Аварийное состояние конструкций и собственно аварии, как видно из всего изложенного ранее, могут возникнуть на любом этапе существования конструкций; потенциально они могут содержаться уже в процессе проектирования и, вместе с тем, могут появиться после многолетней эксплуатации сооружений, а также после того, как конструкции были реконструированы. Можно указать ряд направлений, в которых должна работать техническая мысль проектировщика, монтажника и эксплуатационника, чтобы предотвратить повреждения инженерных металлических .конструкций.

Многолетнее изучение и анализ причин, вызвавших аварии и крушения, — свыше 100 примеров, которые с той или иной степенью подробности рассмотрены в настоящей работе, — позволяют придти к выводу, что подавляющее число аварий могло быть предотвращено, если бы своевременно было сделано освидетельствование конструкций и выполнены работы по их усилению. Совершенно естественно, что причинами некоторых из аварий были и несовершенство технических знаний в тот период, когда эти конструкции возводились и эксплуатировались.

Усиление и сопутствующее ему регулирование напряжений в элементах конструкций являются эффективными средствами продления срока нормальной эксплуатации конструкций, предот¬вращения аварий, повышения несущей способности конструкций при изменившихся условиях работы. Искусственным путем при помощи приемов регулирования напряжений можно в огромном большинстве случаев добиться необходимой «настр-ойки» конструк¬ции под наперед заданную нагрузку. Усиление и регулирование напряжений может быть выполнено в принципе на любой стадии существования конструкций.

Усиление осуществляется следующими основными способами:

увеличение жесткости всего сооружения (или его отдельных элементов);
видоизменение эпюры напряжений (внутренних усилий по сечению) ;
видоизменение эпюры изгибающих моментов;
разгрузка конструкций (элементов);
изменение эпюры продольных (реже поперечных) сил;
достижение особых (специальных) конструктивных требований.
Основные способы, которыми достигается регулирование напряжений:
постановка связей пространственной жесткости, диафрагм, распорок, шайб;
постановка предварительно напряженных тяжей, оттяжек, применение особого порядка загружения конструкций;
изготовление конструкций под нагрузкой, завальцовка предварительно напряженной проволоки, предварительные изгиб, растяжение, скручивание;
применение комплексных (объединенных) конструкций;
перемещение нагрузки на конструкции, изменение условий закрепления опор;
пригрузка консолей в консольных балочно-рамных системах;
перемещение опор в неразрезных конструкциях;
введение предварительно напряженных элементов в конструкции, введение шпренгеля;
уменьшение нагрузки, изменение режима эксплуатации конструкций;
введение дополнительных элементов в конструкцию, подведение между существующими новых конструкций;
уменьшение вибраций, повышение усталостной прочности;
ряд специальных способов, вызванных специфическими требованиями к конструкциям.

Наличие расчета подлежащих усилению конструкций, каким бы методом он не был выполнен, является уже достаточным основа¬нием для проектирования усиления и регулирования напряжений. «Игра сил» на какой-то момент и под какую-то определенную нагрузку уже сделана и можно от чего-то отталкиваться. При наличии расчета конструкций  технические   расчеты  по усилению и регулированию напряжений практически несложны и могут быть выполнены в любой проектной организации.

Результаты тщательного обследования усиливаемых конструкций и испытание их пробной нагрузкой или другими способами дадут основание для установления и назначения конкретно для данного случая коэффициентов перегрузки и условий работы, необходимых для расчета конструкций по методу предельных состояний.

Нормальный срок службы стальных конструкций (имеются в виду не какие-нибудь уникальные сооружения типа телевизионных башен большой высоты и т. п., а обычных производственных и гражданских зданий) считается не менее 50—70 лет, а крановых мостов — не менее 40 лет. По истечении этого срока конструкции претерпевают «моральный износ». Увеличиваются мощности кранов, возникает необходимость в реконструкции сооружений, вызываемой изменением технологического процесса. Во всех этих случаях единственно возможными путями сохранения конструкций и приспособления их к новым условиям работы являются усиление и регулирование напряжений.

Усиление и регулирование напряжений в конструкциях с большим успехом может быть также применено как средство предотвращения и ликвидации аварий и различных дефектов, допущенных в конструкциях. Так, дефекты, допущенные при проектировании и изготовлении конструкций, привели к тому, что после окончания строительства подкрановой эстакады лесного порта Братского лесопромышленного комплекса конструкцию подкрановой эстакады длиной 216 м пришлось усиливать. Это потребовало демонтажа всех ригелей Т-образной рамы, изменения схемы концевой части эстакады, изготовления новых консольных балок из низколегированной стали, замены решетчатых тормозных ферм сплошными листами и ряд других работ. На исправление допущенных дефектов потребовалось около 600 т стали (40% от веса всех металлоконструкций), а сметная стоимость усиления конструкций достигла 250 тыс. руб.

 

В этом примере одна из основных причин брака, следствием которого возникла необходимость усиления конструкций, заключалась в выполнении проекта неспециализированными проектными организациями.

Как правило, работы по ремонту, усилению, переустройству сооружений должны производиться не только без демонтажа и остановки производственного процесса, но и без ограничения эксплуатации конструкций. Усиление в этих случаях выполняется в конструкциях, находящихся в напряженном состоянии или лишь частично разгруженных. Конструкции могут иметь местные пореждения, погнутости, вмятины и т. п.

При усилении конструкций вообще, а поврежденных и находящихся в аварийном состоянии в особенности, необходимо принимать ряд мер, обеспечивающих безопасность работ по усилению и предотвращению распространения аварии на соседние конструкции. Эти меры в основном сводятся к постановке дополнительных раскреплений (на время работ по усилению или постоянных). Вводятся дополнительные связи, которые обеспечивали бы неизменяемость системы стальных конструкций при их частичном освобождении от существовавших ранее связей. Если общая жесткость и неизменяемость положения несущих конструкций обеспечиваются только за счет надежной связи их с железобетонными плитами, местное расстройство этой связи, равно как и местное разрушение покрытия, может привести к распространению аварии на весь температурный блок сооружения. При освобождении ферм, рам, арок  т. п. плоских конструкций от связей защемления нужно предусатривать меры предосторожности против возникновения мгновенно приложенных сил.

При усилении конструкций необходимо учитывать реальные условия, в которых выполняется усиление, и на всех стадиях производства работ предусматривать меры, обеспечивающие прочность, жесткость и устойчивость конструкций.

Дополнительные связи, вводимые в общую схему покрытия, должны обеспечивать неизменяемость стальных конструкций вне зависимости от их соединения с железобетонными плитами. В узлах верхних поясов ферм у опорных панелей для предупреждения возможных смещений из плоскости фермы при освобождении узлов от защемлений необходимо предусматривать постановку распорок.

Случаи аварий при выполнении усиления конструкций крайне редки, если приняты все меры предосторожности при выполнении работ. Особенно важно обеспечить устойчивость сжатых поясов при частичном демонтаже усиливаемых конструкций. Оригинальный прием обеспечения устойчивости верхних поясов ферм при монтаже новых конструкций, идея которого с успехом может быть использована и при усилении поврежденных и аварийных конструкций, применяется Спецстальконструкцией (проект производства работ разработан Промстальконструкцией). Как известно, особенно сложной задачей является обеспечение устойчивости первой установленной фермы, если не предусмотрена блочная установка первых двух ферм. Обычно для этой цели применяется ее расчали-вание; расчалки же мешают установке следующих ферм. Усиление верхнего пояса на период монтажа утяжеляет поднимаемые фермы, а оставление верхнего пояса нерасклепанным даже на самый короткий срок может привести к потере его устойчивости и аварии фермы. Спецстальконструкция применяет разгрузку верхнего пояса при помощи специальной мачты, установленной у конька первой фермы. Полиспаст этой фермы поддерживает верхний коньковый узел фермы.

Применяется регулирование усилий в стержнях фермы. Расчетом определяется то усилие, которое необходимо передать на вспомогательную мачту, чтобы обеспечить устойчивость фермы (это усилие равно примерно половине веса фермы). Высота мачты выбирается такой, чтобы вторая установленная ферма не касалась расчалок мачты. Кроме величины угла наклона расчалки к горизонту, необходимо учитывать также величину провеса расчалок*. Натяжение полиспаста производится после закрепления фермы на колоннах, до ослабления натяжения стропов монтажных кранов. При натяжении полиспаста мачты, закрепленного за коньковый узел фермы, стропы, идущие от фермы к грузовому полиспасту одного из двух кранов, ослабляются. Вторую установленную ферму жесткими распорками раскрепляют за первую. Отстроповку ее от кранов делают после установки жестких распорок. Связи между первой и второй фермами устанавливают начиная с середины ферм к их краям, после чего полиспаст мачты освобождается и мачту демонтируют.