Факторы, влияющие на несущую способность элементов металлических конструкций, подверженных коррозионному износу

Адякова Евгения Александровна *
Рыбакова Лариса Юрьевна**

В процессе эксплуатации металлических конструкций происходят постепенные изменения структуры и свойств материалов. Недостаточное внимание к вопросам защиты от коррозии приводит к увеличению вероятности разрушения. Сегодня перед большинством промышленных предприятий страны возникают вопросы, в каких условиях находятся здания опасных производственных объектов, надежны ли их строительные конструкции, создают ли эти объекты опасность для горожан и что делать, чтобы уменьшить вероятность аварийных ситуаций. При этом надежность и долговечность зависят от скорости протекания разрушительных систем под воздействием агрессивных сред. Поэтому должны быть разработаны научно обоснованные рекомендации для всех стадий жизни конструкций. Для этого необходимо собрать как можно больше данных о распространении коррозионных повреждений, чтобы обнаружить закономерности, так как в каждом случае они будут различаться: в зависимости от материала конструкции, формы, положения в пространстве, а также режима и условий эксплуатации.

 Несущая способность металлических конструкций, эксплуатирующихся в агрессивных средах, может изменяться, в частности, вследствие уменьшения площади поперечного сечения элементов или изменения механических характеристик материала. Оценку фактической несущей способности элементов стальных конструкций проводят по результатам натурного обследования [3]. Расчеты выполняют на основании и с учетом данных, уточненных обследованием:

- геометрических параметров здания и его конструктивных элементов - пролетов, высот, размеров расчетных сечений несущих конструкций, сопряжений элементов конструкций, их реальной расчетной схемы;

- материалов, из которых выполнены конструкции, их расчетных характеристик;

- дефектов и повреждений, влияющих на несущую способность конструкций;

- фактических нагрузок, воздействий и условий эксплуатации здания или сооружения.

Такое обследование было проведено на установке для приема и розлива соляной кислоты в гальваническом цеху, со среднеагрессивной средой.

Данная установка имеет три уровня. Конструкция, выполненная из стали ВСт3кп2 по ГОСТ 380-71*, состоит из 8 стоек (квадратная труба 200х7), соединенных балками (швеллер №14П), на которые укладываются щиты из рифлёной стали, и двух лестничных маршей. В результате инструментальных замеров сечений элементов были получены данные об остаточной толщине, которые были обработаны методами математической статистики [2]. Нормальное распределение имеет свои известные закономерности, используя которые, можно определить средний износ элементов, а также наибольшую и наименьшую вероятные величины износа конструкций в данных условиях эксплуатации с требуемой точностью. В результате проведенных расчетов была получена с заданной вероятностью величина коррозионного износа [2]:

для измеренных стоек: мм, для измеренных балок: мм

Снижение несущей способности растянутых и сжатых элементов конструкций, подверженных коррозионному износу, учитывают коэффициентом ослабления сечения в результате коррозии:

С помощью ПК «ЛИРА» были определены внутренние усилия, возникающие в конструкции от приложения проектных нагрузок (стойки – квадратная труба 200х7, балки – швеллер №14П) и марки стали (Вст3кп,R_y = 2200).

В результате проверки несущей способности стоек получаем:

 (3)

Так как условие не соблюдается, несущая способность балки не обеспечена. Конструкция не удовлетворяет требованиям надежности из-за сильного коррозионного поражения, в связи с чем подлежит демонтажу.

Данную методику обследования можно использовать для более детального изучения коррозионного процесса, что поможет выбрать наиболее оптимальный вариант сечения и формы конструкции, марки стали для применения в конкретной эксплуатационной среде. Перспективным направлением научных исследований может стать дальнейшее проведение обследования конструкций, эксплуатируемых в разных агрессивных средах, с различными коррозионными повреждениями. По используемой в данной научно-исследовательской работе методике измерений, с последующим математическим анализом, можно прогнозировать коррозионный износ металлических конструкций.

Список литературы:

1. Плудек В. Защита от коррозии на стадии проектирования. – М.: Мир, 1980. – 440с.

2. Рыбакова, Л.Ю., Костакова О.М. Математическая модель распределения величин коррозионного износа стальных элементов / Рыбакова Л.Ю., Костакова О.М. //Студенческая наука. Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды: тезисы докладов 34-й межвузовской студенческой научно-технической конференции по итогам научно-исследовательской работы студентов в 2014 году. – 2015- С. 260.

3. Рыбакова, Л.Ю., Костакова О.М. Натурные обследования конструкции, подверженной коррозии, произведенные на практике / Рыбакова Л.Ю., Костакова О.М. // Теоретические и практические проблемы развития современной науки: сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции (31.07.2015) – Махачкала: ООО «Апробация», 2015 – С. 44-47.

4. Фанталов А.М., Вольберг Ю.Л., и др. Руководство по повышению долговечности металлических конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах предприятий цветной металлургии – М.: Мин-во цветной металлургии СССР, 1983, 68 с.

5. Шабанин В. Особенности проектирования и эксплуатации металлических конструкций в условиях агрессивности среды: Учебное пособие. – Куйбышев: Куйбышевск. гос. ун-т, 1985. – 64с.