Научно-техническое сопровождение строительства вытяжной башни газоочистки

Введение

В соответствии с ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» [1] мониторингу технического состояния подлежат уникальные здания и сооружения для повышения степени обеспечения их безопасного функционирования, а также для отслеживания степени и скорости изменения технического состояния их несущих конструкций и своевременного принятия, в случае изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, экстренных мер по предотвращению их обрушений.

По терминологии Градостроительного Кодекса РФ [2] и статьи 15 Федерального закона № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» [3] к уникальным относятся здания и сооружения с высотой, превышающей 100 м, а также сооружения, где используются конструкции и конструктивные схемы с применением нестандартных или специально разработанных методов расчета или методов, требующих проверки на физических моделях.

Башня, поддерживающая конструкции газоочистки аглофабрики в г. Новокузнецке, имеет «повышенный» уровень ответственности сооружения, класс сооружения – КС-3 по классификации ГОСТ 27751-2014 [4], высота по проекту – 160 м. Именно поэтому она относится к уникальным сооружениям, для которых предусмотрена процедура научно-технического сопровождения (НТС) и мониторинга.

Конструктивные особенности башни

Для поддержания конструкций вытяжки газоочистки аглофабрики были запроектированы несущие конструкции башни (высотой 160 м), элементы которой изготавливались и предварительно собирались на Нижнетагильском заводе металлических конструкций (ООО «НТЗМК», г. Нижний Тагил).

Для выполнения проектных указаний при изготовлении металлоконструкций башни в заводских условиях проводился дополнительный выборочный входной контроль, выборочный операционный контроль и контроль качества сварных соединений, выборочный приемочный контроль материалов и элементов конструкции (рис. 1).

При выборе поставляемого проката, для изготовления элементов конструкций, были проведены консультации по подбору и сплошная проверка сертификатов на материал на соответствие предъявляемым требованиям нормативно-технических документов и проектной документации. Также проведены консультации по выбору сварочных материалов, оборудования и наполнению технологических карт на проведение сварочных и контрольных работ.

На каждую принятую партию проката были дополнительно проконтролированы сортамент и классы прочностей сталей, клейма поставщика проката, бирки на пачках и маркировка на листах и сертификатах качества. Также выборочно проконтролирован прокат на отсутствие видимых расслоений, раковин, трещин, закатов, вмятин и деформаций, превышающих допустимые по нормативно-техническим документам на прокат.

Специалисты ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко совместно с представителями завода-изготовителя и Заказчика проводили контрольную сборку элементов башни при последовательном укрупнении. В ходе контрольной сборки проверялось соответствие изготовленных конструкций требованиям проекта и нормативной документации, величины зазоров во фланцевых соединениях.

При изготовлении металлических конструкций применялись следующие неразрушающие методы качества: визуально-измерительный, ультразвуковой контроль и метод капиллярной (цветной) дефектоскопии (рис. 1).

В 2024 г. в г. Новокузнецке для поддержки конструкции газовой очистки аглофабрики была смонтирована четырехугольная башня с сечением, уменьшающимся к верху, по высоте и по форме напоминающая Эйфелеву башню в Париже. Монтаж конструкций осуществлялся с помощью двух кранов, установленных на отдельных фундаментах.

В ходе НТС башни на строительной площадке специалистами ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко проводились следующие работы:

– выборочный входной контроль конструкций башни;

– выборочный визуальный контроль качества поступающих на стройплощадку материалов и конструкций в объеме 5 % от общего объема контрольных мероприятий;

– участие в укрупнительной контрольной сборке металлоконструкций на площадке завода-изготовителя и строительной площадке, установке, выверке и закреплении металлоконструкций башни;

– разработка рекомендаций по устранению выявленных дефектов в ходе выполнения работ по монтажу металлоконструкций башни;

– оказание научно-технического содействия при решении технических вопросов, возникающих в ходе работ по укрупнению и монтажу стальных строительных конструкций башни;

– участие в работе совещаний и видеоконференций.

Процесс возведения башни показан на рис. 2.

Используемые приборы

Для проведения НТС и мониторинга напряженного состояния конструкций башни на ее опорных стойках были установлены механические тензометры ТМИ-500М с использованием деформометров ИЧ-10 (рис. 3 и 4), разработанные в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко и получившие патенты РФ № 135927, № 220058, № 2808937 (рис. 5). С их помощью по методике, описанной в [5], определялись деформации и напряжения в элементах поддерживающей конструкции газовой очистки на металлургическом заводе ЕВРАЗ в г. Новокузнецке.

Схема мест расположения датчиков определения напряжений, их вид в установленном состоянии и снятии данных представлены на рис. 3. и 6. Установка базы под механические тензометры типа ТМИ со съемными деформометрами и настройка самих приборов показаны на рис. 4, 7, 8. Всего было установлено и настроено 30 датчиков: 16 были установлены на отм. +1,700 м от верха четырех фундаментов и 14 датчиков – на отм. +17,000 м.

Результаты измерений напряженного состояния

По результатам выполненного мониторинга напряженно-деформированного состояния определено, что уровни напряжений в элементах, смонтированных в проектное положение конструкций, увеличивались равномерно до момента начала работ по забиванию свай на соседнем участке во время проведения строительно-монтажных работ. В дальнейшем подтвердилось, что негативное влияние от динамического воздействия на грунты забиваемых свай в непосредственной близости с опорными железобетонными фундаментами привело к локальному снижению напряжения сжатия в наиболее нагруженных элементах опорных частей башни. При этом величины снижения напряжений сжатия и значения перемещений фундаментов на смонтированные конструкции влияют незначительно.

Анализ периодически представляемых монтажной организацией ООО «Мост» результатов геодезической съемки в процессе укрупнения и монтажа показывал, что зафиксированные фактические величины отклонений от проектных значений не превышали предельных допустимых значений, установленных СП 70.13330.2012 [6].

Качество нанесенных лакокрасочных покрытий по баллу адгезии и толщине сухой пленки соответствует требованиям ГОСТ 23118-2019 [7] и проекта. На поверхностях металлических конструкций были выявлены повреждения нанесенного лакокрасочного покрытия. Повреждения имели локальный характер и устранялись на приобъектном участке монтажной организацией. Причиной локального повреждения лакокрасочного покрытия являлись погрузо-разгрузочные работы при транспортировании конструкций. После ремонта участки подвергались контролю.

Выводы

1. Элементы башни испытывали в основном сжимающие напряжения от собственного веса конструкций.
2. Ветровая нагрузка на моменты измерений не оказывала существенного воздействия на несущую способность башни вследствие решетчатой конструкции.
3. Сейсмическая нагрузка на каркас башни на момент измерений не была зафиксирована.
4. Максимальный уровень зафиксированных напряжений в элементах без учета сейсмической нагрузки составил 70 Н/мм².