Трещины в фасонках

Особую группу повреждений, приводящих к аварийному состоянию в стержневых конструкциях, составляют поломки и трещины в фасонках. Эти трещины  вызываются изгибом фасонок из плоскости онке вследствие выгиба  наибольшей жесткости во время монтажа  плоскости наименьшей    главным образом в зимнее время. Они, как есткости    правило, бывают параллельны поясу и начинаются у конца сварного шва, прикрепляющего раскосы. Угол загиба сломанных фасонок при перегибах от ударной нагрузки равен 1—5°, а от повторной статической нагрузки — 15—20°.

Изломы возникают при подъеме лежащих плашмя ферм или при их перетаскивании, фасонки гнутся в плоскости наименьшей жесткости на сравнительно малом участке — от конца раскосов и стоек решетки  до пера уголков пояса.

Известен случай, когда при температуре —12° С во время подъема за верхний пояс лежавшей плашмя решетчатой подкрановой фермы все три фасонки нижнего пояса сломались и пояс целиком отделился от фермы. Поломка фасонок в решетчатых фермах часто бывает связана не с методикой монтажа, а с другими причинами (качество металла, влияние сварки, пониженной температуры, удары при правке и т. п.). Поэтому во избежание аварий следует особенно тщательно следить за правильным выполнением всех требований при монтаже. Если з'аранее учитывать, что при монтаже могут быть динамические воздействия, необходимо к листовой стали предъявлять повышенные требования в отношении ударной вязкости.

При изготовлении конструкций стального моста под транспортер в коксохимическом цехе металлургического завода были допущены серьезные отступления от проекта, в результате в 1964 г. произошло обрушение трех пролетов стального моста под транспортер. Непосредственной причиной, вызвавшей аварию, была некачественная заводская и монтажная сварка элементов решетки ферм.

Стальной мост длиной по горизонтали 112 м состоял из четырех пролетов и связывал главный корпус с перегрузочной станцией. Со стороны галереи он имел неподвижную опору, а со стороны перегрузочной станции — катковую. Пролеты опирались на три металлические колонны высотой от 3,6 до 11 ж. В поперечном сечении мост представлял собой две вертикальные фермы с параллельными поясами высотой 2,5 м, поставленные через 3,35 м и соединенные между собой горизонтальными связями и прогонами в плоскости верхнего и нижнего поясов. Концы ферм на колоннах были связаны между собой ветровыми рамами; стены, пол и кровля — утепленные: стены — из асбестоцементных листов, пол — из сборных железобетонных ребристых плит, утеплителя и асфальтовой стяжки. Конструкция кровли аналогична конструкции пола плюс рубероидный ковер.

Авария произошла во время строительства, когда все металлические конструкции моста уже были смонтированы, во втором и третьем пролетах уложены железобетонные плиты пола и кровли, а в четвертом — только пола.

При изготовлении конструкций были сделаны следующие серьезные отступления от проекта: в ряде заводских и мотажных узлов ферм второго пролета размеры сварных швов были уменьшены по сравнению с проектными; цементная стяжка пола и кровли вместо толщины 15—30 мм, предусмотренной проектом, была сделана 50— 60 мм; железобетонные плиты вместо стандартного веса 196 кГ/м2 имели вес 250 кГ/м2; фундаменты под колонны были сданы под монтаж металлоконструкций до обратной засыпки котлована грунтом; не было акта сдачи-приемки металлических конструкций, разрешающего выполнять работы по устройству полов, стен, крыши и т. д.

Авария произошла при наружной температуре воздуха около 0°С и слабом ветре. Обрушение началось со второго пролета; затем обрушился третий и четвертый. Первый пролет остался неповрежденным. Катковые опоры на перегрузочной станции были сорваны с опорой балки. На крайней опоре высотой 10,8 м были разорваны анкерные болты и сколот фундамент. В фермах в отдельных узлах стержни были оторваны от фасонок. Последнее явилось результатом некачественной сварки и, как установлено,— непосредственной причиной обрушения трех пролетов.

Обрыв решетки вертикальных ферм с косынок нижнего пояса вызвал передачу на пилон неучитываемых горизонтальных усилий. Последнее повлекло за собой потерю устойчивости стойки пилона и обрушение примыкающих пролетов моста.

Большую опасность для листовых конструкций (резервуары, газгольдеры и т. п.) представляет наличие в листах различных дефектов, не замеченных во время изготовления и монтажа конструкций,  а также при их  эксплуатации.   Такими   дефектами являются: скрытые трещины, подрезы и т. п. Наиболее часто это встречается в местах резких концентраторов напряжений: лазы, люки, места перегибов и т. д. При работе конструкций, особенно в условиях низких температур, в указанных местах могут зарождаться хрупкие трещины, которые затем распространяются на определенные участки. Они влекут за собой образование последующих трещин и в конечном итоге приводят к аварии. Последние трудно заранее предвидеть и предупредить. Они могут наступить по истечении нескольких лет безупречной эксплуатации сооружения, поэтому следует особенно качественно изготовлять листовые конструкции.

Совершенно нелепый случай недосмотра при изготовлении конструкций вызвал в 1939 г. аварию резервуара для нефти, разрушившегося после 17-летней эксплуатации. Резервуар емкостью 12 500 м3 имел диаметр 34,2 м и высоту 13,65 м. Цилиндрическая оболочка состояла из восьми колец (поясов) переменной толщины от 20 до 6 мм. Днище было толщиной 6 мм и в средней части 8 мм. В момент аварии резер'вуар был наполнен нефтью на 733 мм ниже верхнего края. В месте соединения цилиндрической части с днищем напряжение достигало 940 кГ/см2 [75]. Атмосферные условия были следующие: температура наружного воздуха —23° С, скорость ветра 13 м/сек. Нефть была подогрета до +8° С. Верхняя часть днища имела температуру от 0°С до —10° С.

Трещина образовалась на внешней стороне сварного шва в днище, выступавшем за пределы стенки резервуара. От сварного шва трещина распространилась на днище. Причиной аварии   было  несколько   кусочков   ржавой   проволоки   диаметром 5 мм, оставшейся в шве от электродов при сварке листов днища.
 
Из приведенных примеров видно, насколько серьезно нужно подходить к выполнению работ по изготовлению и приемке конструкций. Сталь для резервуаров, особенно для нижних поясов вертикальных цилиндрических резервуаров, должна характеризоваться высокой стойкостью против хрупкого трещинообразования. Трещины, как правило, начинаются в первом нижнем кольце. Если по экономическим соображениям для верхних поясов и внутренней части днища применяют неуспокоенную сталь, то для нижних колец и внешней части днища следует применять листы из успокоенной стали. Кроме того, следует избегать резких концентраторов напряжений.