ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність та спрямованість дисертації, сформульована проблема забезпечення заданої довговічності промислових висотних споруд у зв'язку з недостатнім врахуванням процесів зносу і відновлення при проектуванні, приведено цілі та задачі дослідження, викладені наукова новизна і практичне значення отриманих в роботі результатів.

У першому розділі розглядаються особливості конструктивних рішень металевих промислових висотних споруд, методи розрахунку навантажень, методи проектування і принципи технічного обслуговування.

Висотні споруди відіграють важливу роль в роботі технологічного обладнання підприємств різних галузей промисловості. При цьому вони експлуатуються в агресивних середовищах промислових підприємств і піддаються значному зносу. Забезпечення надійності і довговічності таких споруд, як одне з основних завдань проектування, досягається шляхом використання нормативних методів розрахунку, вживанням відповідних конструктивних рішень і методів захисту. На стадії експлуатації забезпечення надійності виконується шляхом здійснення заходів з контролю технічного стану і виконанням за його результатами необхідного ремонту та підсилення. Але всі ці стадії забезпечення надійності споруд протягом заданого терміну служби в даний час розглядаються ізольовано. Це призводить до підвищення вартості технічної експлуатації, невизначеності терміну служби, а також, в деяких випадках, відмов різної міри наслідків.

Розрахунок і проектування висотних споруд були розроблені в працях В.М. Гордєєва, М.П. Кондри, М.В. Кузнецова, Б.В Остроумова, А.В. Перельмутера, Г.А. Савицького, О.Г. Соколова, М.Б. Солодаря, B.W. Smith. Значний науковий вклад в дослідження висотних споруд внесли роботи вчених ЦНДІПСК ім. М.П. Мельникова, ЦНДІБК ім. В.О. Кучеренка, УкрНДІПСК ім. В.М. Шимановського, та інших проектних і навчальних центрів, а також Міжнародної асоціації з просторових конструкцій (IASS). Розрахункам, проектуванню і обслуговуванню промислових димових труб присвячені конференції, доповіді і норми Міжнародної організації з промислових димових труб (CICIND).

Вітровому навантаженню на висотні споруди присвячені роботи Р.І. Кінаша, А.В. Махінька, В.А. Пашинського, А.О. Петрова, С.Ф. Пічугіна, A. Flaga, S.O. Hansen, J.D. Holmes, H. van Koten, R.H. Scanlan, E. Simiu, G. Solari, B.J. Vickery та ін. Динамічний розрахунок гнучких споруд, їх сейсмостійкість і аеродинаміка у вітровому потоці розглядаються в роботах М.Ф. Барштейна, С.І. Білика, М.А. Гусева, М.І. Казакевіча, Б.Г. Коренева, В.В. Кулябка, А.В. Махінька, Ю.І. Немчинова, Б.В. Остроумова, Л.М. Резникова, І.С. Холопова, А.С. Цейтліна, Д.Д. Чернишова. Методам розрахунку висотних споруд на витривалість присвячені роботи Р.Г. Губайдуліна, М.Р. Губайдуліна, М.О. Микитаренка, Б.В. Остроумова, А.В. Перельмутера, J.D. Holmes, M.P. Repetto, G. Solari та ін.

У розроблених на даний час підходах з проектування висотних споруд не враховується вплив зносу і зміна їх параметрів в процесі життєвого циклу, що не дозволяє створювати споруди із заданим терміном служби.

Методи дослідження експлуатаційної надійності існуючих будівельних конструкцій будівель і споруд обґрунтовані і розвинені в роботах Є.В. Горохова, Є.А. Єгорова, Є.М. Єрмака, А.І. Кікіна, В.П. Корольова, І.І.  Кошина, В.М. Кущенка, В.П. Мущанова, Я.В. Назіма, С.Ф. Пічугіна, В.Д. Райзера, С.М.  Шаповалова, А.М. Югова, Z. Agócs, J. Ziółko та ін. У цих роботах розглянуті процеси зносу різних типів будівель і споруд, досліджена дійсна робота конструкцій, розроблені принципи знаходження резервів несучої здатності, але не вирішувалася проблема створення кількісних методів аналізу взаємозв'язку стадій проектування і експлуатації. Управління запасами і поведінкою несучих конструкцій розглянуто в роботах А.Я. Дрівінга, А.П. Кудзіса, А.В. Перельмутера, Б.Й. Снарскиса, але без урахування процесів зносу та відновлення споруд.

Загальні аспекти обслуговування і експлуатації будівельних конструкцій відносно планування робіт, оцінки надійності існуючих конструкцій, стратегії експлуатації з урахуванням початкової надійності в різній постановці були розглянуті в роботах Є.В. Кліменка, С.В. Колесніченко, Б.М. Колотілкіна, А.І. Лантух-Лященка, Г.А. Поривай, А.Г. Ройтмана, О.В. Семка, М.І. Тарасевіча, D.M. Frongopol, P.R. Roberge, M.A. Khan. Значний вклад у дослідження зносу і експлуатації висотних споруд внесли В.А. Банах, В.І. Корсун, В.П. Сущев, Ю.М. Яровий. Основним підходом в роботах вищезгаданих авторів є використання двох систем технічного обслуговування: планово-запобіжні ремонти за усередненими термінами служби елементів без зв'язку з початковим рівнем надійності та система ремонтів за результатами обстежень, яка в даний час використовується і для висотних споруд. Даний підхід не дозволяє обґрунтувати початкові параметри споруд і планувати обслуговування з урахуванням їх значень для досягнення найбільшої ефективності в рамках заданого терміну служби.

Принципи динамічної діагностики, моніторингу і паспортизації були розвинені в роботах М.І. Казакевіча, В.В. Кулябка, В.П. Редченка, А.М. Югова, Є.В. Денисова, H. Wenzel, D. Pichler. Методи розрахунку і проектування посилення металевих конструкцій і каркасів виробничих будівель детально розроблені в роботах М.Р. Бельського, В.В. Бірюльова, М.М. Лащенка, І.С. Реброва, В.О. Пермякова, М.М. Сахновського, А.В. Сильвестрова. Але в цих працях не розглядалося питання взаємозв’язку підсилення з початковими запасами несучої здатності.

Вимоги щодо забезпечення заданої довговічності по відношенню до висотних споруд включають: розрахунок несучої здатності елементів і проектування з урахуванням технічного обслуговування, планування обслуговування споруд на підставі дослідження впливу зносу; ефективність обслуговування при забезпеченні доступу і виконання ремонту і зниження вартості впродовж всього життєвого циклу. Розрахунок припускає застосування принципів розрахунків за граничними станами при підборі перерізів елементів і оцінки їх несучої здатності. При цьому розглядається переважно перший граничний стан, оскільки другий, як показали численні перевірочні розрахунки, не є визначальним для даного типу висотних споруд.

В другому розділі викладені результати аналізу особливостей конструктивних рішень металевих висотних споруд, процесів зносу і відновлення. На підставі цього запропоновані математичні моделі зносу, які дозволяють спільно враховувати різні типи зносу як складові єдиного узагальненого зносу, який може бути виражений в одиницях товщини і одиницях напружень. Управління зносом та відновленням конструкцій споруд здійснюється шляхом реалізації запропонованих стратегій обслуговування та дозволяє забезпечити задану довговічність.

Аналіз конструктивних рішень висотних споруд показав, що внаслідок того, що при проектуванні виконується типізація перерізів та існує дискретність сортаменту, в спорудах завжди є початкові запаси несучої здатності, які нерівномірно розподілені по елементах. На підставі перевірочних розрахунків виявлено, що, наприклад, в окремих елементах ґратчастих башт і димових труб запаси можуть складати до 50–90% (рис. 1), тому виникає завдання управління запасами несучої здатності висотних промислових споруд в умовах дії зносу для забезпечення заданої довговічності.

Основні конструктивні форми розглянутих висотних споруд – це консольна циліндрична оболонка для димових труб, просторова ґратчаста система для градирень і консольна ґратчаста система для витяжних башт, що дає змогу розробити уніфіковані підходи до забезпечення заданої довговічності цих споруд.

На підставі класифікації і аналізу граничних станів споруд, а також їх елементів було визначено, що якщо технологічне устаткування у складі конструкцій споруди може мати відмову за першою групою граничних станів, то для споруди в цілому це буде відмова за другою групою граничних станів, як невиконання своїх технологічних функцій.