from 01.01.2019 until now
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) (Obscheinzhenernye discipliny, professor)
from 01.01.1980 to 01.01.2019
Moskva, Moscow, Russian Federation
Novocherkassk, Russian Federation
NOVOChERKASSK, Rostov-on-Don, Russian Federation
The article deals with the damaged metal structural elements of the out-center compressed I-pillar, corner of a single corner and others. The work of the metal element in the elastic region was experimentally studied and compared with the results of FEM calculation using ANSYS software. Good convergence of results (less than 5%) is received at calculation of stresses in a place of death of the damaged basic brace of a truss of an industrial building. The reliability of the truss element with a defect (0.892) and without it (1.0) and the category of technical condition before and after damage are determined. Despite the fact that the voltage at the site of the defect does not exceed the maximum permissible, the category of technical condition changes from serviceable to serviceable category, and the design itself must be repaired with the elimination of damage on the support strip.
metal bearing structures, damage, reliability, technical condition
Обычно проведение экспертизы промышленной безопасности предназначено для определения надежности и категории технического состояния отдельных металлических несущих конструкций, так как это влияет на возможность и продолжительность осуществления производственной деятельности промышленных предприятий.
Опыт обследования металлических элементов несущих конструкций некоторых промышленных объектов [1, 2, 3] сотрудниками ЮРГПУ (НПИ) выявлены характерные дефекты металлических конструкций, большинство из которых появились вследствие механических воздействий и коррозии металла рис. 1-5.
Наличие дефектов снижают надежность несущих строительных конструкций и их долговечность в разной степени, поэтому предлагается систематизировать типичные повреждения по этому признаку.
Для определения основных характеристик, влияющих на надежность металлических колонн (напряжения, деформации), ферм покрытия и перекрытия и других, предлагается классификация дефектов по условиям работы растянутые, сжатые, изгибаемые, закручиваемые и др. Подгруппы типовых дефектов будут соответствовать причинам их возникновения механические повреждения, коррозия вследствие агрессивного воздействия атмосферных осадок или технологических процессов производства, дефекты изготовления (дефекты сварных швов, прорезы основного металла и др.) и др.
Рис. 1. Деформация двутавровой опоры цеха первичной сортировки дробильно-сортировочного завода х. Верхний Потапов
Рис. 2. Деформация опоры цеха сортировки мелких фракций дробильно-сортировочного завода х. Верхний Потапов
Рис. 3. Разрушение опорной части вспомогательной колонны технологической площадки ЗАО «Азовский кузнечно-литейный завод»
Рис. 4. Разрублена полочка связи в конструкции усиления продольной балки галереи Жигулевского завода строительных матб лдьтпгае6 7п7р?Рериалов
Рис. 5. Нижние пояса двух распорок погнуты вследствие механических воздействий при монтаже технологического оборудования ОАО «Ростоввводпром» г. Батайск.
Общепринятой и распространенной методикой при наличии дефектов надежность строительных конструкций и объектов определяют, как на основе внешних признаков [4], так и вероятностными методами [5].
Алгоритм для оценки показателей надежности промышленного здания предложен и разработана на основе данного алгоритма программа для расчета остаточного ресурса зданий коллективом авторов [6]. Надежность конструкций ими вычисляется на основе детерминированной модели разрушения металлических конструкций мостовых кранов, резерв прочности является соотношением несущей способности и максимальной обобщенной нагрузки.
Под руководством А.А. Сморчкова [7] исследована зависимость вероятности разрушения строительной конструкции от коэффициента вариации, установленного при статистических испытаниях данного вида строительных конструкций. Установлена прямо пропорциональная зависимость значения коэффициента вариации от значения коэффициента надежности, что ведет к перерасходу материалов с большим коэффициентов вариации.
При оценке риска разрушения строительных конструкций А.Г. Тамразян [8] предлагает объединить два подхода: статистическо-вероятностный и экспертный. При этом, согласно статистике, следует классифицировать аварийные ситуации, определить частоту их проявления и на этой основе делается прогноз о развитии ситуации. Специфические особенности конкретного здания или сооружения предлагается учитывать экспертным методом.
Модель уменьшения надежности в зависимости от накопления повреждений и дефектов предложен А.С. Горшков [9]. При незначительном количестве повреждений поврежденность увеличивается по экспоненциальному закону, при значительном количестве (предшествующему обрушению) по линейному.
В России нет модели расчета надежности, утвержденной на федеральном уровне и закрепленной в нормативных документах. Поэтому выполнен анализ состояние этого вопроса за рубежом. Межнациональный коллектив авторов [10] рассмотрел вопрос гармонизации российских нормативных документов и европейских Еврокодов. В результате были сделаны следующие выводы для проектирования стальных конструкций:
- система нормативных документов России обеспечивает меньший уровень надежности, чем европейская;
- основные показатели надежности не регламентированы, однако при этом лучше учитывается специфика работы конструкции из-за системы частных коэффициентов.
Определение основных характеристик, влияющих на надежность металлических колонн (напряжения, деформации) применяют как методы диагностики на строительных объектах при помощи тензометрических приборов, так и численный эксперимент. Для моделирования напряженно-деформируемого состояния строительных конструкций используются такие программные комплексы как SCAD, «Лира», ANSYS и др..
Авторами [11] был проведен расчет металлического шарнирного узла сложной геометрии. При численном моделировании узла пространственной стержневой конструкции определены эквивалентные напряжения, для ослабленных мест, установленных расчетом, предложены варианты усиления.
Авторами проведен расчет параметров НДС конструкций стропильной фермы промышленного цеха [12-15]. Ферма была изготовлена в 1973 году, эксплуатировалась в здании без агрессивных химических воздействий (здание склада готового металлопроката). В период эксплуатации на отдельных элементах фермы появились повреждения в результате механических воздействий. Одним из наиболее опасных повреждений с точки зрения концентраторов напряжений является погиб сжатого опорного раскоса (рис. 6). При моделировании опорного узла пространственной стержневой конструкции использован МКЭ и определены эквивалентные напряжения, для ослабленных мест, установленных расчетом, предложены варианты усиления узла с учетом разной степени поражения коррозией.
Рис. 6. Дефект раскоса фермы
В нормативной и технической литературе существует несколько десятков различных шкал для определения категории технического состоянии конструкций [16]. Согласно шкале, предложенной в пособиях [4, 17, 18] исправному состоянию конструкции соответствует значение относительной надежности 0,95-1; работоспособному состоянию конструкции соответствует интервал 0,85-0,95. По этим критериям были оценены несущие металлические конструкции промышленных зданий с повреждениями.
В последующем использование программных комплексов, реализующих метод конечных элементов ANSYS, позволит оценить НДС в несущих металлических конструкциях промышленных зданий с учетом их повреждений. Опыт обследования конструкций позволил установить и систематизировать характерные повреждения металлических конструкций, которые позволят уточнить задачи последующих исследований.
1. Rezul'taty obsledovaniya zdaniya akkumuliruyuschih bunkerov obogatitel'noy fabriki Ayutinskaya / S.I. Evtushenko, V.I. Sobolev, V.N. Morgunov, T.A. Krahmal'nyy, E.Yu. Anischenko // Informacionnye tehnologii v obsledovanii ekspluatiruemyh zdaniy i sooruzheniy : Mater. VI Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf., g. Novocherkassk, 9 iyunya 2006 g. / Yuzh.-Ros. gos. tehn. un-t (NPI), - Novocherkassk: YuRGTU, 2006.- Ch. 2.- S. 20-22.
2. Evtushenko S.I., Sobolev V.I., Krahmal'nyy T.A. Rezul'taty obsledovaniya i ocenka tehnicheskogo sostoyaniya zdaniy DSZ Potapovskogo kar'era v h. V.Potapov // Informacionnye tehnologii v obsledovanii ekspluatiruemyh zdaniy i sooruzheniy : Mater. VI Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf., g. Novocherkassk, 9 iyunya 2006 g. / Yuzh.-Ros. gos. tehn. un-t (NPI), - Novocherkassk: YuRGTU, 2006.- Ch. 2.- S. 30-32.
3. Evtushenko S.I., Shutova M.N., Krahmal'nyy T.A. Obsledovanie zdaniya remontnogo depo zheleznodorozhnogo ceha OAO «AMR» v g. Belaya Kalitva // Informacionnye tehnologii v obsledovanii ekspluatiruemyh zdaniy i sooruzheniy : Mater. VII Mezhdunar. nauchn.-prakt. konf., g. Novocherkassk, 8 iyunya 2007 g. / Yuzh.-Ros. gos. tehn. un-t (NPI), - Novocherkassk: YuRGTU, 2007.- S. 44-47.
4. Krahmal'nyy T.A., Evtushenko S.I. Defekty i povrezhdeniya metallicheskih kolonn proizvodstvennyh zdaniy // Stroitel'stvo i arhitektura (2021). Tom 9. Vypusk 2 (31) 2021. - S.11-15. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-2-11-15
5. Krahmal'nyy T.A., Evtushenko S.I. Defekty i povrezhdeniya metallicheskih podkranovyh balok proizvodstvennyh zdaniy // Stroitel'stvo i arhitektura (2021). Tom 9. Vypusk 3 (32) 2021. - S. 11-15. DOI:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-3-11-15
6. Damage to the Vertical Braces of Industrial Buildings / T A Krahmalny and S I Evtushenko // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1079 (2021) 052086 DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/1079/5/052086
7. Typical defects and damage to the industrial buildings’ facades / T A Krahmalny and S I Evtushenko // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 775 (2020) 012135, DOI:https://doi.org/10.1088/1757-899X/775/1/012135.
8. New system of monitoring of a condition of cracks small reinforced concrete bridge constructions Krakhmalny T.A., Evtushenko S.I., Krakhmalnaya M.P. V sbornike: Procedia Engineering. 2016. S. 2369-2374.
9. Dobromyslov A.N. Ocenka nadezhnosti zdaniy i sooruzheniy po vneshnim priznakam. - M.: Izdatel'stvo ASV, 2004.- 72 s.
10. Pshenichkina V.A. i dr. Veroyatnostnye metody stroitel'noy mehaniki i teoriya nadezhnosti stroitel'nyh konstrukciy: ucheb. posobie. - 2015.
11. Trofimov V.I., Belov S.V., Sadchikov P.N. Postroenie algoritma ocenki pokazateley nadezhnosti promyshlennogo zdaniya // Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tehnika i informatika. - 2018. - №. 3.
12. Smorchkov A.A. i dr. Vliyanie koefficienta variacii na nadezhnost' stroitel'nyh konstrukciy // Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. - 2013. - №. 5. - S. 164-167.
13. Tamrazyan A.G. Raschet elementov konstrukciy pri zadannoy nadezhnosti i normal'nom raspredelenii nagruzki i nesuschey sposobnosti //Vestnik MGSU. - 2012. - №. 10.
14. Gorshkov A.S. Model' fizicheskogo iznosa stroitel'nyh konstrukciy // Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tehnologii XXI veka. - 2014. - №. 12. - S. 34-37.
15. Nadol'skiy V.V. i dr. Nadezhnost' stroitel'nyh konstrukciy v svete trebovaniy evropeyskih i rossiyskih normativnyh dokumentov po proektirovaniyu // Vestnik Brestskogo gosudarstvennogo politehnicheskogo universiteta.- №1 . - 2013.
16. Buzalo N.A., Alekseev S.A., Caritova N.G. Chislennoe issledovanie sharnirnogo uzla prostranstvennoy sterzhnevoy konstrukcii // Internet-zhurnal Naukovedenie. - 2014. - №. 2 (21).
17. Skibin G.M., Shutova M.N., Evtushenko S.I., Chutchenko I.A. Reliability increase of running gears elements of mining traction locomotives using finite-element analysis package // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - IOP Publishing, 2017. - T. 87. - №. 2. - S. 022021.
18. Buzalo N.A., Gontarenko I.V. Eksperimental'noe issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya vnecentrenno szhatyh stoek c povrezhdeniyami // Internet-zhurnal Naukovedenie. - 2014. - №. 1 (20).
19. Gontarenko I.V., Buzalo N.A. Opredelenie silovogo soprotivleniya vnecentrenno-szhatyh stoek dvutavrovogo secheniya s povrezhdeniyami // Internet-zhurnal Naukovedenie. - 2014. - №. 2 (21).
20. Shutova M.N., Skibin G.M., Evtushenko S.I. Definition of Availability Index of Deformed Building Constructions Using the Finite-Element Analysis Package // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - IOP Publishing, 2017. - T. 262. - №. 1. - S. 012061.
21. SP 20.13330. 2016 Aktualizirovannaya redakciya SNiP 2.01.07-85* «Nagruzki i vozdeystviya» - M. - 2016 g.
22. Sokolov V. A. Kategorii tehnicheskogo sostoyaniya stroitel'nyh konstrukciy zdaniy pri ih diagnostike veroyatnostnymi metodami // Fundamental'nye issledovaniya. - 2014. - T. 6. - №. 6.
23. Dobromyslov A. N. Diagnostika povrezhdeniy zdaniy i inzhenernyh sooruzheniy. - M.: Spravochnoe posobie. Izdatel'stvo ASV, 2006.- 256 s.
