В современной строительной индустрии широко используются конструкции из металла с применением сварки и резьбовых соединений. Такие элементы способствуют быстрому и легкому возведению несущих каркасов зданий, установке кровельных и фасадных систем, строительству мостовых сооружений, а также созданию малых архитектурных форм.
Металлические конструкции можно разделить на два основных типа: мощные стальные конструкции, предназначенные для выдерживания значительных нагрузок, и легкие алюминиевые конструкции, используемые в качестве ограждающих элементов и для отделочных работ. Нормы и требования к качеству монтажа стальных несущих металлоконструкций регламентируются государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми стандартами (ОСТ), строительными нормами и правилами (СНиП) и сводами правил (СП).
Дефекты и повреждения конструкций из стали
Отклонения от проектных значений и нарушение технологических процессов при изготовлении и монтаже металлоконструкций приводят к искажению их первоначальной геометрии и ухудшению установленных характеристик качества. Эти первоначальные отклонения от нормы, определяющие исходное состояние конструкции, принято называть дефектами.
В процессе эксплуатации металлоконструкции подвергаются различным повреждениям. Они могут быть следствием производственных дефектов, ошибок при монтаже, несоблюдения правил эксплуатации или совокупности этих факторов. Разрушение происходит постепенно, его интенсивность зависит от начального состояния конструкции, продолжительности ее использования, а также характера и силы воздействия внешних факторов.
Выявить дефекты и повреждения металлоконструкций позволяет экспертная оценка, проводимая в соответствии с положениями СП 13-102-2003.
Типология дефектов и повреждений
Условно дефекты и повреждения металлоконструкций можно классифицировать следующим образом:
- Уменьшение площади поперечного сечения, предусмотренного проектом, либо ухудшение его характеристик вследствие замены материала в процессе изготовления, монтажа или эксплуатации конструкции. Снижение прочности сечения также может быть вызвано абразивным износом или коррозией. Оценка ослабления сечения производится путем сравнения фактической площади сечения с проектной.
- Изменение геометрических размеров элемента. Степень деформации относительно первоначальных размеров служит критерием оценки данного дефекта.
- Образование трещин в металлоконструкциях, сварных соединениях и зонах, прилегающих к ним. Протяженность является основным параметром для оценки продольных трещин, в то время как поперечные трещины оцениваются как отношение площади поврежденной зоны к проектной или как отношение длины трещины к ширине поврежденного элемента конструкции.
- Низкое качество сварных соединений. К данному типу дефектов относятся непроплавления, непровары, а также сварные швы, выполненные с нарушением технологических требований.
- Локальные искажения или вмятины оцениваются по длине или площади поврежденного участка.
- Ослабление или отсутствие крепежных элементов (болтов, заклепок). Оценка производится путем определения соотношения ослабленных или отсутствующих крепежных элементов к их общему количеству.
- Отклонение фактического положения металлоконструкции от проектного. Оценивается степенью смещения.
- Смещение элементов конструкции относительно друг друга. Оценивается величиной взаимного перемещения.
- Несоответствие зазоров между соединяемыми элементами проектным значениям. Величина отклонения является критерием оценки.
- Повреждения защитного лакокрасочного покрытия металлоконструкций. Оцениваются площадью поврежденного антикоррозийного слоя.
- Разрушение металла конструкции и сварных швов под воздействием коррозии. Оценивается толщиной пораженного коррозией слоя.
Классификация дефектов и повреждений металлоконструкций по характеру и причинам возникновения
Существующие дефекты и повреждения металлоконструкций можно классифицировать по природе их возникновения и причинам, их вызвавшим.
Конструктивные дефекты
Эти дефекты возникают из-за ошибок в проектировании, когда не учитываются все возможные нагрузки, их динамика и направление в процессе эксплуатации, колебания температур и воздействие агрессивных сред. Использование в проекте материалов с недостаточной прочностью и защитными свойствами также негативно сказывается на работоспособности металлоконструкций.
Производственно-строительные дефекты
Изготовление металлоконструкций может осуществляться как на производственных площадках, так и непосредственно на строительной площадке. Производственное изготовление обеспечивает более высокое качество подготовки, сварки и нанесения антикоррозийных покрытий.
К основным факторам, приводящим к дефектам и повреждениям при производстве и монтаже, относятся использование некачественных материалов, несоблюдение проектных размеров при монтаже и нарушение технологических процессов при сварке.
Часто встречаются дефекты, связанные с некачественным нанесением антикоррозийного покрытия. Как правило, это повреждения лакокрасочного слоя.
- "Кратеры" - небольшие углубления в лакокрасочном слое. Причиной их появления может быть недостаточная подготовка поверхности перед окрашиванием, использование несовместимых типов краски и растворителя, слишком толстый слой краски или наличие загрязнений в лакокрасочном материале.
- "Апельсиновая корка" - дефект, при котором поверхность покрытия становится неровной и напоминает текстуру апельсиновой корки. Возникает из-за нарушения технологического процесса окрашивания металлических конструкций.
- "Водные знаки" (помутнения) возникают из-за недостаточной подготовки поверхности и лакокрасочного продукта, а также из-за загрязнения сжатого воздуха при пневматическом распылении.
- "Потеки" возникают из-за неправильного выбора вязкости краски и растворителя, а также из-за нарушения технологии нанесения и сушки покрытия.
- "Провисание" покрытия может возникать на вертикальных и наклонных поверхностях из-за недостаточной подготовки поверхности, неправильной вязкости краски, неправильного давления воздуха при пневматическом распылении или недостаточного расстояния между распылителем и окрашиваемой поверхностью.
Эксплуатационные дефекты
Операционные повреждения вызываются следующими факторами:
- Изменения, связанные с воздействием окружающей среды. Конструкция теряет прочность и долговечность при длительном или периодическом контакте с высокотемпературными средами (вода, пар), а также агрессивными кислотными или щелочными веществами.
- Интенсивные коррозионные процессы из-за несвоевременного проведения антикоррозийных мероприятий.
- Нагрузки, не предусмотренные проектом, приводящие к деформациям и потере устойчивости металлоконструкций.
Классификация повреждений в зависимости от вызывающих их воздействий
Виды повреждений классифицируются по факторам, вызвавшим их:
Силовые (механические) повреждения
Неправильный расчет внешних нагрузок и внутренних усилий на этапе проектирования может привести к повреждениям, обусловленным силовыми воздействиями. Некомпетентное проектирование конструктивных элементов также может привести к ошибкам. К признакам дефектов металлоконструкций, вызванных такими ошибками, относятся трещины в основном материале или в сварных швах, ослабление резьбовых и болтовых соединений, деформации, локальные прогибы, износ и потеря устойчивости.
Механические дефекты могут быть обусловлены отклонениями от проектных значений размеров элементов, сечений, сварных швов, количества и типа крепежа, а также эксплуатационными перегрузками, нарушением взаимного положения конструкций при монтаже, резкими ударными воздействиями. Возникновение механических дефектов также может быть связано с вырезкой отверстий, не предусмотренных проектом, и удалением проектных соединительных элементов.
Конструкции, подверженные динамическим нагрузкам, такие как подкрановые балки, часто страдают от износа и появления трещин в основном металле, сварных швах и зонах, прилегающих к ним, а также от ослабления или разрушения заклепочных и болтовых соединений.
Температурные повреждения
Высокие температуры приводят к деформации элементов и разрушению защитного антикоррозийного покрытия, в то время как низкие температуры способствуют образованию хрупких трещин.
Металлоконструкции, эксплуатируемые в условиях повышенных температур, как, например, в цехах с технологическими процессами, выделяющими большое количество тепла, нередко подвергаются различного рода повреждениям. Большинство подобных сооружений оснащены подвижными соединениями, призванными компенсировать деформации, возникающие при температурных колебаниях. Однако отсутствие или ненадлежащая работа таких узлов приводит к возникновению в материале дополнительных, циклически повторяющихся напряжений. Это, в свою очередь, чревато образованием трещин и искривлением отдельных элементов. Защитные покрытия, предохраняющие от коррозии, начинают утрачивать свои свойства уже при +100°C. При повышении температуры до +300…+400°C деформации становятся заметными даже у сравнительно небольших и средних по размеру деталей.
Влияние низких температур особенно губительно для стальных конструкций, расположенных на открытом воздухе или в неотапливаемых помещениях. Наибольшую опасность представляют резкие температурные перепады. Хрупкое разрушение в условиях холода часто наблюдается в изделиях, изготовленных из сталей, склонных к образованию дефектов при сварке.
Процессы, обусловленные химическим и электрохимическим воздействием
Под воздействием химических и электрохимических реакций сталь подвергается коррозии, а защитные антикоррозийные слои теряют свои свойства. Элементы из стали, используемые в промышленных объектах, особенно уязвимы для электрохимической коррозии.
Коррозионные повреждения можно классифицировать следующим образом:
- Равномерные или неравномерные повреждения, охватывающие всю поверхность конструкции. Они приводят к уменьшению толщины элементов и увеличению внутренних напряжений.
- Язвенные поражения, точечные углубления и сквозные отверстия. Они значительно повышают уровень внутренних напряжений, что может спровоцировать хрупкое разрушение металлической конструкции при значительных механических нагрузках и низких температурах.
Для предотвращения появления и развития дефектов в металлических изделиях перспективным подходом является усиление конструкции. Это может быть достигнуто за счет увеличения площади сечения составляющих элементов, применения дополнительных соединительных деталей или путем внесения изменений в конструктивные решения.
Автор статьи — инженер-технолог Сергей Кузнецов.