Абсиметов В.Э., Калмагамбетова А.Ш., Аяпбергенова Б.Е.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Учет влияния коррозионных повреждений строительных конструкций

Проведены серии испытаний на коррозионную усталость прокорродированных образцов с покрытием композицией «Казантикор-1» разработанного в НПО «Казантикор» и, для сравнения, с покрытием двумя слоями эмалью ПФ-115 по очищенной наждачной бумагой поверхности (рисунок 1). Лучшие характеристики по коррозионной усталости показало покрытие «Казантикор-1», нанесенное непосредственно по ржавчине (рисунок 2). При этом свойства материала образца по усталостному ресурсу приближались к усталостному ресурсу без коррозионного воздействия, что свидетельствует о высоких антикоррозионных свойствах разработанного состава.

На основании проведенных коррозионно-усталостных испытаний предложен метод расчета усталостного ресурса сварных подкрановых балок с учетом воздействия агрессивных сред.

По существующим нормативным требованиям долговечность сварных подкрановых балок оценивают усталостным ресурсом верхней зоны стенки у поясного шва по формуле (1):

, (1)

где N_r - допустимое число нагружений расчетного сечения сварной подкрановой балки (расчетной ресурс);

N₀=9,5*10⁶- количество нагружений, соответсвующее точке перелома кривой Велера;

σ_r= 45,0 МПа- предельное напряжение сварных подкрановых балок, характеризующие неограниченную долговечность балок;

m= 76,1 - параметр кривой усталостных отказов сварных подкрановых балок;

σ_экс - среднестатическое напряжение в верхней зоне стенки от эксплуатационной крановой нагрузки.

а)

б)

а) покрытие из ПИРС « Казантикор-1» по чистому металлу; б) эталонное покрытие по чистому металлу 1 - без циклической нагрузки (=0);

2-8 - соответственно при =5,20,40,60,80,100,120 МПа.

Рисунок 1 Зависимость электрического сопротивления R покрытий от числа циклов нагружения при различных среднестатических напряжениях цикла

Следует отметить; что зависимость N_rотσ_эксявляется показательной при любых значениях σ_экс. Однако, как следует из теоретических данных , при напряжениях σ_экс<45,0 МПа допустимое число циклов нагруженийN_r(расчетный ресурс) может быть сколь угодно большим. Поэтому в нормы необходимо включит условие применимости данной формулы в пределах значений среднестатических напряжений σ_экс≥45,0 МПа.

Данная методика расчета усталостного ресурса неприменима для оценки долговечности сварных подкрановых балок, работающих в агрессивных средах, поскольку механизм обычной усталости отличен от механизма коррозионной усталости.

а)

б)

а) покрытие из ПИРС «Казантикор-1» по ржавой поверхности; б) эталонное покрытие по ржавой поверхности. 1- без циклической нагрузки (σ=0); 2-8- соответственно при σ=5,20,40,60,80,100,120 МПа.

Рисунок 2 - Зависимость электрического сопротивления R покрытий от числа циклов нагружения при различных среднестатических напряжениях цикла σ

По результатам исследований образцов из стали СТ3пс уточнен метод расчета усталостного ресурса сварных подкрановых балок с учетом воздействия агрессивных сред, т.е. ресурса коррозионной усталости. Анализ экспериментально полученных зависимостей коррозионно-усталостных отказов (рисунок 3) показывает, что они описываются уравнениями прямых вида

lgN_r=lgN₀- /m , (2)

где N_r- допустимое число нагружений (циклов) при воздействия агрессивной среды;

m=76,1- параметр кривой коррозионно-усталостных отказов;

- среднестатические напряжения, МПа, в верхней зоне стенки от эксплуатационной нагрузки вычисляемые в соответствии со СНиП РК 5.04.23-02 Стальные конструкции. Нормы проектирования;

lgN₀- точка пересечения прямых с осью абсцисс, полученная интерполяцией в область =0 и равная для среднеагрессивных сред lgN₀=7,30 , а для сильноагрессивных lgN₀=6,95.

Произведя необходимые преобразования получим формулы для расчета допустимого числа нагружении при воздействии:

-среднеагрессивных сред

N_r= 7,30*10; (3)

-сильноагрессивных сред

N_r= 6,95*10 ; (4)

Пригодность конструкции подкрановых балок определяется сравнением эксплуатационного числа нагруженийN_экс с расчетным ресурсом N_r:

N_экс<N_r (5)

Эксплуатационное число нагруженийN_эксопределяют в соответствии с действующими нормативными документами.

Рисунок 3 - Диаграмма усталостного и коррозионно-усталостного разрушения: 1-график усталостных отказов соответствующий расчету усталостного ресурса по нормам; 2,3- экспериментально полученные графики коррозионно–усталостных отказов, соответственно для средне- и сильноагрессивных сред.

Оценка влияния коррозионного износа на несущую способность эксплуатируемых стальных конструкций по существующим нормам производится по нескольким методикам. В частности, используется коэффициент слитности сечения k_SA, который на наш взгляд недостаточно полно характеризует последствия воздействия коррозионной среды на конструкции в целом, поскольку площади сечения их по длине, как правило, не постоянные. В связи с этим, предоставляется логичным введение дополнительного нового коэффициента, учитывающего площадь поверхности всей конструкции, подвергающейся воздействию агрессивной среды.

Такой коэффициент следует определять как отношение общей площади поверхности конструкции (А) к ее объему (V) , то есть

k_SV=A/V (6)

Предлагаем данный коэффициент , в отличие от известного , назвать коэффициентом коррозионной слитности конструкции.

Данный коэффициент следует применять вместо коэффициента k_SA при учете влияния коррозионных повреждений конструкций, имеющих переменное сечение по длине.