Влияние геометрических отклонений на напряженно-деформированное состояние переходного моста сгустителя хвостов обогащения

Введение

В данной статье представлен опыт апробации методик [1][4][15] на примере мостового перехода объекта «Сгуститель хвостов обогащения № 1» (сооружение 8.5) при строительстве Наталкинского горнодобывающего комбината (НГОК) на базе золоторудного месторождения «НАТАЛКА», расположенного в Тенькинском районе Магаданской области Российской Федерации. Заказчик строительства НГОК – АО «Рудник им. Матросова», являющийся в настоящее время Управляемым Обществом (УО) Управляющей компании «ПОЛЮС» (УК «ПОЛЮС»). Работы по строительству исследуемого объекта, в том числе монтаж металлоконструкций переходного моста сгустителя, выполнен ООО «Полюс Строй».

Объект исследования – металлоконструкции мостового перехода на объекте 8.5 «Сгуститель хвостов обогащения № 1».

Цель исследования – получить более экономически эффективный и надежный переходной мост сгустителя хвостов обогащения Наталкинского ГОКа.

В основу исследований положены следующие методы исследования:

• метод конечных элементов (МКЭ) – при численном исследовании работы объекта исследования под действием нагрузок и отклонений, реализованный в ВК SCАD5;
• теория размерных цепей и геометрический метод – при определении величин геометрических отклонений и решении систем алгебраических уравнений.

В статье решены следующие задачи исследования:

• выполнен краткий обзор исследований по учету влияния отклонений монтажа металлоконструкций на их напряженно-деформированное состояние (НДС);
• произведен расчет и анализ точности металлоконструкций переходного моста сгустителя, изготовленного фирмой «DELKOR»;
• произведен расчет и анализ НДС металлоконструкций переходного моста, изготовленного фирмой «DELKOR» с учетом отклонений, полученных в ВК РАСК [1].

Краткий обзор ранее выполненных исследований

Известно, что одновременно с появлением и развитием нового горно-металлургического предприятия, как правило, получают импульс и развитие прикладные исследования, происходит интеграция академической и отраслевой наук, содействующих эффективному развитию новообразовавшегося предприятия – НГОК. Примерами таких исследований могут служить работы Ю. Д. Норова и Е. Г. Кассихиной [6][10].

Для оценки влияния отклонений на НДС металлоконструкций В. А. Савельев [12], А. С. Гвамичава [5], М. В. Моисеев [9] и другие использовали метод статистических испытаний, который широко известен в проектировании металлоконструкций.

Н. М. Кирсанов [7] приводит в своей работе индуктивный метод определения погрешностей, схожий с методом Мора. M. Sonmez [23], H. S. Kim, A. K. Shin [19] для определения погрешностей и ферменных конструкций предлагают алгоритм оптимизации.Для борьбы с отклонениями и деформациями в мостовых конструкциях A. Preumont [21] использует активную систему управления. В работе А. М. Белостоцкого, А. С. Павлова [3] в качестве сейсмоизоляции покрытия большепролетного сооружения предлагается использовать эластомерные опоры, которые могут выполнять функцию компенсаторов отклонений.

А. В. Перельмутер, О. В. Кабанцев [11][18], а также зарубежные исследователи [14][16][17][19][20][21][23] занимаются моделированием поведения конструкций многоэтажных зданий с учетом последовательности их возведения. Исследования А. В. Перельмутера, О. В. Кабанцева и М. С. Барабаш [2] являются современными, но не учитывают величин возможных отклонений при монтаже.

Ранее А. М. Югов и А. Б. Бондарев исследовали поведение конструкций большепролетных шарнирно-стержневых металлических покрытий с учетом накопления геометрических отклонений, а также проводили оценку их НДС с учетом монтажных нагрузок, вызванных отклонениями [1][4][15]. А. А. Григорян под руководством Е. В. Лебедя [8] занимался исследованием начальных усилий в двухпоясных металлических куполах, вызванных погрешностями изготовления и монтажа их конструкций, а также устранением погрешностей.

Характеристика объекта исследования

Сгуститель хвостов обогащения № 1 запроектирован в виде монолитной железобетонной чаши круглой формы в плане. Монолитная чаша сгустителя поднята над планировкой земли на 14 м. Она запроектирована в виде плит, опертых по контуру с толщиной перекрытия 1500 мм. Диаметр сгустителя составляет 65 м. Под чашей расположена разгрузочная камера и галереи. Исследуемый переходной мост сгустителя, входящий в состав сгустителя хвостов обогащения № 1, представляет собой жесткую сварную конструкцию в виде пространственной фермы, которая опирается на верхнюю часть (борт) чаши сгустителя. Ситуационный план площадки золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) и его фрагмент с расположением объекта, а также аксонометрическая схема моста сгустителя приведены в статье [13]. Переходной мост сгустителя разработан институтом ЗАО «ПитерГОРпроект» с использованием металлоконструкций фирмы «DELKOR Technik India Pvt» Ltd («DELKOR»). При рассмотрении и анализе чертежей ЗАО «ПитерГОРпроект» было установлено, что отсутствуют таблицы нагрузок и ведомостей элементов с указанием сечений и усилий в элементах металлоконструкций переходного моста сгустителя.

Численное исследование отклонений металлоконструкций моста сгустителя

В чертежах компании «DELKOR» отсутствует информация о параметрах НДС металлоконструкций переходного моста сгустителя. ЗАО «ПитерГОРпроект» указал, что «не принимает никакие претензии в части вопросов несущей способности конструкций мостового перехода и возможных деформациях указанных конструкций после монтажа панелей».

Учитывая, что информация о НДС металлоконструкций в проектах отсутствовала, было принято решение выполнить поверочные расчеты общей устойчивости, несущей способности и геометрической неизменяемости конструкций мостового перехода с учетом того, что сэндвич-панели смонтированы для эксплуатационной стадии, а также с учетом возможных геометрических отклонений. Следовательно, авторы определили НДС металлоконструкций переходного моста сгустителя с учетом действующих нагрузок и отклонений, определенных в ВК РАСК [1].

Сначала для проведения численного исследования геометрических отклонений металлоконструкций переходного моста сгустителя его конструкции разбиты на монтажные блоки в соответствии с конструктивной разбивкой на блоки по проекту компании «DELKOR» (рис. 1).

Расчет точности и оценка отклонений при сборке металлоконструкций переходного моста сгустителя выполнены по пространственному отклонению для узлов и линейному – для составных и замыкающих стержней размерной цепи с последующим ихсравнением с номинальными значениями. Определение отклонений производилось на основе многократных построений. Количество построений n = 1000 раз. В результате расчетов точности моста сгустителя с помощью ВК РАСК получены эпюры отклонений (рис. 2).

В качестве величин допусков принят линейный допуск по ГОСТ 21779–82 как для 2-го класса точности ± 1,6 мм. Положение узлов металлоконструкций переходного моста сгустителя оценивалось по их отклонениям от номинального положения по всем трем пространственным направлениям DX, DY, DZ. На эпюрах отклонений показаны предельные величины отклонений, полученные на основе многократных расчетов точности металлоконструкций переходного моста сгустителя – n. В качестве закона распределения отклонений принят нормальный гауссовский закон распределения случайных величин.

На эпюрах отклонений показаны предельные отклонения по направлениям DX, DY, DZ. Из всех направлений наибольшие отклонения зафиксированы в узле 2 по DX, в узле 8 по DX – 40,6 и 34,9 мм соответственно, а также в узле 4 по DZ – 46,5 мм. Наибольшие отклонения зафиксированы в 44, 50, 55 замыкающих стержнях – 38,4, 56,0 и 66,3 мм соответственно. В узлах 2, 20 и 24 по направлению DZ отклонения отсутствуют. В результате расчета точности установлено, что возможные отклонения переходного моста сгустителя превышают допускаемые по СНиП 3.03.01–87*.

Численное исследование НДС переходного моста сгустителя с учетом отклонений

В результате расчета точности получены отклонения и температурные воздействия в замыкающих стержнях, приведенные в табл. 1. Температурными воздействиями смоделировано влияние отклонений на НДС металлоконструкций переходного моста сгустителя. Результаты численных расчетов НДС подтверждают, что указания ЗАО «ПитерГОРпроект» относительно прочности и жесткости металлоконструкций переходного моста сгустителя обоснованы.

По результатам численных расчетов установлено, что в элементах металлоконструкций переходного моста сгустителя возникают максимальные величины усилий, представленные на рис. 3 а и в табл. 2. Максимальные перемещения узлов нижних и верхних поясов пролетных строений мостового перехода отражены на рис. 3 б. Максимальные величины суммарного перемещения узлов нижнего и верхнего поясов переходного моста сгустителя с утеплением по проекту ЗАО «ПитерГОРпроект» составляют 70 и 77 мм соответственно.

Величины предельных прогибов, которые получены в результате расчетов, не превышают требования СП 20.13330.2016 – 238 мм. По результатам из табл. 2 видно, что несущая способность металлоконструкций верхнего пояса и стоек переходного моста не обеспечена в соответствии с СП 16.13330.2011 и СП 20.13330.2016. Следовательно, необходима корректировка проекта с целью обеспечения несущей способности металлоконструкций переходного моста сгустителя. Рассмотрев расчеты, изложенные в данной статье, проектный институт ООО «Полюс Проект» принял решение откорректировать проект утепления переходного моста сгустителя хвостов обогащения. Откорректированный проект подразумевал утепление только привода сгустителя – рис. 4,а от утепления пролетной части переходного моста было принято решение отказаться.

Выводы

На основании анализа результатов, полученных при численных исследованиях НДС металлоконструкций переходного моста сгустителя с учетом отклонений монтажа, можно сформулировать такие выводы:

1. В результате численного статистического исследования геометрических отклонений металлоконструкций переходного моста сгустителя построены эпюры предельных значений возможных геометрических отклонений узлов по трем направлениям. Наибольшие отклонения зафиксированы в узле 2 по DX, в узле 8 по DX – 40,6 и 34,9 мм соответственно, а также в узле 4 по DZ – 46,5 мм.
2. Учет возможных геометрических отклонений на параметры НДС металлоконструкций переходного моста сгустителя при его поверочных расчетах позволил обосновать необходимость корректировки проекта ЗАО «ПитерГОРпроект» институтом ООО «Полюс Проект».
3. Проведенные исследования и предложенный на их основании проект ООО «Полюс Проект» позволили снизить величины постоянных и временных нагрузок, а также избежать возможного возникновения аварийных состояний на объекте НГОК «Сгуститель хвостов обогащения № 1».