Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 624.014.27.074.5

СТАЛЕВІ ТРУБЧАСТІ КОНСТРУКЦІЇ ПЕРЕХРЕСНО-СТРИЖНЕВИХ СИСТЕМ З ГАРАНТОВАНИМИ ПОКАЗНИКАМИ

ДОВГОВІЧНОСТІ

05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Черних Інна Юріївна

Макіївка - 2005

анотація

Черних І.Ю. Сталеві трубчасті конструкції перехресно-стрижневих систем з гарантованими показниками довговічності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.23.01 - Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Донбаська національна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2005.

У дисертації запропоновано нове рішення проблеми зниження металоємності конструкції при встановлених критеріях безвідмовної роботи в корозійних середовищах з урахуванням вимог надійності конструктивної форми, виконано аналіз технологічної раціональності заходів щодо протикорозійного захисту на всіх стадіях життєвого циклу конструкції. Зроблено оцінку впливу конструктивних і технологічних особливостей виготовлення тригранної просторової перехресно-стрижневої ферми на показники гарантованої довговічності. Систематизовано розрахункові характеристики при виконанні перевірочного розрахунку на корозійну стійкість з урахуванням вимог СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” і першої редакції проекту ДБН В.1.2.-...-200... “Навантаження і впливи”. Представлено техніко-економічні показники, які характеризують ефективність комплексного обґрунтування заходів первинного і вторинного захисту для конструкцій покриття реальних об'єктів.

Ключові слова: перехресно-стрижневі системи, тригранна просторова ферма; гарантована надійність і довговічність; первинний і вторинний протикорозійний захист.

Аннотация

Черных И.Ю. Стальные трубчатые конструкции перекрестно-стержневых систем с гарантированными показателями долговечности. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения. - Донбасская национальная академия строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины, Макеевка, 2005.

В диссертации предложено новое решение проблемы снижения металлоемкости конструктивных элементов при установленных критериях безотказной работы в коррозионных средах с учетом требований Директивы Совета Европейского сообщества 89/106/ЕЕС, Европейских норм проектирования EN ISO 12944, включающее анализ технологической рациональности мероприятий по противокоррозионной защите на всех стадиях жизненного цикла конструкции.

В первом разделе определены принципы формообразования перекрестно-стержневых систем трубчатых конструкций с гарантированной долговечностью при мелкосерийном изготовлении, разработанные в соответствии с существующим методологическим подходом. Сформулирована задача обоснования мер первичной и вторичной защиты для конструктивных элементов регулярного “кристаллического” строения, одноболтовых соединений сплющенных торцов элементов раскосов с поясными фасонками, муфтовых соединений для конструктивных элементов поясов.

Во втором разделе изложен методический подход к заданию требований по надежности конструктивной формы, учитывающий возможности варьирования средств и методов противокоррозионной защиты для типовой модели эксплуатации трубчатых конструкций. Выполненный расчет на коррозийную стойкость трехгранной фермы связан с учетом мероприятий первичной и вторичной защиты на основе признаков предельных состояний первой и второй группы. Проведенные численные исследования, включающие требования к показателям первичной (_zk) и вторичной (_zn) защиты, выполнены с помощью проектно-вычислительного комплекса “Structure CAD”, что позволило определить показатели металлоемкости для разработанных вариантов конструкций покрытий и расчетно-экспериментальным путем обосновать отношение резерва надежности для пространственных трубчатых конструкций перекрестно-стержневых систем.

В третьем разделе произведена оценка влияния конструктивных и технологических особенностей изготовления трехгранной пространственной перекрестно-стержневой фермы на показатели гарантированной долговечности. Выполнен анализ экспериментальных исследований, связанных с оценкой напряженно-деформированного состояния двух опытных образцов конструкций, на изгиб и в условиях внецентренного сжатия.

Материалы четвертого раздела обосновывают гарантированные показатели долговечности трубчатых конструкций перекрестно-стержневых систем покрытий зданий и сооружений на основе предложенного методического подхода. Произведена систематизация расчетных характеристик при выполнении проверочного расчета на коррозионную стойкость с учетом требований СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” и первой редакции проекта ДБН В.1.2.-…-200… “Навантаження i впливи”. В разделе представлены технико-экономические показатели, характеризующие эффективность комплексного обоснования мер первичной и вторичной защиты для несущих конструкций покрытия ЗАО “Первый украинский международный банк”, пансионата “Мираж” ОАО “Облгаз”, проектных решений несущих конструкций каркаса теплицы ОАО “Ясиновский коксохимический завод” с использованием сборно-разборных трубчатых конструкций.

Ключевые слова: перекрестно-стержневые системы, трехгранная пространственная ферма; гарантированная надежность и долговечность; первичная и вторичная противокоррозионная защита.

abstract

I. Yu. Chernikh. Steel tubular structures of cross-rod systems with ensured performances of durability. - Manuscript.

The thesis for a scientific degree of the candidate of engineering sciences. Speciality 05.23.01 - Buildings Constructions, Buildings and Structures. Donbass National Academy of Civil Engineering and Architecture, Makeevka, 2005.

In the thesis the new solution of the problem of decrease of metal consumption(power-to-weight ratio) of structural members is offered at established criteria of a failure-free operation in corrosive environments taking into account the requirements of European and home design standards.

The problem of the substantiation of measures of primary and secondary protection for structural members of a regular “crystalline” structures is formulated, the methodical approach to the task of the reliability requirements of the design shape taking into account the possibility of variation of means and methods of corrosion protection for a standard model of exploitation of tubular structures is set up. The executed corrosion resistance calculation of a cross-rod systems is connected with allowance measures of primary and secondary protection on the basis of signs of limit conditions of the first and second group.

The conducted numerical researches including requirements to indice of primary (_zk) and secondary (_zn) protection, are made with the help of the design-computer complex “Structure CAD”, that has allowed to define indexes of metal consumption for designed versions of structures of coatings and by calculation and experimental way to ground the ratio of reliability reserve for spatial tubular structures of cross-rod systems.

Keywords: cross-rod systems, trihedral spatial forms; inherent reliability and durability; primary and secondary corrosive protection.

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі “Металеві конструкції” Донбаської національної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор КОРОЛЬОВ Володимир Петрович, Донбаська національна академія будівництва і архітектури, завідуючий науково-виробничою випробувальною лабораторією “Антикор-Дон”, м. Макіївка

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент єрмак Євген Михайлович, Українська державна академія залізничного транспорту, професор кафедри “Будівельні матеріали, конструкції і споруди”, м. Харків

кандидат технічних наук, с.н.с. лебедич Ігор Миколайович, ВАТ “Український науково-дослідний і проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського”, завідуючий відділом нових типів конструкцій, м. Київ

Провідна установа: Одеська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, кафедра “Металеві, дерев'яні та пластмасові конструкції”, м. Одеса

Захист відбудеться “13” травня 2005 року о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 у Донбаській національній академії будівництва і архітектури за адресою: 86123, Донецька обл., м. Макіївка-23, вул. Державіна, б.2, I навчальний корпус, Зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Донбаської національної академії будівництва і архітектури (86123, Донецька обл., м. Макіївка-23, вул. Державіна, б. 2).

Автореферат розіслано “_05_” квітня 2005 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради А.М. Югов

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найважливішою проблемою забезпечення надійності і довговічності легких металевих конструкцій (ЛМК) є розробка прогресивних технологій довгострокового захисту від корозійного руйнування. Зниження металоємкості конструктивних елементів при встановлених критеріях безвідмовної роботи в корозійних середовищах повинне враховувати вимоги Директиви Ради Європейського співтовариства 89/106/ЕЕС, Європейських норм проектування (EN ISO 12944) і включати аналіз технологічної раціональності заходів щодо протикорозійного захисту на всіх стадіях життєвого циклу конструкції.

Нормативно-законодавчою базою для удосконалювання комплексу заходів щодо забезпечення достатнього рівня надійності і довговічності основних фондів об'єктів промислового і цивільного призначення є Указ Президента України “Про заходи щодо підвищення якості вітчизняної продукції”, Постанова “Про забезпечення надійної і безпечної експлуатації будівель та інженерних мереж” (№ 409 від 05.05.1997 р.) і державної науково-технічної Програми “Ресурс” (№ 1331 від 08.10.2004 р.).

Використання трубчастих профілів для ЛМК є важливим напрямком підвищення довговічності конструктивної форми, що забезпечує підвищення корозійної стійкості в середньому на 10-15%. Практика вітчизняного і зарубіжного металобудівництва підтверджує високу ефективність ґратчастих просторових конструкцій із трубчастих стрижневих елементів, призначених для покрить суспільних і промислових будівель різного призначення. Важливе значення при цьому приділяється підвищенню технологічності заходів первинного і вторинного захисту від корозії, що сприяє зниженню витрат з підтримки показників якості і довговічності конструкції в процесі експлуатації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження теоретичного і прикладного характеру відповідають пріоритетному напрямку розвитку науки і техніки і були виконані в рамках держбюджетної теми Д-2-1-03 “Розробка програми забезпечення надійності конструктивних систем для попередження й усунення ситуацій і техногенних ризиків” (держ. рег. № 0103U000584), кафедральної держбюджетної теми ДО-2-10-01 “Удосконалення формоутворення металоконструкцій на основі діагностики і моніторингу залишкового ресурсу, економіко-математичне моделювання режиму експлуатації будівель і споруд” (держ. рег. № 01020002843).

Дисертаційну роботу виконано відповідно до завдань переліку напрямків фундаментальних і прикладних досліджень у галузі корозії і протикорозійних матеріалів в Україні на 2002-2010 рр., затверджених Президією НАН України (Постанова № 210 від 13.09.2002 р.).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка методики розрахунку на корозійні впливи сталевих трубчастих конструкцій перехресно-стрижневих систем (ПСС) з урахуванням конструктивних, технологічних і експлуатаційних характеристик заходів первинного і вторинного захисту. корозійний сталевий трубчастий конструкція

Для досягнення поставленої автором мети сформульовано наступні задачі:

· виконати теоретичні дослідження сучасних тенденцій формоутворення перехресно-стрижневих систем із трубчастих елементів;

· обґрунтувати методику розрахунку за граничними станами трубчастих конструкцій перехресно-стрижневих систем при заданих показниках надійності засобів первинного і вторинного захисту;

· виконати оцінку несучої здатності секцій перехресно-стрижневих систем на основі чисельних досліджень і при стендових натурних випробуваннях;

· розробити збірно-розбірні металоконструкції багатоцільового призначення з гарантованою довговічністю при дрібносерійному виробництві.

Логічна схема дослідженої проблеми представлена на рис. 1.

Об'єкт досліджень. Сталеві перехресно-стрижневі системи збірно-розбірної конструкції багатоцільового призначення з елементами із труб замкнутого круглого перерізу.

Предмет дослідження. Несуча здатність перехресно-стрижневої збірно-розбірної конструкції з урахуванням корозійних впливів.

Методи дослідження. Чисельне моделювання на основі методу кінцевих елементів; випробування статичним навантаженням; моделювання фізико-хімічних впливів, розрахунково-експериментальна оцінка ознак граничних станів. Експериментальні секції пройшли випробування відповідно до вимог ДСТУ Б В.2.6-10-96.

Наукова новизна одержаних результатів:

· теоретично та експериментально обґрунтовано гарантовані показники довговічності первинного і вторинного захисту сталевих трубчастих конструкцій за класифікаційними ознаками корозійних впливів і критеріїв граничних станів;

· отримано результати чисельного моделювання напружено-деформованого стану трубчастих конструкцій з урахуванням заданих вимог за надійністю на основі даних статичних випробувань навантаженням;

· визначено розрахунково-експериментальні показники корозійної стійкості збірно-розбірних з'єднань конструктивних елементів перехресно-стрижневих систем;

· встановлено параметри електрохімічних цинкових покрить з урахуванням технологічної підготовки і заданого ступеню агресивності режиму експлуатації збірно-розбірних конструкцій.

Вірогідність отриманих результатів підтверджується використанням апробованих підходів методики граничних станів, коректністю формулювання задач відповідно до нормативно-технічних вимог за надійністю, стандартними методами випробувань, виконаними у науково-виробничій випробувальній лабораторії “Антикор-Дон” (НВВЛ “Антикор-Дон”), акредитованій в Системі УкрСЕПРО (атестат акредитації № UA6.001.Т.244), чисельними розрахунками на ліцензійному програмному забезпеченні, а також статистичним обґрунтуванням результатів експериментальних і розрахункових задач.

Практичне значення одержаних результатів:

· розроблено конструктивні і технологічні рішення сталевих трубчастих збірно-розбірних конструкцій з використанням болтових з'єднань сплющених кінців розкосів і вузлових фасонок поясних елементів;

· обґрунтовано заходи первинного і вторинного захисту тригранної стрижневої конструкції з урахуванням показників гарантованої довговічності для встановлених розрахункових моделей експлуатації і технічного обслуговування;

· отримано експериментальні дані статичних випробувань, що визначають параметри напружено-деформованого стану при моделюванні корозійних впливів у розрахунках за граничними станами;

· виконано відпрацьовування на технологічність операцій по електрохімічному нанесенню цинкових покрить на трубчасті елементи конструкцій при дрібносерійному виробництві.

Реалізація роботи. Результати досліджень впроваджені при розробці нормативно-технічних документів:

· технологічного регламенту нанесення захисного електрохімічного покриття для виробничої бази НВВЛ “Антикор-Дон” Донбаської національної академії будівництва і архітектури (ДонНАБА);

· проекту ДБН “Захист від корозії в будівництві. Захист металевих конструкцій від корозії” (на заміну розділів СНиП 2.03.11-85 “Нормы проектирования. Защита строительных конструкций от коррозии”);

· типових рішень уніфікованих секцій збірно-розбірних конструкцій багатоцільового призначення (каркас теплиці, підтримуючі конструкції рекламно-інформаційного стенду).

Особистий внесок здобувача. Викладені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно. Особисто автору належить:

· розробка конструктивних рішень з урахуванням вимог первинного і вторинного захисту трубчастих збірно-розбірних конструкцій ПСС;

· розробка методики розрахунку напружено-деформованого стану перехресно-стрижневих систем на основі моделювання фізико-хімічних впливів середовища на елементи і вузли трубчастих конструкцій за встановленими критеріями граничних станів;

· експериментальні дані напружено-деформованого стану тригранної стрижневої збірно-розбірної конструкції при статичному навантаженні для виявлення резерву надійності;

· результати розрахунково-експериментальної оцінки гарантованої довговічності однотипних зразків трубчастих конструкцій;

· конструктивне рішення вузла перехресно-стрижневих систем (патент України № 44976А).

Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на: 15 th. International Corrosion Congress Frontiers In Corrosion Science And Technology (Spain, Granada, 2002); міжнародній конференції “Довговічність будівельних конструкцій. Теорія і практика захисту від корозії” (м. Волгоград, 2002); міжнародній науково-практичній конференції-виставці “Захист від корозії і моніторинг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж” (м. Донецьк, 2003), “Корозія-2004” (м. Львів, 2004), VIII Українська науково-технічна конференція “Металеві конструкції: погляд в минуле і майбутнє” (м. Київ, 2004), XXV - XXX науково-практичних конференціях студентів, аспірантів і молодих вчених ДонНАБА (м. Макіївка, 1998-2004).

Публікації. Основні положення дисертації знайшли своє відображення у 10 друкованих працях, з яких 6 статей у наукових журналах і збірниках, 4 - у матеріалах і тезах конференцій; 1 робота опублікована без співавторів.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з введення, чотирьох розділів, основних результатів і висновків, списку використаних джерел з 215 найменувань, двох додатків. Робота викладена на 192 сторінках, у тому числі 122 сторінки основного тексту, 21 сторінка списку використаних джерел, 14 повні сторінки з малюнками і таблицями, 48 сторінок додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і задачі дослідження, наукову новизну і практичне значення роботи, представлено її загальну характеристику.

В першому розділі представлено огляд перспективних напрямків розвитку легких металоконструкцій, пов'язаний з використанням нових матеріалів, типорозмірів профілів, видів вузлових з'єднань. Конструктивні рішення типових ЛМК покрить малих прольотів з використанням круглих сталевих труб і замкнутих гнутозварних профілів прямокутного перерізу мали розвиток у 70-80 рр. ХХ ст. для будівель багатоцільового призначення. Концепція розвитку легких металоконструкцій в Україні, розроблена ВАТ “УкрНДІпроектстальконструкція ім. В.М. Шимановського”, як приоритетні напрямки інвестиційних проектів визначила розробку нових типів ЛМК із використанням ефективних профілів, протикорозійного захисту тонколистового прокату, впровадження сучасних технологій виготовлення будівель-модулів, які швидко монтуються, з гарантованими показниками довговічності.

Виконано аналіз теоретичних і експериментальних досліджень в галузі формоутворення ЛМК на основі робіт І.Л. Апаріна, Є.І. Белені, В.В. Бірюльова, Я. Брудки, В.М. Гордєєва, Є.В. Горохова, Є.М. Єрмака, М.М. Жербіна, І.М. Лебедича, Л.М. Лобанова, М.П. Мельникова, Н.С. Москальова, О.І. Оглоблі, Я.І. Олькова, В.О. Пермякова, М.М. Сахновського, А.Н. Смирнова, Б.А. Сперанського, В.В. Стоянова, Ф.Ф. Тамплона, В.І. Трофімова, В.В. Трофимовича, В.А. Фисуна, Н.Л. Чернова, А.М. Чистякова, В.С. Шебаніна, В.М. Шимановського та ін.

Шляхи удосконалювання конструктивних рішень ЛМК розглянуто в роботах С.І. Білика, В.А. Боброва, О.В. Галактіонова, М.Л. Гринберга, Л.Е. Дробязка, В.М. Кликова, В.Г. Нікіфорова, О.О. Нілова, В.А. Прицкера та ін.

Впливу особливостей експлуатації на показники надійності і довговічності просторових стрижневих конструкцій присвячені роботи Г.А. Ажермачьова, Е.Ф. Гарфа, В.О. Владимирського, Є.А. Єгорова, Р.І. Кінаша, В.П. Мущанова, А.Я. Недосекі, О.Р. Ржаніцина, С.Ф. Пічугіна, А.В. Перельмутера, С.М. Шаповалова, Є.В. Шевченка, А.М. Югова та ін.

Дослідження, пов'язані з підвищенням корозійної стійкості, впровадженням нових матеріалів і технологій протикорозійного захисту, знайшли відображення в роботах Б.Г. Алексеенка, О.М. Гібаленка, А.І. Голубєва, Я.В. Назима, І.Г. Овчіннікова, Г.В. Оносова, М.Є. Самойленка, А.М. Шляфірнера та ін.

Відповідно до методологічного підходу, який розроблено і обґрунтовано у роботах Є.В. Горохова і В.П. Корольова, визначені принципи формоутворення ПСС трубчастих конструкцій з гарантованою довговічністю при дрібносерійному виробництві. Сформульовано задачу обґрунтування заходів первинного і вторинного захисту для конструктивних елементів, а також етапи обґрунтування гарантованих показників довговічності трубчастих конструкцій.

У другому розділі викладено методичний підхід до завдання вимог щодо надійності конструктивної форми, яка враховує можливості варіювання засобів і методів протикорозійного захисту для типової моделі експлуатації трубчастих конструкцій (рис. 2).

Розглянуто об'ємно-планувальні рішення конструкцій покрить ПСС із розрідженою схемою розташування тригранних, плоских ферм і добірних елементів (рис. 3).

Модульна система “кристалу” для конструкцій багатоцільового призначення для прольотів L=12,0 м представлена на рис. 4.

Розрахунок на корозійну стійкість тригранної ферми пов'язаний з урахуванням заходів первинного і вторинного захисту на основі ознак граничних станів першої і другої групи. Розрахунок показників довговічності пов'язаний з обмеженнями за придатністю конструкцій до нормальної експлуатації і визначає періодичність поновлення захисного покриття. Розрахункові залежності для обґрунтування конструктивних рішень на стадії проектування мають вигляд:

I граничний стан:

; (1)

. (2)

II граничний стан:

; (3)

; (4)

; (5)

. (6)

де Ф - граничне зусилля, що може сприйняти елемент, який розраховується; N - найбільше розрахункове зусилля в конструктивному елементі; Г - відношення резерву надійності; _zk - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту, який установлено при обґрунтуванні методів первинного захисту; _zn - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту, який установлено при обґрунтуванні методів вторинного захисту; _zf - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту, обумовлений за даними контролю корозійного стану в період експлуатації; А - характеристика ступеня агресивності режиму експлуатації, г/(м² · рік); - призначений термін служби захисного покриття з урахуванням коефіцієнта кінетики корозійного зносу с; m - переводний коефіцієнт корозійних витрат; - приведена товщина перерізу елемента; F_e - показник якості експлуатації, комплексна характеристика, що враховує стан первинного і вторинного протикорозійного захисту в задачах виявлення резерву несучої здатності і залишкового ресурсу; Т₃ - нормативний термін служби захисних покрить за даними сертифікаційних випробувань; Т_m - нормативний термін служби захисних металевих покрить; Т₃ (Т_m) - гарантований термін служби захисних (металевих) покрить з довірчою ймовірністю =0,95; Т_в - гамма-відсотковий термін відновлення протикорозійного захисту.

Розрахунково-експериментальну оцінку показників довговічності захисних покрить виконано на основі моделювання фізико-хімічних впливів у процесі прискорених випробувань зразків із замкнутих трубчастих профілів із захисними покриттями, призначеними для довгострокового захисту від корозії (рис. 5).

Вибір систем захисних покрить включав аналіз показників технологічної раціональності протикорозійного захисту B_oz при виготовленні збірно-розбірних трубчастих конструкцій.

Порівняльну оцінку захисних властивостей і обґрунтування коефіцієнтів надійності _zn зроблено для покрить, утворених при електрохімічному цинкуванні, дифузійному нанесенні в розплаві цинку, цинкполімерних і комбінованих покрить.

Чисельні дослідження, що включають вимоги до показників первинного (_zk) і вторинного (_zn) захисту, виконано за допомогою проектно-обчислювального комплексу “Structure CAD” (ПОК “SCAD”), що дозволило визначити показники металоємності для розроблених варіантів конструкцій покрить перехресно-стрижневих систем (рис. 6).

Реалізація алгоритму визначення показників гарантованої довговічності з урахуванням коефіцієнтів надійності первинного (_zk) і вторинного (_zn) захисту пов'язана з розрахунково-експериментальним обґрунтуванням відношення резерву надійності для систем просторових трубчастих конструкцій.

В третьому розділі виконано оцінку впливу конструктивних і технологічних особливостей виготовлення тригранної просторової перехресно-стрижневої ферми на показники гарантованої довговічності. Експериментальні дослідження, пов'язані з оцінкою напружено-деформованого стану виконано на двох дослідницьких зразках конструкцій, призначених для випробувань на прогин та для умов позацентрового стиску.

Тригранні секції формотворного елемента (див. рис. 4) виготовлено з труб перерізом 57х5 мм. Збірка тригранних секцій виконувалася на болтах М12. Утворення електрохімічних цинкових захисних покрить зроблено за технологічним регламентом, який розроблено для умов виробничої ділянки НВВЛ “Антикор-Дон”.

Відпрацьовування конструктивних елементів на технологічність включали обґрунтування параметрів режиму осадження цинкових покрить при використанні комплексного електроліту. При виконанні експериментальних досліджень встановлено залежність:

, (6)

де в_f - коефіцієнт впливу форми, що враховує ступінь складності сполучних елементів;

t_i - тривалість осадження цинкового покриття, години;

P_i - катодна щільність струму, А/дм².

На підставі формули (6) отримано розрахункову залежність для визначення терміну служби металевого цинкового покриття з урахуванням технологічної підготовки і заданого ступеню агресивності режиму експлуатації:

(7)

де t_m - товщина металевого покриття, мм.

Випробування просторових ферм здійснювалося відповідно за схемами, які показані на рис. 7 та 9. Для прикладення випробувального навантаження за місцем виготовлено і змонтовано елементи оснащення.

Робоче навантаження конструкції створювалося і підтримувалося гідравлічними домкратами. Для вимірів відносних деформацій і переміщень у найбільш характерних і напружених зонах конструкції використовувалися тензометри Аістова і прогиноміри типу 6-ПАО.

Вимір переміщень і відносних деформацій елементів просторово-стрижневих конструкцій ферм проводився на всіх етапах навантаження, яке проводилося до відмови елементів конструкції. Відмову конструктивних елементів ферми-балки зафіксовано в результаті втрати місцевої стійкості опорного розкосу при навантаженні 70 кН (рис. 8).

Для ферми-стійки граничний стан встановлено у результаті втрати стійкості поясного елемента при навантаженні 240 кН (рис. 10).

Результати стендових випробувань тригранної секції-балки і секції-стійки використано для визначення відношення резерву надійності (Г) і призначеного терміну служби конструкцій (Т_н) з урахуванням прийнятих заходів первинного (?_zk) і вторинного (?_zn) захисту (табл. 1).

Таблиця 1

Визначення відношення резерву надійності і призначеного терміну служби конструкцій з урахуванням прийнятих заходів первинного і вторинного захисту

№ п/п	Розташування конструктивного елемента, що визначає характер руйнування	Параметри при відмові конструктивного елемента	An, г/(м2 рік)	Коефіцієнт надійності протикорозійного захисту	Tн, рік
		N, кН	Ф, кН	Г		?zk	?zn
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1		50	70	1,40	2150	0,95	0,92	50
2		180	240	1,35				52,5

Четвертий розділ присвячений обґрунтуванню гарантованих показників довговічності трубчастих конструкцій перехресно-стрижневих систем покрить будівель і споруд на основі методичного підходу, який представлено на рис. 2.

Виконано аналіз технічного стану і систематизацію розрахункових характеристик для виконання перевірочного розрахунку на корозійну стійкість з урахуванням вимог проекту ДБН “Захист від корозії в будівництві. Діагностика корозійного стану та продовження нормативного ресурсу металевих конструкцій” для несучих та огороджуючих конструкцій атріуму, зимового саду і патіо ЗАТ “Перший Український Міжнародний банк” (далі ЗАТ “ПУМБ”) (несучі конструкції покрить - структурні плити з вузловими елементами типу “Mero”) і несучих конструкцій покриття навісу пансіонату “Міраж” ВАТ “Облгаз”.

Розрахункова оцінка напружено-деформованого стану конструктивних елементів покриття, виконано з використанням ПОК “SCAD”, що дозволило визначити показники експлуатаційного стану трубчастих конструкцій і покрить, для підвищення ефективності заходів первинного і вторинного захисту (таблиця 2).

Таблиця 2

Розрахункові характеристики залишкового ресурсу конструктивних елементів після відмовлення захисних покрить

Найменування об'єкту	Характеристичні значення річних корозійних втрат Аn, г/м2	Показник якості експлуатації, Fe	Розрахунковий строк ресурсу до ймовірної відмови i-го конструктивного елемента, років	Кількість елементів з признаками граничних станів після 10 років експлуатації, шт.	Рівень пошкодження в результаті корозійних впливів, %
	зони
	1	2	3	4
1	2	3	4	5	6
Атріум ЗАО “ПУМБ”	345	490	575	955	0,05	9 6	32 56	3% 6%
Зимовий сад ЗАО “ПУМБ”	370	505	585	970	0,1	7 4	48 144	5% 15%
Патіо ЗАО “ПУМБ”	310	470	550	940	0,05	9 6	136 186	12% 16%
Пансіонат “Міраж”	1560	2155	2420	2700	0,15	7 4	27 42	15% 22%
Примітка. * у чисельнику наведено характеристики для СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия”; у знаменнику - для проекту ДБН В.1.2.-…-200… “Навантаження i впливи”.

Порівняльний аналіз експлуатаційного стану при корозійних впливах виконано з урахуванням визначення рівня пошкодження ПСС:

U_p = (N_p / N_o)100% , (8)

де N_p - кількість елементів з ознаками граничних станів, які викликані корозійним руйнуванням;

N_o - загальна кількість елементів у конструкції.

Отримані чисельні значення U_p використано для визначення типових моделей експлуатації несучих конструкцій покрить ЗАТ “ПУМБ”, які регламентують склад контрольних заходів, пов'язаних з оцінкою корозійного стану об'єктів.

У розділі представлено техніко-економічні показники (табл. 3), які характеризують ефективність комплексного обґрунтування заходів первинного і вторинного захисту для несучих конструкцій покриття ЗАТ “Перший український міжнародний банк”, пансіонату “Міраж” ВАТ “Облгаз”, проектних рішень несучих конструкцій каркасу теплиці ВАТ “Ясинівський коксохімічний завод” з використанням збірно-розбірних трубчастих конструкцій.

Таблиця 3

Основні техніко-економічні показники обґрунтування заходів первинного і вторинного захисту конструкцій об'єктів різного призначення

Найменування об'єкту	Тип системи покриття*	Залишковий строк служби без додаткових заходів щодо захисту та посилення Тr, років	Коефіцієнт надійності при продовженні залишкового ресурсу, zr	Кількість ремонтних відновлень захисного покриття	Вартість покрить, грн/т	Витрати за 50 років експлуатації, грн/т
1	2	3	4	5	6	7
Несучі конст-рукції покрить ЗАТ “Перший український міжнародний банк”	ЛФП	12,72	0,233	9	400,1	2000,50
	ЕХПzn	36,33	0,233	0	5058,00	5058,00
	ГарZn	36,91	0,233	0	8894,00	8894,00
Несучі конструкції покрить пансіонату “Міраж” ВАТ “Облгаз”	ПФ-132 МР “Феррокор”	16,74	0,283	6	501,10	6558,00
	ЕХПzn + ПФ-132 МР “Феррокор”	33,14	0,283	1	5764,00	6265,00
	ГарZn	21,47	0,283	0	8894,00	8894,00
Несучі конструкції теплиці ЗАТ “Ясинівський коксохімічний завод”	“Du Pont”	6,52	0,76	6	440,15	6304,00
	ЭХПzn + “Du Pont”	15,94	0,76	1	5498,20	6138,00
	ГарZn	10,48	0,76	0	8894,00	8894,00
Примітка. * ЛФП - лакофарбове покриття; ЕХПzn - покриття, яке отримане способом електрохімічного цинкування; ГарZn - покриття, яке отримане способом гарячого цинкування.

Отримані розрахунково-експериментальні дані роботи розглянутих типів систем покриття при встановлених розрахункових ситуаціях режиму експлуатації об'єктів дозволяють зробити висновок про економічну доцільність застосування комбінованого покриття (основний шар - електрохімічне цинкове покриття, покривний шар - лакофарбове покриття) у середовищі сильноагресивних впливів промислових і морських атмосфер.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

В результаті теоретичних і експериментальних досліджень, які виконано при обґрунтуванні конструктивних рішень сталевих трубчастих конструкцій перехресно-стрижневих систем, розроблено комплексний підхід до проектування заходів первинного і вторинного захисту з гарантованими показниками довговічності.

Обґрунтовано методику розрахунку напружено-деформованого стану перехресно-стрижневих систем на основі моделювання фізико-хімічних впливів середовища на елементи і вузли трубчастих конструкцій за встановленими критеріями граничних станів.

Виконано стендові означальні випробування тригранної стрижневої збірно-розбірної конструкції при статичному навантаженні для виявлення резерву надійності:

· установлено граничне навантаження просторово-стрижневої балкової конструкції (N=70 кН), яке пов'язане з втратою місцевої стійкості опорного розкосу для відношення резерву надійності Г=1,40;

· оцінка граничного опору просторово-стрижневої стійки при позацентровому навантаженні (N=240 кН) визначила форму втрати загальної стійкості поясу для відношення резерву надійності Г=1,35.

Запропоновано математичну модель розрахунку гарантованих показників довговічності, що включають вимоги за конструктивними, технологічними і експлуатаційними засобами і методами протикорозійного захисту в залежності від відношення резерву надійності сталевих трубчастих конструкцій. Установлено, що коефіцієнт, який враховує нерівномірність корозійного руйнування за даними експериментального дослідження, складає для елементів поясів і вузлових з'єднань б_f =0,85, для розкосів - б_f =0,90.

Розроблено алгоритм чисельного моделювання конструктивних і технологічних параметрів первинного і вторинного захисту, який забезпечує обґрунтування коефіцієнта надійності протикорозійного захисту, що дозволяє зробити розрахункову оцінку терміну служби конструктивних елементів із заданою довірчою ймовірністю при встановлених діапазонах зміни ступеню агресивності впливів.

Доведено, що експериментальні данні визначення коефіцієнта надійності вторинного захисту при прискорених корозійних випробуваннях дозволяють виконувати розрахункову оцінку гарантованої довговічності при значеннях коефіцієнтів для електрохімічних (?_zn=0,95) і цинкполімерних (?_zn=0,90) покрить. Результати натурних стендових випробувань показали, що після 5 років експозиції захисні властивості досліджуваних систем покрить у сильноагресивних середовищах А_н=4000 г/(м²рік) відрізняються від розрахункових значень не більше ніж на 10-15%.

У процесі технологічної підготовки виробництва встановлено і реалізовано вимоги, що забезпечують статистичну оцінку узагальненого показника технологічної раціональності для електрохімічних (В_oz=2,5) і цинкполімерних (В_oz=2,3) покрить. Виявлена залежність технологічних і конструктивних параметрів забезпечує розрахункову оцінку терміну служби металевого цинкового покриття в залежності від ступеня агресивності впливів режиму експлуатації.

За результатами експериментальних досліджень для ВАТ “Ясинівський коксохімічний завод” розроблено проектні рішення уніфікованих секцій металевих трубчастих конструкцій з гарантованими показниками довговічності. Економічна ефективність визначення средств і засобів протикорозійного захисту для умов сильноагресивних середовищ склала 70 тис. грн. Результати теоретичних досліджень використано під час підготовки проекту ДБН “Захист від корозії в будівництві. Захист металевих конструкцій від корозії” (на заміну розділів СНиП 2.03.11-85 “Нормы проектирования. Защита строительных конструкций от коррозии”).

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В НАСТУПНИХ ПРАЦЯХ

Королев В.П., Гибаленко А.Н., Черных И.Ю. Узловое соединение стальных трубчатых пространственных конструкций // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. Вып. 2000-1(21). - Макеевка, 2000. - С. 31-32.

Королев В.П., Черных И.Ю. Расчет элементов и соединений перекрестно-стержневых систем на коррозионную стойкость и долговечность // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. Вып. 2001-4(29). - Макеевка, 2001. - С. 35-38.

Королев В.П., Прокопенко А.И., Гибаленко А.Н., Черных И.Ю. Долговременная защита панелей покрытия // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. Вып. 2002-1(32). - Макеевка, 2002. - С. 50-52.

Королев В.П., Зинченко С.А., Селютин Ю.В., Черных И.Ю. Расчетная оценка показателей коррозионной стойкости и долговечности строительных металлоконструкций // современные проблемы строительства / Ежегодный научно-технический сборник. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО “Лебедь”, 2002. - т.II, С. 113-119.

Черных И.Ю. Расчет стержневых конструкций с учетом коррозионных воздействий // Вестник Одесской государственной академии строительства и архитектуры. Сб. 16. - Одесса, 2004. - С. 254-264.

Патент 44976А України, МПК Е04В1/58. Вузлове з'єднання елементів з труб металевих просторових конструкцій / Корольов В.П., Гібаленко О.М., Черних І.Ю. (Україна). - № 2000041908; Заяв. 04.04.2000; Опубл. 15.03.2002. Бюл. № 3. - 3 с.

Праці, які додатково відображають результати досліджень:

V. Korolov, J. Voitova, I. Volkova, I. Chernikh. Diagnostics of residual life for metal constructions in corrosive environment based on limiting state criteria // 15 th. INTERNATIONAL CORROSION CONGRESS FRONTIERS IN CORROSION SCIENCE AND TECHNOLOGY. - Granada (Spain), September 22 to 27, 2002 - p. 578.

Королев В.П., Волкова И.А., Войтова Ж.Н., Дюкарев Г.В., Черных И.Ю. Диагностика коррозионного состояния строительных конструкций коксохимических предприятий // Долговечность строительных конструкций. Теория и практика защиты от коррозии. - М.: Центр экономики и маркетинга, 2002. - С. 343 - 349.

V. Korolov, A.Gibalenko, I.Volkova, I.Chernikh. Diagnjstics Of Residual Life For Metal Constructions In Corrosive Environment // Захист від корозії і моніторинг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж. Матеріали науково-практ. конф.(м. Донецьк, 9-12 червня 2003 р.) - Донецьк: УАМК, 2003. - С. 457-463.

Королев В., Риженков О., Зинькевич О., Черных И.Ю. Обеспечение гарантированной долговечности противокоррозионной защиты металоконструкций на стадии изготовления // проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів: В 2-х т. / Спецвипуск журналу “Фізико-хімічна механіка матеріалів”. - № 4. - Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України, 2004 - Т. 1. - С. 322-328.

(В публікаціях зі співавторами здобувачем виконано: розрахунок елементів перехресно-стрижневих систем на корозійну стійкість і довговічність [1, 2]; конструювання і розрахунок вузлового з'єднання перехресно-стрижневих систем із трубчастих елементів [1, 6]; обґрунтування підвищення довговічності і надійності несучих металоконструкцій панелей покриття з використанням електрохімічних цинкових покрить [3]; розрахункова оцінка показників корозійної стійкості і довговічності будівельних металоконструкцій і залишкового ресурсу на підставі експертного діагностування [4]).

Размещено на Allbest.ru