Размещено на http://www.allbest.ru/

Відкрите акціонерне товариство

український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського

05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

УДК 624.014:620.193

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОЦІНКА ТА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ПРОТИКОРОЗІЙНОГО ЗАХИСТУ НА СТАДІЇ ВИГОТОВЛЕННЯ СТАЛЕВИХ КОНСТРУКЦІЙ

Риженков Олександр

Андрійович

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донбаському центрі технологічної безпеки Відкритого акціонерного товариства Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Корольов Володимир Петрович, Відкрите акціонерне товариство Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського, директор Донбаського центру технологічної безпеки

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пічугін Сергій Федорович, Полтавський національний технічний університет ім. Юрія Кондратюка, завідувач кафедри конструкцій з металу, дерева і пластмас;

кандидат технічних наук, професор Нілов Олексій Олександрович, Київський національний університет будівництва і архітектури, професор кафедри металевих і дерев'яних конструкцій.Захист відбудеться « 23 » квітня 2009 року о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.857.01 у Відкритому акціонерному товаристві Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: 02660, м. Київ, проспект Визволителів, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Відкритого акціонерного товариства Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського за адресою: 02660, м. Київ, проспект Визволителів, 1.

Автореферат розісланий «___» березня 2009 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., с.н.с. О.І. Голоднов

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розширення області застосування металу в будівництві, підвищення архітектурної виразності будівель і споруд визначають необхідність вдосконалення вимог до засобів і методів протикорозійного захисту конструкцій. Нормативні вимоги до показників якості та довговічності будівельних металоконструкцій в корозійних середовищах включають застосування чинних стандартів Єдиної системи захисту від корозії, старіння і біопошкоджень (ЄСЗКС). Аналіз вимог технічних регламентів будівельних конструкцій підтверджує важливість контролю декоративних і захисних властивостей покриттів для поліпшення споживацьких якостей металопродукції.

Вдосконалення механізмів забезпечення якості металоконструкцій направлене на реалізацію Законів України «Про захист прав споживачів», «Про підтвердження відповідності» при визначенні гарантованих рівнів експлуатаційних властивостей з урахуванням вимог Директиви Ради Європейського співтовариства 89/106/ЕЕС. Гарантії виробника встановлюються системою менеджменту якості підприємства за стандартом ISO 9001:2000 і повинні включати умови технологічної безпеки для технічного обслуговування та ремонту. Необхідно відзначити, що чинні нормативні документи, зокрема СНиП III-18-75, не передбачають вимог до гарантованих термінів служби будівельних металоконструкцій. Питання управління експлуатаційним терміном служби для забезпечення надійності та безпеки промислових та цивільних об'єктів визначені як пріоритетні завдання в Постанові КМУ від 8 жовтня 2004 р. № 1331 ”Про затвердження Державної науково-технічної програми "Ресурс".

Європейські норми проектування (EN ISO 12944) визначають нормативні вимоги щодо обґрунтування заходів протикорозійного захисту впродовж терміну служби, встановленого технічними умовами. Тому менеджмент якості протикорозійного захисту на основі підходів до оцінки граничних станів розглядається як важлива комплексна проблема забезпечення технологічної безпеки конструкцій будівель та споруд.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до завдань п.п. 6.4, 6.5 напрямів по вдосконаленню заходів забезпечення надійності та безпечної експлуатації споруд, конструкцій, обладнання та інженерних мереж Державної науково-технічної програми «Ресурс» (№ ДР 0107U005865).

Мета роботи - розробка регламентних вимог забезпечення якості протикорозійного захисту на основі розрахунково-експериментальної методики оцінки показників надійності сталевих конструкцій за встановленими рівнями корозійної небезпеки будівельних об'єктів.

Задачі досліджень:

· розробити методику вибору та обґрунтування засобів первинного і вторинного захисту на основі розрахунково-експериментальної оцінки корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при заданому терміні служби сталевих конструкцій;

· виконати фізико-хімічне та математичне моделювання корозійного руйнування конструктивних елементів та їх захисних покриттів на основі аналізу показників технологічної раціональності протикорозійного захисту;

· сформулювати умови підтвердження відповідності гарантованих показників довговічності вимогам технологічної безпеки типової моделі експлуатації та технічного обслуговування за фактичним станом;

· розробити алгоритм управління економічною ефективністю заходів первинного та вторинного захисту в залежності від рівня корозійної небезпеки об'єкту;

· упровадити розроблені методики й алгоритми при розв'язанні практичних задач.

Об'єкти досліджень - засоби і методи протикорозійного захисту сталевих конструкцій за критеріями корозійної небезпеки.

Предмет дослідження - показники довговічності та ремонтопридатності сталевих конструкцій та їх захисних покриттів при проектуванні, виготовленні, експлуатації з урахуванням вимог технологічної раціональності та безпеки в корозійних середовищах.

Методи дослідження засновані на процесному підході до управління якістю та оцінки ризиків в будівництві, теорії надійності будівельних конструкцій, моделюванні агресивних дій при прискорених і стендових випробуваннях, розрахунково-експериментальній оцінці несучої здатності та експлуатаційних параметрів конструкцій за ознаками граничних станів.

Наукову новизну отриманих результатів становлять:

· процесний підхід до постановки задачі вибору засобів і методів первинного та вторинного захисту від корозії при заданому рівні корозійної небезпеки об'єкту;

· методика підтвердження відповідності терміну служби сталевих конструкцій в корозійних середовищах заданим показникам надійності протикорозійного захисту;

· математична модель коефіцієнта готовності сталевих конструкцій за параметрами конструктивних і технологічних заходів протикорозійного захисту;

· результати чисельного моделювання коефіцієнта надійності протикорозійного захисту та показника якості експлуатації на підставі оцінки експлуатаційних характеристик конструкцій;

· алгоритм визначення ефективності заходів первинного та вторинного захисту на стадії виготовлення сталевих конструкцій за заданими інтервальними значеннями характеристик рівня корозійної небезпеки.

Практичне значення отриманих результатів:

· розроблений методичний підхід, який дозволяє виконувати обґрунтування заходів протикорозійного захисту при підготовці виробництва сталевих конструкцій відповідно до вимог стандартів ISO 9001:2000, EN ISO 12944:1998 і OHSAS 18001:1999;

· отримані кількісні показники коефіцієнта готовності для характеристики технологічної раціональності засобів і методів протикорозійного захисту при заданих вимогах надійності сталевих конструкцій в корозійних середовищах;

· визначена послідовність підтвердження відповідності показників корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності сталевих конструкцій гарантованому (заданому) терміну з урахуванням наявної системи технічного обслуговування та ремонту;

· розроблені регламентні вимоги щодо раціонального конструювання з урахуванням рівня корозійної небезпеки заходів первинного та вторинного захисту для встановлених термінів експлуатації сталевих конструкцій.

Впровадження результатів роботи. Результати досліджень використані при розробках:

· стандарту підприємства СТП 01.001-03 «Система менеджменту якості» ВАТ «Конструкція» з конструкторської та технологічної підготовки виробництва при виконанні протикорозійного захисту сталевих конструкцій (впроваджений розпорядженням № 105 по ВАТ «Конструкція» від 03.11.2003 р.);

· вимог до первинного та вторинного захисту ДБН В.2.6-... :200… «Будівельні матеріали і конструкції. Сталеві конструкції. Норми проектування, виготовлення і монтажу» (замість СНиП II-23-81*);

· інформаційної технології менеджменту протикорозійного захисту сталевих конструкцій будівель і споруд автоматизованої бази даних «Ресурс»;

· рекомендацій щодо обґрунтування терміну служби сталевих конструкцій конвеєрних галерей ВАТ «Ясинівській КХЗ», ЗАТ «Донецьксталь» - металургійний завод», ЗАТ «Макіївкокс», а також вибору протикорозійного захисту металоконструкцій об'єктів ВАТ «Алчевській металургійний комбінат».

Особистий внесок здобувача. Наведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно, а також у співавторстві згідно основних публікацій, в яких особисто автору належать:

· процесний підхід щодо обґрунтування та вибору первинного та вторинного захисту з урахуванням рівня корозійної небезпеки сталевих конструкцій;

· встановлені характеристики при визначенні коефіцієнта готовності сталевих конструкцій і область допустимих значень ремонтопридатності конструкцій;

· рішення задачі підтвердження терміну служби протикорозійного захисту сталевих конструкцій в корозійних середовищах;

· розробка алгоритму оцінки ефективності протикорозійного захисту для заданого терміну служби сталевих конструкцій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на: Міжнародній конференції «Теорія і практика металевих конструкцій» (м.м. Донецьк-Макіївка, 2-4 грудня 1997 р.); Міжнародних конференціях Корозія-2004, Корозія-2006, Корозія-2008 «Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів» (м. Львів); VIII Українській науково-технічній конференції «Металеві конструкції: погляд у минуле і майбутнє» (м. Київ, 18-22 жовтня 2004 року); школі-семінарі «Новітні технології оцінки технічного стану конструкцій та споруд. Забезпечення безпеки експлуатації за фактичним станом» (м. Лейпциг, Німеччина, 26.09 - 28.09 2005 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Захист від корозії у будівництві та міському господарстві ” (м. Москва, 17-19 травня 2005 р.); Європейському конгресі EUROCORR-2007 (м. Фрайбург, Німеччина, 9-13 вересня 2007 р.); V Міжнародній науково-технічній конференції «Будівельні металеві конструкції: стан і перспективи розвитку» (м. Київ, 19-22 вересня 2006 р.); ІХ Українській науково-технічній конференції «Металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку» (м.Київ, 9-11 вересня 2008 р.) та ін. У повному обсязі дисертація розглядалася на засіданні Вченої ради ВАТ Укрндіпроектстальконструкція ім. В.М. Шимановського (протокол №8 від 13 листопада 2008 р.).

Публікації. Основні положення дисертації знайшли своє відображення в 15 опублікованих роботах, з яких 7 робіт опубліковані у фахових виданнях, 8 - в матеріалах і тезах конференцій.

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, основних висновків, списку використаних джерел із 183 найменувань, двох додатків. Робота викладена на 189 сторінках, з яких 121 сторінка основного тексту, 20 сторінок списку використаних джерел, 26 повних сторінок з рисунками і таблицями, 22 сторінки додатків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладена загальна характеристика роботи, яка включає актуальність, зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, мету, задачі, характеристики об'єкта і предмета дослідження, методи досліджень, наукову та практичну цінність результатів роботи, відомості про впровадження й апробацію результатів досліджень, особистий внесок здобувача, характеристику публікацій, структуру й обсяг дисертації.

Перший розділ присвячений аналізу сучасних вимог до засобів і методів протикорозійного захисту сталевих конструкцій. Систематизовані ознаки класифікації агресивних середовищ і показники корозійної стійкості сталей з урахуванням характеру та ступеня агресивності дій. Особливу увагу приділено якісним і кількісним критеріям чинників корозійної агресивності, методичним підходам до статистичного оцінювання та нормування розрахункових характеристик довговічності конструкцій. Показано, що проблема ресурсу конструкцій, які експлуатуються в агресивних середовищах, значною мірою пов'язана з недостатнім обґрунтуванням проектних і технологічних рішень первинного та вторинного захисту. Недосконалість розрахункових характеристик для аналізу корозійної стійкості та довговічності не дозволяє виконувати оцінку параметрів протикорозійного захисту, експлуатаційних властивостей конструкцій і враховувати вимоги замовника щодо зниження рівня корозійної небезпеки будівельних об'єктів. сталевий конструкція корозійний ремонтопридатність

Як методологічна основа обґрунтування засобів і методів протикорозійного захисту для заданого проектного терміну експлуатації конструкцій розглядаються результати досліджень в рамках цільової комплексної програми НАН України «Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд і машин» під науковим керівництвом академіка Б.Є. Патона. Наголошується значний внесок в розробку теорії та наукових основ нормування безпеки, методів, критеріїв і правил розрахунку нормативного терміну об'єктів таких вчених, як Є.І. Беленя, В.В.Болотін, Е.Ф.Гарф, В.М.Гордєєв, Л.М.Лобанов, М.П.Мельников, А.Я.Недосєка, В.О.Троїцький, В.І.Похмурській, А.В.Перельмутер, О.Р.Ржаніцин, А.В. Сільвестров, М.С. Стрелецький, В.Т.Трощенко, В.М.Шимановський та ін.

Питання забезпечення надійної експлуатації конструкцій з урахуванням оцінки корозійної стійкості та розробки заходів забезпечення довговічності при корозійних впливах розглянуті в роботах З.Я.Бліхарського, Ю.Л.Вольберга, О.І.Голоднова, А.І.Голубєва, Є.В. Горохова, Є.А.Єгорова, Д.Г.Зеленцова, О.І. Кікіна, В.П.Корольова, О.С.Корякова, А.І.Лантуха-Лященка, В.П.Мущанова, О.О.Нілова, І.Г.Овчинникова, О.І.Оглоблі, В.О.Пермякова, С.Ф. Пічугина, Ю.М.Почтмана, В.В.Філіппова, С.М.Шаповалова, J.Melcher, M. Schьtze, E.Zjulko та ін. Питання підвищення довговічності протикорозійного захисту розглянуті в роботах С.М. Бакаєва, І.А.Волкової, О.М.Гібаленка, А.Н.Плугіна, Г.А.Пожарської, О.М.Шевченко, І.Ю. Черних, О.Е.Чигиринець та ін.

Доведена необхідність використання процесного підходу, заснованого на принципах менеджменту якості ISO 9001:2000 для розробки та створення сталевих конструкцій, що відповідають вимогам первинного та вторинного захисту з гарантованою довговічністю на стадії виготовлення в умовах заводів металоконструкцій. Підтвердження відповідності експлуатаційних показників якості протикорозійного захисту встановленим параметрам конструкторської та технологічної документації виконується на основі регламенту науково-технічного супроводу показників технологічної безпеки. Приведена структура основних видів металопродукції ВАТ «Конструкція» в залежності від організації процесу фарбувальних робіт.

За даними аналізу виробничих програм 2007 р. випуск сталевих конструкцій з повним заводським захистом від корозії склав 20%, а рівень конструкторської та технологічної підготовки об'єктів за вимогами стандарту ISO 12944:1998 «Лаки і фарби - захист від корозії сталевих конструкцій системами захисних покриттів» збільшився в порівнянні з 2003 р. на 15%.

Сформульовані задачі забезпечення якості сталевих конструкцій та їх захисних покриттів на основі вимог технологічної безпеки при визначенні заходів первинного та вторинного захисту від корозійного руйнування протягом встановлених термінів служби.

У другому розділі викладений методичний підхід до оцінки та забезпечення засобів і методів захисту від корозії сталевих конструкцій. Визначення критеріїв первинного та вторинного захисту робиться на основі узгодженої із замовником типової моделі експлуатації, згідно якої розробляється номенклатура показників надійності (стадія технічного завдання Q). Встановлені основні етапи конструкторської підготовки виробництва (I), пов'язані з аналізом можливостей первинного захисту (К) на стадії КМ і вимог щодо корозійної стійкості в робочих кресленнях КМД. При виборі засобів вторинного захисту (Z) враховуються показники технологічної раціональності, пов'язані з умовами виготовлення (J), монтажу (S) та експлуатації (A).

Структурні схеми показників надійності представлені потоковими графами, що описують зміни корозійного стану сталевих конструкцій з урахуванням варіантів протикорозійного захисту при обслуговуванні об'єктів протягом встановленого терміну служби.

Структура показників довговічності сталевих конструкцій в корозійних середовищах включає розрахунково-експериментальну оцінку, технічний контроль і діагностику експлуатаційних властивостей впродовж життєвого циклу сталевих конструкцій:

А - збереження справного стану в період нормальної експлуатації; В - порушення справного стану внаслідок зміни ступеня агресивності впливів; С - порушення працездатного стану огороджуючих конструкцій і зміна ступеня агресивності впливів; D1 - порушення працездатного стану протикорозійного захисту та поява корозійних поразок; D2 - відновлення працездатного стану протикорозійного захисту; Е - порушення справного стану протикорозійного захисту; F1 - порушення справного стану при корозійному пошкодженні; F2 - відновлення справного стану в процесі підсилення; G1 - порушення справного стану в результаті відхилення фактичного стану конструкції від передбаченого проектом; G2 - відновлення справного стану в процесі підсилення;

Н - порушення працездатного стану; Т - введення конструктивно-технологічних обмежень для відновлення працездатного стану; R - продовження ресурсу за встановленим терміном служби об'єкту після відновлення працездатного стану; Р - перехід об'єкту в граничний стан (аварійний режим); М - висновок з експлуатації; L - ліквідація (демонтаж) об'єкту; N - заміна (монтаж) нової конструкції або споруди.

Послідовність конструкторського і технологічного відпрацювання заходів первинного і вторинного захисту при виготовленні конструкцій і узагальнена структурна модель вибору засобів первинного і вторинного захисту наведені на рис. 1 і рис. 2.



Рис. 1. Послідовність конструкторського і технологічного відпрацювання заходів первинного та вторинного захисту при виготовленні конструкцій

Рис. 2. Узагальнена структурна модель розрахункових ситуацій забезпечення корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при виготовленні сталевих конструкцій

Розроблений підхід використаний при обґрунтуванні протикорозійного захисту сталевих конструкцій прольотних будов транспортерних галерей заводу по переробці насіння соняшнику. Вибір систем захисних покриттів включав аналіз показників технологічної раціональності протикорозійного захисту Boz за даними експертної оцінки конструкторської та технологічної підготовки виробництва:

,

де Вi - комплексні показники проектних вимог щодо довговічності, технологічності, ремонтопридатності тощо; mi - коефіцієнт значущості комплексного показника; qij - вагова характеристика j-тої ознаки i-того комплексного показника; Q - кількість експертів в групі при аудиті.

Вдосконалена методика визначення базових показників технологічності протикорозійного захисту, яка запропонована в роботі Г.А.Пожарської, дозволяє враховувати показники надійності сталевих конструкцій та їх захисних покриттів на всіх стадіях життєвого циклу у відповідності з вимогами стандарту EN ISO 12944.

Результатом експертної оцінки показника технологічної раціональності за варіантами виконання вторинного захисту є визначення коефіцієнта надійності zn за допомогою формули (2), або з використовуванням графічної залежності на рис. 3:

де b=300; c=2,2 - безрозмірні коефіцієнти.

Сформульована задача визначення тимчасових характеристик табличної моделі заданого терміну служби конструкцій і їхніх захисних покриттів (Tn) для встановлених показників розрахункового опору корозійним впливам елементу (Ak, г/м2год), коефіцієнтів надійності первинного zk та вторинного zn захисту від корозії (табл. 1).

Рис. 3. Графічна залежність коефіцієнта надійності вторинного захисту zn від узагальненого показника технологічної раціональності Boz

1)Примітка. Знак * показує на етапи завдання та контролю вимог первинного та вторинного захисту для встановленої розрахункової ситуації.

У третьому розділі наведені результати оцінки якості протикорозійного захисту та показників корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності конструкцій.

Розрахунок на корозійну стійкість пов'язаний з урахуванням заходів первинного та вторинного захисту на основі ознак граничних станів першої та другої групи. Розрахунок показників корозійної стійкості, ремонтопридатності та довговічності виконується за розрахунковими схемами та даними таблиць відомості елементів креслень КМ. Розрахункові залежності для обґрунтування конструктивних рішень первинного та вторинного захисту на стадії КМД мають вигляд:

для граничних станів першої групи:
	(3)
.	(4)
для граничних станів другої групи:
;	(5)
;	(6)
.	(7)

де: Ф - граничне зусилля, яке може сприйняти елемент, що розраховується; N - найбільше розрахункове зусилля в конструктивному елементі; Г - відношення резерву надійності; zk - коефіцієнт надійності протикорозійного захисту, що встановлюється при обґрунтуванні методів первинного захисту; zn - коефіцієнт надійності вторинного захисту; А - розрахункове значення річних корозійних втрат, г/(м2 рік); Tzk - призначений термін служби первинного захисту, (рік); с - коефіцієнт кінетики корозійного зносу, що приймається з урахуванням групи корозійної стійкості сталі; m=7,85·104 - перевідний коефіцієнт корозійних втрат, (г/см3); - приведена товщина перетину елементу, (см); Fe - показник якості експлуатації, що враховує стан первинного та вторинного протикорозійного захисту при експлуатації; Тz - нормативний термін служби захисних покриттів за даними сертифікаційних випробувань; Тm - нормативний термін служби захисних металевих покриттів; Тz (Тm) - гарантований термін служби захисних (металевих) покриттів з довірчою ймовірністю =0,95.

Обґрунтування ефективності захисту будівельних конструкцій і споруд від корозії з урахуванням положень чинних норм СНиП 2.03.11-85* і СНиП 3.04.03-86 пропонується виконувати згідно з розробленою методикою з урахуванням коефіцієнта готовності сталевих конструкцій (Kg ). Задача визначення коефіцієнта готовності при діях агресивних середовищ (An, г/м2рік) сформульована як розрахунок сталевих конструкцій за граничними станами на корозійну стійкість і довговічність за наслідками прискорених корозійних випробувань захисних покриттів. Коефіцієнт готовності сталевих конструкцій (Kg) по суті є комплексним показником ремонтопридатності, що характеризує параметри конструктивних і технологічних заходів первинного та вторинного захисту:

де Тk - термін служби (рік) сталевих конструкцій за показником корозійної стійкості (первинний захист); Тz - розрахунковий термін служби (рік) захисних покриттів з довірчою ймовірністю =0,95 за наслідками прискорених випробувань; n - кількість ремонтних циклів відновлення протикорозійного захисту при встановленому терміні служби об'єкту.

Метою прискорених корозійних випробувань (ПКВ) є розрахункова оцінка показника Тz для різних систем захисних покриттів з використанням залежності (6). Суть методу прискорених випробувань ГОСТ 9.401-91 «ЄСЗКС. Покриття лакофарбні. Загальні вимоги і методи прискорених випробувань на стійкість до дії кліматичних чинників» полягає в дії на зразки із захисними покриттями штучно створюваних умов, що імітують дії корозійно-активних компонентів середовища. Послідовність виконання випробувань регламентована вимогами стандарту EN ISO 12944. Випробування физико-механічних і захисних властивостей виконувалися на стандартних зразках. Оцінка захисних властивостей покриттів зроблена за вимогами ГОСТ 9.407-84.

Експертна оцінка стану узагальненого показника захисних властивостей покриттів (Аz) виконувалася за допомогою залежності:

де Вi - коефіцієнт ваговитості виду руйнування; Xi - відносна оцінка i-того виду руйнування; i - число видів руйнування.

Реакція опору поверхневому руйнуванню [Ф(N), г/м2] записана на підставі аналітичного підходу, що враховує взаємодію параметрів конструктивної форми (j) і чинників корозійних впливів (i):

де Аi(j) - системна перемінна корозійних втрат, г/м2год; аi(j) - вагова характеристика параметрів конструктивної форми (i, j); a0 - корозійні втрати сталі С235 (г/м2) при тривалості прискорених корозійних випробувань 720 годин; Tk - проміжок часу, відповідний корозійним втратам, що встановилися, (рік). Термін служби системи захисного покриття (СЗП) для заданого режиму експлуатації встановлювався за експериментальними даними ПКВ за формулою:

де ДР(N) - корозійні втрати незахищеної сталі, що відповідають кількості циклів прискорених випробувань N до встановленої характеристики відмови, г/м2; An - характеристичне значення річних корозійних втрат, г/м2.

За експериментальними даними ПКВ виконується статистична оцінка коефіцієнта надійності гzn і встановлюється контрольний норматив СЗП для визначення гарантованої довговічності та ремонтопридатності конструкцій. Результати контролю показників якості використовуються для формування відповідної специфікації (табл. 2).

Четвертий розділ присвячений розробці методів контролю та підтвердження відповідності характеристик, встановлених в специфікації засобів первинного та вторинного захисту. Діагностика та моніторинг корозійного стану конструкцій в процесі експлуатації робляться для аналізу ефективності проектних рішень і забезпечення заданих показників технологічної безпеки за рівнем корозійної небезпеки.

Таблица 2 - Специфікація показників якості за результатами контролю засобів первинного та вторинного захисту при виготовленні конструкцій моста

№№ п/п	Найменування елементів металоконструкцій моста конвеєра № 511, матеріал конструкцій та системи захисного покриття	Позна-чення за СНиП 2.03.11-85*	Пока-зник Boz	Характе-ристика агресив-ності режиму експлуа-тації, Аn, г/(м2 рік)	Терміни служби конструк-цій, покриття Tn, / Тz , років	Коефі-цієнт готовності, Kg	Коефі-цієнт надій-ності, zn /zk
		Підготов-ка повер-хні
1	Марка Ф1, I 30 ВСт3сп5, ЦВЕС №1	Ia-2 (80) PSt2	4,3	850	50/15,5	0,65	0,93/0,95
2	Марка Ф-1, I 24 ВСт3сп5, ЦВЕС №1					0,6	0,93/0,91
3	Марка Б1, I 20 ВСт3сп5					0,55	0,93/0,88
4	Марка Б3, -220х10, -220х8, 09Г2С, ЦВЕС №1					0.55	0,93/0,90

Визначення показників якості первинного та вторинного захисту при експлуатації виконувалося на прикладі транспортерних галерей заводу з переробки насіння соняшнику. Для контролю корозійного стану конструкцій використаний підхід до оцінки втрати якості за методом Р. Тагуті, запропонований в роботі І.А.Волкової. Для отримання кількісного значення річних втрат від зовнішніх чинників агресивних дій (А, г/м2 рік) проведені стендові випробування зразків сталей ВСт3пс5 і 09Г2С в атмосферних умовах виробничого об'єкту.

Задача функціонально-вартісного аналізу ефективності заходів первинного та вторинного захисту для заданого терміну служби конструкцій (Тn) формулюється таким чином. Оцінюються витрати С1 варіанту S(R1) при реалізації заходів вторинного захисту металоконструкції. Для варіанту S(R2) встановлюються витрати С2 для заходів первинного та вторинного захисту. По кожному варіанту оцінюють витрати та можливі ризики, пов'язані із зміною показників технологічної безпеки. Зі всіх варіантів вибирають найефективніший за значенням конструктивних і технологічних заходів захисту, що забезпечують встановлений термін служби конструкцій при мінімальному значенні ризику. Алгоритм оцінки ефективності заходів первинного та вторинного захисту на стадії виготовлення сталевих конструкцій з урахуванням показників технологічної безпеки режиму експлуатації представлений на рис. 4.

Розділ містить матеріали чисельних досліджень із статистичного обґрунтування коефіцієнтів надійності zn (zk) для різних термінів служби конструктивних елементів. Розрахункові значення коефіцієнта zn (zk) встановлені залежно від ступеня агресивності дій, способу захисту від корозії та заданого терміну служби (Тn).

Рис.4. Алгоритм аналізу ефективності заходів первинного та вторинного захисту конструкцій із урахуванням рівня корозійної небезпеки

Встановлений методичний підхід забезпечує можливість завдання вимог за оцінкою та забезпеченням надійності протикорозійного захисту сталевих конструкцій з урахуванням класифікації рівнів КI-КV корозійної небезпеки об'єктів (табл. 3). Використання критерію корозійної небезпеки забезпечує можливість завдання вимог щодо вибору заходів первинного та вторинного захисту, а також встановлює контрольні нормативи для обґрунтування системи технічного обслуговування та науково-технічного супроводу об'єктів залежно від ступеня агресивності дій і коефіцієнта готовності протикорозійного захисту.

Таблиця 3 - Класифікаційні ознаки рівня корозійної небезпеки конструкцій, будівель та споруд

Ступінь агресивно- сті впливів, K, мм/рік	Інтервальні оцінки коефіцієнта готовности протикорозійного захисту, Kg
	0<Kg ?0,1	0,1<Kg ?0,3	0,3<Kg ?0,5	0,5<Kg ?0,7	0,7<Kg ?1,0
Слабоагресивна, 0,01<K ?0,05	КI	*	*	*	*
Низькоагресивна, 0,05<K ?0,15	КII	КI	*	*	*
Середньоагресивна, 0,15<K ?0,30	КIII	КII	КI	*	*
Високоагресивна, 0,30<K ?0,50	КIV	КIII	КII	КI	*
Сильноагресивна, K>0,50	КV	КIV	КIII	КII	КI

Примітка. Знак * означає, що для встановлених інтервальних значень ознак (K, Kg ) рівень корозійної небезпеки не нормується.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

У результаті виконання комплексу теоретичних, лабораторних і натурних досліджень отримані такі результати.

Розроблена методика вибору та обґрунтування засобів первинного та вторинного захисту на основі розрахунково-експериментальної оцінки корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при заданому терміні служби сталевих конструкцій. На основі сформульованих вимог конструктивної пристосованості та технологічної раціональності сталевих конструкцій і їхніх захисних покриттів визначений порядок розрахунків на корозійну стійкість, довговічність і ремонтопридатність за граничними станами на стадії підготовки виробництва металоконструкцій.

Виконані фізико-хімічне та математичне моделювання корозійного руйнування конструктивних елементів та їх захисних покриттів на основі аналізу показників технологічної раціональності протикорозійного захисту. Вперше для вирішення задачі моніторингу корозійної небезпеки будівельного об'єкту використана узагальнена структурна модель розрахункових ситуацій режиму експлуатації для показників якості протикорозійного захисту сталевих конструкцій. Початковими даними для порівняльної оцінки ефективності технічних рішень із захисту від корозії були характеристика ступеня агресивності режиму експлуатації (Аn), узагальнений показник технологічної раціональності b0z, а також коефіцієнти надійності первинного (zk) та вторинного захисту (zn ), що встановлюються залежно від заданого терміну служби об'єкту (Тn).

Сформульовані умови підтвердження відповідності гарантованих показників довговічності вимогам технологічної безпеки типової моделі експлуатації та технічного обслуговування за фактичним станом. Запропонована розрахункова модель коефіцієнта готовності сталевих конструкцій за параметрами конструктивних і технологічних заходів протикорозійного захисту. Відповідно до розробленої методики виконані експериментальні дослідження із визначення показників якості захисних покриттів при виготовленні сталевих конструкцій конвеєрних галерей заводу з переробки насіння соняшнику. При порівняльній оцінці контрольованих параметрів встановлено, що заданій ділянці інтервальної оцінки коефіцієнта zn відповідають результати випробувань системи покриття ЦВЕС №1. Доведено, що результати прискорених випробувань на корозійну стійкість і довговічність забезпечують розрахункову оцінку показників ремонтопридатності. За наслідками випробувань захисних покриттів сформульована специфікація показників якості за наслідками контролю засобів первинного та вторинного захисту при виготовленні. Якісні та кількісні показники специфікації сталевих конструкцій із захисту від корозії регламентують вимоги технологічної безпеки при експлуатації та технічному обслуговуванні конструкцій будівельних об'єктів.

Розроблений алгоритм управління економічною ефективністю заходів первинного та вторинного захисту в залежності від рівня корозійної небезпеки об'єкту. На основі параметрів табличної моделі терміну служби сталевих конструкцій зроблена оцінка відповідності розрахункових характеристик реальним показникам експлуатаційного стану сталевих конструкцій прольотних будов. Результати натурних стендових випробувань будівельних сталей ВСт3сп5 і 09ГС показали, що після 5 років експозиції корозійна стійкість зразків відповідає умовам низькоагресивних середовищ і відрізняється від розрахункових значень не більше ніж на 10-15%. За даними аудиту корозійного стану показник якості експлуатації (Fe) відповідає вимогам узагальненої моделі з корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності в межах встановлених допусків для значень низькоагресивних середовищ. Процесний підхід до менеджменту якості протикорозійного захисту за ознаками граничних станів дозволяє при дотриманні встановлених допусків на відхилення показників корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності встановлювати значення коефіцієнта технологічної безпеки для сталевих конструкцій в корозійних середовищах:

· за наявності сертифікату, виданого уповноваженою організацією з контролю якості виготовлення - sr=0,95;

· при проведенні моніторингу за вимогами ДБН В.1.2-5:2007 - sr =0,90.

5. Методика вибору та обґрунтування засобів первинного та вторинного захисту сталевих конструкцій за показниками корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності впроваджена при розробці модуля «Засоби захисту» бази даних «Ресурс», упроваджена при розробці ДБН В.2.6-... :200… «Будівельні матеріали і конструкції. Сталеві конструкції. Норми проектування, виготовлення і монтажу» (замість СНиП II-23-81*), СТП 01.001-03 «Система менеджменту якості» ВАТ «Конструкція» з конструкторської і технологічної підготовки виробництва при виконанні протикорозійного захисту сталевих конструкцій. Економічний ефект, пов'язаний з виконанням розрахунків конструктивних елементів на корозійну стійкість, довговічність, ремонтопридатність конструкцій, а також з розробкою заходів первинного і вторинного захисту для об'єктів ВАТ «Конструкція» становить 370 тис. грн.

Результати роботи використані при розробці рекомендацій щодо обґрунтування терміну служби сталевих конструкцій конвеєрних галерей ВАТ «Ясинівській КХЗ», ЗАТ «Донецьксталь» - металургійний завод», ЗАТ «Макіївкокс», а також вибору протикорозійного захисту металоконструкцій об'єктів ВАТ «Алчевській металургійний комбінат».

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Риженков О.А. Обґрунтування заходів протикорозійного захисту сталевих конструкцій // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць / НУВГтаП. - Рівне: НУВГтаП, 2008. - Вип. 16. - Ч. 2. - С. 226-233.

2. Королев В.П. Проблема обеспечения технологической безопасности газоотводящего ствола ОАО «Донецккокс»/ Королев В.П., Рыженков А.А., Гибаленко А.Н., Линник И.И. // Вісн. Донбаської держ. академії будівництва і архітектури: Зб. наук. праць: Будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Макіївка: ДонДАБА, 2002. - Вип. 2002-2 (33). - С. 242-246.

3. Королев В.П. Основные проблемы и требования обеспечения качества противокоррозионной защиты при сертификации металлоконструкций/ Королев В.П., Рыженков А.А., Пожарская Г.А. // Международная конференция «Теория и практика металлических конструкцій» (г.г. Донецк-Макеевка, 2-4 декабря 1997г.): Сб. трудов. - Т. 2. - Донецк-Макеевка: 1997. - С. 92-95.

4. Королев В. Обеспечение гарантированной долговечности противокоррозионной защиты металоконструкций на стадии изготовления/ Королев В., Рыженков А., Зинькевич О., Черных И.// Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - № 4. - Т. 1. - С. 322-328.

5. Похмурський В.І. Наукове супроводження моніторингу протикорозійного захисту та корозійного руйнування металевих конструкцій будівель та споруд/ Похмурський В.І., Коновалов О.Ф., Корольов В.П. Риженков О.А. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2004. - № 5. - С. 619-624.

6. Шимановский А.В. Совершенствование нормативной базы противокоррозионной защиты строительных конструкций с учетом требований технологической безопасности./ Шимановский А.В., Королев В.П., Рыженков А.А. / Междунар. научно-практ. конф. “Защита от коррозии в строительстве и городском хозяйстве” // Тез. докл. - М.: ВВЦ, 2005. - С. 93-94.

7. Королев В.П. Особенности расчета металлоконструкций транспортерных галерей на коррозионную стойкость и долговечность/ Королев В.П., Рыженков А.А., Галактионов А.В., Сулима Ю.Г. // Метал. конструкции: взгляд в прошлое и будущее: Сб. докл. VIII Укр. науч.-техн. конф. - Ч. ІІ. - К.: Изд-во «Сталь», 2004. - С. 299-306.

8. Рыженков А.А. Требования технологической безопасности при формировании региональной составляющей программы «Ресурс»/ Рыженков А.А., Шевченко О.Н., Баландин М.С. // Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Матер. межд. научн.-практ конф. (г.г. Донецк-Авдеевка, 23-27 мая 2006 г.). - Донецк: ДонНТУ, 2006. - С. 293-295.

9. Риженков О.А. Методологічні засади формування вимог до протикорозійного захисту металевих конструкцій при проектуванні та виготовленні/ Риженков О.А., Суярко В.А. // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - № 5. - С. 414-419.

10. Королёв В.П. Менеджмент качества противокоррозионной защиты металлических конструкций/ Королёв В.П., Рыженков А.А.// Будівельні металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку: Зб. доповідей V Міжнар. наук.-техн. конф. - К.: Вид-во «Сталь», 2006. - С. 257-263.

11. Королёв В.П. Требуется защита/ Королёв В.П., Рыженков А.А.// Металл. - 2006. - 9 (81).- С. 32-37.

12. V.Korolov. Monitoring of steel structure corrosion state/ V.Korolov, Y.Vysotskyy, A.Ryzhenkov// EUROCORR-2007: The European Corrosion congress. Book Of Abstracts. - Freiburg im Breisgau, Germany, 2007. - Р. 276.

13. Корольов В.П. Корозійні впливи та нормативні вимоги щодо захисту будівельних металоконструкцій від корозії/ Корольов В.П., О. Риженков О.А., Гібаленко О.М.// Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2008. - № 7. - С. 710-715.

14. Рыженков А.А. Методика расчетно-экспериментальной оценки коэффициента готовности стальных конструкций/ Рыженков А.А., Магунова Н.Г.// Металеві конструкції: сьогодення та перспективі розвитку: Тези доповідей ІХ Укр. наук.-техн. конф. - К.: Вид-во «Сталь», 2008. - С. 122-125.

15. Мосийчук В.В. Современные транспортные системы/ Мосийчук В.В., Рабичев А.И., Лотоцкий О.Б., Рыженков А.А.// Промислове будівництво та інженерні споруди. - 2008. - №2. - С. 2-5.

У публікаціях із співавторами здобувачем виконане наступне: визначені вимоги щодо оцінки корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при підтвердженні відповідності якості захисних покриттів [2, 3]; запропоновані параметри структурної моделі для розробки специфікації засобів первинного та вторинного захисту на стадії КМД [4, 9]; обґрунтовані інтервальні значення ступеня агресивності дій і коефіцієнта готовності сталевих конструкцій при визначенні рівня корозійної небезпеки [11, 13, 14]; розроблена методика моніторингу показників корозійного стану для контролю якості експлуатації з урахуванням корозійних дій [5, 8]; визначені залежності для розрахункової оцінки надійності при конструкторській і технологічній підготовці заходів підвищення довговічності при виготовленні [6, 10, 15]; запропоновані методика й алгоритм перевірки ефективності заходів захисту з урахуванням рівня корозійної небезпеки [7, 12].

АНОТАЦІЯ

Риженков О.А. Оцінка та забезпечення надійності протикорозійного захисту на стадії виготовлення сталевих конструкцій - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. - Відкрите акціонерне товариство Український науково-дослідний та проектний інститут сталевих конструкцій імені В.М.Шимановського. - Київ, 2009.

Наведені результати досліджень засобів і методів первинного і вторинного захисту сталевих конструкцій для об'єктів з різним рівнем корозійної небезпеки. На підставі методики граничних станів обґрунтовані розрахункові характеристики корозійного стану для формування специфікації показників корозійної стійкості, довговічності та ремонтопридатності при виготовленні сталевих конструкцій. Розроблена методика підтвердження відповідності терміну служби сталевих конструкцій заданим показникам надійності протикорозійного захисту. Ефективність заходів захисту від корозії на стадії конструкторської та технологічної підготовки пропонується оцінювати з використанням математичної моделі коефіцієнта готовності сталевих конструкцій. Виконані прискорені та натурні корозійні випробування, запропоновані розрахункові моделі моніторингу експлуатаційних показників, визначені характеристики коефіцієнта готовності сталевих конструкцій для розглянутих варіантів систем захисних покриттів. Розроблена класифікація рівнів корозійної небезпеки сталевих конструкцій залежно від ступеня агресивності дій і заданих значень коефіцієнта готовності сталевих конструкцій. Наведені техніко-економічні показники надійності протикорозійного захисту сталевих конструкцій з урахуванням рівня корозійної небезпеки будівельних об'єктів.

Ключові слова: сталеві конструкції, первинний і вторинний захист від корозії, довговічність, ремонтопридатність, технологічна безпека, рівень корозійної небезпеки.

Рыженков А.А. Оценка и обеспечение надежности противокоррозионной защиты на стадии изготовления стальных конструкций. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Открытое акционерное общество Украинский научно-исследовательский и проектный институт стальных конструкций имени В.Н.Шимановского. - Киев, 2009.

Целью работы является разработка регламентных требований обеспечения качества противокоррозионной защиты на основе расчетно-экспериментальной методики оценки показателей надежности стальных конструкций по установленным уровням коррозионной опасности строительных объектов.

В первом разделе проанализированы факторы, определяющие показатели надежности противокоррозионной защиты стальных конструкций. Рассмотрены методические подходы и определены принципы обеспечения заданного срока службы за счет рационального использования средств и методов первичной и вторичной защиты. Показана необходимость разработки контролируемых показателей коррозионного состояния конструкций и их защитных покрытий на основе процессного подхода системы менеджмента качества ISO 9001:2000. Сформулирована задача подтверждения соответствия показателей надежности противокоррозионной защиты уровню коррозионной опасности строительного объекта.

Во втором разделе изложена методика обоснования коэффициентов надежности первичной и вторичной защиты при заданном сроке службы стальных конструкций. В соответствии с установленным подходом сформулированы исходные данные для описания показателей надежности противокоррозионной защиты для формализации расчетно-экспериментальной оценки коэффициента готовности стальных конструкций. Разработана обобщенная структурная модель расчетных ситуаций для выбора параметров первичной и вторичной защиты. Произведена оценка показателей технологической рациональности противокоррозионной защиты Boz по данным экспертной оценки конструкторской и технологической подготовки производства. Для управления показателями технологической безопасности в процессе эксплуатации конструкций разработана табличная модель срока службы стальных конструкций при техническом обслуживании по фактическому состоянию.

В третьем разделе представлены результаты оценки надежности противокоррозионной защиты стальных конструкций транспортерных галерей, изготовленных на ОАО «Конструкция» (г. Донецк). Для оценки показателей ремонтопригодности на протяжении срока службы конструкций предложена расчетная модель коэффициента готовности стальных конструкций (Kg). Задача определения коэффициента готовности при воздействиях агрессивных сред (An, г/м2 год) сформулирована как расчет стальных конструкций по предельным состояниям на коррозионную стойкость и долговечность по результатам ускоренных коррозионных испытаний защитных покрытий. В четвертом разделе систематизированы данные оценки коррозионного состояния конструкций транспортерных галерей для подтверждения соответствия мер по защите от коррозии условиям эксплуатации объекта. Разработан алгоритм анализа эффективности мер первичной и вторичной защиты требованиям технологической безопасности. На основе выполненных исследований установлены уровни коррозионной опасности для интервальных значений коэффициента готовности стальных конструкций в условиях агрессивных воздействий. Обоснована экономическая эффективность применения мер первичной и вторичной защиты при заданном сроке службы конструкций.

Ключевые слова: стальные конструкции, первичная и вторичная защита от коррозии, долговечность, ремонтопригодность, технологическая безопасность, уровень коррозионной опасности.

Ryzhenkov A.A. Estimation and assurance of corrosion protection reliability at stage of steel structure manufacture. -Manuscript.

The thesis for taking the scientific degree of Candidate of Technical Sciences in speciality 05.23.01 - Building construction, Buildings and Structures / Open Joint-Stock Company V.Shimanovsky Ukrainian Research and Design Institute of Steel Constructions. - Kyiv, 2009.

The thesis presents the results of researches of means and methods of primary and secondary protection of steel structures for facilities exposed to various level corrosion risk. The estimated characteristics of corrosion condition are justified based on the limiting state method for making up specification of corrosion resistance, durability and maintainability indices in the course of steel structure manufacture. The procedure for corroborating the conformity of steel structure service life to the specified parameters of corrosion protection reliability indices is developed.

Efficiency of corrosion protection measures at the stage of design and engineering preproduction is offered to be estimated with use of mathematical model of steel structure availability factor. The accelerated and environmental corrosion tests are carried out, calculation models of monitoring of in-use parameters are offered, characteristics of steel structure availability factors are determined for the examined types of protective coating systems. Classification of levels of steel structure corrosion risk is developed depending on degree of environment corrosiveness and specified values of steel structure availability factor. Technical and economic indices of steel structure corrosion protection reliability are presented taking into account the level of building facilities corrosion risk.

Key words: steel structures, primary and secondary corrosion protection, durability, maintainability, engineering safety, corrosion risk level.

Размещено на Allbest.ru