Еремин Константин Иванович – Генеральный
директор ООО «ВЕЛД», г.Магнитогорск,
доктор технических наук, профессор
Матвеюшкин Сергей Александрович – Директор управления
промышленной безопасности ООО «ВЕЛД», г.Магнитогорск,
кандидат технических наук
Обеспечение безопасной эксплуатации зданий и сооружений является актуальной задачей, которая решается комплексом мер на стадиях от проектирования до ликвидации объекта. Безаварийная эксплуатация зданий и сооружений осуществляется на основе действующих нормативно-правовых документов, которые устанавливают требования непосредственно к конструкциям зданий и сооружений, к надзору за их техническим состоянием, к технологическим процессам, размещаемым в зданиях и сооружениях, к работающему и обслуживающему персоналу промышленных предприятий и эксплуатирующим службам объектов гражданского назначения.
На основании официальных данных [1, 2] по анализу причин аварийного разрушения строящихся и эксплуатируемых объектов в период с 1981 по 2003 год установлено:
— профилактические меры по предотвращению аварий, обеспечению безопасности возводимых и эксплуатируемых объектов, принимаемые органами исполнительной власти и органами надзора, а также строительными и эксплуатационными организациями, предприятиями и объединениями, оказываются недостаточными. Число аварий не снижается, тяжесть их увеличивается, возрастает число жертв аварий;
— основная доля аварий приходится на эксплуатируемые здания и сооружения и составляет 85% от общего количества зарегистрированных аварий. Материалы расследования показывают, что основными причинами аварий на эксплуатируемых объектах являются грубейшие нарушения правил технической эксплуатации зданий и сооружений;
— отсутствует должный контроль за техническим состоянием зданий и сооружений.
На рис. 1 представлены данные по количеству зарегистрированных аварий на территории РФ [1, 2] в период с 1981 по 2003 год.
Рис.1. Количество зарегистрированных аварий, произошедших на территории РФ в период с 1981 по 2003 г.
Озвучиваемые официальными средствами массовой информации аварии (Трансваальпарк и Басманный рынок (Москва), аэропорт Шарль де Голь (Париж), бассейн (Чусовой), школа (Оренбургская обл.) и др.) имели серьезные социальные последствия. Однако, большая часть аварий, особенно на промышленных предприятиях (рис. 2-4), не озвучивается по разным причинам и, самое главное, не анализируется даже в кругу специалистов.
Рис.2. Аварийное разрушение блока покрытия здания вращающихся печей ОАО «Магнитогорский цементный завод», сентябрь 2006 г.
Рис.3. Аварийное обрушение вытяжной башни №175 высотой 100 м сероулавливающей установки аглоцеха горно-обогатительного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», апрель 2002 г.
Рис.4. Аварийное разрушение диска покрытия здания термокалибровочного цеха ОАО «Златоустовский металлургический завод»,февраль 2001 г.
В качестве примеров разрушения конструкций представлены некоторые аварии, в расследовании причин которых принимали участие специалисты компании «ВЕЛД»:
2006 год Обрушение блока здания листопрокатного цеха №5 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», площадь обрушения 5000 м2, погибло 8 человек; Обрушение блока покрытия здания вращающихся печей ОАО «Магнитогорский цементный завод», площадь обрушения 1760 м2, без жертв;
Обрушение 80% конструкций здания вращающихся печей ОАО «Коркинский цементный завод»;
2004 год Разрушение части покрытия здания мартеновского цеха №1 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», погиб 1 человек;
2002 год Обрушение вытяжной башни №175 высотой 100 м сероулавливающей установки аглоцеха горно-обогатительного производства ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»;
2001 год Разрушение стропильной фермы здания склада ОАО «Златоустовский металлургический завод»; Обрушение диска покрытия здания термокалибровочного цеха ОАО «Златоустовский металлургический завод»;
1996 год Обрушение диска покрытия склада отделения упаковки цемента ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод».
Следствием подобных аварий являются не только экономические потери, но во многих случаях – это печальные экологические и социальные последствия. Бессмысленное озвучивание данных фактов неэффективно, но детальный анализ причин и последствий, выполненный специалистами, просто необходим. Именно результаты аналитической работы специалистов позволят прекратить тиражирование однотипных аварий.
Анализ причин аварийного разрушения строительных конструкций зданий и сооружений, проведенный на основании официальных данных [1, 2] и по результатам расследования аварий специалистами ООО «ВЕЛД» (рис.5), позволяет выделить следующие основные причины:
— нарушение правил эксплуатации;
— дефекты на стадии строительства и отступления от проектов;
— нарушения технологии производства работ при строительстве, реконструкции и ремонтах;
— низкое качество изготовления строительных конструкций.
Рис.5. Анализ причин аварийного обрушения конструкций по данным ООО «ВЕЛД»
В табл.1 представлены результаты по распределению причин аварийного разрушения конструкций.
Исходя из представленных данных видно, что на первый план выходят задачи достоверной оценки состояния конструкций и выявление потенциально опасных ситуаций, которые могут привести к аварийному разрушению конструкций. Соответственно, ошибка экспертной организации при оценке состояния объектов вносит существенный «вклад» в аварийное разрушение конструкций. Ошибки экспертных организаций могут быть связаны не только с низкой квалификацией отдельных специалистов, но и с отсутствием необходимых приборов неразрушающего контроля и диагностики в привязке к строительным конструкциям и условиям их эксплуатации.
Поскольку перечень строительных конструкций достаточно широк и разнообразен, в рамках данной статьи предлагается сузить сферу притязаний до строительных металлических конструкций зданий промышленного назначения.
Особенностями эксплуатации данных конструкций, влияющих на достоверность результатов неразрушающего контроля, являются:
1) Широкий температурный диапазон эксплуатационных воздействий. Наиболее часто встречается диапазон от минус 60 до плюс 300°С, хотя возможен перегрев до плюс 450¸600°С. При этом конструкции, подверженные воздействию высоких температур, нагреты неравномерно как по длине, так и по высоте (рис.6).
Рис.6. Температурные воздействия на конструкции промышленных зданий: а – температурные кривые нагрева нижних поясов подкрановых балок отделения подготовки литых слябов; б – температурная кривая по высоте подкрановой балки
2) Температурный нагрев отдельных зон и конструкции в целом постоянно меняется в течение небольших промежутков времени (рис.7).
3) Часть наиболее нагруженных конструкций, разрушение которых может привести к аварии здания, не имеет прямого доступа для контакта, так как закрыты защитными экранами.
Рис.7. График изменения температуры во времени на подкрановой балке мартеновского цеха отделения раздевания слябов
4) Применяемые на сегодняшний день технологии не позволяют специалистам находиться на конструкциях для съема показаний без остановки производства по следующим причинам:
— высокие температуры в зоне контроля;
— загазованность или запыленность среды;
— угроза жизни и здоровью от работающего технологического оборудования.
5) Менталитет работников предприятий не позволяет оставлять регистрирующую аппаратуру и приборы не только на длительный период, но и без присмотра.
6) Конструкции находятся под слоем грязи, производственной пыли, имеют несколько слоев старой краски или значительно подвержены коррозии (рис.8).
Рис.8. Фрагмент каркаса, скопление пыли и коррозия в узле
7) Конструкции воспринимают значительное число циклов нагружений (от 40 до 120 циклов/сутки), следствием чего являются многочисленные трещины, как правило, усталостного характера (рис.9). В циклически нагруженных конструкциях постоянно увеличиваются не только размеры трещин, но и их количество (рис.10).
Рис.9. Кран-перегружатель. Трещина в стыке пояса и стенки
Рис.10. График изменения количества трещин в подкрановых балках и в элементах колонн и связей здания отделения подготовки литых слябов кислородно-конверторного цеха
8) Конструкции имеют крупные габариты, изготавливаются из элементов разных толщин и марок сталей (рис.11), имеют механическую и физико-химическую неоднородность в зоне сварных соединений.
Рис.11. Сечение подкрановой балки коробчатого сечения конвертерного отделения кислородно-конверторного цеха
При таких условиях эксплуатации конструкций повышаются требования к уровню технической диагностики и соответственно к приборам неразрушающего контроля.
Опыт применения методов и приборов неразрушающего контроля, в том числе в компании «ВЕЛД», при оценке технического состояния конструкций здания представлен в табл.2.
Следует отметить, что не всегда возможно применение методов неразрушающего контроля из-за неприспособленности приборов, предлагаемых в настоящее время, к реальному применению в «полевых» условиях. Опыт по оценке технического состояния стальных строительных конструкций зданий позволяет сформулировать основные требования к приборам по неразрушающему контролю, предназначенных к применению в реальных условиях:
1) Беспроводные системы с возможностью дистанционного съема показаний.
2) Стационарно устанавливаемые датчики длительного использования (3-5 лет) для замеров температур, деформаций, перемещений, толщины.
3) Регулируемый режим съема показаний в многоканальных системах с возможностью одновременного замера n параметров в m точках при заданном интервале времени.
4) Задаваемая пользователем точность съема показаний (выбираемая степень «загрубления» контролируемого параметра).
5) Габариты и вес приборов должны позволять работать в стесненных условиях и на высоте.
6) Возможность работы на поверхности с минимальной подготовкой или даже на неподготовленной поверхности.
7) Эксплуатационный диапазон температур для контактных частей прибора должен составлять от минус 60 до плюс 300-600°С в зависимости от температуры возможного перегрева конструкций.
8) Работа в условиях производственной запыленности и слабой освещенности (пыле- и влагозащищенность, яркий контрастный дисплей).
9) Питание приборов от малогабаритных аккумуляторов, позволяющих вести контроль в течение длительного времени.
10)Сброс и накопление информации на малогабаритный блок памяти (например, флэш-память) с последующим воспроизведением данных на персональном компьютере в лабораторных условиях.
Решение данных задач позволит расширить область применения методов неразрушающего контроля при оценке технического состояния строительных конструкций, повысить достоверность получаемых сведений об объекте контроля и снизить опасность аварийного разрушения конструкций.
Специалисты компании «ВЕЛД» готовы к контактам с разработчиками приборов неразрушающего контроля по вопросам разработки и испытания приборов в полевых условиях.
Библиографический список
1. Письмо Госстроя России от 05.04.1999 г. №БЕ-1080/19 «О мерах по предотвращению аварий на строящихся и эксплуатируемых зданиях и сооружениях».
2. Отчет «Аварии зданий и сооружений на территории Российской Федерации в 2003 году» [Текст] / Общероссийский общественный фонд «За качество строительства»// Москва, 2004.