В процессе нагружения конструкций изменение их напряженного состояния приводит к образованию трещин: сначала микротрещин, которые, накапливаясь, постепенно перерастают в крупные трещины. Опыт эксплуатации и натурные обследования показывают, что уже после 4-6 лет эксплуатации в подкрановых конструкциях появляются первые повреждения: расстраиваются крепления подкрановых и тормозных балок к колоннам, а также соединения их между собой; возникают усталостные трещины в сварных швах и стенке около верхнего пояса балок; в клепаных балках ослабляются заклепки верхнего пояса и появляются трещины в уголках. В сварных подкрановых балках часто появляются продольные трещины в верхнем поясном шве или в околошовной зоне у торца балки.
При прогибе балки происходит поворот ее опорного сечения вокруг края фактической опоры (по грани колонны), вследствие чего верх торца балки несколько приподнимается. При переходе катка крана с одной балки на другую увеличивается динамический эффект нагрузки. Конец сварного шва у торца балки является концентратором напряжений. Совокупность вышеуказанных факторов и является причиной возникновения трещин у торцов балки. Такие же повреждения часто появляются между ребрами жесткости. Они начинаются в сварном шве или околошовной зоне и, развиваясь с течением времени, достигают длины 1—3 м, и часто распространяются на стенку. Местный крутящий момент от внецентренного приложения вертикальных давлений вызывает растягивающие напряжения на одной из сторон стенки-балки и приводит к усталостному ее разрушению.
Нередко продольные трещины в стенке у верхнего пояса сварных балок появляются около ребер жесткости, что вызвано концентрацией напряжений у ребер, а также остаточными напряжениями от сварки. Во многих случаях в сварных балках появляются трещины на конце ребер жесткости по сварному шву или по металлу ребра вблизи шва, прикрепляющего ребро к верхнему поясу. Иногда эти трещины распространяются с ребра на металл стенки балок. Основной причиной появления трещин являются воздействия в верхнем поясе местных крутящих моментов, возникающих от вышеуказанных причин. Поперечные трещины в верхних поясных листах возникают у отверстий, в листах верхнего пояса, служащих для креплений рельсов, и постепенно распространяются к краю пояса балки. Часто трещины в стенке балки появляются у концов коротких ребер жесткости, такие трещины возникают преимущественно в высоких балках с относительно гибкой стенкой при пролетах12 ми более.
Местные прогибы верхних поясов ферм являются следствием нарушения правил эксплуатации при использовании балок для зачаливания блоков и тросов при подъеме и перемещении оборудования. При обследовании подкрановых конструкций проверяются:
состояние верхнего пояса шва и околошовной зоны, в первую очередь на предмет выявления трещин. Появление трещин разных направлений возможно в верхней части стенки, а также под коротким ребром жесткости. Желательно осмотр этих участков проводить с обеих сторон балки. Тщательный осмотр этих мест производится по всей длине подкрановых балок;
выполнение требований к качеству и расположению заводских стыков швов поясов и стенок балок, швов приварки ребер жесткости. В неразрезных балках особое внимание уделяется швам в монтажных стыках;
местные прогибы и искривления элементов, наличие грибовидных поясов, погнутости их между ребрами жесткости; состояние соединения тормозных конструкций с верхним поясом балок. Необходимо проверить наличие швов сверху и снизу листа, продольных трещин в листе или по шву;
узлы примыкания тормозных конструкций к колоннам (наличие разрушенных швов или болтовых соединений);
узлы соединения балок между собой на опорах, а также с колоннами. Конструктивные решения этих узлов различны, что определяет разнообразие видов их повреждений;
состояние нижних опорных узлов подкрановых балок, анкерных болтов, прокладок. Особое внимание следует уделять этим узлам в неразрезных балках, в которых передаются отрывающие реакции;
в узлах с передачей усилий через строганые торцы — плотность сопряжения опорных ребер с плитой колонны, зазоры и перекосы;
вертикальность подкрановых балок и взаимное их расположение на опорах;
состояние крепления рельса к подкрановым балкам, ослабление и разрушение крючьев и болтов, прижимных планок и т.п.;
состояние рельсов и подкрановых балок, прямолинейность рельсовых путей;
состояние ограниченных упоров кранов.
В клепаных подкрановых балках также встречаются повреждения отмеченных выше типов. Они аналогичны повреждениям сварных балок и вызываются теми же причинами. Однако отсутствие остаточных напряжений от сварки, большая податливость заклепочных соединений и утолщение верхней части стенки балки полками поясных уголков облегчают условия работы клепаных балок, поэтому повреждения в них появляются позже, чем в сварных балках. Массовым повреждением клепаных подкрановых балок является ослабление и повреждение заклепок верхних поясов. Горизонтальные заклепки крепления поясных уголков к стенке повреждаются вследствие кручения верхнего пояса, вызванного внецентренным приложением нагрузки. Вертикальные заклепки крепления верхнего поясного листа к уголкам повреждаются вследствие возникновения напряжения от общего изгиба балки при внецентренно приложенной нагрузке. Наиболее характерными повреждениями крановых рельсов являются: износ верхних и боковых граней головки, повреждения рельсов в местах стыков и трещины в швах.
Повреждение крановых упоров заключается в ослаблении их креплений, остаточных деформациях, а при сильных ударах и в разрушении. Повреждения подкрановых конструкций общей поверхностной коррозией, как правило, незначительны благодаря мощности сечений и слабому воздействию агрессивной производственной среды. Количественная характеристика отдельных видов повреждений и времени их возникновения позволяет дать общую оценку надежности подкрановых конструкций, выявить наиболее слабые места и разработать мероприятия по восстановлению их эксплуатационных качеств. Кроме основных несущих конструкций, образующих каркас зданий, в производственных зданиях имеется большое количество различных конструкций: рабочие площадки, пути для подвесного транспорта и др.
Опасные повреждения в элементах конструкций рабочих площадок возникают в результате воздействия динамических подвижных нагрузок а также высоких температур в горячих цехах. Повреждения конструкций рабочих площадок являются аналогичными для балочных конструкций. При обследовании рабочих площадок внимание следует обратить на ослабление сечений балок и настила различными вырезами для выпуска технологических коммуникаций, а также на состояние узлов сопряжения второстепенных и главных балок с колоннами, монтажных стыков между собой, вставок между балками, на состояние стоек и связей по ним. При обследовании конструкций подвесного транспорта следует обратить внимание на ослабление креплений ездовых балок на опорах, изменение геометрического положения путей, происходящих от неравномерной осадки несущих конструкций и приводящих к накоплению остаточных деформаций. При оценке технического состояния стальных конструкций, пораженных коррозией, прежде всего необходимо определить вид коррозии и ее качественную и количественную характеристики.
Различают следующие основные виды коррозии стальных конструкций. Сплошная — характеризуется относительно равномерным распространением коррозии по всей поверхности; пятнами — небольшой глубиной проникновения коррозии по сравнению с поперечными размерами поражений; язвенная — появлениями на поверхности металла отдельных или множественных повреждений, глубина и поперечные размеры которых (от долей миллиметра до нескольких миллиметров) соизмеримы; точечная (питтинговая) — представляет собой разрушение в виде отдельных мелких (не более 1—2 мм в диаметре) и глубоких (глубина больше поперечных размеров) язвочек; межкристалличес- кая — относительно равномерным распределением множественных трещин на больших участках элементов (глубина трещин обычно меньше, чем их размеры на поверхности).
К качественным характеристикам коррозии относятся плотность, структура, цвет и химический состав продуктов коррозии. Качественные характеристики определяют путем лабораторных исследований продуктов коррозии, а цвет — визуально. К количественным показателям коррозионных поражений относятся их площадь, глубина коррозионных язв, величина потери сечения, скорость коррозии. Поверхность элементов конструкций, подлежащих обследованию, необходимо очистить от пыли, грязи, жировых загрязнений, легко отслаивающихся старых покрытий и продуктов коррозии. Поверхности элементов в плоскостях, в которых проводят инструментальные измерения, необходимо очищать до металлического блеска механическими щетками, а затем мелкой шлифовальной шкуркой. Площадь коррозионных поражений с указанием зоны их распространения выражают в процентах площади поверхности конструкций.
Толщина элементов, поврежденных коррозией, замеряется не менее, чем в трех сечениях по длине элемента. В каждом сечении выполняется не менее трех замеров. При сплошной коррозии толщина элементов измеряется с помощью штангенциркулей, микрометров или механических толщиномеров. Толщина замкнутых профилей определяется с помощью ультразвуковых толщиномеров. При язвенной коррозии, а также при наличии питтингов глубину коррозионных язв измеряют с точностью0,1 ммс помощью измерительных скоб или прибора Тимашева. Величина потери сечения выражается в процентах начальной толщины. В качестве начальной толщины элемента принимается его толщина в местах, не поврежденных коррозией, или, при отсутствии таких мест, по номинальным данным, приведенным в проекте или в сортаменте. Для определения величины потери сечения в нескольких местах по длине и по сечению элемента микрометром или штангенциркулем с точностью до0,05 ммизмеряется его толщина. Разность между начальной и измеренной толщинами, выраженная в процентах, дает среднестатическую величину потери сечения.
Косвенную величину коррозионных потерь можно определить путем измерения толщины слоя продуктов коррозии. Величина коррозионных потерь с одной стороны элемента примерно равна 1/3 толщины слоя окислов. Для оценки состояния лакокрасочных покрытий необходимо обращать внимание на изменение цвета, размягчение и охрупчивание, наличие признаков шелушения, отслаивание, образование сыпи и пузырей, наличие или отсутствие продуктов коррозии на поверхности покрытия или под ним. Адгезию покрытия определяют методом решетчатого надреза по ГОСТ 15140—78*. Толщину покрытия измеряют толщиномерами ИТП-1 или MT-300, а сплошность дефектоскопами ЛКД-1 или ЛД2. Оценку защитных свойств металлических покрытий и свойств лакокрасочных покрытий производят путем сопоставления фактического состояния покрытий с нормативными требованиями.
Стойкость металлов определяется при равномерной коррозии средней скоростью разрушения, при неравномерной коррозии — глубиной проникновения отдельных коррозионных разрушений (язв), мм/год. При обследованиях конструкций из высокопрочных термообработанных сталей, а также конструкций, работающих при высоких или пониженных температурах, используются металлографические методы исследования коррозии, которые позволяют выявить межкристаллические или внутрикристаллические коррозионные поражения и их конфигурацию. Если работы по обследованию конструкций особо ответственных объектов проводят в течение нескольких лет, то рекомендуется включить в программу обследований проведение натурных коррозионных испытаний образцов из материалов, соответствующих материалам обследуемых конструкций, и из более коррозионно-стойких материалов, которые можно использовать при замене конструкций, а также образцов с защитными покрытиями, соответствующими примененным для обследованных конструкций, и с более стойкими покрытиями. Условия испытаний образцов должны соответствовать наиболее жестким условиям, в которых эксплуатируются конструкции данного вида.