CC BY
44
УДК 624.9
Е.Л. Алексеева
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ РАБОЧИХ ПЛОЩАДОК ЗДАНИЙ ГЛАВНЫХ КОРПУСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ
По результатам обследования одиннадцати зданий главных корпусов предприятий энергетики произведен анализ накопленных дефектов и повреждений строительных конструкций, по результатам которого выполнено изучение повреждаемости основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики. Установлено, что быстрее всего дефекты и повреждения накапливаются в конструкциях рабочих площадок. Исследование скорости развития наиболее часто встречаемых дефектов и повреждений позволило установить, что к наиболее опасному дефекту относится внутренняя коррозия арматуры по элементам железобетонных рабочих площадок. В связи с этим с помощью методов математической статистики определена закономерность возникновения коррозии арматуры в железобетонных элементах перекрытия рабочих площадок и установлено, что вероятность появления коррозии в железобетонных элементах рабочих площадок распределена по показательному закону. С использованием полученных данных, по железобетонным плитам перекрытия и металлическим балкам рабочих площадок выполнены расчеты прочности по нормальным сечениям, учитывающие фактические нагрузки и реальное состояние конструкций. По результатам расчета установлена зависимость коэффициента запаса несущей способности железобетонных плит и металлических балок перекрытия рабочих площадок от коррозии. С целью исследования обеспеченности несущей способности строительных конструкций рабочих площадок в зависимости от срока эксплуатации, получены уравнения, позволяющие определить зависимость обеспеченности несущей способности железобетонных плит перекрытия и металлических балок рабочих площадок от срока эксплуатации.
Ключевые слова: здания, главные корпуса, предприятия энергетики, анализ, дефекты, повреждения, несущие конструкции, техническое состояние, срок эксплуатации.
При эксплуатации строительных конструкций сооружения его надежность с течением времени падает. Возникает необходимость в ремонте. В связи с этим для обеспечения надежности сооружения важна его ремонтопригодность, представляющая собой приспособленность конструкций к периодическим осмотрам и ремонтам [1, 2].
Знакомство с рядом зданий главных корпусов предприятий энергетики показало, что большинство зданий находятся в удовлетворительном состоянии, а состояние многих несущих конструкций оценено как ограниченно работоспособное.
К главным корпусам тепловых электростанций относят здания или комплексы зданий, в которых размещается основное и вспомогательное оборудование, непосредственно участвующее в процессе выработки тепловой и электрической энергии [3].
Анализ накопленных дефектов и повреждений выполнен по одиннадцати главным корпусам предприятий энергетики, восемь из которых входят в состав ОАО «Фортум». Главные корпуса предприятий ОАО «Фортум» вводились в эксплуатацию начиная с 1931 г. (Челябинская ГРЭС) и заканчивая 1996 г. (Челябинская ТЭЦ-3).
© Алексеева Е.Л., 2012
25
3/2012
По результатам обследования установлено, что весомое большинство несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики накопили в процессе эксплуатации многочисленные повреждения.
Для оценки общего технического состояния строительных конструкций зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики по результатам обследований выполнен детальный анализ технического состояния основных несущих конструкций зданий, основанный на установлении количества конструкций с накопленными в процессе эксплуатации дефектами и повреждениями.
К наиболее повреждаемым конструкциям главных корпусов предприятий энергетики относятся конструкции рабочих площадок и плиты покрытия, колонны, стропильные фермы.
Установлено, что быстрее всего дефекты и повреждения накапливаются в конструкциях рабочих площадок. В связи с этим по рабочим площадкам выполнено исследование скорости развития наиболее часто встречаемых дефектов и повреждений (рис. 1).
Рис. 1. Динамика развития дефектов по рабочим площадкам главных корпусов предприятий энергетики: 1 — разрушение защитного слоя бетона с оголением арматуры (за 100 % принята площадь одного элемента); 2 — коррозия арматуры в железобетонных элементах; 3 — коррозия металлических главных балок перекрытия; 4 — коррозия металлических второстепенных балок перекрытия
На основе анализа дефектности и повреждаемости конструкций рабочих площадок установлена вероятность возникновения наиболее часто встречаемых дефектов и повреждений (табл. 1).
Табл. 1. Вероятность возникновения дефектов и повреждений в элементах рабочих площадок
Показатель Коррозия арматуры, % Замачивание, % Разрушение защитного слоя бетона, %
Вероятность обнаружения 35 37 35
Вероятность обнаружения двух дефектов одновременно
Коррозия арматуры 35,3 15,4 35,2
Замачивание 15,4 37,1 15,4
Разрушение защитного слоя бетона 35,2 15,4 35,2
Вероятность обнаружения одного из двух дефектов
Коррозия арматуры 35,3 57,0 35,3
Замачивание 57,0 37,1 56,9
Разрушение защитного слоя бетона 35,3 56,9 35,2
Вероятность обнаружения одного из трех дефектов — 57,0 % Вероятность обнаружения трех дефектов одновременно — 15,4 %
26
КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 3
С помощью методов математической статистики установлена закономерность возникновения коррозии арматуры в железобетонных элементах перекрытия рабочих площадок. Гистограмма относительных частот возникновения коррозии арматуры имеет вид, приведенный на рис. 2.
Рис. 2. Гистограмма относительных частот возникновения коррозии арматуры в элементах железобетонных рабочих площадок
Вероятность появления коррозии в железобетонных элементах рабочих площадок распределена по показательному закону. Плотность показательного распределения имеет вид
f (x) = 0,0354е~
(1)
С использованием полученных данных, по плитам перекрытия и балкам рабочих площадок выполнены расчеты прочности по нормальным сечениям, учитывающие фактические нагрузки и реальное состояние конструкций. Результаты расчетов приведены в табл. 2, 3.
Табл. 2. Зависимость коэффициента запаса несущей способности ребристой плиты перекрытия от внутренней коррозии арматуры
Количество эксплуатируемых лет 24 45 50 55 60 65 70
Процент коррозии арматуры, % 10 23 25 32 42 46 50
Коэффициент запаса 1,168 0,999 0,973 0,882 0,753 0,701 0,649
При расчете прочности по нормальным сечениям ребристой плиты перекрытия рабочих площадок с учетом накопленных повреждений и общей коррозии предварительно напряженных арматурных стержней установлено, что несущая способность данных плит исчерпывается максимум через 45 лет.
Табл. 3. Зависимость коэффициента запаса несущей способности металлических главных балок перекрытия рабочих площадок от общей коррозии, %
Количество эксплуатируемых лет 24 45 50 55 60 65 70
Процент коррозии по конструкциям, % 13 15 16 16 18 22 25
3/2012
Окончание табл. 3
Балки на отметке +3,6 м
Коэффициент запаса 1,032 1,008 0,996 0,996 0,972 0,925 0,889
Балки на отметке +12,6 м
Коэффициент запаса 1,095 1,069 1,057 1,057 1,032 0,982 0,944
Балки на отметке +18,0 м
Коэффициент запаса
1,101
1,076
1,063
1,063
1,038
0,987
0,949
При коррозии главных балок перекрытия рабочих площадок 16 % несущая способность исчерпывается максимум через 50 лет. Чем выше процент коррозии, тем меньше период исчерпания несущей способности.
По результатам расчета определена зависимость обеспеченности несущей способности железобетонных плит перекрытия и металлических балок рабочих площадок от срока эксплуатации.
Зависимость обеспеченности несущей способности железобетонных плит перекрытия описывается полиномом второй степени с коэффициентом корреляции 0,9883 уравнением
у = 1,3919е-0'0091. (2)
Зависимость обеспеченности несущей способности металлических балок рабочих площадок описывается экспонентой с коэффициентом корреляции 0,874 уравнением:
у = 1,0277е-0'0031. (3)
Таким образом, исследование обеспеченности несущей способности строительных конструкций рабочих площадок в зависимости от срока эксплуатации определило, что прочность плит перекрытия и балок рабочих площадок описываются экспоненциальными функциями (2) и (3).
Библиографический список
1. Добромыслов А.Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. М. : МГСУ, 2008.
2. Руководство по эксплуатации строительных конструкций производственных зданий промышленных предприятий. 4-е изд., стереотип. М., 2004.
3. Кузнецов И.П., Иоффе Ю.Р. Проектирование и строительство тепловых электростанций. 3 изд., перераб. М. : Энергоатомиздат, 1985.
Поступило в редакцию в феврале 2012 г.
Об авторе: Алексеева Екатерина Леонидовна — аспирантка кафедры испытания сооружений, научный сотрудник экспертно-диагностического и испытательного центра, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», Москва, Ярославское шоссе, 26, alekseeva@weld.su.
Для цитирования: Алексеева Е.Л. Исследование обеспеченности несущей способности строительных конструкций рабочих площадок зданий главных корпусов предприятий теплоэнергетики // Вестник МГСУ 2012. № 3. С. 25—29.
E.L. Alekseeva
ANALYSIS OF SUFFICIENCY OF THE BEARING CAPACITY OF BUILDING STRUCTURES OF OPERATING SITES OF MAIN BUILDINGS OF THERMAL POWER PLANTS
Upon examination of eleven main buildings of power plants, analysis of defects and damages of building structures was performed. Thereafter, the damageability of principal bearing struc-
28
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 3
tures of main buildings of thermal plants was analyzed. It was identified that the fastest growing defects and damages were concentrated in the structures of operating sites. The research of the rate of development of the most frequent damages and defects made it possible to conclude that internal corrosion of the reinforcing steel was the most dangerous defect, as far as the reinforced concrete elements of operating sites were concerned. Methods of mathematical statistics were applied to identify the reinforcing steel development pattern inside reinforced concrete elements of floors of operating sites. It was identified that the probability of corrosion of reinforced concrete elements of operating sites was distributed in accordance with the demonstrative law. Based on these data, calculation of strength of reinforced concrete slabs and metal beams was performed in terms of their regular sections, given the natural loads and the realistic condition of structures. As a result, dependence between the bearing capacity reserve ratio and the corrosion development pattern was identified for reinforced concrete slabs and metal beams of operating sites. In order to analyze the sufficiency of the bearing capacity of building structures of operating sites in relation to their time in commission, equations were derived to identify the nature of dependence between the sufficiency of the bearing capacity of reinforced concrete slabs and metal beams of the operating sites and their time in commission.
Key words: buildings, main buildings, power plants, analysis, defects, damage, bearing structures, technical condition, lifetime, damageability evaluation, relevance coefficient.
References
1. Dobromyslov A.N. Diagnostika povrezhdeniy zdaniy i inzhenernykh sooruzheniy [Damage Diagnostics of Buildings and Engineering Structures]. Moscow, MSUCE, 2008.
2. Kuznetsov I.P., Ioffe Y.R. Proektirovanie i stroitel'stvo teplovykh elektrostantsiy [Project Design and Construction of Heat Power Plants]. 3rd revised edition, Moscow, Energoatomizdat Publ., 1985.
3. Kuznecov I.P., Ioffe Ju.R. Rukovodstvopo ekspluatatsiistroitel'nykh konstruktsiyproizvodstven-nykh zdaniy promyshlennykh predpriyatiy [Guidelines for Operation of Building Structures of Production Buildings of Industrial Enterprises]. 4th reprint edition, Moscow, 2004.
About the author: Alekseeva Ekaterina Leonidovna — postgraduate student, Moscow State
University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russia; alekseeva@weld.su.
For citation: Alekseeva E.L. Issledovanie obespechennosti nesuschey sposobnosti stroitel'nykh konstruktsiy rabochikh ploschadok zdaniy glavnykh korpusov predpriyatiy teploenergetiki [Analysis of Sufficiency of the Bearing Capacity of Building Structures of Operating Sites of Main Buildings of Thermal Power Plants]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no. 3, pp. 25—29.
