Повышение надежности ступенчатых колонн
одноэтажных производственных зданий
УДК: 69.059.22: 69.04
Василий ВОРОЖБЯНОВ,
кандидат технических наук, инженер-конструктор ОАО «Системэнерго»
Алексей ШВЕЦОВ,
заместитель начальника отдела экспертизы строительных конструкций ОАО «Системэнерго»
Ирина ГУЛЯЕВА,
заместитель начальника отдела экспертизы строительных конструкций ОАО «Системэнерго»
Алексей СТЕПУХИН,
инженер по наладке и испытаниям оборудования металлургических и коксохимических производств ОАО «Системэнерго»
Иван ЕФИМОВ,
начальник отдела по обеспечению ГПМ ОАО «Системэнерго»
В статье рассмотрены случаи повреждения ступенчатых колонн производственных зданий в местах их сопряжения с подкрановыми конструкциями и тормозными балками. Повреждения возникают при наличии монтажных дефектов и воздействии циклических знакопеременных нагрузок от работы мостовых кранов. Данный вид повреждений ранее в технической литературе не описан.
Ключевые слова: повреждение ступенчатых колонн, подкрановые конструкции.
Считается, что ступенчатые металлические колонны, наиболее широко применяемые в одноэтажных производственных зданиях, обладают большими запасами несущей способности и хорошо сопротивляются механическим воздействиям. Благодаря мощным сечениям, даже при наличии повреждений, ступенчатые колонны сохраняют надежность, то есть случаев их разрушений не зафиксировано. Как показали исследования, во всех имеющихся источниках, посвященных ступенчатым колоннам, отсутствуют описания повреждений узла сопряжения надкрановой и подкрановой части колонны и надкрановой части колонны в месте примыкания к ней тормозных конструкций.
В 1990 году на Карагандинском металлургическом комбинате произошло обрушение покрытия над отделением вращающих печей доломитового цеха. Расследование причин аварии, в котором приняли участие и авторы статьи, показало, что причиной обрушения покрытия как раз и послужили повреждения нескольких ступенчатых металлических колонн .
Циклические крановые и ветровые воздействия вызвали усталостное разрушение металла накладки, соединяющей по наружной грани полку надкрановой части колонны с шатровой ветвью нижней части колонны, перенапряжение и последующее разрушение сварного шва монтажного стыка и, как следствие, поворот надкрановой части колонны относительно внутреннего поясного листа.
Более нетипичный случай повреждения (частичного разрушения) надкрановых частей ряда колонн наблюдался в цехе травления металла производства плоского проката (ППП) ПАО «Северсталь».
Для подкрановых конструкций наиболее характерным дефектом монтажа является наличие зазора между упорными планками, расположенными на тормозных конструкциях, и колонной . Как показывают многочисленные обследования подкрановых конструкций, в большинстве случаев этот дефект монтажа очень быстро приводит к появлению усталостных трещин в горизонтальном листе тормозных балок в месте примыкания его к колонне. Особенно это повреждение характерно для зданий, оборудованных кранами 7К и 8К режимов работы.
При натурном обследовании пролета травления металла ППП ПАО «Северсталь» в 2015 году был выявлен совершенно новый вид повреждения (ранее не описанный в технической литературе) - частичное разрушение надкрановой части колонны в месте примыкания к ней узла тормозной конструкции.
Циклические горизонтальные нагрузки на внутренний поясной лист колонны многократно увеличились из-за динамической составляющей, обусловленной наличием зазора до 7 мм между упорными планками и колонной.
Циклические горизонтальные динамические нагрузки вызвали первоначально усталостное разрушение сварных угловых швов крепления поперечного ребра жесткости (деталь 2) к поясному листу колонны со стороны цеха и выключению его из работы. Следствием этого явилось появление местных изгибающих знакопеременных моментов в поясном листе колонны, развитие больших пластических деформаций в его волокнах, малоцикловое разрушение поясного листа в поперечном направлении и, далее, переход трещины на стенку колонны. Выявленное повреждение колонн по РД 22-01-97 [3] относится к категории опасности А, что требует принятия срочных мер по их усилению.
Таким образом, причинами разрушения надкрановой части колонны послужили два фактора: во-первых, циклические знакопеременные горизонтальные нагрузки, возникающие при работе мостовых кранов, которые многократно усилились из-за динамической составляющей, обусловленной наличием зазоров между упорными планками и колонной; во вторых, недостаточная для данного случая несущая способность сварного углового шва крепления поперечного ребра жесткости к полке колонны.
Для предупреждения повреждения (разрушения) надкрановых частей колонн необходимо выполнение следующих мероприятий:
1. При монтаже подкрановых конструкций обеспечивать плотную пригонку упорных планок к колонне (то есть торец упорных планок со стороны колонны должен строгаться, а зазор между планкой и поясными листами колонны должен быть нулевым).
2. Поперечное ребро жесткости колонны, установленное в уровне горизонтального листа тормозной балки, необходимо приваривать к поясному листу колонны двухсторонними швами с проваром на всю толщину ребра.
Литература:
1. Кикин А.И., Васильев А.А. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленныхзданий. М.: Стройиздат, 1984, с.302.
2. Металлические конструкции (техническая эксплуатация). Под общей редакцией ММ. Сахновского. Издательство «Будгвелъник», Киев, 1976, с.256.
3. РД-22-01-97«Требования к проведению оценки безопасности эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов (обследование строительных конструкций специализированными организациями)».