Обследование металлических конструкций

Дефекты и повреждения стальных конструкций по внешним признакам в зависимости от вызывающих их причин можно систематизировать на следующие группы:

1. Повреждения от силовых воздействий (статических и динамических) — разрывы, потеря устойчивости, трещины, расшатывание соединений и т.п.

2. Повреждения от механических воздействий — вмятины, прогибы, искривления, истирание и др.

3. Повреждения от физических воздействий — коробление и разрушение при высоких температурах, хрупкие трещины при отрицательных температурах.

4. Повреждения от химических (электрохимических и физико-химических) воздействий — коррозия металла.

Оценка степени конкретных повреждений производится по допускаемым отклонениям на соответствующие дефекты, регламентированные СНиП 11-23-81.

В качестве предварительной оценки состояния стальных конструкций по I — IV признакам приведены в таблице 3.6.


Уровень технического состояния конструкций по внешним признакам производится на основе определения следующих факторов:

— геометрических размеров конструкций и их сечений;

— наличия разрывов элементов конструкций;

— наличия искривлений элементов;

— состояния антикоррозионных защитных покрытий;

— дефектов и механических повреждений;

— состояния сварных, болтовых и заклепочных соединений;

— степени и характера коррозии элементов и соединений;

— отклонения элементов от проектного положения (расстояния между осями ферм, прогонами, отметок опорных узлов и ригелей и т.п.)!

— прогибов и деформаций.

Определение геометрических параметров конструкций и их сечений производится путем непосредственных измерений. При этом фиксируются все отклонения от их проектного положения.

Признаками наличия трещин могут быть подтеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, и шелушение краски.

Основными дефектами и повреждениями стальных конструкций, которые выявляются при визуальных натурных обследованиях, являются:

— в элементах конструкций — прогибы отдельных элементов и всей конструкции, винтообразность элементов, выпучивания, местные прогибы, погнутость узловых фасонок, коррозия основного металла и металла соединений, трещины;

— в сварных швах — дефекты формы шва (неполномерность, резкие переходы от основного металла к наплавленному, наплывы, неравномерная ширина шва, кратеры, перерывы) и дефекты структуры шва (трещины в швах или околошовной зоне, подрезы основного металла, непровары по кромкам и по сечению шва, шлаковые или газовые включения или поры);

— в заклепочных соединениях — зарубки, смещение с оси стержней и маломерность головок, избыток или недостаток по высоте потайных заклепок, косая заклепка, трещиноватость или рябина заклепки, зарубки металла обжимкой, неплотные заполнения отверстий телом заклепки, овальность отверстий, смещение осей заклепок от проектного положения;

— дрожание и подвижность заклепок, отрыв головок, отсутствие заклепок, неплотное соединение пакета.

В конструкциях из алюминиевых сплавов также выявляются места их контакта с кор- розиеактивным материалом.

При обследовании отдельных видов стальных конструкций необходимо учитывать их особенности и условия эксплуатации.

а) Стальные покрытия

При обследовании конструкций покрытий следует особое внимание обращать на:

— трещины в стыковых накладках и узловых фасонках поясов стропильных и подстропильных ферм, особенно растянутых элементов;

— криволинейность поясов и решетки ферм, особенно сжатых элементов, остаточные прогибы ферм;

— состояние узлов ферм, особенно опорных.

Особенно тщательно должны проверяться наличие трещин фасонки узлов, к которым примыкают стержни с большими растягивающими усилиями, а также опорные узлы.

Необходимо также выявлять наличие лишних монтажных швов, которые могут изменить статическую схему конструкции.

б) Колонны и связи по колоннам

При обследованиях колонн и связей по колоннам промышленных и гражданских зданий и сооружений необходимо уделить особое внимание:

— общей геометрической форме колонн и соответствию их проектному положению;

— местным прогибам, вмятинам и повреждениям поясов и элементов решетки, преимущественно в нижней части колонн, механическим повреждениям в местах технологических проездов и на участках складирования материалов;

— искривлениям ветвей связей и элементов соединительной решетки;

— состоянию узлов примыкания связей к колоннам, разрывам или искривлениям фасонок или разрушениям по сварным швам;

— состоянию анкерных закреплений колонн в фундаментах;

— состоянию подкрановых балок и узлов их опирания на консоли колонн;

— состоянию решеток сквозных колонн и ребер жесткости сплошных колонн;

— поврежденным коррозией элементам;

— неравномерным осадкам и поворотам колонн, вызывающим повреждение закрепленных на них ограждающих конструкций, искривления элементов конструкций покрытий и повреждение опорных узлов.

в) Подкрановые конструкции

Подкрановые конструкции промышленного здания или сооружения, рассчитываемые на подвижные нагрузки, включают подкрановые балки, тормозные балки или фермы, узлы креплений балок и тормозных ферм к колоннам, крановый рельс с креплениями и упоры, находятся под воздействием переменных или знакопеременных многократно повторяемых циклов напряжений, вызывающих усталость металла. Поэтому они должны быть тшательно обследованы, так как остаточные напряжения от сварки, неточности изготовления и монтажа конструкций, перекосы подкрановых путей и колес крана в плане еще более усложняют действительную работу подкрановых конструкций.

г) Прочие конструкции

Кроме основных несущих конструкций, образующих каркас, в зданиях и сооружениях имеется большое количество различных конструкций: эвакуационные лестницы, рабочие площадки обслуживания технологического оборудования, пути для подвесного транспорта и др.

При обследовании этих конструкций следует обращать внимание на ослабление сечений балок и настила различными вырезами для выпуска технологических коммуникаций, а также на состояние узлов сопряжения второстепенных и главных балок с колоннами, монтажных стыков между собой, вставок между балками, состояние стоек и связей по ним, на ослабление креплений балок на опорах, изменение геометрического положения путей, происходящих от неравномерной осадки несущих конструкций и приводящих к накоплению остаточных деформаций. При оценке технического состояния конструкций, пораженных коррозией, прежде всего, необходимо определить вид коррозии и ее качественную и количественную характеристики. Различают следующие основные виды коррозии металлических конструкций: сплошная — характеризуется относительно равномерным распределением коррозии по всей поверхности;

пятнами — характеризуется небольшой глубиной проникновения коррозии по сравнению с поперечными размерами поражений;

язвенная — характеризуется появлениями на поверхности металла отдельных или множественных повреждений, глубина и поперечные размеры которых (от долей миллиметра до нескольких миллиметров) соизмеримы;

точечная (питинговая) — представляет собой разрушение в виде отдельных мелких (не более 1—2 мм в диаметре) и глубоких (глубина больше поперечных размеров) язвочек;

межкристаллическая — характеризуется относительно равномерным распределением множественных трещин на больших участках элементов (глубина трещин обычно меньше, чем их размеры на поверхности).

К качественным характеристикам коррозии относятся плотность, структура, цвет и химический состав продуктов коррозии. Качественные характеристики определяют путем лабораторных исследований продуктов коррозии, а цвет — визуально.

К количественным показателям коррозионных поражений относятся их площадь, глубина коррозионных язв, величина потери сечения, скорость коррозии.

Площадь коррозионных поражений с указанием зоны их распространения выражают в процентах площади поверхности конструкций.

Косвенную величину коррозионных потерь можно определить путем измерения толщины слоя продуктов коррозии.

Для оценки состояния лакокрасочных покрытий необходимо обращать внимание на изменение цвета, размягчение и охрупчивание, наличие признаков шелушения, отслаивание, образование сыпи и пузырей, наличие или отсутствие продуктов коррозии на поверхности покрытия или под ним.

Стойкость металлов определяется при равномерной коррозии средней скоростью разрушения, мм/год, при неравномерной коррозии — глубиной проникновения отдельных коррозионных разрушений (язв), мм/год.

При обследованиях конструкций из высокопрочных термообработанных сталей, а также конструкций, работающих при высоких или пониженных температурах, используются металлографические методы исследования коррозии, которые позволяют выявить межкристаллические или внутрикристаллические коррозионные поражения и их конфигурацию.

Обследования конструкций особо ответственных объектов рекомендуется проводить в течение нескольких лет с попутным изучением образцов конструкций из более коррозионностойких материалов, которые можно использовать при замене конструкций, а также образцов с защитными покрытиями, соответствующими примененным для обследованных конструкций, и с более стойкими покрытиями. Условия испытаний образцов должны соответствовать наиболее жестким условиям, в которых эксплуатируются конструкции данного вида.

Обследование сварных соединений является наиболее ответственной операцией, так как сварной шов и околошовная зона могут быть наиболее вероятными очагами возникновения коррозии и трещин.

На участке шва с предполагаемым скрытым дефектом производятся контрольное высверливание и травление отверстий. Наплавленный металл при этом темнеет, и на темном фоне просматриваются дефекты (непровар, шлаковые включения и т.п.).

При необходимости более тщательного исследования внутренних повреждений сварных швов и внутренних трешин элементов металлоконструкций следует применять физические методы контроля: ультразвуковой, рентгеновский, электромагнитный и др., которые осушествляются специализированными организациями.

Выявление повреждений заклепочных соединений производится их внешним осмотром и отстукиванием. Ослабление заклепки обнаруживается также по ржавым подтекам из-под головки и по венчикам пыли вокруг нее.

Высокопрочные болты не простукиваются. По внешнему виду они отличаются от обычных обязательным наличием шайб под каждой головкой.

Контроль узловых соединений, выполненных на высокопрочных болтах, производится в соответствии со следующими требованиями:

— разболчивание соединений не допускается;

— в затянутых на проектное усилие болтах концы их должны быть заподлицо с поверхностью гаек или выступать за нее;

— контроль натяжения болтов может осуществляться закручиванием, используя тарировочный ключ.

При натурных обследованиях важным элементом контроля является определение качества стали в конструкциях, которое осуществляется путем механических испытаний образцов, химического и металлографического их анализа.

Испытание материалов стальных конструкций производится:

— при отсутствии сертификатов или недостаточности имеющихся в них данных;

— при обнаружении в элементах конструкций повреждений, особенно в виде трещин;

— если установленная по сертификатам и чертежам марка стали не соответствует требованиям современных норм.

При лабораторных испытаниях, как правило, определяют следующие показатели:

— механические свойства, пределы пропорциональности, упругости, текучести, временное сопротивление, истинное сопротивление разрыву, относительное удлинение и относительное сужение после разрыва.

Выявленные фактические характеристики конструкций и их элементов сопоставляются с требованиями нормативных документов — СНиП П-23-81 «Стальные конструкции», СНиП Ш-18-75 «Металлические конструкции. Правила производства и приемки работ». На основании результатов обследований производятся расчеты несущей способности элементов и конструкции в целом с целью разработки рекомендаций по дальнейшей их эксплуатации и восстановления их несущей способности и эксплуатационной надежности.