CC BY
121
Библиографический список
1. Кикоть, А. А. Программа расчёта прогибов изгибаемых элементов из стальных тонкостенных холодногнутых профилей / А. А. Кикоть,
М. Н. Корницкая, Е. В. Мурзин // Проектирование и Строительство в Сибири. - 2010. - №4.- С. 8-10.
2. Adany, S. Buckling mode classification of members with open thin-walled cross-section by using Finite Strip Method. Research Report /
S. Adany // Johns Hopkins University, 2004.
© Королькова Н. Н., Потылицын А. Н., 2015 УДК 624.01
ПОТЕРЯ ПРОЧНОСТИ, ЖЁСТКОСТИ, УСТОЙЧИВОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Е. В. Логинова, В. В. Красиков
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье рассмотрены прочностные характеристики строительных конструкций зданий и сооружений.
Ключевые слова: аварийные ситуации, предварительное состояние, авария, потеря, прочность, жёсткость, устойчивость.
Для вывода о безопасности работы сооружения в процессе проектирования и эксплуатации зданий и инженерных сооружений обычных расчетов на прочность бывает недостаточно: также необходимо учитывать жёсткость и устойчивость конструкций, решая задачи сопротивления материалов.
Надёжность конструкций обеспечивается правильным сопряжением конструкций при совместной правильной работе элементов.
К аварийному состоянию конструкций приводит совокупность различных причин: ошибки при проектировании, нарушение технологии изготовления и монтажа строительных конструкций, низкое качество материалов, применяемых для несущих конструкций, несоблюдение правил эксплуатации зданий и сооружений - как следствие, нарушение целостности каркаса здания или сооружения.
Аварийные ситуации зачастую сопровождаются ранениями, гибелью людей и наносят значительный экономический ущерб. Аварии строительных конструкций редко происходят внезапно. Практически во всех случаях можно отследить ряд предпосылок случившегося. Если своевременно заметить признаки, возможно вовремя принять упреждающие, профилактические меры, тем самым сохранив не только материальные ценности, но и жизнь и здоровье людей.
Рассматривая термин «авария» [2], необходимо разделить понятия «предаварийное состояние» и «аварийное состояние».
Предаварийным состоянием будем называть такое состояние конструкций, когда в случае продолжения неблагоприятных воздействий (неравномерная осадка фундамента, перепады температуры, агрессивность среды и т. п.) может произойти авария конструкции. Под аварийным состоянием подразумевается такое состояние конструкции здания или сооружения, при котором с большой степенью вероятности в ближайщее время можно ожидать его аварию.
Авария строительных конструкций возможна из-за наличия в них скрытых дефектов в результате хрупкой работы конструкции, когда разрушение происходит без предварительных сильных деформаций. В этом случае установить факт наличия аварийного состояния конструкций очень сложно, но в большинстве случаев аварии конструкции предшествуют развитие больших деформаций, появление и раскрытие трещин и другие видимые признаки аварийного состояния.
В ряде пособий и инструкций по обследованию строительных конструкций рекомендуется при снижении несущей способности конструкции более чем на 50 % считать такое состояние аварийным или даже говорить об их полном разрушении. Следует заметить, что аварийное состояние зависит не только от несущей способности конструкции, но и от усилий, вызванных внешними воздействиями. Обрушение конструкции может произойти и при меньшем снижении её несущей способности. Если конструкция обрушилась, значит, она полностью исчерпала свою фактическую несущую способность [1; 2; 3].
Правильность заключения, сделанного на основании выводов по обследованию состояния конструкций, в значительной степени зависит от квалификации специалиста. Поэтому важность знаний и умений своевременно выявить признаки аварийных состояний конструкций очевидна (см. табл.).
При подготовке специалистов преподавателями, как правило, главное внимание уделяется причинам и последствиям аварийных ситуаций, в связи с этим инженерно-технические работники, встретившись даже с явным признаком аварийности конструкций, не всегда способны предупредить аварийную ситуацию.
Признаки аварийного состояния конструкций
№ п/п Наименование Предпосылки аварийного состояния Проявления
1 Грунтовые основания - неверная оценка прочностных и деформационных свойств грунтов; - разработки при земляных работах; - нарушение технологии; - переувлажнение грунтов; - допущено замораживание пучинистых грунтов; - нарушены правила эксплуатации зданий и сооружений; - инженерные просчёты при реконструкции. - сквозные трещины фундамента; - деформация надземной части.
2. Фундаменты - неудовлетворительная работа грунтового основания; - недостаточная прочность основания. - трещины фундамента, в том числе сквозные; - местные разрушения тела фундамента у перемычек над проёмами; - расслоение тела фундамента.
3. Железобетонные конструкции Для статически определимых элементов: - появление состояния текучести в растянутой арматуре. Для статически неопределимых элементов: - разрушение сжатой зоны бетона; - коррозия арматуры с увеличением диаметра; - выпрямление арматурных стержней, первоначально изогнутых; - продёргивание арматуры на свободной опоре - раскрытие трещин. В сжатой зоне: - продольные трещины - возможны нормальные и наклонные трещины. В растянутой зоне: - нормальные и наклонные трещины; - нарушение сцепления арматуры с бетоном; - трещины в бетоне вдоль продольной растянутой арматуры.
4 Каменные конструкции - перегрузка элементов; - неравномерная осадка зданий и сооружений; - недостаточное опирание плит перекрытий на стены; - температурное воздействие; - нарушение тепловлажностного режима помещений; - отсутствие перевязок стен (снижение жёсткости здания). - наличие трещин, видимых и невидимых; - расслоение, откалывание участков стены; -скол кладки под концом плиты.
5 Стеновые панели и узлы сопряжения - неравномерная осадка фундаментов; - нарушение целостности отдельных панелей и узлов сопряжения; - разрушение отдельных несущих панелей; - низкое качество горизонтальных швов; - разрушение связей; - сдвиг частей панели - обрушение, выход панелей из плоскости стены; - появление ржавых пятен в местах расположения связей; появление трещин по вертикали и горизонтали по периметру панели; - наклонные трещины.
6 Стальные конструкции Все виды местной деформации в узлах сопряжения: - общий, местный изгиб элемента; - потеря местной устойчивости в узлах сопряжения; - коррозия стали; - ослабление сечения. - трещины в сварных швах и околошовной зоне; - трещины, идущие от заклепочных отверстий.
7 Деревянные конструкции - низкое качество стыков элементов; - отсутствие стяжного болта в лобовой врубке; - потеря устойчивости; - гнилостные поражения. продольные трещины у нагелей и гвоздей; - скалывание площадки при лобовой врубке; - относительные прогибы, имеющие значения больше нормативного; - выпучивание древисины в сжатой зоне.
Трагическим подтверждением этого являются исторические факты:
- 1905 год - крушение моста в 14 км от Квебека (рис. 1), причина - неправильность расчёта на устойчивость. В то время теория расчёта на устойчивость не была разработана в достаточной степени.
- Спустя 9 лет, в 1916 году, когда работы по возведению нового Квебекского моста были завершены, на том же месте по той же причине упал в воду и затонул подвесной пролет.
- 1907 год - обрушение моста консольного типа с главным пролетом длиной 549 м через реку Св. Лаврентия (США). Разрушение произошло в период строительства за 15 минут до конца рабочего дня (погибло 74 человека).
Причина всех этих аварий в том, что один из сжатых раскосов фермы потерял устойчивость, что повлекло за собой обрушение всей конструкции.
И в наши дни при достаточной апробации методики расчёта возникают подобные ситуации, когда выходят из строя сооружения.
Так, в 1959 году произошла авария телевизионной мачты Курганского телецентра высотой 182 м с тремя ярусами оттяжек в результате потери местной устойчивости стволом мачты. Ствол трубчатого сечения R=l,6 м был выполнен из стали Ст. 3кп. Толщина листа в аварийной обечайке 8 мм. Ко времени аварии производилось окончательное регулирование предварительного натяжения в оттяжках, которые через реи обеспечивали горизонтальную жёсткость мачты. Заложение трёх оттяжек всех трёх ярусов было одинаковым и довольно крутым - 54 м.
Рис. 1. Авария 11 сентября, 1916. Мост Квебек (Канада)
Рис. 2. Телевизионная мачта Курганского телецентра до аварии
В начале аварии был замечен перелом на высоте 51 м от земли с вмятием стенки внутрь ствола в результате потери ею местной устойчивости. Впоследствии в аварийных швах в районе деформации ствола мачты были обнаружены два местных разрыва шва длиной по 10 см. Затем в течение трёх суток деформации нарастали. Отклонение от вертикали в точке перелома достигало 1,83 м, а вершины антенны - 7,27 м. Ствол сплющился. Обечайка мачты потеряла устойчивость по всему периметру сечения трубы. Верхняя часть ствола осела примерно на 80 см.
Проведёнными исследованиями установлено наличие расслоения металла и его выпучивание, наличие многочисленных внутренних расслоений, которые связаны не только с маркой стали, но и с качеством прокатки. Наличие выпучивания расслоенного металла дало основание предположить, что потеря местной устойчивости началась как раз в этом месте. Все разрывы стали при деформациях обечайки и обрушение мачты носили пластический характер. Всё это говорит о том, что кипящую сталь не следует применять в несущих конструкциях;
её надо заменять полуспокойной с содержанием кремния 0,05-0,17 %. Оттяжки были закреплены не за фланцы, соединяющие отдельные 6-метровые звенья труб, а непосредственно за трубу: в одном случае - к приваренным к трубе коротышам из уголков, в другом - к кольцевому поясу, кое-как прихваченному сваркой к трубе. При сильном порыве ветра в трубе они обрушились.
На строительстве высоковольтной линии электропередач в 1953 году (рис. 3) произошло обрушение двух анкерно-угловых опор козлового типа высотой 22,2 м. Причиной аварии явилась местная потеря устойчивости поясными уголками сжатой «ноги».
Авария произошла при монтаже под действием силы натяжения проводов. Пояса «ног» квадратного сечения 750^750 мм были выполнены из четырёх уголков 75*75*6 мм, соединённых Х-образной решёткой «в ёлочку» из уголков 40*40*5 мм. Длина панели составляла 900 мм. Опоры состояли из двух Д-образных стоек, траверсы и подкоса. Две опоры разрушились, а три сильно деформировались. Разрушение началось с Д-образных стоек без подкоса вследствие потери устойчивости поясными уголками либо вверху «ноги», вблизи жёсткого узла, либо посередине её высоты у монтажного стыка, выполненного на чёрных болтах. Напряжения в элементах «ног» опор были ниже допускаемых. Причины аварии были установлены в результате изучения обрушившихся и деформированных опор, а также испытания одной из них в полигонных условиях, испытания в натуральную величину на сжатие трёх частей опорных «ног» длиной по 4 м каждая с разными схемами решетки (с целью выяснения фактического влияния системы решётки на несущую способность «ноги»).
Рис. 3. Авария при строительстве высоковольтной линии электропередач
Неудачно была принята Х-образная система решётки: местная гибкость отдельных элементов поясов была больше общей гибкости всего стержня, что явно недопустимо. Применяемый способ расчёта на устойчивость сжатых стержней с Х-образной решёткой приводит к завышенному значению критического напряжения. Кроме того, было выявлено неравномерное распределение усилия по поясным уголкам составного сечения «ног», вызванное применением монтажных стыков на четырёх болтах со значительной (до 2 мм) разницей между диаметрами болтов и отверстий. Имело место также искривление «ног» в результате податливости монтажного стыка.
14 февраля 2004 года произошла трагедия в Ясенево (г. Москва) (рис. 4). В этот день в аквапарке было особенно много посетителей. По данным ГУВД Москвы, их число превысило более 1300 человек, от 360 до 480 из них были в самом бассейне.
Основной причиной обрушения покрытия, по общему мнению экспертов, стали неправильные проектные решения, несоблюдение расчётно-конструкторских норм, низкое качество строительно-монтажных работ, отсутствие экспертного контроля со стороны государственных органов. Принятая конструкция покрытия с тонкостенной оболочкой и обратным прогибом способствовала накоплению конденсата и утяжелению веса покрытия. На времени обрушения покрытия сказалось неблагоприятное сочетание температуры окружающего воздуха и атмосферного давления.
7 мая 2013 г. случилась авария в Аскизском районе Республики Хакасия (рис.5). Причиной ЧП, произошедшего на железнодорожном перегоне Камышта - «Алюминиевая», стал подмыв четвёртой опоры. В результате
один из мостовых пролётов рухнул в воду, другой оказался в подвешенном состоянии. Благодаря тому, что поезда пассажирского сообщения здесь не ходят, а движения грузовых составов в этот момент не было, пострадавших нет.
Рис. 4. Авария в аквапарке Москва, Ясенево, 14 февраля 2004 г.
Рис. 5. Авария в Аскизском районе Республики Хакасия
Таким образом, владение знаниями о признаках и предпосылках аварийных ситуаций на основе учёта факторов уже проанализированных трагедий и происшествий позволит предупредить чрезвычайные ситуации и избежать человеческих жертв.
Библиографический список
1. Шкинев, А. Н. Аварии в строительстве / А. Н. Шкинев. - М.: Стройиздат, 1984. - 319 с.
2. Гроздов, В. Т. Признаки аварийного состояния несущих конструкций зданий и сооружений / В. Т. Гроздов. - СПб.: Издательский дом Ш+, 2000. - 48 с.
3. Гуркова, Л. И. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений: учебно-методический комплекс: курс лекций. В 2 ч. Ч. 1 / Л. И. Гуркова, Е. В.Логинова. - Абакан: Издательство Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова, 2008. -52 с.
© Логинова Е. В., Красиков В. В., 2015
УДК 624.014
УЗЛЫ И КОНСТРУКЦИИ ОЛИМПИЙСКОГО СТАДИОНА «ФИШТ»
Е. В. Логинова, А. Ю. Поваренко
Хакасский технический институт — филиал СФУ
В статье рассмотрены узлы и уникальные конструкции сооружения на примере Олимпийского стадиона « Фишт» в г. Сочи.
Ключевые слова: олимпийский стадион, Сочи, олимпиада 2014, Фишт, конструкции.
В XXI веке к строительным объектам предъявляются повышенные требования, особенно это касается архитектурной выразительности и красоты зданий. Актуальность выбранной темы связана с тем, что в наше время, благодаря достижениям в строительстве, часто используют комбинирование и сочетания различных видов конструкций, таких как металл, бетон, дерево стекло, пластик. Эти комбинации помогают обеспечить быстрое возведение конструкции, её безопасность, экономичность и архитектурную выразительность.
Олимпийский стадион «Фишт» рассчитан на 40 тысяч зрителей для проведения Олимпиады, на 45 тысяч зрителей для футбольных матчей международного уровня и на 25 тысяч зрителей для менее важных зрелищ (рис. 1, 2, 3, 4, 5).
Рис. 1. План олимпийских объектов Рис. 2. Расположение олимпийского стадиона
«Фишт» на карте города
К одному из самых уникальных и огромных проектов в Олимпийском парке г. Сочи относится стадион «Фишт», в котором проводились церемонии открытия и закрытия зимних Олимпийских игр 2014 года. Его строительство велось в течение 5 лет под пристальным вниманием не только первых лиц государства, но и самих участников проекта.
На территории стадиона могут располагаться до 40 000 человек одновременно. Планируется увеличение площади стадиона и соответственно его вместительности до 45 000 человек. Этот проект был создан с учётом требований ФИФА, что позволяет проводить матчи чемпионата мира по футболу, организовать тренировочную базу для спортсменов, а также проводить массовые развлекательные мероприятия.
При проектировании и строительстве объекта были соблюдены и учтены все требования Паралимпийского комитета к дополнительным специализированным конструкциям для людей с ограниченными возможностями, а также требования комфорта как для спортсменов, так и для зрителей. Пристальное внимание уделено всем
