Зависимость скорости коррозионного процесса от формы сечения металлических конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Зависимость скорости коррозионного процесса от формы сечения металлических конструкций Костакова О.М.

Костакова Ольга Михайловна /Kostakova Ol'ga Mihajlovna - кафедра металлических и деревянных конструкций, факультет промышленного и гражданского строительства, студент Самарский государственный архитектурно-строительный университет, г. Самара

Аннотация: Проблема предотвращения коррозионных разрушений металлических конструкций занимает одно из основных мест в решении задачи по повышению надежности и долговечности. Несмотря на научно-технический прогресс и появление новых, современных технологий, проблема борьбы с коррозией остается актуальной. С технической и экономической точки зрения очень важной является антикоррозионная защита на этапе проектирования, что включает в себя рациональный выбор сечений конструкций и их расположение в пространстве. В данной статье рассматривается влияние конструктивных форм на скорость коррозионного процесса.

Abstract: The problem ofprevention of corrosion damage of metal structures is one of the main places in the task of improving the reliability and durability. Despite the scientific and technological progress and the emergence of new technologies, the problem of corrosion control remains relevant. From a technical and economic point of view is very important corrosion protection in the design phase, which includes rational choice sections of structures and their location in space. This article examines the impact of structural forms of the rate of the corrosion process.

Ключевые слова: коррозия металлов, металлические фермы, износ от коррозии, защита от коррозии на этапе проектирования, строительство.

Keywords: corrosion of metals, metal girders, wear corrosion, corrosion protection at the design stage and construction.

металлов

причин

стальных

8044 под

химическое

между

приводящее к свойств включающей дальнейшем

металлов.

коррозионного

Коррозионное разрушение является одной из основных снижения долговечности

конструкций. Согласно

международному стандарту ISO коррозией понимают физико-или химическое взаимодействие металлом (сплавом) и средой, ухудшению функциональных металла (сплава), среды или их технической системы. В под термином «коррозия» будет подразумеваться коррозия

Интенсивность и характер разрушения строительных

Рис.1. Распределение коррозии по периметру сечения стальных профилей (лабораторные испытания). Цифры обозначают потери веса пластинок коррозии в граммах

металлоконструкций во многом определяется конструктивной формой отдельных элементов и конструкции в целом. Количественные показатели и закономерности влияния конструктивных форм на износ конструкции установлены благодаря работам кафедры металлических конструкций МИСИ им. В.В. Куйбышева под руководством Стрелецкого Н.С., а затем Белени Н.И., Кикина А.И., Вольберга Ю.Л. Натурные исследования в этой области показали, что более коррозионностойкими являются сплошные конструкции, нежели сквозные (см. рис. 1) [1]. Из рисунка видно, что в зависимости от форм и типов сечения строительные конструкции коррозируют не одинаково, т.е. придавая элементу ту или иную форму сечения можно кардинально изменить его долговечность и, тем самым, получить различные сроки службы здания или сооружения.

Проанализировав полученные результаты, было решено проверить замкнутые и парные сечения на обобщенный показатель коррозионной стойкости, который отражает зависимость толщины сечения, геометрических и прочностных характеристик, и марки стали на скорость коррозионного процесса:

ПК0Р =

t ■ к

1СТ яст

^ф 'кос 'кет' к?

(1)

кф,ка - коэффициенты влияния типа сечения и угла наклона к горизонтали на скорость коррозии элементов конструкций;

кс - коэффициент использования прочностных свойств материала;

кр - коэффициент, учитывающий величину периметра профиля, контактирующего с агрессивной средой;

1 - начальная толщина элемента по проекту;

кст - коэффициент, учитывающий разность в скорости коррозии стали С235 и рассматриваемого [2] материала, в том числе алюминиевых сплавов;

Уст3 - скорость коррозии С235 в рассматриваемой агрессивной среде; [2]

Ум - скорость коррозии материала конструкции в рассматриваемой среде.

Чем больше значение показателя коррозии, тем выше коррозионная стойкость элемента. Для конструкции в целом показатель коррозионном стойкости может быть определен как среднее арифметическое показателей коррозии элементов данной конструкции:

Случай, когда выполняется условие: П кор.= Пкор., считается идеальным, т.е. конструкция запроектирована из элементов равной коррозионной стойкости и, следовательно, скорость коррозионного процесса данных элементов будет одинаковой.

Использование показателя коррозионной стойкости конструкций было рассмотрено на примере стропильных ферм длинной 24 м, одна из которых составлена из парных уголков, а другая имеет сечение из гнутого сварного профиля по типовым проектам (геометрическая схема фермы представлена на рис.2).

Рис.2 Геометрическая схема фермы

Материал: сталь С245. На первом этапе работы был произведен статический расчет фермы. На следующем этапе подобраны профили для каждого элемента фермы (в целях унификации для каждой фермы подобрано 4 профиля). Далее определялся обобщенный показатель коррозионной стойкости элементов. Расчет удобно представить в табличной форме (см. табл. 1 и 2).

Был определен показатель коррозионной стойкости для всей конструкции в целом: у фермы из парных уголков Пкорк=13,55мм, а у фермы из гнутого сварного профиля Пкорк =19,63 мм.

Сечени Пкор

ВП1 125х14 0

ВП2 125х14 16,44

ВП3 125х14 16,44

ВП4 125х14 13,08

Р1 125х14 23,83

Р2 75х7 4,85

Р3 100х10 21,93

Р4 50х5 8,2

НП1 100х10 10,9

НП2 100х10 5,08

С1 50х5 15,08

С2 75х7 22,25

С3 75х7 22,25

Сечение Пкор

ВП1 160х6 0

ВП2 160х6 14,38

ВП3 160х6 14,38

ВП4 160х6 10,78

Р1 140х6 24,66

Р2 120х4 13,21

Р3 120х4 22,04

Р4 80х3 24,76

НП1 140х6 21,5

НП2 140х6 10,03

С1 80х3 51,2

С2 80х3 25,6

С3 80х3 25,6

Табл.2 Результаты расчета фермы, Табл состоящей из гнутого сварного профиля

уголков.

Для наглядности результаты расчета сведены в диаграммы и, проанализировав их, можно сделать следующие выводы:

Ферма из парных уголков имеет наименьшие показатели у элементов нисходящих раскосов Р2 и Р7, и элементов нижнего пояса НП2 и НП3. Наименьшие показатели коррозионной стойкости у фермы из гнутого сварного профиля также в элементах нижнего пояса НП2 и НП3, но их значения почти в 2 раза превосходят наименьшие показатели фермы из парных уголков.

У фермы из парных уголков они представлены элементами опорных раскосов Р1 и Р8, и элементами промежуточных стоек С2, С3, С4, а у фермы из гнутого сварного профиля наибольшее значение к опорных стоек С1 и С5, которые мало того, превышают показатели тех же элементов в ферме из парных уголков, так еще являются наибольшими среди всех показателей.

В целом, если смотреть на обе диаграммы: показатели всех величин фермы из ГСП больше показателей фермы из парных уголков, кроме элементов опорных раскосов, о которых упоминалось ранее.

Обращает внимание крайняя неравномерность показателя коррозионной стойкости отдельных элементов в рассмотренных фермах, что говорит о том, что элементы каждой конструкции будут в разное время подвергаться процессу коррозии. Т.к. это явление наблюдается в обоих случаях, можно сделать вывод, что данное явление не связано с выбором профиля, а скорее зависит, помимо прочих условий, от геометрической схемы фермы.

В каждом случае элемент НП2 имеет наименьший показатель коррозионной стойкости, что объясняется его положением в пространстве, которое обеспечивает наличие застойных зон воды и мест скопления пыли, которая значительно увеличивает время увлажнения поверхности, элементы с наибольшим показателем в обоих случаях - стойки, что тоже вполне объясняется их положением в пространстве, которое исключает наличие застойных зон воды и мест скопления пыли.

Ферма из парных уголков

Ферма из гнуто сварного профиля квадратного сечения

16,4' 16,4' 13,08 4,85 10,9 5,08 15,08 15,05 5,08 10,9 ■ Я7 ОС С гг 1Л 1 ,85 4,

||| III 0

<м <м «м

3 (Ч о,

° я

и и и

ю оо ю оо

гнгчт^гнгчт^гнгчгнгчт^тм^шю^оотю^оо CCCCQ-Q-Q-Q-CCUUUOUCCQ-Q.Q-Q.CCCC тттт XX XX тттт

Рис. 3 Диаграмма результатов расчета обобщенного показателя коррозионной стойкости для заданных ферм

Обобщенный показатель коррозионной стойкости для всей конструкции у фермы из парных уголков он 13,55 (мм), что почти в 1,5 раза меньше показателя у ГСП, который равен 19,63 (мм).

Подводя итоги, хотелось бы отметить, что ферма из ГСП менее подвержена коррозии, скорость коррозионного процесса в ней будет меньше, и, вследствие чего, является более долговечной, по сравнению с фермой из парных уголков, что было доказано расчетным путем. И данную ферму целесообразно применять в агрессивных средах, где она будет наиболее выгодным вариантом.

Литература

1. Бирюлев В.В., Кошин И.И., Крылов И.И., конструкций. М.: Стройиздат, 1964.390с.

2. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Минрегион России, 2011.

3. СНиП 11-28-73*. Защита строительных конструкций от коррозии. М.: Стройиздат, 1982.

Сильвестров А.В. Проектирование металлических Актуализированная редакция СНиП 11-23-81*. М.:

60

60

50

50

40

40

30

30

20

10

10

0

0