Свидетельство:
О регистрации средства массовой информации: "Предотвращение аварий зданий и сооружений".
Номер: №ФС77-35253
Выдано: Федеральная служба по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций
Дата: от 16.02.2009 г.
Форма распространения: электронное периодическое издание
Язык: русский
Учредитель: ООО "ВЕЛД"
Работа подкрановых конструкций достаточно подробно изучена представителями различных научных направлений. Однако по сегодняшний день очень часто возникают ситуация, когда интенсивная повреждаемость подкрановых конструкций зданий металлургического комплекса приводит к переходу их из работоспособного состояния в ограниченно работоспособное и даже аварийное, что происходит гораздо быстрее, чем это было прогнозировано на стадии проектирования конструкции. Первые усталостные трещины в конструкциях интенсивно эксплуатируемых подкрановых балок возникают уже спустя полгода-год после начала эксплуатации, что фактически составляет менее 50 000 циклов нагружения.
Исследуемые в данной работе большепролетные подкрановые балки (далее БПБ), пролетом 18-24 м, при высоте сечения до 3,2 м, установленные в зданиях металлургических комплексов, являются своего рода уникальными конструкциями. Использование БПБ пролетом более 18 м на отечественных металлургических предприятиях связано с конструктивными особенностями системы покрытия здания. БПБ в большинстве случаев явились результатом труда иностранных проектных и монтажных организаций, активно привлекавшихся при новом строительстве и реконструкции объектов отечественных металлургических предприятий в перестроечный и постсоветский период (1980 ? 1990 гг.). Как этого и следовало ожидать, проблемы, связанные с интенсивной повреждаемостью балок, выполненных по проектам иностранных организаций, не заставили себя ждать. Данные конструкции не были приспособлены к работе в условиях интенсивной эксплуатации отечественных металлургических предприятий.
Долговечность – в наиболее распространенном понимании, это свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для проведения технического обслуживания и ремонтов. Долговечностью является способность к длительной эксплуатации при необходимом техническом обслуживании. Применительно к объекту настоящих исследований из множества составляющих долговечности возможно выделить четыре основных пункта.
Во первых, одним из главных условий долговечности является исходное качество конструкции, которое должно включать:
Во-вторых, необходимо сохранение качества материала во времени, т.е. сохранение длительных эксплуатационных свойств, которыми изначально обладает материал.
В-третьих, соблюдение требуемых параметров эксплуатации, то есть соответствие величин и направлений фактических нагрузок проектным и расчетным данным, достигаемое, в том числе и точностью монтажа конструкции, то есть ее пространственного положения и соблюдением установленных правил эксплуатации кранового оборудования.
В-четвертых, сохранение ремонтопригодности конструкции недопущение критических размеров повреждений, выявление и устранение на ранних стадиях, то есть требуемое техническое обслуживание.
Соблюдение всех четырех составляющих предусматривает обеспечение требуемых показателей долговечности, которые исходя из нормативной выносливости должны находиться в районе четырех миллионов циклов нагружения.
Анализ фактических причин значительного снижения долговечности исследуемых конструкций на основании имеющихся публикаций и результатов проведенных обследований [1, 2] установил процентное соотношение причин аварийных обрушений металлических каркасов промышленных зданий металлургических комплексов (рис.1), из которых ошибки на стадии проектирования, недостатки норм проектирования, неверный выбор материала составляют 18%; недостатки на стадии изготовления, низкое качество материала, несовершенство технологии – 24%; дефекты и повреждения на стадии монтажа – 32%; упущения на стадии эксплуатации – 26%.
Рис.1. Причины аварий металлических каркасов промышленных зданий
Таким образом, факторы, снижающие долговечность исследуемых конструкций присутствуют практически в равной мере на всех стадиях их жизненного цикла, будь то проектирование, изготовление, монтаж или эксплуатация.
Исходя из проведенного анализа современного уровня научных знаний по вопросам надежности и долговечности подкрановых балок и действующих нормативов по их проектированию и изготовлению установлено следующее:
Произведя анализ современных нормативных требований к проектированию и изготовлению подкрановых балок, установлено, что существующие нормативы являются общими для большинства сварных конструкций и не отражают реальных условий работы тех или иных видов подкрановых балок. Исследуемые большепролетные подкрановые балки являются конструкциями, испытывающими циклические и динамические нагрузки в условиях влияния неравномерно распределенных повышенных температур. В таких условиях значительному изменению подвергаются свойства металла конструкции, обладающие тем большей неоднородностью, чем большие толщины прокатки используются. Помимо этого особое внимание следует уделить свойствам металла зон сварных соединений поясных швов. Большепролетные подкрановые балки металлургических производств (в особенности установленные в конвертерных, мартеновских и электросталеплавильных цехах) работают в особых, наиболее тяжелых условиях по сравнению с другими аналогичными подкрановыми конструкциями, из чего следует, что любые даже не выходящие за пределы допустимых значений дефекты или отклонения, допущенные на стадии изготовления, могут под действием тех или иных реальных условий работы в процессе эксплуатации, вызывать состояния близкие к предельным, привести к образованию недопустимых повреждений в максимально короткие сроки.
Немаловажную роль играют дефекты, возникшие в процессе монтажа большепролетных подкрановых балок. Различные, эксцентриситеты и отклонения конструкций в плане и по высоте, зазоры в стыках рельсов, отклонения рельсов в плане приводят к возникновению дополнительных, не учтенных расчетом моментов, касательных и сдвиговых напряжений динамических и ударных нагрузок на конструкции подкрановых балок, заставляющие их работать в экстремальном режиме. Обеспечение максимальной точность установки элементов при монтаже большепролетных подкрановых балок вызывает немало сложностей из-за большого веса монтируемых конструкций, особенно много трудностей вызывает замена большепролетных подкрановых балок в условиях действующего производства, по причине ограниченности цехового пространства для размещения монтажных кранов большой грузоподъемности. Обычные методы монтажа, с использованием стреловых кранов, приводят к большим затратам, так как требуется демонтаж технологического оборудования цеха, то есть его остановка.
Таким образом, отсутствуют специальные нормы и требования как к проектированию так и к изготовлению большепролетных подкрановых балок, учитывающие их конструкционные и эксплуатационные особенности. Существующие нормативы выдвигают требования, имеющие достаточно общий характер. Существующие методы монтажа трудоемки, приводят к большим затратам и не обеспечивают надлежащего качества.
Исходя из составляющих долговечности металлических и опубликованных данных по причинам аварий металлических каркасов промышленных зданий, проблема повышения долговечности требует разработки специальных требований и внедрения комплекса мероприятий на всех стадиях жизненного цикла конструкции, то есть на стадиях проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации.
Все разрабатываемые требования должны основываться на результатах изучения действительной работы и фактических условий эксплуатации исследуемых большепролетных подкрановых балок.
Исследование действительной работы большепролетных подкрановых балок производилось на примере отделения подготовки литых слябов кислородно-конвертерного цеха ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат (ОПЛС ККЦ ОАО «ММК»). Исследования проводились по следующей программе:
Основная задача исследования действительной работы и фактических условий эксплуатации БПБ – сформулировать комплекс требований, соответствие которым обеспечит требуемые показатели долговечности.
На основании результатов вышеперечисленных мероприятий устанавливаем четыре группы факторов, снижающих долговечность исследуемых большепролетных подкрановых балок, возникающих на каждой из стадий их жизненного цикла. Каждая группа факторов приводит к несоответствию конструкции той или иной составляющей долговечности.