Мачты, антенны, колонны, опоры линий электропередач – обширный класс вертикальных металлоконструкций. Их долговечность определяется двумя группами факторов. В первую группу входят факторы, зависящие от свойств материала, во вторую – факторы, определяемые условиями монтажа и эксплуатации изделий.
Металлы для вертикальных несущих конструкций
Чаще всего используются алюминий и его сплавы, а также сталь – обычная и нержавеющая. Алюминий отличается малой плотностью, обеспечивая при этом высокую прочность при умеренных уровнях нагрузок. Для повышения твердости и прочности используют алюминиевые сплавы, содержащие медь. Стоимость несущих конструкций возрастает, зато материал можно подвергать упрочняющей термообработке.
Обычные углеродистые и легированные стали изначально обладают более высокой прочностью, чем алюминий. Также они хорошо свариваются и имеют меньшую стоимость. Однако все виды таких стальных конструкций должны быть окрашены атмосферостойкими красками, либо иметь антикоррозионное покрытие, чтобы предотвратить или замедлить образование ржавчины.
Нержавеющая сталь обладает высокой коррозионной стойкостью, но зачастую слишком дорога для использования в опорах, мачтах, и прочих подобных сооружениях больших размеров.
Прочие металлы и сплавы (титан, чугун, никель и пр.) для производства вертикальных несущих конструкций не применяются.
Типичные виды дефектов стальных конструкций.
Коррозия
Коррозия стальных опор может быть внутренней (присутствие или захват химически воды-электролита, содержащей растворённые соли) и внешней (агрессивные атмосферные и экологические условия). Ко второй группе относят также коррозию, являющуюся следствием неправильного заземления металлоконструкции, из-за чего в ней активизируются электрохимические процессы.
Предотвратить появление и распространение коррозии можно тщательной окраской всей поверхности (особое внимание уделяют окраске зон сварных швов), а также применением для сборки только оцинкованных деталей, включая крепёж. Предпочтение отдаётся металлу, свойства которого полностью отвечают техническим требованиям ГОСТ 9.307-89.
Мониторинг интенсивности коррозионных процессов заключается в измерении значений электрохимического потенциала смежных элементов несущей конструкции и удельного сопротивления грунта, который способствует подземной коррозии. Периодически проводится технический аудит состояния защитных покрытий. На основании тестов оценивается скорость коррозии и интенсивность поражения ею отдельных участков.
Самым эффективным способом предотвращения коррозии готового изделия считается катодная защита.
Трещины
Трещины в несущей конструкции могут вызываться:
- Неудовлетворительным качеством исходного металла.
- Неправильным выбором материала, когда не были учтены все эксплуатационные нагрузки.
- Ошибками монтажа, после которого в готовой конструкции возникли растягивающие напряжения.
- Динамическими воздействиями на изделие – удары, толчки и т.п.
- Недооценкой внешних условий работы несущей конструкции.
Трещины подразделяют на внешние (поверхностные) и внутренние. Вторые распознать значительно труднее, поэтому в условия регламентного обслуживания обязательно закладывают процедуры периодического неразрушающего контроля, особенно в местах приложении наибольших нагрузок. Вероятность трещинообразования снижается, если перед монтажом выполнить пространственное 3-D моделирование условий работы несущей конструкции, с применением специальных компьютерных программ.
Залечивание поверхностных трещин возможно их своевременной заваркой с применением специальных электродов из нержавеющей стали.
Механические повреждения
Причиной таких дефектов могут быть:
- Грубые нарушения условий транспортировки компонентов металлоконструкции.
- Неудовлетворительная точность сопрягаемых элементов.
- Несоответствие технологии проведения монтажных работ.
- Нарушение климатических требований к установке металлоконструкции.
К механическим повреждениям допустимо отнести также несанкционированные изменения геометрических размеров деталей, вызванные отсутствием необходимых комплектующих. В процессе таких изменений шероховатость поверхности может быть ухудшена, что повышает риск возникновения концентраторов напряжений.
Механические повреждения подразделяют на линейные и угловые. Последние опаснее, поскольку снижают механические характеристики металла по всем направлениям. Вероятность опасности таких повреждений должна учитываться при разработке чертежа вертикальной несущей металлоконструкции в сборе.
Линейные отклонения
Возникают при неполном или неточном учёте эксплуатационных факторов. Для конструкций вертикального исполнения чаще всего встречается отклонение изделия пол вертикали, значение которого с увеличением срока эксплуатации может монотонно возрастать.
Причинами линейных отклонений чаще всего бывают:
- Усталость металла вследствие чрезмерно высокого уровня динамических напряжений.
- Снижение продольной гибкости, которая произошла из-за геометрических ошибок проектирования.
- Недостаточная оценка прочности грунта, на котором установлена металлоконструкция.
- Грубые ошибки, допущенные при производстве сборочных операций (человеческий фактор).
Первые три группы причин обусловлены неквалифицированным проектированием несущей конструкции, в результате чего не были полностью учтены физико-механические свойства металла, качество заливки фундамента, применение неповеренных измерительных инструментов. Всё это – следствие привлечения к изготовлению и монтажу случайных организаций, не имеющих лицензии на производство подобного рода работ.
Нарушения при монтаже
Происходят вследствие недопустимых отступлений от установленных проектировщиком правил сборки металлоконструкций. Все возможные отклонения необходимо предварительно обосновывать результатами компьютерного моделирования. Если в результате таких нарушений снижается точность позиционирования несущей конструкции, а сама она становится небезопасной для эксплуатации, то монтажные работы следует немедленно прекратить.