Обследование здания проводилось в соответствии с РД 153–34.1 21.530–99 «Методические указания по обследованию строительных конструкций производственных зданий и сооружений тепловых электростанций. Часть 2. Металлические конструкции».
Объем и программа обследования металлоконструкций определяются в каждом конкретном случае техническим заданием, утвержденным руководством Заказчика, и зависят от состояния элементов металлоконструкций.
Материалы обследования являются исходными данными для составления заключения о состоянии металлоконструкций или разработки проекта по их восстановлению, усилению, реконструкции.
При выполнении работ по обследованию металлоконструкций необходимо соблюдать требования правил техники безопасности.
До начала обследования был произведен предварительный (рекогносцировочный) осмотр объекта для определения объема, специфики и направленности обследования, необходимых подготовительных работ (изготовление подмостей и лестниц для обеспечения непосредственного доступа к конструкциям, очистка поверхностей и т. д.), а также выявления необходимости проведения специальных исследований (измерение динамических характеристик, геодезическая съемка и т. д.).
В процессе предварительного осмотра, прежде всего, было обращено внимание на конструкции, вызывающие опасение.
Обследование металлоконструкций должно выполняться специалистами организаций, которые имеют соответствующие лицензии, по договорам с руководством предприятия.
Аппаратура и средства измерений, применяемые при технической диагностике и определении свойств материалов, степени коррозионного износа и деформации металлоконструкций, должны обладать необходимой точностью и соответствовать требованиям стандартов.
Все применяемые средства измерений должны иметь действующее поверительное (калибровочное) клеймо и сертификат о поверке (калибровке).
При обследовании металлических конструкций учитывается вся информация о конструкциях обследуемого объекта, об особенностях изготовления, монтажа, строительства и условий эксплуатации металлических конструкций.
С этой целью до начала визуального обследования должна быть подобрана и проанализирована в полном объеме техническая документация. На данный объект это -паспорт на обследование здания или сооружения; остальные типы технической документации отсутствуют.
Из комплекта деталировочных чертежей КМД были отобраны чертежи конструкций, подлежащих обследованию: монтажные схемы колонн, вертикальных и подстропильных ферм; монтажные схемы стропильных ферм и связей по верхним и нижним поясам ферм; монтажные схемы подкрановых балок и тормозных площадок и т. д.
Из комплекта рабочих чертежей КМ отобраны: данные о проектных нагрузках (постоянных и временных) с указанием мест их приложения, планы, поперечные и продольные разрезы обследуемых сооружений, узлы конструкций, необходимые расчеты.
Исходными данными для оценки материала обследуемых конструкций служит: год производства стали и технические условия на ее поставку, результаты контрольных механических испытаний и химических анализов специально вырезанных образцов, испытаний на загиб в холодном состоянии и ударную вязкость.
Сведения, которые невозможно установить по документам, выявляются по опросам персонала служб эксплуатации, а также непосредственно при обследовании конструкций. При отсутствии чертежей конструкций составляются эскизы по измерениям в натуре.
Обследование металлических конструкций производится после подбора и анализа технической документации.
Натурное обследование конструкций производится с целью:
‒ проверки соответствия конструкций проекту;
‒ выявления дефектов и повреждений, являющихся следствием отступлений от требований строительных норм и правил (СНиП) при изготовлении, монтаже, транспортировании, хранении и неудовлетворительной эксплуатации конструкций;
‒ выявления фактических условий и особенностей эксплуатации конструкций.
Проверка соответствия конструкций проекту производится путем сравнения натуры с рабочими чертежами КМ и КМД.
При этом необходимо выполнить:
‒ натурные измерения основных геометрических параметров (пролетов и высот балок, ферм, шагов колонн и др.);
‒ измерения поперечных сечений рабочих элементов конструкций, измеряемых в двух-трех местах по длине элемента по предварительно зачищенной до блеска поверхности;
‒ измерения местоположения стыков, измерения сечений, ребер жесткости, соединительных элементов, связей, опорных частей и т. п.;
‒ сопоставление с проектом конструкций стыковых соединений, конструкций опорных частей, определяющих несущую способность (опорных столиков, опорных плит, анкерных болтов и т. п.).
Визуальному обследованию с целью выявления дефектов и повреждений подвергаются: колонны, стропильные и подстропильные фермы, прогоны, горизонтальные и вертикальные связи между фермами и колоннами, подкрановые пути, подкрановые балки с их тормозными конструкциями и другие конструкции.
В первую очередь при обследовании следует обращать внимание на дефекты, приводящие к снижению несущей способности конструкций или к ненадежности и несовершенству общей пространственной схемы обследуемого здания или сооружения.
Дефекты и повреждения при обследовании металлоконструкций выявляются следующими методами:
Общие и местные деформации (прогибы, выгибы, искривления, выпучивания, погнутости, вмятины и т. п.) металлических конструкций в целом или отдельных элементов следует определять путем натяжения тонкой проволоки между концами конструкций или элемента и измерения максимального расстояния между проволокой и конструкцией или элементом.
При измерении местных деформаций (прогибов, вмятин и т. п.) допускается применять вместо проволоки металлическую линейку, прикладываемую к элементу конструкции.
Отклонение металлической конструкции в целом или отдельных ее элементов от вертикали следует выявлять с помощью отвеса и уровня с измерением максимального значения отклонения линейкой, рулеткой и т. п. иди геодезической съемкой.
Отклонения металлических конструкций от проектного положения в плане необходимо определять, как правило, геодезической съемкой. Допускается определять смещение конструкции в плане с помощью проволоки, линейки, рулетки и т. п.
Ширину раскрытия трещин в металле следует определять с помощью градуированной лупы или мерительного микроскопа.
Обнаруженные отступления от проекта, дефекты и повреждения должны быть отражены в специальных ведомостях и схемах. Ведомости дефектов должны быть составлены по отдельным видам конструкции (фермы, колонны, балки и т. д.) с указанием местоположения дефекта (наименование стержня панели, расстояние до узла и т. п.). Ведомости должны содержать специальные схемы, дефекты должны быть детально описаны и зафиксированы с указанием размеров, характеризующих их.
Сварные швы должны удовлетворять комплексу требований на механическую прочность, пластичность, ударную вязкость, сопротивляемость образованию и распространению трещин.
Прочность сварного соединения зависит от длины и высоты шва, механических свойств и качества шва и основного металла. Сварные соединения должны иметь полный провар, хорошую сплошность наплавленного металла, должны обладать высокими механическими свойствами и быть равнопрочными с основным металлом.
Особое внимание при осмотре сварных швов и основного металла в околошовной зоне должно быть обращено на: места непосредственного воздействия динамических нагрузок (например, на верхние поясные швы подкрановых балок); концы угловых швов(например, в прикреплениях элементов решетчатых балок и ферм к фасонкам); места пересечений и изменения направления сварных швов; наличие прерывистых швов в сварных балках, колоннах и других несущих конструкциях; трещины всех видов, направлений и размеров (признаками наличия трещин являются потеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, шелушение краски и т. д.).
При осмотре сварных швов в первую очередь следует обращать внимание на дефекты, которые могут привести к возникновению хрупких трещин (поджоги основного металла в начале сварного шва и вдоль него, некачественное окончание сварного шва — появление кратеров, усадочных микротрещин и пр.), непрерывность сварных швов, а также на их размеры (катет и длину). При определении фактической длины сварного шва, закладываемой в последующий поверочный расчет, из общей его длины вычитается пропуски и по 20мм на начало и конец сварного шва.
При выявлении трещин следует обращать особое внимание на следующие сварные соединения и узлы.
Наиболее отрицательное влияние оказывают трещины, расположенные по оси шва, и узкие глубокие непровары, так как на их острых краях может происходить резкое возрастание напряжений.
При работе конструкций на динамическую нагрузку совершенно недопустимо наличие как трещин, так и непроваров.
При статической нагрузке недопустимы любые трещины и непровары глубиной более 10–15 % толщины металла.
Особое место среди возможных дефектов в швах занимают очаги коррозии, возникающие при эксплуатации конструкций в химически активных средах.
Степень влияния дефектов и повреждений на прочность металлоконструкций зависит от формы дефектов, их глубины и расположения по отношению к направлению действующих усилий. Наиболее опасны дефекты, имеющие вытянутую форму и острые очертания. В сварных швах металлоконструкций могут быть допущены лишь неглубокие дефекты, не превышающие 5–10 % толщины соединяемых элементов.
Для элементов, работающих в условиях статических нагрузок, наиболее опасными является расположение дефектов перпендикулярно максимальному растягивающему усилию.
Наиболее тщательно необходимо осматривать места примыкания ребер, диафрагм, различных накладок, места с различной толщиной и формой швов, швы с технологическими дефектами (непровары, подрезы кромок, наплывы, поры, шлаковые включения, кратеры и т. п.).
Дефекты и повреждения сварных соединений выявляются следующими методами:
‒ внешние дефекты сварных соединений (поверхностные трещины, неполномерность швов, подрезы, прожоги и т. д.) — наружным осмотром. Перед осмотром сварной шов и прилегающий к нему металл очищаются от шлака и металлических брызг. Осмотр производится невооруженным глазом при хорошем освещении (в необходимых случаях применяется лупа). Обмер швов осуществляется с помощью специальных шаблонов и измерительных инструментов.
‒ внутренние дефекты сварных швов (непровары, пористость, неметаллические включения, трещины и т. д.)- путем засверливания швов и травления мест засверливания. В отдельных случаях качество швов может проверяться с помощью рентгеновских лучей, ультразвука или магнитографического метода.
Перед осмотром металлические конструкции должны быть очищены от грязи и пыли. Места возможного наличия трещин должны быть очищены от коррозии и зачищены до металлического блеска.
Сварные швы должны быть очищены кроме того от краски и шлака с помощью металлических щеток. При очистке запрещается наносить по швам удары зубилом или молотком, оставляющие вмятины и зарубки на наплавленном и основном металле.
В сомнительных случаях соответствующий участок металла (участок сварного шва) необходимо зачистить наждачным кругом, напильником, шкуркой и протравить.
Наличие трудноразличимой трещины выявляется путем снятия тонкой стружки металла по направлению предполагаемой трещины. Раздвоение стружки подтверждает наличие трещины в данном месте.
Для выборочного исследования отдельных швов сомнительного качества применяется микроанализ шлифованного и травленого сечения шва.
Качество отдельных швов можно определить путем высверливания лунок электросверлом с протравкой 10–12 %-ным водным раствором двойной соли хлорной меди и аммония. После травления наплавленный металл темнеет, а непровары, шлак и другие дефекты становятся видимыми. По окончании работ лунки заваривают.
Выявление внешних дефектов заклепочных и болтовых соединений производится путем их наружного осмотра с использованием мерительных инструментов и шаблонов. Неплотная затяжка болтов, дрожание и подвижность заклепок, неплотное заполнение отверстий телом заклепки должны устанавливаться путем простукивания молотком массой 300–400 г с прикладыванием с противоположной стороны пальца, касающегося одновременно головки болта, гайки или головки заклепки и соединяемого элемента.
Неплотности соединения элементов в пакете и неплотности прилегания головок к склепываемому пакету контролируются щупом толщиной 0,2мм.
Наиболее опасные дефекты заклепочных соединений, подлежащих устранению:
‒ неплотное прижатие головки заклепок к склепываемому пакету по всему контуру или на части его;
‒ трещиноватость головки заклепки;
‒ недостаточная или излишняя длина стержня заклепки;
‒ несовпадение отверстий в элементах склепывания пакета;
‒ неправильное центрирование головок заклепок при клепке;
‒ коррозия заклепки.
Наиболее опасные дефекты болтовых соединений, подлежащих устранению:
‒ наличие отверстий, не заполненных болтами;
‒ отсутствие шайб под гайками и в необходимых случаях контргаек;
‒ наличие недостаточно затянутых болтов;
‒ смещение осей болтов от проектного положения.
Степень поражения металла коррозией определяется установлением вида коррозии: общая (равномерная) и местная (язвенная, питтинговая), щелевая, а также измерениями размеров коррозионных повреждений. При равномерной коррозии степень поражения металла определяется путем сравнения измерений поперечных сечений с сечением элемента, предусмотренным проектом.
При местной коррозии определяются диаметр и глубина язв или питтингов и их количество на единицу поверхности.
Для определения размеров коррозионных повреждений элементы металлических конструкций необходимо предварительно тщательно очистить от загрязнений, старой краски и продуктов коррозии до металлического блеска.
Толщина элемента, ослабленного коррозией, измеряется микрометром или штангенциркулем не менее чем в трех точках.
При невозможности измерения толщины с двух сторон применяются ультразвуковые толщиномеры (УТ-93П,Кравц 15) либо высверливается отверстие, через которое производится промер. Минимальная из измеренных толщин элемента принимается за расчетную.
Повреждения антикоррозионных защитных покрытий должны устанавливаться визуальным осмотром.
Качество стали является одним из главных факторов, определяющих способность элементов конструкции противостоять разрушению, и зависит от марки и технологии изготовления.
Оценка качества металла производится в соответствии с действующими стандартами и СНиП, на основании сертификатов, дополнительных испытаний и анализов, определяющих свойства стали.
Стружка для химического анализа отбирается по всей толщине проката и по возможности равномерно по всему поперечному сечению элемента в количестве не менее 50г (от одного элемента). При невозможности взять стружку по всему поперечному сечению элемента допускается отбор стружки сверлением на всю толщину проката в средней трети ширины элемента или полки профиля.
Перед отбором стружки поверхность элемента в месте взятия пробы должна быть очищена от окалины, краски, грязи, ржавчины, масла и влаги (до металлического блеска).
На отобранные заготовки должны наноситься клейма керном или краской; стружка должна быть упакована и замаркирована. На отобранные заготовки и стружку составляется ведомость с указанием элемента, профиля, места вырезки, клейма.
При анализе случаев разрушения металлоконструкций, кроме того, выявляется распределение сернистых включений способом отпечатка по Бауману и определяется микроструктура стали.
Пробы стали для испытаний отбираются из партии элементов. К одной партии относится не более 30 элементов одного типоразмера проката (лист, уголок и пр.), одной марки стали, входящих в состав однотипных конструкций одной поставки или одного периода изготовления.
При вырезке заготовок кислородным пламенем припуск на механическую обработку следует давать не менее одной толщины проката, но не менее 20мм.
Места отбора проб должны располагаться на наименее напряженных участках элементов.
Все образцы для механических испытаний вырезаются из сортового и фасованного проката — вдоль направления проката, а из листового и широкополосного — поперек направления проката.
Места отбора проб следует назначать вдали от мест с концентраторами напряжений, а последующее усиление этих мест следует производить с примыканием элементов усиления к основному металлу внахлест (примыкание их встык должно быть исключено).
Качество стали оценивается по результатам комплексных испытаний с учетом зависимости между химическим составом и механическими свойствами.
Степень опасности дефектов и повреждений, таких, как отклонения металлических конструкций от проектного положения, деформации отдельных элементов, а также потери площади сечения элементов и соединений в результате коррозии, механического износа, наличия надрезов и вырезов и т. п., должна устанавливаться на основе поверочных расчетов в соответствии с требованиями действующих нормативно-технических документов.
При обнаружении факторов, приводящих к перераспределению усилий в конструкциях (неравномерная осадка опор жесткой рамы, изменение способа заделки опорных узлов фермы или балки, изменение схемы решетки сквозных конструкций, образование дополнительной опоры после усиления конструкции и т. п.), всю систему необходимо пересчитать на перераспределение усилий от фактической деформации или по фактической схеме.
При наличии в технической документации на обследуемые конструкции расчетов, выполненных проектными организациями, проведение поверочных расчетов необязательно, если состояние конкретных конструкций не требует введения в расчеты соответствующих коррективов и дополнений.
Оценку прочности элементов, ослабленных вырезкой кромок, коррозией, отверстиями и т. п., следует производить расчетом с учетом этих ослаблений.
При расчете конструкции, выполненной из разных материалов, например, в стальной ферме при испытании различных ее элементов получены характеристики сталей марок Ст235 и Ст325), следует принимать не средние значения механических характеристик, а наименьшие. В общем случае всегда рекомендуется при отсутствии достоверных данных о материале конструкции в поверочных расчетах принимать характеристики материалов с минимальными значениями.
Литература:
- Пособие по контролю состояния строительных металлических конструкций зданий и сооружений в агрессивных средах, проведению обследований и проектированию восстановления защиты конструкций от коррозии (к СНиП 2.03.11–85). — М.: Стройиздат, 1989.
- ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытания на растяжение.
- ГОСТ 7564–97. Сталь. Общие правила отбора проб, заготовок и образцов для механических и технологических испытаний.
- ГОСТ 3242–79. Соединения сварные. Методы контроля качества.
- Типовая инструкция по технической эксплуатации производственных зданий и сооружений энергопредприятий. Часть 1. Организация эксплуатации зданий и сооружений: РД 34.21.521–91. — М.: СПО ОРГРЭС, 1992.
