Геодезические измерения при обследовании зданий и сооружений

Если температура Тм больше температуры в печи Тпеч, то в печи нужно отвести лишнюю теплоту от слитка. Но так как температура поверхности слитка Тпов при поступлении в печь меньше температуры в печи Тпеч, то сначала слиток будет получать теплоту из рабочего пространства печи, и среднемассовая температура слитка станет еще больше. Лишь спустя какое-то время после помещения слитка в печь температура поверхности слитка превысит температуру в печи, и слиток начнет отдавать излишнюю теплоту в рабочее пространство. Данный режим не является оптимальным, так как происходит затягивание процесса выравнивания температурного поля слитка в печи. В этом случае, чтобы приблизить режим к оптимальному, нужно увеличить время выдержки слитка в изложнице тизл.

Если среднемассовая температура Тм на входе в печь меньше температуры в печи Тпеч, то для разных времен нагрева тнагр рассчитывается температурное поле слитка. Если для каких-то значений тнагр температура поверхности превысит температуру в печи (Тпов > Тпеч), это означает, что среднемассовая температура слитка превысила температуру в печи, и данный режим не является оптимальным. Чтобы приблизиться к оптимальному режиму, нужно увеличить

^изл.

Если для времен тнагр, больших некоторого значения, температура на оси слитка Тоси становится меньше температуры на поверхности Тпов, то такой режим также не является оптимальным, и нужно уменьшить продолжительность выдержки слитка в изложнице хизл.

Если для всех тнагр температура на оси больше температуры в печи, а температура на поверхности

меньше температуры в печи (Тоси > Тпеч >Тпов), то такой режим является оптимальным, и текущее значение хизл также является оптимальным (тизл = хизл, опт). При таком режиме быстрей всего достигается необходимое качество нагрева. По заданному качеству нагрева ATmax для оптимального режима определяется минимальная длительность нагрева слитка в печи

^нагр, min.

Отметим, что в оптимальном варианте подвод теплоты к слитку в печи является незначительным, так как по существу в печи происходит выравнивание температуры по сечению слитка. Например, за счет сокращения длительности нахождения в изложнице с тизл = 180 мин. до оптимального значения тизлопт = = 85 мин., при тв1 = 5 мин., хтерм = 30 мин., хв2 = = 5 мин., длительность нагрева слитка Р-4,5 (сталь 08Х18Н10Т) в печи, необходимая для качества нагрева ATmax = 30 °С, сокращается с тнагр = 175 мин. до минимального значения тнагр, min= 60 мин., т.е. в три раза. Соответственно, в три раза возрастает производительность печи, значительно сокращаются удельный расход топлива и потери металла от окисления в печи.

Литература

1. Лукин, С.В. Математическая модель охлаждения слитка в термостате / С.В. Лукин, В.В Мухин, Н.И. Шеста-ков, Ю.В. Антонова // Вестник Череповецкого государственного университета. -2013. - № 3. - Т. 2. - С. 28 - 30.

2. Лукин, С.В. Энергосбережение в нагревательных печах за счет оптимизации режимов разливки, охлаждения и нагрева стальных слитков / С.В. Лукин, Н.И. Шестаков, Ю.В. Антонова // Промышленная энергетика. - 2013. -№ 10. - С. 26 - 30.

УДК 624.131.32

Н.С. Маконкова, Р.Ш. Адигамов, Е.А.Нечаева

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Своевременное обследование позволяет значительно продлить срок службы зданий и предупредить возникновение аварийных ситуаций. Обследование делится на визуальное и инструментальное. На втором этапе применяется электронное и лазерное геодезическое оборудование, которое позволяет получить более точные результаты по сравнению с измерениями, выполненными оптическими инструментами.

Деформация, крен, сдвиг, осадки, теодолит, нивелир, тахеометр, депланация, дефект, трещина, кирпичная кладка.

Contemporary survey can greatly extend the life of buildings and prevent them from accident situations. The survey is divided into visual and instrumental. Electronic and laser geodesic equipment applied in the second stage provides more accurate results compared with measurements made by optical instruments.

Deformation, rolling, shear, fallout, theodolite, level, tachymeter, warping, defect, crack, brickwork.

Обследование технического состояния отдельных строительных конструкций и зданий в целом является самостоятельным направлением строительной деятельности. Его цель - обеспечение в зданиях нормальных условий труда и жизнедеятельности

людей, а также устойчивости, прочности и надежности постройки в целом.

Развитие нормативной базы проектирования, технических и противопожарных норм эксплуатации требуют систематического анализа данных об экс-

плуатационной надежности зданий и сооружений и их отдельных конструктивных элементов. Наиболее достоверным методом получения таких сведений являются натурные обследования, выполняемые по определенной методике и сопровождаемые рядом необходимых геодезических измерений. Точное измерение таких параметров, как: горизонтальные и вертикальные углы, расстояния и высоты характерных точек - позволяют определить деформации зданий и сооружений, выявить причину их возникновения и принять соответствующие меры для их устранения. Это позволяет значительно продлить срок службы зданий и сооружений и предупредить возникновение аварийных ситуаций.

Объем проводимых обследований зданий и сооружений увеличивается с каждым годом, что является следствием ряда факторов: физического и морального износа, перевооружения и реконструкции промышленных предприятий, реконструкции малоэтажной старой застройки, изменения форм собственности и резкого повышения цен на недвижимость и земельные участки и др.

В процессе эксплуатации зданий вследствие различных причин происходит их физический износ, который сопровождается снижением несущей способности строительных конструкций и их чрезмерными деформациями. Для разработки мероприятий по компенсации износа, восстановлению эксплуатационных качеств строительных конструкций необходимо их обследование.

Программа обследования и оценки технического состояния строительных конструкций должна содержать цель обследования и состав выполняемых работ, включающий в себя анализ имеющейся технической документации, рассмотрение фактических нагрузок и воздействий на строительные конструкции, проверочные расчеты и оценку технического состояния строительных конструкций.

На этапе предварительного обследования определяют общее состояние строительных конструкций и производственной среды, состав намечаемых работ и сбора исходных данных, необходимых для составления технического задания на детальное инструментальное обследование для установления стоимости предполагаемых работ и заключения договора с заказчиком.

Состав работ по предварительному обследованию включает:

- общий осмотр объекта;

- сбор информации об особенностях региона строительства, климатические и природно-геологи-ческие условия, сейсмичность региона и др.;

- общие сведения о здании, время строительства, сроки эксплуатации;

- общие характеристики объемно-планировочного, конструктивного решений и систем инженерного оборудования;

- особенности технологии производства с точки зрения их воздействия на строительные конструкции;

- фактические параметры микроклимата или производственной среды, температурно-влажност-ный режим, наличие агрессивных к строительным

конструкциям технологических выделений, сведения об антикоррозийных мероприятиях;

- гидрогеологические условия участка и общие характеристики грунтов оснований;

- изучение материалов ранее проводившихся на данном объекте обследований производственной среды и состояния строительных конструкций;

- изучение материалов по ранее проводившимся работам по ремонту и усилению и восстановлению эксплуатационных качеств строительных конструкций.

На стадии предварительного визуального обследования должны быть установлены по внешним признакам категории технического состояния конструкций в зависимости от имеющихся дефектов и повреждений.

В зависимости от имеющихся дефектов и повреждений техническое состояние конструкций может быть классифицировано по четырем категориям согласно общим признакам, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Классификация технического состояния конструкций

Категория состояния конструкции Общие признаки, характеризующие состояние конструкции

I - нормальное Отсутствуют видимые повреждения и трещины, свидетельствующие о снижении несущей способности конструкций. Выполняются условия эксплуатации согласно требованиям норм и проектной документации. Необходимость в ре-монтно-восстановительных работах отсутствует

II - удовлетвори-тельное Незначительные повреждения, на отдельных участках имеются раковины, выбоины, волосяные трещины. Антикоррозийная защита имеет частичные повреждения. Обеспечиваются нормальные условия эксплуатации. Требуется текущий ремонт с устранением локальных повреждений без усиления конструкций

III - не-удовлетворительное Имеются повреждения, дефекты и трещины, свидетельствующие об ограничении работоспособности и снижении несущей способности конструкций. Нарушены требования действующих норм, но отсутствует опасность обрушения и угроза безопасности работающих. Требуется усиление и восстановление несущей способности конструкций

IV - пре-даварий-ное или аварийное Существенные повреждения свидетельствуют о непригодности конструкции к эксплуатации и об опасности ее обрушения, об опасности пребывания людей в зоне обследуемых конструкций. Требуются неотложные мероприятия по предотвращению аварий (устройство временной крепи, разгрузка конструкций и т.п.). Требуется капитальный ремонт с усилением или заменой поврежденных конструкций в целом или отдельных элементов

При выявлении дефектов и повреждений строительных конструкций целесообразно выполнять их видео и фотофиксацию (табл. 2). По окончании работ по обследованию строительных конструкций здания составляется заключение и разрабатываются компенсирующие мероприятия для возможности дальнейшей эксплуатации здания. В данной работе рассмотрен пример обследования здания Череповецкого государственного университета, расположенного по адресу: пр-т Победы, д. 12. При этом выполнено визуальное и инструментальное обследование его несущих стен, фотофиксация всех выявленных дефектов и повреждений. На фасаде здания показана карта повреждений в виде трещин различного характера.

Таблица2

Фотофиксация повреждений здания

Фото 1. Разрушение отмостки

Фото 2. Разрушение цокольной части на глубину до 20 мм

Фото 3. Односторонние трещины в кирпичной стене из-за депланации горизонтальных сечений кладки

Фото 4. Непроектная толщина швов кирпичной кладки

Неотъемлемой составной частью системы технического контроля зданий являются геодезические

измерения. Цель - своевременное выявление критичных величин деформаций зданий, установление причин их возникновения, составление прогнозов развития деформаций, выработка мер для обеспечения надежности здания.

В настоящее время для контроля за деформациями зданий можно применять разнообразное геодезическое оборудование: электронное, цифровое, лазерное. Лазерные и цифровые нивелиры позволяют с высокой точностью определять осадки зданий. Безотражательные лазерные тахеометры, работая в режиме координатных измерений (рис. 1), дают возможность быстрого и точного определения и сдвигов, и кренов, и осадок. Большим преимуществом лазерного тахеометра является также то, что он выполняет измерения при визировании непосредственно на конструктивные элементы здания. Кроме того, инструмент имеет запоминающее устройство и фиксирует все результаты измерений в определенный файл работы, а при подключении к компьютеру позволяет строить исполнительные схемы в автоматическом режиме.

8 525.450 м

Ъ 80°30' 10"

ГУп 120°10' 10"

X -128.045

У -226.237

н 30.223

Рис. 1. Изображение дисплея тахеометра в режиме координатных измерений

Геодезические наблюдения за вертикальными смещениями (наблюдения за осадками) зданий и сооружений наиболее распространены, они представляют собой важную часть оценки их технического состояния. Чтобы организовать эти наблюдения, в стены здания по его периметру закладываются деформационные марки (осадочные марки), по которым проводится высокоточное геометрическое нивелирование. Разность высотных отметок осадочных марок, которые получены с каждого следующего цикла измерений, дает возможность анализировать неравномерность осадок фундаментов стен зданий по различным сечениям и скорость их изменения. На основании полученных результатов принимается решение о необходимости обследования фундаментов с выполнением инженерно-геологических изысканий и разработке мероприятий по их усилению.

В данной работе методом точного геометрического нивелирования определены осадки характерных точек несущих стен, они отображены на исполнительной схеме, фрагмент которой представлен на рис. 2, а также выполнены геодезические измерения горизонтальных смещений (кренов, сдвигов) несущих стен.

Для сравнения точности полученных результатов аналогичные измерения были выполнены электронным тахеометром, работающим в режиме координатных измерений. Полученные графики осадок со-

оружения представлены на рис. 3, из которого следует, что тахеометр позволил получить более точные результаты. Полученная при геодезических измерениях информация позволила установить следующее:

1) значения относительной неравномерности осадок стен здания по различным значениям не превосходят значения, установленные СНиП 2.02.03-85* «Основания и фундаменты»;

2) причиной образования трещин в наружных несущих стенах зданий является снижение несущей

способности материала кладки и явление депланация (искривление) сечений кладки, вызванная неравномерными напряжениями в месте сопряжения простенков с подоконными частями кладки.

Полученные результаты геодезических измерений позволили правильно оценить состояние несущих и ограждающих конструкций здания и своевременно разработать рекомендации по устранению причин всех выявленных дефектов сооружения.

= t%

тппг

ш

ш

1351

ш

Ж

тпп

с 1

№

Ш\Ш

/ 5

IV-

ш   ш

тппг

а_

ш

ш ш

шявш

ш ш ш ш ш ш

_15) Дф^ПС1.

ш ш

1ES ibid 1лд пезо 1епд nam lean leznl игд] цьд lEsaj цып iв dJ ibid I lean] heznl Jutnl ]шп

inn/ ':[[/ чад/ над/ iati/ ':[[/ чдд/ над/ '::/ '¡¡¡J '[-[/ щд/ izm/ чад/ над/ '::[/

Участки однозначных прогибов

Условные обозначения

ПоЬер^нрсшные йефЕК ггы к ирпичной к/"пйки ^^ f - ТрЕшины Ь кирпичной К/"ПЙ<Е

f [ширина pDCKpblirUF\M^

F Ci р LL EHUE KEpDTUHECKDLI о5 LL U ЦКПЛЯ 4MMV ~ Pn3pyiLEHUE DTTIMDC1ГК U

Рис. 2. Исполнительная схема обследования здания ЧГУ, расположенного по адресу: пр-т Победы, д. 12

График осаЭок сооружения, построенный по результатам измерений,Выполненных ниЬелиром 2НЗКЛ.    График осаЭок сооружения, построенный по результатам измерений, Выполненных тахеометром Sokkia Set" 530R.

Рис. 3. Сравнение графиков осадок сооружения

Литература

1. Антонович, К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии: в 2 т. Т. 1. / К.М. Антонович. - М., 2005.

2. АО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ»: Пособие по обследованию строительных конструкций зданий. - М., 2004.

3. Лаборатория геотехнологий ГЕОДАН. - URL: http://www.geodan.ru/.

4. Маконкова, Н.С. Геодезические измерения. Учебная практика / Н.С. Маконкова, Р.Ш. Адигамов. - Череповец, 2014.

УДК 669.18:621.746

А. Т. Степанов, В.В. Малов, Н.Н. Суворин

О ПРИЧИНАХ ПОРАЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СЛЯБОВ ИЗ СТАЛИ St 52 СЕТЧАТЫМИ ТРЕЩИНАМИ

Представлены результаты металлографического изучения причин поражения поверхности слябов из стали St52 трещинами глубиной 3 - 5 мм. Установлено, что трещины образуются при температурах менее 700 - 800 °С в период перекристаллизации стали. Стали с содержанием углерода 0,10 - 0,20 % и марганца - более 1 % по своим свойствам склонны к образованию трещин в период перекристаллизации. Неоптимальное соотношение технологических параметров разливки и охлаждения отлитых слябов является основной причиной поражения слябов сетчатыми трещинами.

Сталь, сляб, поверхностная трещина, кристаллизация, углерод, марганец, прочность.

The paper presents the results of the metallographic study of the causes of the defeat of micrographic surface slabs of steel St52 by cracks of 3-5 mm depth. It is found that the cracks are formed at temperatures less than 700-8000С during recrystallization of steel. Steel with carbon content 0.10-0.20% and manganese - more than 1 % according to its properties are prone to cracking during recrystallization. Suboptimal ratio of technological parameters of casting and cooling of cast slabs is the main cause of defeating the slabs by netlike cracks.

Steel, slab, surface crack, crystallization, carbon, manganese, strength.

В металлургической практике известно, что поверхность непрерывнолитых слябов часто бывает поражена поверхностными трещинами, относящимися к «холодным». Причины их образования неоднозначны для разных марок сталей. Для выявления причин появления подобных трещин (паукообразных, сетчатых) в КП «ОАО Северсталь» была выплавлена и разлита на МНЛЗ № 3 партия стали марки 8152 (15 плавок). Слябы размером 250х1630х9000 мм охлаждались на складе слябов КП в течение 48 ч в штабеле и подвергались 100 % -ному осмотру ОТК при приемке. Как выяснилось, все слябы на всех плавках оказались пораженными поверхностными дефектами - сетчатыми трещинами. Каких-либо других значимых макродефектов не обнаружено ни при визуальном контроле ОТК, ни при макроанализе темплетов. В результате, большая часть слябов подвергнута частичной, частично-сплошной или сплошной зачистке или вырубке. Значительная часть слябов была переназначена в другие марки стали.

Для выявления причин такого массового проявления сетчатых трещин на слябах стали 81 52 сотрудниками Череповецкого государственного университета и ООО «НПЦ ИНЖИНИРИНГ» проведен анализ дополнительно вырезанных темплетов из произвольно выбранной плавки № 244788 из сляба № 5/2, а также технологических параметров выплавки, внепечной обработки и разливки. Отобранные темплеты (рис. 1) подвергались механической обра-

ботке в темплетной лаборатории КП и подвергались визуальному осмотру при увеличении в 3 раза. На наружной поверхности темплета 1.2 было обнаружено несколько крупных трещин длиной по 8 -15 мм. На темплете 1.3 на поверхности, образующей боковую грань сляба, зафиксирована одна трещина длиной 7 мм.

Затем темплеты дополнительно разрезались на 5 частей и травились в кислотном растворе. С каждого образца снимались серные отпечатки на фотобумаге. Цифровой фотокамерой сделаны фотоснимки структуры. В образцах измерялась твердость корочки и тела сляба. Измерение твердости проводились в лаборатории кафедры металлургических технологий ЧГУ.

Визуальный анализ структуры и серных отпечатков, а также цифровых снимков на ЭВМ при значительном увеличении каких-либо внутренних дефектов металла не выявил. Зерновая структура на всех образцах одинаковая: на поверхности сляба проявляется мелкозернистая плотная корка толщиной 5 -6 мм, что несколько меньше, чем на аналогичных слябах других марок сталей, далее к оси сляба размер зерна увеличивается и остается практически одинаковым по всему сечению. На образцах четко видны межкристаллитные нитевидные мелкозернистые фазы, направленные от поверхности к оси сляба. Однако ни зернистость, ни наличие межкристал-литных нитевидных фаз, имеющих более светлый