварных швов: неполномерность швов, пороки сварки, отсутствие швов, За измеритель дефектов этой группы можно принять степень ослабления шва (отношение фактической и номинальной высоты шва, глубина подреза, отношение длины дефектного участка шва к полной и т.д.) ;

5-я — общее искривление элемента по всей длине, Измеритель — прогиб элемента или отношение прогиба к длине;

6-я —местное искривление на части длины элемента или вмятина. Эта группа повреждений характеризуется величиной и длиной искривленного участка;

7-я — ослабление или отсутствие болтов или заклепок. Измеритель — отношение ослабленных болтов к общему их количеству в соединении;

8-я — дефекты болтовых и заклепочных соединений, такие, как трещиноватость, неполномерность головок, перекос стержня, неплотность пакета и т.д. Измеритель — отношение дефектных заклепок или болтов к их общему количеству;

9-я — отклонение или смещение конструкций относительно проектного положения. Эти повреждения измеряются величиной смещения или отношением смещения к характерному размеру элемента;

10-я — взаимное смещение конструкций. К этой группе относятся: расцентровка элементов, внеузловое опирание и т.д. Измеритель — величина взаимного смещения;

11-я — зазоры в местах сопряжения элементов, которые измеряются величиной зазора;

12-я — коррозионные повреждения основного и наплавленного металла, характеризуемые глубиной проникания   коррозии;

13-я — повреждения защитного покрытия. Измеряются процентом поврежденной площади покрытия.

Детальный анализ несовершенств металлических конструкций производственных зданий и причин их возникновения содержится в работе

Конструкции покрытия (стропильные и подстропильные фермы, прогоны, фонари и связи). Основным типом стропильных конструкций эксплуатируемых промышленных зданий являются фермы с элементами из парных уголков. Наличие тонкостенных гибких стержней, сложная конфигурация сечений, повышенная концентрация напряжений в узлах делает эти конструкции весьма чувствительными к общим и местным перегрузкам, механическим, температурным и коррозионным воздействиям.

Важным фактором, определяющим состояние ферм, является качество их изготовления и монтажа.

Весьма распространенным дефектом изготовления, представляющим серьезную опасность, является также искривление сжатых элементов. Как показали обследования, выполненные на заводах металлических конструкций [28], до 15% элементов ферм уже на стадии изготовления имеют искривления, превышающие допустимые по нормам. Основные причины искривления элементов ферм - недостаточная правка проката и влияние сварки при несимметричном наложении швов, Чаще повреждаются средние гибкие элементы решетки. Величина искривлений с увеличением гибкости также растет. Количество элементов, искривленных в плоскости и из плоскости фермы, при изготовлении примерно одинаково [28].

Искривление элементов ферм, приводит к перераспределению дополнительных моментов, Увеличиваются прогибы фермы. Особенно опасно искривление сжатых элементов. Как показали исследования [28], снижение критических напряжений в искривленных стержнях достигает 15—30%. Известны случаи аварий, вызванных искривлениями сжатых раскосов.

Сварные соединения элементов ферм до недавнего времени выполнялись ручной сваркой и поэтому имели большое количество дефектов, наиболее существенные из которых — неполномерность шва и подрезы. При выполнении швов полуавтоматической сваркой количество дефектов стало значительно меньше.

Неполномерные швы с уменьшенной, по сравнению с проектом, высотой катетов снижают несущую способность узлов. Подрезы, кратеры, неравномерная высота шва повышают концентрацию напряжений и особенно опасны в случае эксплуатации ферм при отрицательной температуре (в неотапливаемых зданиях) и при наличии динамических и вибрационных воздействий (например, подвесных кранов). При изготовлении ферм нередко нарушается указание норм о минимальном (не менее 40 мм) расстоянии между торцами элементов решетки и поясами. Ограничение на этот размер было введено в СНиП М-В.3-62. В таких фермах в результате возможного при кантовках перегиба фасонок, локализуемого на участках малой длины, отмечались трещины в узлах. Кроме того, при близком расположении швов в фасонках создается поле растягивающих сварочных напряжений, что повышает опасность хрупкого разрушения [24, 39].

Расцентровка элементов ферм в узлах также нередко превышает допуск на изготовление металлических конструкций [60], особенно при изготовлении ферм в полевых условиях или мастерских. По данным обследования эксцентриситет иногда достигал 20 см. Дополнительные моменты, возникающие в узлах, приводят к изгибу стержней и более раннему развитию пластических деформаций вплоть до образования пластического шарнира. По длине стержня пластические деформации быстро затухают. Если для растянутых элементов ферм даже при значительной расцентров-ке не происходит заметного снижения несущей способности, то сжатые элементы могут преждевременно потерять устойчивость, кроме того, на участках, примыкающих к узлу, при развитии пластических деформаций возможна местная потеря устойчивости полок.

Наконец, достаточно распространенным дефектом изготовления ферм с элементами из парных уголков является пропуск соединительных прокладок. При отсутствии прокладок или постановке только одной каждый уголок работает раздельно, что при сжатии может привести к более ранней потере устойчивости.

Качество монтажа конструкций покрытий также не всегда соответствует требованиям нормативных документов. В результате небрежной транспортировки, складирования и подачи конструкций к месту монтажа увеличивается число и величина искривлений стержней ферм. Если при изготовлении искривление элементов в плоскости и из плоскости ферм равновероятно, то при монтаже искривления направлены в основном из плоскости ферм.

Из других дефектов монтажа следует отметить пропуск накладок и некачественное выполнение сварных швов в монтажных узлах, отклонение ферм от вертикальной плоскости, смещение узлов ферм относительно "осей колонн, внеузловое опирание прогонов и плит. Наиболее серьезны дефекты монтажных узлов» Так, пропуск накладок в опорных узлах ферм при неразрезной расчетной схеме послужил причиной аварии покрытия мартеновского цеха. Из-за отсутствия накладок в укрупнительном узле при монтаже обрушились фермы.

Для ферм покрытий с восходящим опорным раскосом и передачей опорного давления на уровне нижнего пояса отклонения от вертикальной плоскости практически не сказываются на их работе, поскольку диск кровли препятствует боковым перемещениям. При нисходящем опорном раскосе и передаче давления на уровне верхнего пояса под нагрузкой происходит нарастание отклонений, и схема работы фермы изменяется.

Смещение опорных узлов ферм относительно колонны, не влияя на работу ферм, приводит к появлению в колоннах дополнительных моментов, что должно быть учтено при расчете» Внеузловое опирание прогонов и плит вызывает изгиб поясов, в то же время, как показывают результаты исследований, если точка приложения нагрузки не выходит за пределы фасонок, то дополнительные напряжения в поясах невелики и практически не снижают несущую способность ферм.

При креплении ферм к колоннам сбоку частыми дефектами монтажа являются: перекос опорной поверхности фланца фермы и внецентренная передача нагрузки на опорный столик; зазор между фланцем и опорным столиком и "зависание" фермы на монтажных болтах; зазор между фланцем и колонной и малая площадь опирания фланца на опорный столик. Все эти дефекты искажают принятую при расчете схему работы опорного узла и приводят к перенапряжению его элементов. Особенно опасно отсутствие опорного столика и передача опорного давления фермы на колонну через нерасчетные монтажные болты. Это, например, вызвало обрушение ферм на одном из металлургических заводов.

Основными видами повреждений ферм, возникающих при эксплуатации, являются искривления и местные погибы элементов. Как и при изготовлении чаще повреждаются средние гибкие элементы решетки, Большинство искривлений направлено из плоскости ферм. Среди причин, вызывающих искривления и местные погибы элементов при эксплуатации, следует выделить следующие:

начальные несовершенства (искривления и местные погибы), возникающие при изготовлении и монтаже;

нарушение правил технической эксплуатации (использование ферм для подвески блоков при ремонте оборудования, крепление коммуникации между узлами и т.д,) ;

несоответствие фактической расчетной схемы принятой при проектировании (ужесточение опорных узлов ферм при шарнирной расчетной схеме, внеузловое опирание прогонов и плит, пропуск связей, закрепляющих сжатые пояса из плоскости ферм, и т.д.) ;

перегрузка ферм;

температурные воздействия в горячих цехах.

При работе ферм под нагрузкой начальные искривления сжатых элементов увеличиваются, а растянутых — уменьшаются, однако полного их исправления не происходит. Поэтому, если при обследовании выявлено, что количество искривленных сжатых и растянутых элементов приблизительно одинаково, то основной причиной их повреждений следует считать низкое качество изготовления и монтажа.

При подвеске блоков и креплении коммуникаций общие искривления часто сопровождаются местными погибами, а на элементах остаются следы крепления тросов. Такие повреждения чаще встречаются в поясах ферм. Ужесточение опорного узла ферм (увеличение толщины фланца, обварка узла) при шарнирной расчетной схеме приводит к появлению дополнительного, не учитываемого расчетом, опорного момента. Нижний пояс от горизонтальной составляющей оказывается сжатым и при большой гибкости теряет устойчивость. Нередко предусмотренные в проекте распорки по верхним поясам ферм в подфонарном участке пропускаются при монтаже или вырезаются в процессе эксплуатации. В результате увеличивается расчетная длина пояса из плоскости фермы и он может потерять устойчивость.

Перегрузка ферм возникает при возрастании собственного веса покрытия (применение более тяжелых, чем принято в проекте плит покрытия, увеличение толщины и утяжеление утеплителя и стяжки, наложение дополнительных слоев гидроизоляционного ковра и т.д.), подвеске дополнительных, не предусмотренных проектом коммуникаций и оборудования, отложений пыли на кровле, больших снегоотложений, привышающих расчетное значение снеговых нагрузок и образование снеговых мешков.

При увеличении нагрузок сжатые элементы, особенно если они имели начальные искривления или погибы, теряют устойчивость, что в конечном счете может привести к обрушению ферм. В растянутых элементах при увеличении нагрузки могут развиться пластические деформации, в результате увеличивается прогиб фермы и перераспределяются усилия в элементах. Однако, как показывают обследования, разрыв растянутых элементов — явление чрезвычайно редкое даже при больших перегрузках, что свидетельствует об определенных запасах их -несущей способности. Повреждение и разрушение сварных и клепаных соединений ферм от перегрузок при качественном их изготовлении также бывает крайне редко.

В горячих цехах температура нагрева конструкций покрытия достигает иногда 200-300°С. В этих условиях при стеснении температурных перемещений в нижних поясах появляются сжимающие усилия, которые превышают критическую силу потери устойчивости. В результате элементы нижнего пояса искривляются, и ферма получает большие прогибы.

Трещины в фасонках и стыковых накладках ферм хотя и встречаются редко, тем не менее представляют собой одно из наиболее опасных повреждений. Их появление связано, как правило, с низким качеством материала (применение кипящих сталей, сильно загрязненных вредными примесями), наличием острых концентраторов (дефекты сварных швов, надрезы кромок и т.д.), предварительным пластическим деформированием металла в результате перегибов при кантовке ферм. В этих условиях трещина может возникнуть и при достаточно низких рабочих напряжениях (для кипящих сталей при 4-5 кН/см2). Нередко трещины возникают еще во время изготовления и монтажа ферм. При эксплуатации конструкций при пониженной температуре (ниже критической для данной марки стали) или увеличении нагрузки трещины развиваются и могут привести к обрушению конструкций.

Расстройство болтовых соединений в опорных узлах ферм встречается довольно редко и связано в основном с повышенными динамическими воздействиями кранов. Подстропильные фермы имеют достаточно мощное сечение элементов и повреждаются в значительно меньшей степени, чем стропильные.

Основным видом повреждений прогонов кровли являются остаточные прогибы, вызванные перегрузкой покрытий от чрезмерного скопления снега, пыли й превышения собственного веса покрытия по сравнению с проектом. Особенно часты остаточные прогибы в местах перепада высот и у фонарей, т.е, в зонах образования снеговых мешков. Недостаточное раскрепление прогонов (удаление или провисание тяжей по прогонам, отсутствие элементов крепления кровельного настила и т.д.) приводит к искривлению их в плоскости ската.

Для конструкций фонарей наиболее частым повреждением является искривление раскосов стоечных фонарей с нисходящими раскосами. В соответствии с принимаемой расчетной схемой расчет раскосов выполняется в предположении их работы на растяжение. В то же время в нисходящем раскосе при достаточной жесткости его прикрепления в узлах от действия ветровой нагрузки возникает сжимающее усилие, что вызывает потерю их устойчивости.

Массовый характер носят повреждения связей по покрытию, особенно в горячих цехах и в зданиях, где эксплуатируются краны особо тяжелого режима работы. К наиболее частым повреждениям связей относятся искривления и местные погибы, удаление связей для пропуска коммуникаций, расстройство узлов крепления. При этом снижается пространственная жесткость каркаса, увеличивается расчетная длина сжатых поясов ферм, нарушается проектное положение конструкций. Особую опасность вызывает удаление или повреждение распорок по верхним поясам ферм в подфонарных участках, что может привести к потере устойчивости пояса и вызвать обрушение покрытия. При малых зазорах между мостовыми кранами и конструкциями покрытия провисающие связи препятствуют нормальной эксплуатации кранов.

Опасным дефектом является недостаточная площадь опирания плит покрытия на стропильные фермы и прогоны, что может привести к обрушению кровли. К грубым нарушениям требований монтажа относится также отсутствие приварки железобетонных панелей к поясам ферм, так как при этом ухудшаются условия раскрепления поясов и увеличивается их расчетная длина.

Сложная конфигурация сечений, малые толщины проката, зазоры в элементах из парных уголков уменьшают коррозионную стойкость решетчатых элементов покрытия. Повышенная влажность воздуха, наличие агрессивных по отношению к металлу компонентов приводят к развитию равномерной коррозии элементов. Протечки кровли и стенового ограждения, выделение пара или конденсата из-за неисправностей стыков трубопроводов способствуют развитию местных коррозионных поражений. Особо интенсивные местные коррозионные поражения возникают в опорных узлах стропильных и подстропильных ферм, расположенных вблизи воронок внутренних водостоков, в верхних поясах ферм в местах опирания фонарей и у ендов кровли. Ускорению коррозии способствует скопление пыли на элементах конструкций, особенно в случае ее увлажнения. Наиболее высокая скорость коррозии элементов покрытия отмечается в травильных, гальванических и других производствах, связанных с агрессивными жидкостями, находящимися в открытых емкостях.

Большая площадь поверхности решетчатых конструкций, трудность доступа ко всем элементам, особенно к верхним поясам, затрудняет качественную подготовку и окраску их при эксплуатации. В результате уже через 2, 3 года после дополнительной окраски защитные покрытия разрушаются и коррозионный процесс интенсифицируется.

Колонны производственных зданий работают в более благоприятных условиях, чем другие элементы каркаса. Расчет колонн выполняется на совместное действие нескольких нагрузок и в нормальных условиях эксплуатации усилия в колоннах значительно меньше расчетных. Мощные развитые сечения колонн лучше сопротивляются механическим и коррозионным воздействиям. Преимущественная работа на сжатие и слабое воздействие динамических и вибрационных нагрузок не создают предпосылок для возникновения хрупких разрушений. Как показывают обследования, даже при большом сроке эксплуатации состояние колонн в основном удовлетворительное, а случаев обрушения колонн не зафиксировано.

Дефекты изготовления (искривления и погибы отдельных элементов, дефекты сварных швов), как правило,   незначительны и мало влияют на несущую способность колонн. Более существенны дефекты монтажа, основными из которых являются отклонения от проектного положения (смещение в плане, отклонение от вертикали), искривления колонн и слабая затяжка анкерных болтов. Эти дефекты изменяют расчетную схему колонн, вызывают дополнительные моменты вследствие эксцентричного приложения нагрузки от подкрановых балок и элементов покрытия и могут привести к преждевременной потере устойчивости. Кроме того, отклонение колонн от проектного положения ухудшает работу элементов стенового ограждения и нарушает геометрию подкрановых   путей,  что   может  мешать их нормальной эксплуатации.

Повреждения колонн при эксплуатации связаны в основном с нарушениями правил технической эксплуатации. В зонах проездов, складирования, работы кранов колонны часто подвергаются ударам транспортируемыми грузами, магнитными шайбами, грейферами и получают искривления и местные погибы. Особенно повреждаются гибкие элементы решетки и полки подкрановых ветвей. В стенках колонн устраиваются вырезы для пропуска коммуникаций без усиления ослабленных сечений. При опирании подкрановых балок на консоли колонн отмечались случаи обрыва консолей, вызванные усталостным разрушением швов их крепления.

В зданиях, возведенных на просадочных грунтах, наблюдаются значительные осадки и повороты фундаментов, что нарушает положение подкрановых путей и конструкций покрытия и может вызвать повреждение узлов их крепления.

В горячих цехах на колонны действуют значительные температуры, в результате чего в нижних частях колонн вблизи тепловых агрегатов и в зонах складирования горячего металла возникают большие деформации. В зданиях большой длины при установке двух дисков вертикальных связей разрушаются узлы крепления связей, а в элементах связей появляются трещины. Общие коррозионные повреждения колонн сравнительно невелики.

В худших условиях находятся элементы решетки, ребра жесткости и диафрагмы из-за относительной тонкостенности сечения и возможности скопления пыли на горизонтальных поверхностях, что при увлажнении усиливает коррозию.

Значительной местной коррозии подвергаются отдельные узлы и части колонн, особенно в случае соприкосновения их с грунтом, мусором, вблизи ендов и внутренних водостоков с неисправной гидроизоляцией, в местах возможных протечек технических жидкостей и т.д. К таким узлам относятся оголовки колонн, узлы опирания подкрановых балок и особенно базы колонн и узлы крепления вертикальных связей, расположенные ниже отметки пола и необетонированные. Периодическое увлажнение и воздействие агрессивных жидкостей в короткие сроки может привести к сквозному коррозионному поражению конструкций.

Подкрановые конструкции работают в наиболее сложных условиях, значительно отличающихся от работы обычных балочных конструкций и, как показывают обследования, уже через 2, 3 года после начала эксплуатации в зданиях с кранами "особого" режима работы в подкрановых балках появляются первые повреждения.

К основным факторам, способствующим возникновению повреждений подкрановых конструкций, относятся: действие сосредоточенных подвижных нагрузок, достигающих 800 кН и носящих динамический характер; переменный и знакопеременный многократно повторяющийся цикл напряжений, который вызывает усталость металла; сложный характер напряженного состояния;   жесткость  узлов   крепления  подкрановых  конструкций  к колоннам и несоответствие их фактической работы принимаемой расчетной схеме; дополнительные факторы, усложняющие работу конструкции, такие, как эксцентриситет приложения нагрузки, неравномерность давлений на колесах крана, неровности контактной поверхности рельса и пояса, сварочные напряжения и т.д. Интенсивному развитию повреждений способствуют также дефекты изготовления и монтажа. Анализ особенностей действительной работы подкрановых конструкций изложен в [24].

Одной из причин повреждения подкрановых конструкций является низкое качество сварных соединений. Поясные швы, выполняемые автоматом, в нарушение требований норм на изготовление конструкций часто не доводятся до торцов балок на 150— 400 мм и завариваются полуавтоматической или ручной сваркой. Низкое качество швов, выполненных вручную или полуавтоматом, создает дополнительную концентрацию напряжений. Глубина проплавления швов, даже выполненных автоматом, часто не превышает 0,5 высоты шва и по линии сопряжения стенки и пояса возникает непровар. Стыки поясов выполняются без выводных планок и имеют кратеры. Все эти дефекты уменьшают предел выносливости соединения и вызывают зарождение усталостных трещин. Монтаж подкрановых конструкций нередко выполняется с отклонениями от проектного положения, рельсы укладываются с эксцентриситетом, что вызывает дополнительные, не учитываемые при расчете воздействия. В швах крепления тормозных конструкций к балкам также встречается много дефектов. Часто эти соединения выполняются прерывистыми швами, отсутствует под-варка и т.д.

Наиболее характерными повреждениями сварных подкрановых балок являются: трещины в верхнем поясном шве и в стенке в околошовной зоне, трещины в швах крепления ребер жесткости к верхнему поясу, трещины в стенке под короткими ребрами жесткости, поперечные трещины в верхнем поясе, местные погибы верхнего пояса и ребер жесткости, В балках с ребрами, имеющими вырез, трещины в стенке развиваются от конца выреза. Все трещины носят ярко выраженный усталостный характер и возникают под действием многократно повторяющейся местной нагрузки. Трещины в нижнем поясе подкрановых балок встречаются крайне редко и возможны лишь при наличии существенных дефектов (например, непровары, кратеры, глубокие подрезы в стыках швов),

Местные прогибы верхнего пояса возникают от эксцентричного приложения местной нагрузки и поворота пояса. Иногда погибы пояса являются следствием потери местной устойчивости. Кроме того, при ремонте кранов на верхние пояса балок опирают домкраты для подъема крана, что также может вызвать местные повреждения.

Отсутствие остаточных сварочных напряжений, меньшая концентрация напряжений, утолщение верхней части стенки полками поясных уголков, податливость заклепочных соединений облегчают условия работы клепаных балок и делают их более долговечными. Повреждения в них возникают значительно позже, чем в сварных балках. Основные виды повреждений клепаных балок - ослабление и разрушение заклепок верхнего пояса, продольные и поперечные трещины в верхних поясных уголках, местные погибы верхнего пояса. Повреждений в нижнем поясе, как и в сварных балках, практически не наблюдается.

В наиболее сложных условиях работают элементы решетчатых подкрановых балок. Наличие острых концентраторов напряжений в узлах, знакопеременный цикл напряжений в верхнем поясе приводят к ускоренному развитию повреждений усталостного характера [24]. Трещины возникают в продольных швах верхнего пояса (аналогично сварным балкам) и в фасонках. Наблюдались случаи разрыва раскосов.

Для тормозных конструкций характерны трещины в швах крепления листов или фасонок к верхнему поясу балок и местные погибы элементов. Часть повреждений тормозных конструкций связана с грубыми нарушениями правил технической эксплуатации — складированием на тормозных площадках тяжелых грузов, вырезкой отверстий и отдельных элементов тормозных ферм и т.д.

Много повреждений возникает в узлах крепления подкрановых конструкций к колоннам. Это трещины и ослабление болтовых соединений в местах крепления тормозных конструкций и балок, повреждения элементов крепления, ослабление болтов взаимного соединения балок. Особенно часто повреждаются узлы разрезных балок с жесткими элементами (диафрагмами, горизонтальными накладками), препятствующими повороту и продольному перемещению опорных сечений балок. В немалой степени повреждения подкрановых конструкций зависят от состояния крановых путей: нарушение геометрии путей в плане и по вертикали вызывает дополнительные усилия, смещение рельса с оси балки способствует возникновению крутящего момента, неровности пути и повреждения стыков рельса увеличивают динамический характер нагрузки.

Повреждения подкрановых конструкций общей поверхностной коррозией незначительны благодаря мощности сечений и открытому, хорошо обдуваемому профилю. При обследованиях старых цехов иногда наблюдались отдельные очаги повышенной местной коррозии у опорных узлов, в местах крепления к балке тормозного листа, особенно при наличии в таких местах производственной пыли и атмосферной влаги. Это относится чаще всего к подкрановым балкам крайних рядов при плохом состоянии бокового остекления.

Основным фактором, определяющим развитие повреждений и долговечность подкрановых конструкций, является интенсивность крановых нагрузок, т.е. режим работы крана. В зданиях с кранами легкого режима работы (группы режима 1К— ЗК по ГОСТ 25541—82) интенсивность крановых нагрузок мала и усталостные повреждения не успевают проявиться. Повреждения подкрановых конструкций в таких зданиях достаточно редкие и возникают в основном только при нарушениях правил технической эксплуатации и грубых ошибках проектирования, изготовления и монтажа.

При среднем режиме работы крана (группы режима 4К—5К) вероятность усталостных повреждений повышается. Однако в связи с невысокой интенсивностью крановых нагрузок первые усталостные повреждения в подкрановых балках появляются через 20 лет после начала эксплуатации. В наиболее сложных условиях работают подкрановые конструкции в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы (группы режима 6К— 8К). В основном это здания металлургического производства. Повреждения подкрановых конструкций в таких зданиях возникают уже в первые годы эксплуатации и иногда через 5—10 лет балки выходят из строя,

К основным повреждениям балок путей подвесных кранов относится абразивный износ по ширине и толщине ездовой полки и толщине стенки [36]. Для кран-балок грузоподъемностью до 5 т решающим является износ по ширине полки и толщине стенки. Перекосы крана и сужения — расширения путей способствуют ускоренному абразивному износу.

Из других повреждений балок путей следует отметить остаточные прогибы, которые возникают при подъеме грузов, превышающих грузоподъемность крана, отгибы  полок балок, трещины и расстройство болтовых соединений в узлах крепления балок к вышележащим конструкциям.

Характерной особенностью эксплуатации рабочих площадок цехов металлургического цикла является воздействие на них динамических подвижных нагрузок от завалочных машин и железнодорожных составов, а также высоких температур. Усталостные повреждения главных балок, расположенных под путями, во многом аналогичны повреждениям подкрановых балок, однако в связи с меньшей величиной и интенсивностью нагрузок накопление повреждений в них происходит медленнее.

В цехах с горячим производством в результате температурных воздействий элементы рабочих площадок часто получают искривления. Периодические нагрев и охлаждение конструкций расшатывают и повреждают опорные соединения. В элементах вертикальных связей возможны трещины.

Основными видами повреждений вспомогательных металлических конструкций зданий (площадки, лестницы, ограждения, ворота и т.д.) являются механические повреждения и коррозионный износ, обусловленные тонкостенностью сечений, а также вызванные нарушениями правил технической эксплуатации (удары, перегрузка, загрязнение и т.д.).

 

 

 МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ. Металлические конструкции - нормы и правила ...

«Металлические конструкции» — первое учебное пособие курса «Конструкции зданий и сооружений», предлагаемое студентам архитектурных вузов. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/

 

 Изделия из стали и металлические конструкции. Профильная сталь ...

Стальные конструкции обычно выполняют из прокатных элементов различного профиля (выпускаемых по определенному перечню - сортаменту), трубчатых и гнутых ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-104-stroymaterialy/108.htm

 

 МОНТАЖ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ. Металлические конструкции ...

Металлические конструкции необходимо монтировать в соответствии с чертежами КМД (конструкции, металлические, деталировка), разработанными по рабочим ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-3/38.htm

 

 Металлические конструкции. Металлические каркасы. КЛАССИФИКАЦИЯ И ...

Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо специально защищать от действия огня. Это объясняется тем, что при нагревании . ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/2.htm

 

 Металлические конструкции для защиты от коррозии окрашивают ...

Металлические конструкции для защиты от коррозии окрашивают масляными красками, пентафталевыми эмалями ГФ-230 и ПФ-115, нитроглифталевыми эмалями НЦ-132К, ...
bibliotekar.ru/spravochnik-10/49.htm

 

 Металлические конструкции. Защита металлических конструкций от огня

Металлические конструкции широко применяются в современном строительстве при возведении общественных и промышленных зданий и сооружений. ...
bibliotekar.ru/stroymaterialy/98.htm

 

 МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ. Стальные конструкции. Монтаж стальных конструкций

Металлические конструкции Металлы и металлические конструкции. Металлические сплавы · МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ. Металлические конструкции - нормы и правила . ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-119-konstrukcii/

 

К содержанию книги:  Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

 

Смотрите также:

 

 Каркасные здания. Связи по поясам ферм. Ригели, распорки и ...

ЭЛЕМЕНТЫ КАРКАСОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ ... Сплошные изготовляют из прокатных двутавров с усилением верхнего пояса уголками или плоскими листами. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/25.htm

 

 КОЛОННЫ. Колонны каркаса. Выбор высоты колонны

Увеличение марки бетона до М 600 и усиление косвенного армирования позволили повысить .... Под колонны каркаса зданий устраивают фундаменты из. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-156-karkas/8.htm

 

 ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ. Строительные материалы

Накоплен некоторый опыт строительства зданий из объемных элементов. ... усиление прочности которых достигается путем укладки стальных стержней, сеток или каркасов при изготовлении изделий. ... Изделия для конструкций каркасов зданий. ...
bibliotekar.ru/spravochnik-32/26.htm

 

 Профили для крепления гипсокартонных и гипсоволокнистых листов ...

При изготовлении каркасов для крепления гипсокар-. тонных и гипсоволокнистых листов используются разные ... всех категориях зданий: жилых, общественных, ... канавки предназначены не только для усиления профиля,. но и для центрирования ...
bibliotekar.ru/spravochnik-90/4.htm

 

 Изготовление рам каркаса. Достройка каркаса. Изготовление и монтаж ...

Изготовление рам каркаса. Каркас состоит из поперечных жестких рам, положение которых в плане совпадает с внутренними и наружными поперечными стенами здания ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-91/43.htm

 

 ПЕРЕКРЕСТНО-СТЕРЖНЕВЫЕ КОНСТРУКЦИИ. ОПИРАНИЯ ПЕРЕКРЕСТНО ...

Такое опирание без дополнительного усиления можно допустить при сравнительно ... Хотя металлы негорючи, но металлические конструкции зданий необходимо ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/42.htm