Shutterstock/FOTODOM
Износ металлических конструкций в промышленном строительстве является серьезной проблемой. В особенности это касается промышленных объектов, где интенсивно используются мостовые краны. При этом подкрановые балки, постоянно подвергаясь значительным динамическим нагрузкам, со временем теряют прочность, проявляются накопленные усталостные деформации.
По данным технических обследований, более 90% повреждений подкрановых балок связаны с усталостными трещинами. По требованиям Ростехнадзора в настоящее время эксплуатация стальных конструкций с трещинами запрещена. Однако немедленная замена всех поврежденных балок практически невыполнима – она приведет к огромным финансовым потерям и остановкам производства.
О том, как определить, когда конструкцию действительно необходимо заменять, а когда можно продлить срок ее эксплуатации без риска для безопасности «Стройгазете» рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций СПбГАСУ Антон Кубасевич.
Научный подход к решению проблемы
Подкрановые балки — ключевой элемент промышленных зданий, которые эксплуатируются на заводах, складах и в металлургии. Под действием динамической нагрузки от мостовых кранов балки быстро накапливают усталостные повреждения. Несмотря на то, что несущие конструкции рассчитаны на долгий срок службы, балки теряют прочность уже через несколько лет эксплуатации. Что выявляется в ходе исследования и анализа их напряженно-деформированного состояния в условиях тяжелого и весьма тяжелого режимов работы кранов?
Первые повреждения могут появиться уже через 2–5 лет эксплуатации, несмотря на то, что нормативный срок службы зданий составляет 50–100 лет.
В рамках исследования автором разработана инженерная методика, позволяющая оценивать снижение несущей способности балок при наличии трещин, определять предельную длину дефектов, при которой эксплуатация становится небезопасной, а также прогнозировать остаточный ресурс конструкции, что даёт возможность принимать обоснованные решения о возможности временной эксплуатации балок. Этот подход является важным шагом от реактивного устранения аварийных ситуаций к стратегическому управлению ресурсом конструкций.
Как работает методика?
Методика основана на комплексном анализе повреждений с использованием тяжелого расчетного комплекса ANSYS, позволяющего выявить влияние трещин на работу подкрановых балок. В её основе — алгоритм, включающий обследование, выявление дефектов, измерение трещин и уточнение нагрузок.
В рамках исследований ANSYS использовался для детальной оценки работы поврежденных подкрановых балок, что позволило определить коэффициенты снижения прочности, учитывающие влияние трещин».
Затем проводится расчет с учетом влияния дефектов, что позволяет объективно оценить снижение несущей способности. Завершающий этап — прогнозирование ресурса, определение предельной длины трещины и допустимого срока эксплуатации балки. Такой подход помогает инженерам заранее планировать ремонты, снижать затраты и продлевать срок службы конструкций без ущерба для безопасности.
Остановка металлургического производства на день приводит к потерям 21,6 млн долларов из-за недопроизводства 27 тыс. тонн стали. Плановая замена подкрановых балок занимает 3–7 дней, аварийная — до месяца. Современные расчетные методики позволяют сократить сроки ремонта и снизить финансовые потери.
Оценка конструкций в промышленных условиях
Разработка уже нашла применение в инженерной практике и активно используется для оценки состояния конструкций в промышленных условиях. В частности, она внедрена в профильной компании ООО «НИПИ «ЭРКОН», которая занимается оценкой технического состояния конструкций и экспертизой по вопросам оценки их безопасности. Использование методики помогает формировать базу данных о поведении конструкций, позволяя предприятиям разрабатывать индивидуальные стратегии технического обслуживания. Это снижает зависимость от субъективных решений и обеспечивает расчетный подход, основанный на фактическом техническом состоянии.
Кстати, Антон Кубасевич регулярно выступает на профессиональных и научных конференциях всероссийского и международного уровня. Среди них — Международная научно-практическая конференция «Строительные конструкции, здания и сооружения. От науки до инноваций», где, в том числе, обсуждались вопросы диагностики и оценки состояния стальных конструкций. Разработанная им методика привлекает внимание экспертов, предлагая новый подход к прогнозированию остаточного ресурса конструкций.
Разработанный подход позволяет выявлять скрытые повреждения, снижать риски и продлевать срок службы конструкций, о чем подробно описано в научных публикациях, в том числе в журналах, входящих в список Высшей аттестационной комиссии. Это позволило методике стать частью профессионального дискурса среди инженеров и исследователей.
В этих работах рассматриваются теоретические и прикладные аспекты оценки остаточного ресурса конструкций, автор считает, что доступ профессионалов к любым практически значимым разработкам должен быть свободным для скорейшего применения.
Дальнейшее применение методики
У методики есть и потенциал для расширения сферы применения. Одно из важных направлений — пересмотр нормативных документов, связанных с оценкой состояния стальных конструкций.
Например, Пособие по проектированию усиления стальных конструкций не обновлялось почти 40 лет, и на данный момент остается справочным документом, который не является обязательным к применению.
Внедрение расчетной методики позволит сделать нормативную базу более актуальной и практически применимой, ведь современные инженерные решения требуют гибкости и точности, а не формального следования устаревшим подходам. Современные расчетные методики помогут предприятиям не только снизить затраты, но и предотвратить аварийные ситуации, обеспечивая переход от экстренных замен к прогнозируемому управлению ресурсом стальных конструкций.
Автор: Владимир Чернов
По данным технических обследований, более 90% повреждений подкрановых балок связаны с усталостными трещинами. По требованиям Ростехнадзора в настоящее время эксплуатация стальных конструкций с трещинами запрещена. Однако немедленная замена всех поврежденных балок практически невыполнима – она приведет к огромным финансовым потерям и остановкам производства.
О том, как определить, когда конструкцию действительно необходимо заменять, а когда можно продлить срок ее эксплуатации без риска для безопасности «Стройгазете» рассказал кандидат технических наук, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций СПбГАСУ Антон Кубасевич.
Автором разработана методика оценки остаточного ресурса подкрановых балок. Методика апробирована предприятиями, позволяет прогнозировать поведение конструкций с дефектами, а также определять оптимальные сроки их ремонта или замены.
Научный подход к решению проблемы
Подкрановые балки — ключевой элемент промышленных зданий, которые эксплуатируются на заводах, складах и в металлургии. Под действием динамической нагрузки от мостовых кранов балки быстро накапливают усталостные повреждения. Несмотря на то, что несущие конструкции рассчитаны на долгий срок службы, балки теряют прочность уже через несколько лет эксплуатации. Что выявляется в ходе исследования и анализа их напряженно-деформированного состояния в условиях тяжелого и весьма тяжелого режимов работы кранов?
Первые повреждения могут появиться уже через 2–5 лет эксплуатации, несмотря на то, что нормативный срок службы зданий составляет 50–100 лет.
В рамках исследования автором разработана инженерная методика, позволяющая оценивать снижение несущей способности балок при наличии трещин, определять предельную длину дефектов, при которой эксплуатация становится небезопасной, а также прогнозировать остаточный ресурс конструкции, что даёт возможность принимать обоснованные решения о возможности временной эксплуатации балок. Этот подход является важным шагом от реактивного устранения аварийных ситуаций к стратегическому управлению ресурсом конструкций.
Как работает методика?
Методика основана на комплексном анализе повреждений с использованием тяжелого расчетного комплекса ANSYS, позволяющего выявить влияние трещин на работу подкрановых балок. В её основе — алгоритм, включающий обследование, выявление дефектов, измерение трещин и уточнение нагрузок.
В рамках исследований ANSYS использовался для детальной оценки работы поврежденных подкрановых балок, что позволило определить коэффициенты снижения прочности, учитывающие влияние трещин».
Затем проводится расчет с учетом влияния дефектов, что позволяет объективно оценить снижение несущей способности. Завершающий этап — прогнозирование ресурса, определение предельной длины трещины и допустимого срока эксплуатации балки. Такой подход помогает инженерам заранее планировать ремонты, снижать затраты и продлевать срок службы конструкций без ущерба для безопасности.
Остановка металлургического производства на день приводит к потерям 21,6 млн долларов из-за недопроизводства 27 тыс. тонн стали. Плановая замена подкрановых балок занимает 3–7 дней, аварийная — до месяца. Современные расчетные методики позволяют сократить сроки ремонта и снизить финансовые потери.
Оценка конструкций в промышленных условиях
Разработка уже нашла применение в инженерной практике и активно используется для оценки состояния конструкций в промышленных условиях. В частности, она внедрена в профильной компании ООО «НИПИ «ЭРКОН», которая занимается оценкой технического состояния конструкций и экспертизой по вопросам оценки их безопасности. Использование методики помогает формировать базу данных о поведении конструкций, позволяя предприятиям разрабатывать индивидуальные стратегии технического обслуживания. Это снижает зависимость от субъективных решений и обеспечивает расчетный подход, основанный на фактическом техническом состоянии.
Кстати, Антон Кубасевич регулярно выступает на профессиональных и научных конференциях всероссийского и международного уровня. Среди них — Международная научно-практическая конференция «Строительные конструкции, здания и сооружения. От науки до инноваций», где, в том числе, обсуждались вопросы диагностики и оценки состояния стальных конструкций. Разработанная им методика привлекает внимание экспертов, предлагая новый подход к прогнозированию остаточного ресурса конструкций.
Разработанный подход позволяет выявлять скрытые повреждения, снижать риски и продлевать срок службы конструкций, о чем подробно описано в научных публикациях, в том числе в журналах, входящих в список Высшей аттестационной комиссии. Это позволило методике стать частью профессионального дискурса среди инженеров и исследователей.
В этих работах рассматриваются теоретические и прикладные аспекты оценки остаточного ресурса конструкций, автор считает, что доступ профессионалов к любым практически значимым разработкам должен быть свободным для скорейшего применения.
Дальнейшее применение методики
У методики есть и потенциал для расширения сферы применения. Одно из важных направлений — пересмотр нормативных документов, связанных с оценкой состояния стальных конструкций.
Например, Пособие по проектированию усиления стальных конструкций не обновлялось почти 40 лет, и на данный момент остается справочным документом, который не является обязательным к применению.
Внедрение расчетной методики позволит сделать нормативную базу более актуальной и практически применимой, ведь современные инженерные решения требуют гибкости и точности, а не формального следования устаревшим подходам. Современные расчетные методики помогут предприятиям не только снизить затраты, но и предотвратить аварийные ситуации, обеспечивая переход от экстренных замен к прогнозируемому управлению ресурсом стальных конструкций.
Автор: Владимир Чернов