Изучение закономерностей износа несущих конструкций главных корпусов предприятий энергетики

1/2П11 ВЕСТНИК

j/2012_мгсу

изучение закономерностей износа несущих конструкций главных корпусов предприятий

энергетики

A STUDY OF PHYSICAL DEPRECIATION OF BEARING STRUCTURES OF MAIN BUILDINGS OF ENERGY ENTERPRISES

E.A. Алексеева, Ю.В. Берёзкина, K.H. Ерёмин E. L. Alekseeva, Y.V. Beryozkina, К. I. Eryomin

ГОУ ВПО МГСУ, ООО «ВЕЛД»

Выполнено изучение повреждаемости основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики, с целью расчета общей повреждаемости каркаса здания в процессе эксплуатации.

A study of damageability of main bearing structures of main buildings of energy enterprises, for the purpose of calculation ofgeneral damageability of a building's frame while in service.

Предприятия энергетики являются стратегически важными объектами. Последствия аварий и аварийных ситуаций на данных объектах могут иметь не только локальный, но и глобальный характер. Очень сложно, а порой и невозможно в полной мере оценить экономический ущерб и социальные последствия аварий на данных предприятиях.

Сфера энергетики является закрытой и соответственно мало изученной. На данный момент отсутствуют обобщенные данные по повреждаемости элементов каркасов эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий энергетики с учетом длительности их эксплуатации.

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 здание или комплекс зданий, в которых размещается основное и вспомогательное оборудование, непосредственно участвующее в процессе выработки тепловой и электрической энергии [2].

В главный корпус подаются топливо, подлежащее сжиганию и холодная вода для охлаждения отработавшего пара и других целей. Из главного корпуса отводятся теплая вода после конденсаторов, дымовые газы, шлак, зола, а также тепловая и электрическая энергия. В главном корпусе сосредоточено наиболее сложное и дорогостоящее оборудование, стоимость которого, как правило, составляет более половины стоимости всего комплекса объектов ТЭЦ.

На основании анализа конструктивных решений главных корпусов предприятий теплоэнергетики установлено следующее: в основу конструктивного решения главных корпусов заложена многопролетная рама, включающая в себя не менее трех пролетов. Пролеты выполняются полностью в железобетонном, металлическом каркасе или

ВЕСТНИК 1/2011

смешанными с железобетонными колоннами и металлическими конструкциями покрытия. Каркас состоит из колонн, балок и ферм, образующих в поперечном направлении раму с жесткими или шарнирными узлами. Жесткость и устойчивость каркаса и отдельных его элементов обеспечиваются системой связей.

Выполненный анализ охватывает здания пролетом до 45,0 м. Ширина пролетов главных корпусов различна и зависит от назначения. Минимальная ширина пролета 6,5 м (бункерное отделение), максимальная ширина - 45,0 м (машинное и турбинное отделения). Шаг колонн по главным корпусам различен и находится в пределах от 6,0 до 13,0 м.

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 года (Челябинская ГРЭС) и заканчивая 1996 годом (Челябинская ТЭЦ-3).

При эксплуатации строительных конструкций сооружения его надежность с течением времени падает. Возникает необходимость в ремонте. В связи с этим для обеспечения надежности сооружения играет роль его ремонтопригодность, представляющая собой приспособленность конструкций к периодическим осмотрам и ремонтам [1].

Со временем происходит постепенный износ зданий и сооружений от возникающих в конструкциях в процессе эксплуатации различных дефектов и повреждений. Значительная часть дефектов и повреждений по строительным конструкциям образуется и накапливается в результате неправильной эксплуатации.

Учет роста повреждаемости несущих конструкций при эксплуатации и планировании ремонтно-восстановительных работ позволит значительно снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций и повысить безопасность зданий главных корпусов предприятий энергетики.

Целью обследования конструктивных элементов указанных выше зданий главных корпусов явилось выявление дефектов, повреждений и причин, вызывающих их. Анализ выявленных дефектов и повреждений позволил проследить повреждаемость и оценить изменение технического состояния несущих элементов каркасов главных корпусов в зависимости от длительности их эксплуатации.

На рисунках 1 и 2 показаны уменьшение числа работоспособных колонн и рабочих площадок и рост числа конструкций, находящихся в ограниченно работоспособном состоянии при увеличении срока эксплуатации здания.

Коломны

ограничено

г

работоспособное

О

4-Линойнал

•-Линейная {Ограничено

10 40 60 80 10С работоспособное!

Калнчесчр жеплунтчруедок л*т

Рисунок 1 - Диаграмма изменения технического состояния колонн

Рабочие площадки

130

.1

90

? 60

40

1 го

0

> Рябвтосппгойчяе

01илнИч(?рцр

рабшскгюсобнси;

• Аварийное

-Лшн'АШЙ ¡Рд&отос гкн:о6ниг! \

О за « 60 ВО 11»

Кйл«ЧЕ(*тй акСпл улнруйМыд МТ

Рисунок 2 - Диаграмма изменения технического состояния рабочих площадок

По результатам анализа повреждаемости основных несущих конструкций главных корпусов предприятий энергетики построены диаграммы изменения технического состояния несущих конструкций зданий главных корпусов в зависимости от срока эксплуатации здания (рисунки 3, 4).

За единицу повреждаемости принято отношение дефектных (поврежденных) конструкций к общему количеству однотипных конструкций.

Колонны

ае 0.1 ял

о.а

и

0.7

¡и а

<г~о,ооа Юн'  о.поюэх ♦ одлии • й" .-ИЛЫЦ

*

» «шиини — Г«ЛН^1ИМ|МЛ»"ЛЧ («шянчм I

ю « 4а

Гады эксплуатации

во

1(ш

Рисунок 3 - Диаграмма повреждаемости колонн главных корпусов предприятий

энергетики

Главные и второстепенные балки рабочих площадок

и |Ё С.Й 0,4 О,* 0.1 о

удЩО)] I*  одавд

*

♦

*

ггтароста п? ними йдл^п

—- ГЬвлишиольнн

!«гарОс№и!«Н|яе ЬлИнн ]

Ю

н»

« № Годы эксплуатации

Рисунок 4 - Диаграмма повреждаемости главных и второстепенных балок рабочих площадок главных корпусов предприятий энергетики

На рисунке 5 представлены идеализированные диаграммы повреждаемости колон, главных и второстепенных балок главных корпусов предприятий энергетики, отображающие изменение технического состояния строительных конструкций, а именно рост повреждаемости, в зависимости от времени эксплуатации на момент проведения обследования.

Идеализированный график

од I-

0,ь

о.5

л

С

0

1

I ™

т

§ 0.2 с

од о

™ ~ «слаииы

Главные блЛкн * •   Втрое!рПРнииК! 6.Л1КИ

10 20 40 50

Годы эксплуатации

«о

70

Рисунок 5 - Идеализированный график повреждаемости колонн, главных и второстепенных балок зданий главных корпусов предприятий энергетики

Данные графики аппроксимированы следующими уравнениями:

- второстепенные балки у=0,13896+0,00166х +0,00011х2;

- колонны у=0,12598-0,00008х+0,00010х2;

- главные балки у=0,05075+0,00275х+0,00004х2.

Общая оценка повреждаемости каркаса здания производится по методике А.Н. Добромыслова [1] по формуле

£ =

ахех +а2£2 +... + а1 +а2 +... + щ

где £ь е2 ,..., - максимальные повреждения отдельных видов конструкции, принимаемые по таблице 1 [1 ];

коэффициент значимости отдельных видов конструкций [1]. Относительная оценка повреждаемости здания производится по формуле

у = 1 -5.

Постоянная износа определяется по данным обследования

- 1пг

>

tф

Л = -

где 1ф - срок службы в годах на момент проведения экспертизы. Срок эксплуатации конструкций до капитального ремонта, в годах

т =

0,16

я

Согласно [1], коэффициенты значимости конструкций устанавливаются на основании экспертных оценок, учитывающих социально-экономические последствия разрушения отдельных видов конструкций, характер разрушения.

Для основных несущих конструкций главных корпусов по результатам анализа предложены следующие коэффициенты значимости в зависимости от срока эксплуатации здания и от типа конструкций (таблице 1).

Таблица 1

Коэффициенты значимости для несущих конструкций главных корпусов предприятий энергетики, полученные по результатам

Наименование конструкции Коэффициенты, рекомендуемые в методике [4] Коэффициенты значимости, предлагаемые авторами статьи

Количество эксплуатируемых лет

25 30 35 40 45 50 55 60

Колонны 8 2 2 2 3 3 4 4 5

Главные балки 4 1 2 2 2 3 3 3 4

Второстепенные балки 4 2 3 3 4 4 5 5 6

Стропильные фермы 7 2 2 3 3 3 3 3 4

Подкрановые балки 2 1 1 1 1 2 2 3 3

Плиты покрытия 2 3 3 4 5 5 5 6 6

При выполнении оценки общей повреждаемости конструкций здания Челябинской ТЭЦ-1 по методике [1] с учетом предложенных коэффициентов значимости получено, что по данному объекту капитальный ремонт с учетом выявленных повреждений необходимо было выполнить 12 лет назад, что подтверждается визуально при обследовании конструкций.

При выполнении расчета общей повреждаемости конструкций здания Челябинской ТЭЦ-1 с учетом коэффициентов значимости, рекомендуемых в методике [1], установлено, что капитальный ремонт здания ЧТЭЦ-1 необходимо было выполнить 6 лет назад.

Таким образом, уточненные коэффициенты значимости для основных несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики, учитывающие реальный износ конструкций с течением времени, позволят запланировать более раннюю дату проведения капитального ремонта здания, что повысит безопасность здания.

ВЕСТНИК 1/2011

Литература

1. Добромыслов А.Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. - М.: МГСУ. 2008.

2. Кузнецов И.П., Иоффе Ю.Р. Проектирование и строительство тепловых электростанций. - 3 издание, переработанное. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений. ЦНИИПромзданий. - М. 2001.

4. Руководство по эксплуатации строительных конструкций производственных зданий промышленных предприятий. - 4-е издание, стереотипное - М. 2004.

References

1. A.N. Dobromyslov. Damage Diagnostics of Buildings and Engineering Structures. - Moscow, Moscow State Construction University. 2008.

2. I.P. Kuznetsov, Y.R. Ioffe. Project Design and Construction of Heat Power Plants. - 3rd revised edition. - Moscow: Energoatomizdat, 1985.

3. Recommendations on Reliability Evaluation of Structures of Buildings and Facilities. CNII-Promizdaniy - Moscow: 2001.

4. Guidelines for Operation of Building Structures of Production Buildings of Industrial Enterprises.- 4th reprint edition. - Moscow: 2004.

Ключевые слова - здания, главные корпуса, предприятия энергетики; анализ; дефекты, повреждения; несущие конструкции; техническое состояние; срок эксплуатации; оценка повреждаемости; коэффициент значимости.

Key words: buildings, main buildings, energy enterprise; analysis; defects, damage; bearing structures; technical condition; lifetime; damageability evaluation; relevance coefficient.

E-mail авторов: alekseeva@weld.su, president@weld.su, berezkina yv@mail.ru

Рецензент - A.B. Грановский, кандидат технических наук, заведующий лабораторией центра исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко.