Примеры технических решений

Примеры технических решений по ликвидации аварийных состояний и аварий

На коксогазовом заводе в Ленинграде вследствие понижения давления газа в мокром газгольдере произошло обрушение поддерживавшего его свода Шведлера. После обнаружения аварии давление под колоколом было поднято, произведена продувка газгольдера и удален из него газ. Чтобы исправить повреждение, требовалось проникнуть внутрь газгольдера, не опуская при этом крышку колокола.
Были предложены следующие варианты:

подвесить колокол при помощи тросов: для этого пришлось бы прикреплять трос к крышке колокола примерно в 300 местах и потребовалось бы около 2 км троса;

установить на кирпичных стенах здания газгольдера перекрещивающиеся деревянные фермы пролетом около 40 м и к ним подвесить крышку колокола.

Оба варианта практически возможны, но слишком сложны и дороги.

Проф. Н. Н. Аистовым был предложен более рациональный и оригинальный прием ликвидации последствий аварии и восстановления сооружения. Сущность его заключалась в следующем. На колокол в средней его части устанавливался и прикреплялся шлюз, применяемый при кессонных работах. В случае надобности шлюз можно было подвесить к стропильным фермам. Затем в крышке колокола прорезалось отверстие и через него проникали внутрь колокола, не понижая давления воздуха и используя при освещении лампы для проектора. Через шлюз подавали весь материал и пропускали рабочих.

При пробном поднятии колокола после ремонта на том же заводе в 1937 г. было обнаружено, что телескоп несколько изменил свою форму и в плане расположен не по окружности. Вследствие этого зазоры между телескопом и колоколом, сохранившим свою форму, оказались различными. В некоторых местах телескоп подходил почти вплотную к колоколу, и при поднятии последнего имело место трение  крепежа между колоколом и телескопом. Необходимо было выправить верхнее кольцо телескопа, чтобы создать достаточный зазор между ним и колоколом. Был применен также способ, предложенный проф. Н. Н. Аистовым. Кольцо из горизонтальных швеллеров было выправлено путем наварки сварных швов вдоль кромок стенки горизонтальных швеллеров, образующих верхнее кольцо телескопа. На тех участках кольца, где телескоп наиболее сильно отошел от колокола, сварной шов был нанесен на внешней кромке стенки, а на участках, где телескоп был придвинут к колоколу,— вдоль внутренней кромки стенки швеллера. Сварные швы, вызывая усадочные деформации сжатия, произвели выгиб кольца телескопа. Наварка швов прекратилась по достижении требуемых зазоров между телескопом и колоколом. Если бы наваркой швов не удалось получить требуемых величин зазоров, та же задача могла быть решена многодельно при помощи выгиба кольца специальными скобами, подобно применяемым при гнутье рельсов: в местах выпуклости телескопа—с помощью скоб обычного типа, в местах вогнутости — обратными скобами.

В аварийном состоянии оказались два стоящих рядом сооружения, перекрытые однопролетными решетчатыми рамами с затяжкой вследствие аварии, имевшей место на соседнем объекте. Пролет рам 28,24 м; сооружения сборно-разборные; при их установке рамы были усилены затяжками под ригелем из круглой стали диаметром 50 мм .Деформации, полученные металлическими конструкциями, можно разделить на две группы: деформации в плоскости рам и деформации из плоскости рам. Ликвидацию аварийного состояния требовалось выполнить в кратчайший срок. Учитывая большие размеры рам, деформации в плоскости рам можно было признать не опасными. Деформации же из плоскости  рам имеют большее значение, так как рамы при постановке затяжки могут потерять устойчивость и еще больше выгнуться из своей плоскости.

Был предложен следующий порядок выправления конструкций. Раскреплялись первые три рамы, освобождались от связей жесткости, и все части каждой рамы приводились в одну плоскость. Затем связи устанавливались вновь на болты и, если нужно, — на новые отверстия. Промежуточные рамы, не имеющие связей, отсоединялись от рам со связями; при помощи талей или лебедок временно снимались прогоны, рамы без их разборки приводились в вертикальные плоскости и предварительно выправлялись. Затем вновь устанавливались прогоны, и эти рамы присоединялись к уже исправленным первым трем. После этого устанавливались и затягивались затяжки до возникновения в них расчетных усилий.

В отдельных случаях при возникновении сомнений в качестве швов в затяжке швы усиливались, накладыванием на месте стыка затяжек двух полых полуцилиндров, приваренных по периметру.
 
В аварийном состоянии находились обследованные при участии автора металлические стропильные фермы над зданием котельной Прядильно-ниточного комбината имени С. М. Кирова в Ленинграде. Покрытие центральной котельной состояло из девяти клепаных ферм пролетом 25 м (в свету 24,5 м). Фермы треугольного очертания были расположены через 2,08 м. На крайние фермы (по середине пролета) опирались полуфермы, образовывавшие вальмы крыши. Верхние пояса и сжатые стойки были сделаны из уголков,   нижние пояса  и растянутые   раскосы — из полосового железа.
 
Возраст покрытия к моменту освидетельствования был не менее 60—70 лет. Материал ферм, как это установлено в результате исследования, оказался сварочным железом. Фермы не имели в плоскостях верхних поясов связей жесткости. В процессе эксплуатации к фермам были подвешены трубопроводы котельной.

В результате обследования было выявлено, что некоторые фермы деформировались и их работа не отвечает расчетной схеме. Отдельные стержни решетки выпучились из плоскости ферм до 30 см, среди этих стержней находились даже растянутые стержни. Стержни нижнего пояса некоторых ферм были скручены, причем угол закручивания в отдельных случаях достигал 30°; полосы, составлявшие нижний пояс, в некоторых местах выпучились и разошлись; это расхождение достигало 4,8—10 см сверх нормального зазора между полосами. Напряжение в отдельных стержнях, особенно в фермах с дополнительной нагрузкой от труб и шиберов, достигало 2410—2540 кГ/см2.

Покрытие явно находилось в аварийном состоянии. Производить усиление ферм, учитывая их возраст, состояние и то, что они были выполнены из сварочного железа, — было признано нецелесообразным. Чтобы осуществить устройство новых стропильных ферм без прекращения функционирования котельной, было предложено нарастить на 1,5 ж кирпичные стены котельной и, собрав новые фермы, с торца попарно надвинуть их на свои места сверху существующего покрытия.

Обрушение металлических конструкций покрытия по фермам в главном корпусе стеклолитейного цеха в г. Константиновке произошло в 1948 г. в период реконструкции цеха. Последний был построен бельгийской фирмой еще в 1885 г. и претерпел неоднократные переустройства. Аварийная часть цеха представляла собой однопролетную часть. Пролет 25,12 м был перекрыт фермами старой конструкции. Подкрановые колонны на оси А стояли на перекрытии, опиравшемся на кирпичную стену. При реконструкции к цеху пристроили галерею подачи шихты и оперли ее на стену по оси А. В результате дополнительной нагрузки стена на протяжении ~30 м обрушилась. Клепаные подкрановые колонны, стоявшие на перекрытии, опустились от 100 до 320 мм. Подкрановые балки деформировались в вертикальной плоскости и приняли волнообразную форму. Дальнейшая эксплуатация конструкций оказалась невозможной.

Впоследствии при восстановлении и усилении конструкций были установлены между колоннами дополнительные продольные связи жесткости, реконструированы подкрановые колонны, усилены подкрановые балки введением двухстоечного шпренгеля. Последнее было вызвано недостаточной прочностью заклепочных соединений и дополнительным введением второго шаржирного крана большей грузоподъемности. Проектные работы по реконструкции и усилению конструкций были выполнены Союзстекло-проектом под руководством инж. А. И. Рейзман.

Необходимость усиления перекрытия под гальваническим цехом завода Ленгазаппарат в Ленинграде была вызвана действием агрессивной среды, оказавшей разрушающее действие на перекрытие. Последнее между вторым и третьим этажами состояло из металлических балок № 18 пролетом (в свету) 6,10 ж, расположенных через 1,3 м. Между балками были устроены бетонные сводики на кирпичном щебне и сделан цементный пол толщиной 2,5—3 см по засыпке из гравия и песка. На перекрытии были установлены ванны с растворами кислот и щелочей и девять промывочных ванн. При переносе изделий из одних ванн в другие на пол попадали растворы кислот и щелочей, которые разрушали цементный пол,
 

вызывая коррозию стальных балок, которые требовали усиления. Кроме того, во втором этаже было решено подвесить монорельс. Задача подвески монорельса была объединена с усилением балок перекрытия, которое предполагалось осуществить путем приварки к существующим балкам новых I № 18 снизу. К нижней полке новой балки было предусмотрено крепление балки монорельса.

После усиления балок предусматривался комплекс мероприятий по предохранению перекрытия от дальнейшего разрушения. Поврежденные части сводиков были заменены новыми.

На одном из заводов Ленинграда наблюдалось смещение рельсов с оси железобетонной подкрановой балки. Причину смещения вначале видели в ошибках, допущенных при разбивке здания во время его постройки. С течением времени повреждения балок увеличились, происходило скалывание кромок сжатой зоны бетона. Истинной причиной повреждений оказалось отклонение наружной стены здания.  Она  имела толщину в два кирпича при высоте 12,75 м и длине 102,63 м. В средней ее части было два температурных шва, выделявших участок длиной 36,5 м. При таких условиях стена большой протяженности, не имеющая по всей длине поперечных стен, была маложесткой, и поперечные силы, вызываемые работой крана, способствовали ее отклонению от вертикального положения.

Ликвидация аварийного состояния- путем усиления конструкций была предусмотрена в таком виде. Усиление самой железобетонной подкрановой балки — путем устройства металлической коробки П-образного вида с ребрами жесткости. Для обеспечения поперечной жесткости всего сооружения предусматривалось специальное устройство (между температурными швами парной рамы), состоящее из четырех колонн и металлических ферм, соединенных между собой с помощью связей жесткости в пространственную систему. Таким приемом было ликвидировано аварийное состояние сооружения, несущими конструкциями которого были кирпичные стены, и выполнено усиление железобетонных подкрановых балок.

В практике ликвидации аварийных состояний в старых сооружениях встречаются конструкции, выполненные из сварочного железа.* При решении вопроса о возможности их усиления необходимо испытать материал таких конструкций на свариваемость. Известно, что сварочное железо при передаче на него растягивающего усилия расслаивается. Усиление конструкций из сварочного железа, как правило, выполняется на болтах или заклепках. Сварку следует применять с осторожностью и только после получения положительных результатов испытания материала на свариваемость. Трудности могут встретиться и конструктивного плана при прикреплении усиливающих элементов к конструкциям.