«Распределение повреждений конструкций. Классификация аварий»
Причины аварий металлических конструкций
жүктеу/скачать 65,72 Kb.
|
Реферат Распределение повреждений конструкций. Классификация аварий
| 2.1 Причины аварий металлических конструкций
Металлические конструкции находятся в несколько худшем положении, чем инженерные конструкции, выполненные из других материалов. Высокие расчетные сопротивления и обусловленные ими легкость и ажурность металлических конструкций могут привести к тому, что недостаточное сопротивление только одного конструктивного элемента (затяжки в арках и рамах) вызывает аварию всей конструкции. В строительной практике известны такие примеры, когда причиной аварии каменных, бетонных, деревянных и других конструкций были дефекты металлических элементов, входящих в общий конструктивный комплекс. 1. Перегрузка. Анализ большого числа аварий и аварийных состояний конструкций позволяет прийти к выводу, что большинство их происходит в результате снеговой перегрузки, на которую при эксплуатации сооружений не обращают должного внимания. Принятые же в свое время к эксплуатации сооружения, зачастую выполненные по типовым проектам, рассчитанные на усредненные, а не на реальные для каждого конкретного объекта нагрузки, продолжают эксплуатировать, не обращая внимания на несоответствие между проектными и реальными нагрузками. При изучении и расследовании причин аварий конструкций зданий и сооружений ряда производственных цехов цементных заводов установлено, что обрушение кровельных покрытий обусловлено в основном значительной перегрузкой конструкций, большим скоплением сцементированной технической пыли на кровле и, как исключение, другими причинами. Учет реальных метеорологических условий играет существенную роль при проектировании и, особенно, при эксплуатации сооружений. Разработка способов борьбы с заносами и снеговыми мешками на кровлях должна являться неотъемлемой частью проекта и инструкции по эксплуатации и уходу за сооружением. Не следует переоценивать также и возможность механизированной уборки снега, особенно для кровель с большими размерами в плане, очистку которых от снега даже механизированным способом производить достаточно сложно. В этом случае более эффективны методы растапливания снега и его удаления через систему водостоков. 2. Потеря устойчивости. За редким исключением, нет почти ни одной аварии, ни одного крушения, в которых не имела бы места потеря устойчивости отдельными элементами или всей конструкцией. Потеря устойчивости может быть общая или местная. Опасность аварии от потери устойчивости особенно велика потому, что потеря устойчивости может наступить внезапно. Например, при достижении в элементе конструкции сжимающей силой своего критического значения достаточно дать малейший толчок в поперечном к продольной оси направлении, чтобы стержень потерял устойчивость. Из всех инженерных конструкций металлические наиболее подвержены потере устойчивости, так как они выполняются из сравнительно тонких и длинных стержней. Потеря общей или местной устойчивости сжатыми элементами очень часто происходит из-за отсутствия надлежащей развязки сжатых поясов как при монтаже, так и в период эксплуатации и несвоевременной постановки постоянных и временных связей жесткости, а также при наличии в конструкции случайно изогнутых стержней, например при использовании, как это иногда бывает, верхнего пояса ферм для подъема грузов или же при применении в стержневых конструкциях уголковых профилей малых размеров, которые при транспортировке и монтаже получают искривления, вмятины и ряд других дефектов. Нередки случаи потери устойчивости в стержневых системах фермы, арки, рамы вследствие недоучета знакопеременности усилий. В таких случаях стержни должны быть проверены дважды — на растяжение и на сжатие с продольным изгибом. Последнее, если даже оно мало по сравнению с растягивающим усилием, вызывает продольный изгиб стержня, который может привести к выходу из строя сначала одного стержня, перераспределению усилий в остальных и, в конечном итоге, к аварии. - Авария, вызванная недостаточным количеством и неправильной расстановкой связей; - Аварии, вызванные местной потерей устойчивости; - Недоучет знакопеременности усилий. 3. Неудачные проектные решения. Довольно распространены аварии вследствие различных дефектов, допущенных при проектировании металлоконструкций. Невозможно перечислить все дефекты в проектировании, которые имели место в прошлом и, естественно, могут встретиться в будущем. Однако анализ аварий и крушений металлоконструкций, происшедших в последние годы, позволяет выявить следующие факторы: 1. Несоответствие действительной работы сооружения (конструкции) расчетным предпосылкам, положенным в основу расчета; недоучет всего многообразия силовых воздействий на конструкцию, который приводит к неправильной и неполной оценке напряженного состояния материала; ошибки в расчетах и конструировании. 2. Непродуманная расстановка связей пространственной жесткости и уменьшение их количества, что относится главным образом к фермам и фонарям. 3. Пренебрежительное отношение к необходимости своевременно выполнять усиление конструкций при изменении режима эксплуатации сооружения; необеспечение условий ремонтопригодности. 4. Применение несоответствующих марок стали, главным образом Ст.Зкп, в конструкциях, работающих при низких температурах. 5. Не всегда учитываются изменения размеров в прокатных профилях по новому сортаменту, в которых уменьшены толщины стенок по сравнению с размерами, имевшими место в соответствующих профилях по старым ОСТам. 6. Внесение различных изменений в типовые, уже проверенные практикой конструкции без достаточного на то обоснования. Совокупность этих факторов приводит к тому, что оказывается недостаточной прочность, жесткость, устойчивость конструкций или отдельных элементов, происходят хрупкие поломки. Повреждения, выход из строя и разрушение подкрановых конструкций Некоторые повреждения подкрановых балок объясняются тем, что до сих пор действительная их работа недостаточно полно вскрыта; - при проектировании не всегда достаточно полно учитываются крановые воздействия на балки и реальные условия их эксплуатации; - усталость металла (цикличность крановой нагрузки вызывает в балках и элементах креплений циклические (знакопеременные) напряжения. Критерием прочности и выносливости подкрановых балок являются максимальные касательные напряжения, вызывающие появление усталостных трещин); - применение конструктивных решений, содержащих различного вида накладки; - крепления решетки через косынки с резкой концентрацией напряжений; - соединение разрезных балок на опоре горизонтальными и вертикальными накладками, а торцовых ребер смежных балок — болтами (Такой способ крепления вызывает частичное защемление балок, в результате появляются дополнительные напряжения, не учитываемые расчетом). Хрупкое разрушение конструкций После аварий, вызванных потерей устойчивости, аварии в результате хрупкого разрушения занимают, пожалуй, первое место. Этот вид разрушений, следуя нашей классификации, логично отнести к авариям, основными причинами которых являются неудачные проектные решения или отступления от проекта. Последнее имеет место в тех случаях, когда проектная марка стали без соответствующего на то, обоснования заменяется другой. - Хрупкое разрушение стали может иметь место: при работе конструкций в условиях низких температур (наиболее часто встречающееся разрушение); - в случае применения материалов, подверженных хрупкому разрушению; при этом аварии могут иметь место и при нормальных температурах; - под влиянием различных дефектов в основном металле и сварных швах; - при определенных условиях напряженного состояния материала; - при действии на конструкцию ударных и других видов динамических нагрузок. Склонность стали к хладноломкости является одним из основных факторов, вызывающих хрупкое разрушение. Особенно неблагоприятно на конструкцию влияет наличие концентраторов напряжений — отверстий, прорезей, трещин, подрезов, расположенных в местах и на участках с высокими местными напряжениями и ориентированных поперек направления действующих растягивающих напряжений. Хрупкому разрушению способствует неправильное выполнение сварных работ, особенно в зимнее время, заключающееся в отсутствии подогрева изделий при температуре окружающей среды ниже —30°С, отсутствии защиты от ветра, применении электродов ненадлежащих марок, несоблюдении определенного порядка в последовательности наложения сварных швов, отсутствии контроля за качеством сварных соединений. В конструкциях, работающих под давлением, нежелательно наличие концентраторов напряжений в виде отверстий, лазов, приварки различных деталей для крепления вспомогательных элементов. 4. Ошибки, допущенные при изготовлении и монтаже конструкций. Причинами, как правило, были: грубые отступления от СНиП, низкое качество выполнения работ, отступления от ППР (проектов производства работ). Дефекты, допущенные при изготовлении и монтаже, не всегда сразу приводят к аварии. Часто даже грубые отступления от проекта и технических условий сказываются не сразу, а при неблагоприятном сочетании нескольких факторов. Аварии металлических конструкций могут быть вызваны рядом неправильностей, дефектов, возникших при изготовлении конструкций. К ним относятся: - применение некачественных материалов для изготовления конструкций, работающих при определенных специфических условиях; - низкое качество изготовления соединений (заклепки, болты, сварка); отступления от проекта; - недостатки хранения конструкций; - необоснованная и не подкрепленная расчетом замена отдельных профилей другими (Это относится не только к конструкциям, но и к материалам, предназначенным для изготовления конструкций). Металлические и железобетонные (имеется в виду сборный железобетон) конструкции в ряде случаев изготавливаются и поставляются на монтаж с недопустимыми дефектами, отклонениями геометрических размеров элементов от проектных, с дефектами сварных соединений закладных частей, наличием местных деформаций и повреждений элементов. Ни в коем случае нельзя допускать монтаж стальных конструкций на неподготовленных площадках, без надлежащей геодезической проверки и приемки фундаментов, закладных частей и пр. При монтаже конструкции работают в условиях, отличающихся от тех, при которых они будут работать в период эксплуатации, поэтому при монтаже особенно важно соблюдать все технические нормы и правила. Например, на определенном этапе монтажа в конструкциях отсутствуют ограждающие элементы, которые повышают жесткость каркаса и обеспечивают его пространственную работу. В период сборки и монтажа конструкции могут длительное время находиться на морозе, что не для всех материалов (особенно для имеющих невысокий порог хладноломкости) безразлично. Неправильное ведение монтажа конструкций и оборудования, нетщательно продуманные места строповки конструкций часто приводят к авариям. Особенно опасна строповка за элементы несущих конструкций вне узлов. Наиболее часты аварии при монтаже из-за несвоевременной постановки связей, обеспечивающих пространственную жесткость плоских конструкций, недостаточного закрепления связей (только их «прихватка»), несвоевременной постановки монтажных болтов, распорок и т. п. Наиболее типичными дефектами при монтаже каркасных промышленных сооружений являются: отклонения верха колонн, что ведет к увеличению в них напряжений: - смещения узлов верхнего и нижнего поясов ферм из плоскостей (иногда доходящие до 100— 300 мм); - непровары и подрезы в сварных швах; - сборка конструкций с большими эксцентриситетами; - монтаж связевых элементов без предварительной их приварки; - замена жестких узлов шарнирными и наоборот. 5. Ошибки, допущенные при эксплуатации конструкции (сооружений). Наиболее типичны следующие факторы, вызывающие аварии конструкций и сооружений в результате различных дефектов, допущенных при эксплуатации. 1. Отсутствие периодического осмотра состояния конструкций и их профилактического ремонта. Основными профилактическими мерами по борьбе и предупреждению аварий должны быть: систематический надзор за состоянием конструкций и сооружений; тщательное и своевременное обследование аварийного состояния, если таковое будет замечено. 2. Подвеска к несущим металлическим конструкциям различного дополнительного оборудования, а также внесение различных изменений в существующие конструкции: рассверловка отверстий для болтов, устройство различных прорезей, лазов и других отверстий. 3. Ошибки, допущенные при реконструкции и усилении конструкций и сооружений. Сюда относятся главным образом ошибки, допущенные при усилении, которое выполняется в конструкции, находящейся в напряженном состоянии, при усилении, выполненном в условиях эксплуатации сооружений. 4. Перегрузка снегом, наледями и производственной пылью. 5. Отсутствие защиты конструкций от коррозии, возникающей под воздействием климатических факторов и агрессивной производственной среды. Плановый осмотр и обследование конструкций должны соответственно выявить возможность их усиления и предотвратить наступление аварийного состояния. 6. В листовых конструкциях (баки, цистерны, различного вида резервуары, газгольдеры и Т. П.) особенно в конструкциях, работающих под давлением, к авариям приводит нарушение правил наполнения и разгрузки конструкций при их эксплуатации. 7. Аварии, вызванные халатностью, допущенной при эксплуатации. 6. Аварии в результате усталости металла и вибрации. Наиболее типичными конструкциями, аварии которых происходят в результате усталости металла от часто повторяющихся циклических нагрузок, являются подкрановые балки. Поэтому, помимо создания оптимальной конструкции балки, необходимо обеспечивать и высокое качество ее изготовления. Не менее важное значение имеет правильная установка колонн, на которые опираются балки с соблюдением нормативных допусков. Несоблюдение таких допусков усложняет опирание балок, приводит к устройству подкладок, хомутов и т. п. и тем самым ухудшает условия работы балок. Эксплуатационные качества подкрановых путей в сильной степени зависят от горизонтальной и вертикальной рихтовок крановых рельсов и от плотного контакта рельса с балкой. Последнее часто нарушается в месте стыка балки двух соседних пролетов (на колоннах). Причины аварий и повреждений подкрановых балок Подкрановые балки работают в условиях сложного загружения. Основные вертикальные и горизонтальные силы не проходят через центр изгиба и вызывают кручение как всей балки, так и верхней ее части. Эксцентричное давление от крана на балку возникает: - из-за несимметричного сечения подкрановой конструкции; - из-за смещения рельса; - из-за неплотного прилегания рельса к балке; - из-за эксцентричного давления катков на рельс; - из-за горизонтальных воздействий крана на рельс, заклинивания, торможения и т. д. Наиболее часто встречающиеся дефекты, приводящие к преждевременному расстройству и выходу из строя подкрановых балок: - продольные трещины в стенке под поясным швом и в шве крепления верхнего пояса к стенке; - трещины под короткими ребрами жесткости (петушками) и в местах обрыва горизонтальных листов нижнего пояса; отрыв тормозных ферм от поясов балок; - в прокатных балках, усиленных полосой или швеллером, приваренными к верхнему поясу, лопаются швы, прикрепляющие эти элементы усиления; - в клепаных балках — расстройство, срез и отрыв головок заклепок, прикрепляющих поясные уголки к стенке и горизонтальные листы верхнего пояса; - трещины в местах перехода закруглений на полку уголков, расстройства заклепок в стыках, расположенных в середине неразрезных балок; - расстройства и трещины в опорных деталях, в деталях крепления балки к колоннам и в креплении рельсов к поясам балок. 7. Дефектность оснований, на которые установлены металлические конструкции. Аварийное состояние в металлоконструкциях и их обрушение могут иметь место при вполне доброкачественных во всех отношениях конструкциях, правильно выполненном монтаже и нормальной эксплуатации вследствие дефектов оснований, на которых установлены металлические конструкции. Поэтому перед монтажом необходимо особенно тщательно проверить, правильно ли выполнены те конструкции, на которые будут установлены металлические, и в отдельных случаях состояние грунтов под подошвой фундамента. Характерную группу причин, от которых возникают аварийные состояния металлических конструкций, составляют: - неравномерность осадки грунта под фундаментами, на которые опираются металлоконструкции; - выдавливание грунта из-под фундаментов; - выпучивание при вымораживании; - провалы грунта, оползни и т. д. Неравномерная осадка грунта вызывает перекосы, перераспределение усилий между элементами конструкций и т. д., в отдельных случаях — превращение статически определимых систем в статически неопределимые. Изменяется статическая схема работы деформированных конструкций путем превращения их в новые конструктивные формы. Ненадежность оснований, неравномерная осадка, потеря устойчивости опорными конструкциями вызывают аварийные состояния. 8. Непредвиденные причины аварий. Практика строительства располагает большим числом примеров аварий и обрушений конструкций, вызванных случайными явлениями, которые не могут быть предусмотрены заранее. Изучение последствий таких аварий позволяет выявить ряд конструктивных, монтажных и других дефектов (которые без аварии могли быть и не обнаружены) и изыскать пути дальнейшего развития и усовершенствования конструкций или отдельных узлов. Особенно богата примерами аварий практика мостостроения, примеры из этой области весьма поучительны и для промышленных и гражданских сооружений. К авариям мостов приводили такие непредвиденные случайности, как смазка стеарином опорных шарниров, способствовавшая соскальзыванию опор, смещение недостаточно хорошо закрепленного груза, перевозимого по мосту, подмывы быка и т. п. жүктеу/скачать 65,72 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|