Классификация неисправностей металлоконструкций по группам и категориям

Особенности работы стальных конструкций

Сталь является одним из основных конструкционных материалов для строительства зданий и сооружений. Главными достоинствами стали, что определяет привлекательность этого материала, являются:

- высокая, регулируемая прочность;

- физическая изотропность (равенство модуля упругости при растяжении и сжатии);

- легкость сборки элементов (применение сварки);

- возможность использования готовых изделий заводского изготовления (прокатный сортамент);

- невысокий вес стальных элементов (по сравнению с бетоном и камнем).

Эти достоинства определяют стальные конструкции, как основные при работах по усилению и восстановлению любых строительных элементов при реконструкции [48, 49].

Однако нельзя не учитывать негативные свойства стали как конструктивного материала в зданиях и сооружениях [50]:

- повышенная гибкость стальных конструкций, что требует дополнительных мероприятий и расчетов по обеспечению их устойчивости при транспортировании, монтаже и эксплуатации;

- снижение несущей способности стальных элементов при повышении температур без специальных огнестойких защит (например, при пожарах);

На рис. 6.20 показаны характерные повреждения стальных конструкций в процессе их эксплуатации.

Рис. 6.20. Повреждения стальных конструкций:

а - общая потеря устойчивости балки; б - то же стойки; в - то же резервуара; г - местная потеря устойчивости сжатого пояса балки; д - то же днища резервуара (хлопун); е - механическое повреждение элемента (погнутость); ж - то же элемента; и - отклонение фермы от вертикали

Наиболее часто встречающиеся причины возникновения дефектов и повреждений стальных конструкций от следующих воздействий:

- силовые, вызывающие потерю устойчивости, деформацию в узлах, появление трещин;

- механические, от которых появляются искривления, вмятины, прогибы;

- физические, при которых от высоких температур возникают коробления и разрушения, а при отрицательных - хрупкие разрушения;

- химические, химическая агрессия опасна коррозией металла.

Стальные конструкции имеют множество узлов, соединений, сопряжений – сварочные, заклепочные, болтовые, для которых выполняются соответствующие расчеты и конструирование на стадии проектирования и поверочные расчеты на стадии их технического обследования.

При выполнении работ по техническому обследованию и обнаружению дефектов наблюдаются несоответствия выполненных работ с проектными данными в связи с тем, что значительное количество соединений и узлов требуют больших затрат труда.

Классификация неисправностей металлоконструкций по группам и категориям

Дефекты и повреждения стальных конструкций в зависимости от вида, характера и места нахождения разделены на 14 групп:

По ответственности эксплуатации стальные конструкции в данной классификации подразделяются на три категории А, Б, В.

К категории А относятся дефекты и повреждения особо ответственных элементов и соединений, представляющие опасность разрушения (сквозные трещины или разрывы основных элементов, потеря устойчивости основных элементов, срез сварных швов или заклепок в их креплениях и т.п.).

При обнаружении повреждения, предположительно относящегося к категории А, соответствующую часть конструкций следует немедленно вывести из эксплуатации до выполнения ремонта или усиления.

К категории Б относятся дефекты и повреждения конструкций, не представляющие в момент осмотра непосредственной опасности для конструкций, но которые в дальнейшем могут вызвать повреждения других элементов и узлов или при развитии повреждения перейти в категорию А (зарождающиеся трещины, пластические деформации, ведущие к перераспределению нагрузки между элементами, но не вызывающие их аварийных перегрузок, частичное повреждение болтовых и заклепочных соединений и т.п.).

К категории В относятся дефекты и повреждения локального характера, которые при последующем развитии не могут оказать влияния на другие элементы и конструкции (повреждения вспомогательных элементов, лестниц и площадок, местные прогибы и вмятины).

Классификационная схема неисправностей металлических конструкций по группам и категориям приведена в табл. 6.11.

Таблица 6.9

Дефекты и повреждения стальных конструкций

Группа	Номер внутри группы	Дефект или повреждение	Эскиз	Категория	Предельно допустимые значения параметров при техническом состоянии	Примечания
исправном	работоспособном
		Вырез в элементе конструкции		А	Не допускается	Проверяется расчетом	−
	Вырез в элементе конструкции		Б	То же	То же	−

Продолжение табл. 6.9

		Отсутствие элемента	-	А	- // -	Не допускается	−
	Разрыв (излом) элемента		А	- // -	То же	−
	Прожог отверстия в элементе конструкции		Б	- // -	Проверяется расчетом	−
		Трещина в основном металле элемента конструкции		А	Не допускается	Не допускается	−

Продолжение табл. 6.9

		Трещина в теле фасонки стержневой конструкции		А	То же	То же	−
	Трещины в стенке балки под ребром жесткости или исходящие от ребра жесткости		А	- // -	- // -	−
	Прочие трещины в стенке балки	−	А	- // -	- // -	−
	Расслоение металла	−	А	- // -	- // -	−

Продолжение табл. 6.9

		Продольная трещина в сварном шве		А	- // -	- // -	−
	Продольная трещина на основном шве с выходом на основной металл		А	- // -	- // -	−
	Поперечная трещина в сварном шве		А	- // -	- // -	−

Продолжение табл. 6.9

		Неполномерность швов при ручной или механизированной сварке		Б	0 ≤ ∆ ≤ 2 мм	Проверяется расчетом	−
	Наплывы в ручной или механизированной сварке		В	−	−	Обратить внимание на возможность появления других дефектов
	Подрезы основного металла		Б	α ≤ 0,5 мм α ≤ 1 мм α ≤0,03 мм	α ≤ 0,5 мм α ≤ 0,03 мм	При δ ≤ 20 мм При δ > 20 мм

Продолжение табл. 6.9

		Непровар в корне шва		Б	α ≤ 0,05 δ мм α ≤ 2 мм	L шв≤50 мм	При двусторонней сварке
α ≤ 0,15 мм α ≤ 3 мм	При односторонней сварке и δ≤20 мм
α ≤ 3 мм
То же, при δ>20 мм
	Отдельные шлаковые включения или поры		В	α ≤ 1 мм α ≤ 1 мм	При δ≤20 мм При δ>20 мм
	Шлаковые включения, расположенные цепочкой или сплошной линией вдоль шва	−	Б	Суммарная длина до 200 мм на 1 м длины шва	-

Продолжение табл. 6.9

		Скопление газовых пор или шлаковых включений в отдельных участках шва	−	Б	Не более 5 шт. на 1 см2 площади шва при диаметре одного дефекта не более 1,5 мм	-
	Непровары, шлаковые включения и поры, расположенные отдельно или цепочкой	−	Б	Не более 10% толщины металла и не более 2 мм. Не более 15% толщины металла и не более 3 мм	При двусторонней сварке. При односторонней сварке
	Резкие переходы от основного к наплавленному металлу, наплывы, потеки, сужения, кратеры и перерывы швов	−	Б	Не допускается	Не допускается	-
	Прожоги сварного шва	−	Б	Не допускается	Не допускается	-
	Отсутствие сварного шва	−	А	То же	То же	-
	Срез сварного шва	−	А	- // -	- // -	-
	Катет или длина шва не соответствуют проекту	−	А	- // -	Проверяется расчетом	-

Продолжение табл. 6.9

		Общий прогиб конструкции из плоскости рамы		Б	, fy ≤ 15 мм	То же	l – длина изогнутой конструкции
	То же в плоскости рамы		Б	, fx ≤ 15 мм	- // -	То же

Продолжение табл. 6.9

		Выгнутость отдельного элемента из плоскости конструкции		А	, fy ≤ 15 мм	Проверяется расчетом	-
	То же, в плоскости конструкции		А	, fx ≤ 15 мм	То же	-
	Винтообразность элемента		Б	, α ≤ 10 мм	, α ≤ 20 мм	-

Продолжение табл. 6.9

		Погнутость элемента		Б		Проверяется расчетом	-
	Погнутость полок элемента или вмятина в полке		Б	Полка сжатая f ≤ 0,4 t растянутая f ≤ 2 t	Полка сжатая f ≤ 0,6 t растянутая f ≤ 3 t	-
	Перекос полки или двутаврового элемента		В	В местах примыкания α ≤ 0,005 bf В прочих местах α ≤ 0,01 bf	-	-

Продолжение табл. 6.9

		Выгнутость стенки балки без ребер жесткости		Б	f ≤ 0,003 hw	f ≤ 0,01 hw	-
	То же, с вертикальным ребром жесткости	Б	f ≤ 0,006 hw	f ≤ 0,015 hw	-
	Погнутость узловой фасонки		Б	При примыкании сжатого элемента tg α ≤ 0,01 В остальных случаях tg α ≤ 0,01	При примыкании сжатого элемента tg α ≤ 0,01 bf В остальных случаях tg α ≤ 0,02 bf
	То же, при наличии в ней трещины	А	Не допускается	Не допускается	-
	Смолковка или размолковка уголков		В	Не допускается	То же	-

Продолжение табл. 6.9

		Грибовидность полок тавровых и двутавровых элементов		Б	В местах примыкания а ≤ 0,008 bf В прочих местах а ≤ 0,01 bf	Проверяется расчетом
	Прогнутость фундаментных болтов	-		- // -	Проверяется расчетом	-
		Отсутствие болтов или заклепок	-	Б	- // -	Не допускается	-
	Проворачивание болтов или заклепок	-	Б	- // -	То же	-
	Отрыв головки заклепки или болта	-	А	Не допускается	Не допускается	-

Продолжение табл. 6.9

		Дрожание или перемещение головки заклепок под ударом молотка массой 300-400 г	-	В	- // -	Допускается при количестве подвижных заклепок не более 10% в группе	-
	Отсутствие проектного напряжения высокопрочных болтов	-	А	До 20% допускаемого отклонения по крутящему моменту	-	-
	Смятие по основному металлу в болтовом или заклепочном соединении	-	А	Не допускается	Не допускается	-
	Срез заклепки или болта	-	А	То же	То же	-
		Смещение рисок от проектного положения	-	Б	До 3 мм	До 3 мм	-

Продолжение табл. 6.9

		Смещение отметок опорных узлов и ригелей		Б	В зданиях без кранов α ≤ 200 мм В зданиях с мостовыми кранами α ≤ 15 мм	В зданиях без кранов α ≤ 40 мм В зданиях с мостовыми кранами α ≤ 30 мм
	Смещение оси колонны в верхнем сечении		Б	При h ≤ 15 м с ≤ 15 мм При h > 15 м с ≤ 0,001 h	При h ≤ 15 м с ≤ 20 мм При h > 15 м с ≤ 0,0015 h

Продолжение табл. 6.9

		То же, с разбивочной оси в нижнем положении	-	В	До 5 мм	До 10 мм
	Смещение осей ездовых балок для подвесных кранов с разбивочных осей пути		В	α ≤ 3 мм	α ≤ 4 мм
		Взаимное смещение верхних поясов ферм в горизонтальной плоскости		В	αпр - α ≤ ≤ 15 мм	αпр - α ≤ ≤ 20 мм	αпр - расстояние по проекту
	Взаимное смещение прогонов		В	αпр - α ≤ ≤ 3 мм	αпр - α ≤ ≤ 10 мм	То же

Продолжение табл. 6.9

		Внеузловое крепление элементов	-		Не допускается	Проверяется расчетом	-
	Расцентровка элементов в узлах	-		Проверяется расчетом	То же	-
		Зазор между базой колонны и фундаментом		В	α ≤ 5 мм	α ≤ 7 мм	-
		Общая поверхностная равномерная коррозия			Не допускается	Проверяется расчетом	-

Продолжение табл. 6.9

		Общая неравномерная коррозия			То же	То же	-
	Местная коррозия (коррозия пятнами)			- // -	- // -	-
	Коррозия язвами			- // -	h я ≤ 0,5 мм αя ≤ 2 мм	-
	Точечная (питтинговая) коррозия			- // -	d ≤ 0,1 мм	-

Продолжение табл. 6.9

		Межкристаллитная коррозия			- // -	Не допускается	-
	Подповерхностная коррозия			- // -	То же	-
	Коррозионное растрескивание		А	- // -	- // -	-
	Щелевая коррозия		Б	Не допускается	α ≤ 2 мм	-

Окончание табл. 6.9

		Разрушение и выветривание слоя краски до слоя грунта	-	В	То же	До 20 % площади	-
	Местные вспучивания и отслаивания краски, трещины в ней до поверхности металла	-	В	- // -	-	-
	Развитие под слоем краски очагов коррозии и появление на поверхности ржавчины	-	В	- // -	-	-
		Несоответствие марки стали проектной	-	А	- // -	Проверяется расчетом	-
	Замена сечений элементов, видов соединений и т.п.	-	А	- // -	То же	-