Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы контроля технического состояния дымовых труб ... 8
1.1 Анализ существующих методов обследования дымовых и вентиляционных труб 8
1.2 Мониторинг дымовых и вентиляционных труб 27
1.3 Конструктивные особенности и аварийность дымовых и вентиляционных труб . 35
Выводы по разделу 44
Глава 2. Экспресс-оценка износа дымовых и вентиляционных труб 47
2.1 Научная база разрабатываемого метода 47
2.2 Выбор программных средств контроля износа 56
2.3 Статистическая обработка временных рядов вибрации труб 61
2.4 Предложения по программному обеспечению контроля физического износа дымовых труб 68
2.5 Примеры реализации и проверка адекватности расчетных методов. 70
2.6 Анализ частот трубы с упругой заделкой как твердого тела 77
Выводы по разделу 79
Глава 3. Расчет на прочность металлических дымовых и вентиляционных труб 80
3.1 Условные обозначения 80
3.2 Общие положения 81
3.3 Основы расчетные соотношения 86
3.4 Анализ устойчивости стенки дымовых и вентиляционных труб
3.5 Программа контроля устойчивости труб «RESIST» 106
3.6 Рекомендации при работе с программой «CYLINDER».. 108
3.7 Программа «REZONANS» 113
Выводы по разделу 117
Глава 4. Натуральные испытания и практика контроля дымовых труб 118
4.1 Динамические испытания 119
4.2 Результаты обследования 123
4.3 Оценка износа и сейсмостойкости труб 126
Выводы по разделу 130
Основные выводы и рекомендации по работе 132
Библиографический список использованной литературы 135
- Конструктивные особенности и аварийность дымовых и вентиляционных труб
- Статистическая обработка временных рядов вибрации труб
- Рекомендации при работе с программой «CYLINDER»..
- Оценка износа и сейсмостойкости труб
Введение к работе
В инженерной практике встречаются многочисленные и многообразные виды повреждений и разрушений дымовых труб. Поэтому каждому конструктору и эксплуатационнику приходится решать задачи анализа прочности конструктивных элементов дымовых труб промышленных объектов и выбора соответствующих средств объективного контроля их состояния и предотвращения разрушений в процессе эксплуатации.
Дымовые трубы большой высоты, как и другие высотные сооружения (башни, мачты), находятся практически под непрерывным действием ветровых нагрузок, вызывающих заметные колебания и связанные с ними знакопеременные напряжения. Кроме того, эксплуатационные условия дымовых труб таковы, что, помимо указанных колебательных процессов, внутренние поверхности находятся под влиянием высокотемпературных агрессивных газовых потоков, снижающих расчетные сопротивления строительных материалов. Среди причин, вызывающих накопление дефектов и снижение несущей способности конструкций, кроме естественного старения качества строительных материалов, наиболее важными являются много- и малоцикловая усталость, хрупкое разрушение и ползучесть.
Как показывает опыт, зачастую даже при реализации удачных проектных решений незначительные ошибки при монтаже, а также отклонения от расчетных режимов эксплуатации и нарушения порядка в проведении штатных регламентных работ по диагностике состояния конструкций и обслуживанию приводят к аварийным ситуациям с тяжелыми последствиями.
Необходимо также учитывать, что дымовые трубы находятся под действием пульсационного давления ветра. Для высоких вертикальных цилиндрических и конических труб, представляющих достаточно гибкие конструкции, характерны периоды собственных колебаний, находящиеся в области спектра пульсаций скорости ветра. Например, для стальных труб высотой до 20 м при толщине силовой стенки 15 мм периоды основного тона собствен-
5 ных колебаний составляют 0,01- 0,03 с. Для таких низкочастотных сооружений необходимо учитывать низкочастотную часть ветрового спектра.
Причины аварий могут быть также связаны с проектированием, когда прочность объекта снижается до критического уровня при стремлении проектировщика получить наиболее экономичные (оптимальные) конструктивные решения на основе уточненных методов расчета, допускающих «безопасные» локальные остаточные деформации. Это связано с тем, что одной из основных причин повреждений и разрушений конструкций при авариях является их трещинообразная дефектность, поскольку номинальная прочность определяется размерами дефектов, которые установить достаточно сложно.
Сложность обнаружения усталостных дефектов и прогноза момента усталостного разрушения связана с тем, что трещины подрастают без заметных деформаций, а само разрушение происходит внезапно - при достижении размерами дефектов критических значений.
Указанные обстоятельства послужили причиной необходимости разработки и внедрения в практику эффективных систем контроля и оценки остаточного ресурса дымовых труб.
Проблеме разрушения конструкций и сооружений посвящено большое число работ, и исследования в этой области продолжаются. Однако изучение вопроса в области безопасной эксплуатации и контроля состояния дымовых труб крайне ограничено. Применение в этих целях традиционных методов обследования и мониторинга строительных объектов нуждается в существенной корректировке и обосновании, связанных со спецификой эксплуатационных условий объекта (высокотемпературные;, химически агрессивные газовые потоки внутри труб, вибрации и др.). Официальные методы оценки физического состояния функционирующих дымовых труб без остановки технологического процесса до настоящего времени не разработаны.
Известны различные классификации методов обследования строительных конструкций в зависимости от конкретно поставленных целей [1-27]. Однако для контроля состояния таких уникальных объектов, как промыш-
ленные дымовые и вентиляционные трубы, число общеприменимых методов ограничено несколькими документами. Среди них отметим «Руководство по эксплуатации промышленных дымовых труб» [25], косвенно связанное с проблемой мониторинга сооружений, и ведомственные Нормы ВСН 286-90 /30/, касающиеся методов прочностного расчета железобетонных труб.
Данная диссертация посвящена анализу состояния проблемы контроля состояния дымовых труб, разработке и внедрению в практику комплекса методик оперативной оценки износа труб без остановки технологического процесса.
Результаты исследований внедрены в разработанную при участии автора «Инструкцию диагностики и экспресс-оценки остаточного ресурса эксплуатируемых промышленных дымовых труб» [42]. Данная Инструкция ориентирована на обеспечение диагностики труб без остановки технологического процесса. Она основана на расчетно-экспериментальном подходе с учетом нормативных положений ВСН 286-90 с применением оригинальных аппаратных и программных средствах, обеспечивающем диагностику скрытых дефектов, недоступных для обнаружения традиционными методами, широко используемыми в строительстве.
Научная новизна заключается в том, что на основе выявленных закономерностей динамических параметров, фиксируемых при ветровом нагру-жении и характеризующих реальные жесткостные параметры конструкции с внутренними дефектами, обнаружение которых недоступно традиционными методами предложен метод оценки степени физического износа и остаточного ресурса дымовых и вентиляционных труб без остановки их работы в составе технологического процессов газоперерабатывающих предприятий.
Практическая ценность работы состоит в возможности оперативной оценки остаточного ресурса эксплуатируемых дымовых труб, возможно со скрытыми дефектами, без остановки технологического процесса.
Реализация процессов работы. Разработанная методика реализована при определении физического износа дымовых труб 4У151 и 2У251 Астра-
7 ханского газоперерабатывающего завода.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на трех семинарах ЦИЭКС. Материалы диссертации использованы в разработанной с участием автора «Инструкции диагностики и экспресс-оценки остаточног ресурса эксплуатируемых промышленных и вентиляционных труб», г. Москва ЦИЭКС, 2002 г. Использованы в разработке алгоритмов трех программных продуктов для ГШЭМ по прочностному расчету металлических дымовых труб на основе моментной теории тонких оболочек, подверженных комплексному нагружению статическими и сейсмическими нагрузками . Опубликованы в 5 технических отчетах по НИР.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (104 наименования) и приложения. Диссертация изложена на 142 машинописных листах основного текста, содержит 32 рисунков и 12 таблиц.
Личный вклад автора
Постановка задач данного исследования, формулировка и разработка всех положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы, руководство всеми этапами исследования, участие в их проведении, публикации и внедрении полученных результатов. Часть экспериментальных и расчетных результатов, базы данных по отказам дымовых и вентиляционных труб получены при участии сотрудников Центра исследования экстремальных ситуаций (ЦИЭКС).
Конструктивные особенности и аварийность дымовых и вентиляционных труб
Трубы с кирпичной футеровкой, выполняемой отдельными звеньями,, опирающимися на консольные выступы железобетонного ствола. В зависи мости от температуры и агрессивности отводимых газов применяются раз личные виды кирпича и раствора, и может выполняться тепловая изоляция между стволом и футеровкой и противокоррозионное защитное покрытие внутренней поверхности железобетонного ствола. Такая конструкция полу чила наибольшее распространение. б) Трубы с кирпичной футеровкой и с противодавлением в принуди тельно или естественно вентилируемом зазоре между железобетонным ство лом и футеровкой. Такие конструкции применялись при высоких скоростях отводимых газов, когда в газоотводящем стволе появляется избыточное ста тическое давление. Трубы такой конструкции начали применяться с конца 60-х годов. в) Трубы с футеровкой из монолитного полимерцементного или поли мерсиликатного бетона. Эти конструкции дымовых труб применялись с 80-х годов для отвода слабоагрессивных и среднеагрессивньгх газов с температу рой до 200С. г) Железобетонные трубы с внутренними газоотводящими металличе скими стволами или стволами из композитных материалов и проходным вен тилируемым зазором между одним или несколькими газоотводящими ство лами и наружной несущей железобетонной оболочкой. Такие трубы приме няются с начала 70-х годов. Внутренние газоотводящие стволы труб выпол нялись свободно стоящими или из отдельных секций подвешенных к железо бетонной оболочке. В отдельных случаях при высоте до 120 м применялись конструкции железобетонных труб с внутренними свободно стоящими кир пичными газоотводящими стволами. До начала 70-х годов выполнялось экспериментальное строительство сборных труб различной конструкции и отрабатывалась технология их возведения. К началу 70-х годов были разработаны типовые конструкции сборных труб, организован заводской выпуск царг и начато массовое внедрение сборных труб. Типовые конструкции сборных цилиндрических труб разработаны высотой 30, 45 и 60 метров для отвода газов с максимальной температурой 250С. Внутренний диаметр царг заводского изготовления равен 1,2 м, 1,5 м, 2,1 м и 3 м. При монтаже царги соединяются между собой при помощи высокопрочных шпилек. В отдельных случаях, при наличии соответствующих грузоподъемных устройств, могут сооружаться сборные трубы большей высоты.
При слабоагрессивньгх газах сборные трубы выполняют из однослойных царг из бетона на портландцементе; при агрессивных отводимых газах сборные трубы выполняют из двухслойных царг, в которых внутренний слой из кислотостойкого бетона.
Металлические трубы применяют в широком диапазоне высот и диаметров для различных режимов эксплуатации при соответствующем технико-экономическом обосновании. Особенно эффективно применение металлических труб в районах с высокой сейсмичностью. При слабоагрессивных и сильноагрессивных отводимых газах для металлических труб применяют углеродистые и низколегированные стали, при отводимых газах высокой агрессивности или высокой температуре уходящих газов (свыше 400 С) применяют высоколегированные стали и титан. Применяются следующие типы металлических труб: а) Нефутерованные стальные трубы на растяжках. В эксплуатации находится большое число таких труб цилиндрической формы, построенных по типовым проектам в диапазоне высот от 20 до 45 м и с выходным диаметром от 0,4 до 1Д м с температурой отводимых газов до 350С. Имеются трубы больших высот и диаметров, построенные по индивидуальным проектам. Срок службы таких труб составляет от 10 до 20 лет, а при отводе агрессивных газов — до 5 лет. Для повышения долговечности таких труб, во избежание образования конденсата на наружной поверхности трубы, должна устанавливаться тепловая изоляция с защитным кожухом. б) Свободно стоящие трубы. Такие трубы выполнялись при соотноше нии высоты и диаметра не более 20. В зависимости от условий эксплуатации, трубы могут иметь внутреннюю кирпичную футеровку на консолях, футе ровку из кислотостойких или теплоизоляционных торкретмасс или наруж ную теплоизоляцию с защитным кожухом. В последнее время на свободно стоящих металлических трубах стали устанавливать аэродинамические ста билизаторы в виде геликоидальных лопастей либо динамические гасители колебаний, что позволяет увеличить соотношение высоты трубы и ее диа метра. Стыки царг свободно стоящих дымовых труб выполняют сварными или на болтовых соединениях. Иногда применяют конструкции труб с не сколькими газоотводящими свободно стоящими стволами, объединенными горизонтальными диафрагмами. в) Трубы в несущем стальном каркасе. Такие трубы применяют в ши роком диапазоне высот и диаметров при различных условиях эксплуатации. Газоотводящие стволы могут выполняться из углеродистой стали, низколе гированной и высоколегированной сталей и титановых сплавов. Стволы мо гут быть свободно стоящими с раскреплением к стальному каркасу горизон тальными диафрагмами или с отдельными секциями, подвешенными к сталь ному каркасу и соединяемыми при помощи компенсаторов. Трубы из композитных материалов применяют, в основном, для отвода агрессивных газов с температурой до 160 - 180С. Как правило, трубы из композитных материалов выполняют в несущей железобетонной оболочке или в стальном каркасе. Газоотводящие стволы могут выполняться из стеклопластика, фаолита и других композитных материалов. Стыки царг газоот-водящих стволов выполняют с помощью болтовых или раструбных соединений. Газоотводящие стволы с раструбным соединением царг выполняют только подвесными, а с болтовыми соединениями царг могут выполняться как подвесными, так и свободно стоящими.
К комбинированным можно отнести конструкции железобетонных труб с внутренними газоотводящими металлическими или кирпичными стволами и газоотводящими стволами из композитных материалов. Кроме того, в ряде случаев применялись конструкции труб, в которых нижняя часть стволов выполнялась из железобетона, а верхняя - из кирпича.
При ремонтах и реконструкции труб (врезки дополнительных вводов газоходов, наращивании и др.) верхняя часть кирпичных и железобетонных труб может выполняться из металла, нижняя часть кирпичных труб может усиливаться железобетонной обоймой. Возможны и другие варианты комбинированных конструкций труб.
Статистическая обработка временных рядов вибрации труб
Приведенные соотношения относятся к стационарному внешнему потоку. В реальных условиях воздушный поток нестационарен, что может добавить в спектр дополнительные случайные частоты, которые можно попытаться удалить в процессе рассмотрения ветровых спектров, построенных по отдельным участкам длительной осциллограммы скоростного напора.
Известны случаи достаточно близких значений о срыва вихрей и собственных частот дымовых труб. В х [103] описан случай, когда стальная труба высотой 90 м и диаметром 4,8 м попала в резонанс с частотой срыва вихрей при скорости ветра 80 км/час (22,2 м/с). В связи с сильными повреждениями трубы пришлось заменить ее верхнюю часть и установить гидравлические амортизаторы в систему растяжек.
При срывном флаттере вследствие раскачки трубы меняется характер взаимодействия ветрового потока с конструкцией и возможно возникновение аэроупругих явлений, что усложнит задачу выделения частот, вызванных первоначально срывным флаттером.
Рекомендуемые для использования программ для ПЭВМ указаны ниже.
Следующее обстоятельство нужно также учитывать при анализе спектров вибраций конструкции. Имеется ввиду влияние податливости грунтового основания. Если использовать для анализа износа известные расчетные данные по частотам собственных колебаний упругих конструкций (в частности - консолей) с податливыми опорами [64], то можно допустить серьезную ошибку, связанную с тем, что наинизшая частота может не отражать изгиба ствола, т.е. жесткостных параметров сечений конструкции, скорей всего соответствуя колебаниям конструкции как твердого тела.
Спектральный состав вибраций конструкции, фиксируемых акселерометрами или другими датчиками, рассчитанными на регистрацию параметров движения, также содержит частоты, соответствующие колебаниям трубы как твердого тела из-за податливости основания, не относящиеся к изгибным деформациям конструкции. Чтобы иметь в экспериментальном спектре только частоты, соответствующие жесткостям сечений, следует регистрировать не параметров движения (например, акселерометрами), а изменение во времени деформаций конструкции в главных плоскостях изгиба, что при упругой работе материала позволит перейти к напряжения и изгибающим моментам. различных программных средств, однако до настоящего времени нет четких границ их применимости в связи с различием конструктивных параметров, функциональных и технологических особенностей, связанных с эксплуатацией.
Анализом опыта работ по оценке состояния строительных объектов установлено, что обработка записей вибраций конструкций должна осуществляться программами обработки временных рядов (удаление трендов, балансировка, спектральный анализ).
Для расчета параметров слоистых сечений дымовых труб, представляющих важную исходную информацию для всех программ, целесообразно использовать вспомогательные процедуры CUTTING и PLAN, выполняющие рутинную работу по расчету «приведенных» (к базовому материалу) площадей, моментов инерции и моментов сопротивления поперечных композитных сечений сложной формы.
Для экспресс-анализа состояния дымовых и вентиляционных труб предлагается использовать программы, основанные на консольной расчетной схеме. Для железобетонных труб в настоящее время оптимальной является программа CHIMNEY, в которой учтены ведомственные нормативные требования [30]. Для оценки остаточного ресурса по сейсмостойкости положительные результаты по точности дают программы FRONTIER и LIMIT. Указанные программы, описанные в пособии /104/, позволяют получать экспресс-оценку сейсмостойкости и физического износа сооружений по консольной схеме по минимальному числу конструктивных параметров.
Оценка прочности и сейсмостойкости металлических труб требует тщательного подхода в связи с возможностью выхода конструкции из строя из-за локальной потери устойчивости тонкостенной оболочки, т.е. для таких объектов следует обратиться к теории тонких оболочек. В связи с указанным, далее представлены оригинальные методики и программы CYLINDER и REZIST по динамическому расчету металлических дымовых труб, разработанные с участием автора по алгоритму, основанному на статических и динамических уравнениях тонких оболочек. Программы обеспечивает статический и антисейсмический прочностной расчет цилиндрических труб, толщина стенки которых (по теории тонких оболочек) считается малой относительно радиуса срединной поверхности.
В связи с некоторой неопределенностью параметров ветровой нагрузки, действующей на протяженные вертикальные конструкции, необходим анализ регистрируемых параметров собственных колебаний конструкций с учетом корректировки с использованием различных ветровых спектров, в частности, - спектра, получаемого по экспериментальной записи скоростного напора. Приведена разработанная программы REZONANS, фиксирующая передаточную функцию и основные частоты объекта, нагруженного ветром с возможностью ввода осциллограмм экспериментального скоростного напора или одного из известных стандартных ветровых спектров Давенггорта или Кейма-ла, учитывающего распределение давления ветра по высоте трубы.
Программа CYLINDER2 предназначена для комплексной оценки статической и динамической прочности вертикальных цилиндрических металлических труб. Может быть использована как для оценки прочности и сейсмостойкости эксплуатируемых труб, так и для подбора оптимальных конструктивных параметров проектируемых конструкций. Программа выполняет прочностной расчет труб на действие статических нагрузок (от собственного веса) и расчет на совместное действие статических и сейсмических нагрузок горизонтального и вертикального направлений.
В расчете полагается, что несущая часть трубы изготовлена из металлических цилиндрических обечаек (круговых оболочек) с различной толщиной стенки, т.е. может иметь переменные по координате конструктивные параметры. Внутри и снаружи трубы могут быть ненесущие слои (футеровка, теплоизоляция), масса которых учитывается в расчете. Труба установлена с заделкой в жесткий фундамент с защемлением нижнего пояса оболочки.
Для пуска программы производится ввод конструктивной информации, включая: число и размеры поясов, распределение футеровки и теплоизоляции, механические характеристики материала оболочки (расчетное сопротивление, модуль упругости). В расчетном процессе обеспечивается возможность частичной или полной корректировки информации исходного объекта для выбора оптимального варианта системы конструктивных параметров, что обеспечивает оптимизировать проекта.
Рекомендации при работе с программой «CYLINDER»..
Для использования программы ее необходимо инсталировать на жесткий диск ПК, используя дистрибутивы на установочных дискетах. После установки рекомендуется создать на рабочем столе ярлык для запуска исполнительного файла программы с именем CYLINDER.EXE.
При запуске программы на экране монитора появляется главное окно программной оболочки, показанное на рисунок 3.7, с заголовком «ПРОГРАММА CYLINDER. СТАТИЧЕСКИЙ И АНТИСЕЙСМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБОЛОЧЕК». На главном окне в верхней строке размещены: пункты меню Файл, Правка, Настройка, Расчет, Просмотр. Ниже размещены также пункты: Тип крепления оболочки, Тип сейсмической нагрузки, Номер пояса. Приведен список параметров исходной информации с данными встроенного в программу варианта и изображена схема конструкции.
Схема конструкции изображает цилиндр с параметрами, соответствующими текущему списку данных. При изменении конструктивных параметров схема адекватно меняется, что позволяет визуально контролировать правильность корректировки проектных данных. Схема отображает: число и относительные размеры (толщины и высоты) всех поясов.
Список исходных данных с их размерностями ясен из рисунок 3.7. Эти данные могут быть изменены вводом новых значений, причем следует учитывать следующее: отсутствие футеровки или изоляции фиксируется вводом нулевых значений их удельных весов; для случая защемленной в основании оболочки днище не напряжено и его работа в конструкции не учитывается.
Пункт меню Файл позволяет произвести запись данных текущего варианта на жесткий или съемный диск, чтение сохраненных ранее данных какого либо варианта с диска и выход из программы. Пункт меню Настройка предназначен для ввода (изменения) числа точек для построения эпюр (по умолчанию 100 точек) и значения высоты построения эпюр в процентах от высоты оболочки (по умолчанию 25%). Пункт меню Правка предназначен для корректировки числа поясов оболочки вводом или удалением очередного пояса. Пояса оболочки пронумерованы, начиная от днища, т.е. первый пояс установлен на днище или защемлен в бетонном основании, причем защемленный участок не включен в высоту 1 -го пояса. Добавляемый пояс «устанавливается» сверху оболочки. Удаляется всегда нижний (1-й) пояс, и производится автоматическая перенумерация поясов. Выполняемые изменения отображаются на схеме, а также в списке пункта Номер пояса, где указываются новые значения числа поясов и автоматически подсчитанную полную высоту оболочки. Пунктом меню Номер пояса дается доступ к списку поясов для корректировки их геометрических характеристик (высоты каждого пояса и толщины стенки оболочки). При выборе какого-либо номера пояса из списка и изменении размеров на схеме происходит «мигание пояса» и его изображение с новыми размерами. Изображается также измененное значение полной высоты оболочки. Пунктом меню Тип крепления оболочки осуществляется задание установки трубы на упругое (например, грунтовое) основание или с защемлением нижнего пояса оболочки в основание (например, в бетонный фундамент). Пунктом меню Расчет осуществляется выполнение расчета варианта по заданной и высвеченной на экране информации. При первом пуске выдается сообщение о расчете трубы (при необходимости) на статические нагрузки (рисунок 3.8). Для расчета на действие сейсмической нагрузки следует нажать кнопку ОК, а затем ввести значение коэффициента сейсмичности, после чего открывается доступ к вводу значения типа (направления действия) сейсмической нагрузки. После ввода значения типа нагрузки и пуска программы вид экрана показан на рисунке 3.9. Расчет осуществляется нажатием кнопки ОК. Комплексный расчет на совместное действие сейсмики и статики можно начинать, минуя фазу статического расчета. Для этого следует при первом пуске ввести значения коэффициента сейсмичности и типа сейсмической нагрузки. Пунктом меню Просмотр, который становится активным после выполнения расчета, раскрываются окна Просмотр результатов, выводящие на экран графики функций распределения по координате (высоте оболочки) внутренних усилий: изгибающих моментов, поперечных и окружных усилий на единицу длины контура оболочки (рисунки 3.10...3.12). Значения любой точки графика высвечиваются в правом верхнем углу окна и соответствуют положению курсора, фиксируемое точкой на кривой. Окна Просмотр содержат кнопки Статистика, Выход и Печать.
Оценка износа и сейсмостойкости труб
Анализ динамических характеристик дымовых труб 4У151 и 2У251 Астраханского газоперерабатывающего завода с применением разра ботанной методики показал, что в целом, устойчивость обеих труб на теку щий момент обеспечивается. Однако показатель физического износа для дымовой трубы 2У251 составляет 47% (среднеквадратическое отклонение 10%), что вдвое превышает среднее нормативное значение физического износа для железобетонных труб. Кроме того, спектральные характеристики колебаний дымовой трубы 2У251 имеют несколько максимальных значений по первому тону, что подтверждается наличием дефектов в виде вертикальных трещин при визуальном осмотре дымовой трубы. 2. В то же время динамические характеристики дымовой трубы 4У151, усиленной по проекту № 10091.4 Р-КЖ2 АО «Тешгопроект» путем сооружения внутренней железобетонной обоймы от отм.+45,00 м до OTM.+210,00 м, свидетельствуют о вполне удовлетворительном состоянии железобетонного несущего ствола трубы. Показатель износа для этой трубы 22% (среднеквадратическое отклонение 13%) не превышает нормативного для данного типа труб. Расчет дымовых труб на сейсмостойкость показал, что дымовые трубы, с учетом реального износа, являются несейсмостойкими сооружениями. Однако, для данной площадки строительства дымовые трубы удовлетворяют требованиям по сейсмостойкости. По результатам обследования и расчета дымовых труб 4У151 и 2У251 следует сделать вывод об эффективности усиления дымовой трубы 4У151. 3. Рекомендуется: а) произвести обследование состояния футеровки и теплоизоляции дымовой трубы 2У251 для выявления причин снижения прочности верхней части железобетонного ствола; б) произвести усиление верхней части железобетонного ствола дымовой трубы 2У251, аналогично проекту усиления дымовой трубы 4У151. Подлежащие усилению части железобетонного ствола определить на основе результатов обследования футеровки;) рассмотреть вариант повышения жесткости железобетонного ствола дымовой трубы 2У251 за счет сноса дефектного отрезка верхней части ствола. Высоту срезаемой части ствола определить расчетом в ходе выполнения проектных работ; г) после завершения ремонтных работ произвести оценку динамических характеристик дымовой трубы 2У251 и показателей физического износа. 1. Рассмотрены и подвергнуты критическому анализу существующие методы контроля (обследования, мониторинга) физического состояния функционирующих промышленных дымовых и вентиляционных труб. В ре зультате установлено, что существующие методы и средства не обеспечи вают возможность оперативного контроля состояния труб без остановки технологического процесса. Кроме того, существующие методики, в основ ном, ориентированы на визуальные обследования, не позволяющие обнару живать скрытые дефекты в конструкциях. Применяемые некоторыми орга низациями методы, основанные на вибродиагностике, обычно не рассчита ны на оперативность получения результатов, используют громоздкую аппа ратуры и малодоступные вычислительные комплексы, нуждающиеся для запуска в чрезвычайно большом объеме исходной информации. В результате проведенных исследований установлено, что оперативное определение физического состояния функционирующих высоких дымовых и вентиляционных труб (без их остановки) может осуществляться только динамическим анализом вибраций под действием ветровой нагрузки, а углубленный контроль дефектности футеровки - с использованием специального диагностического комплекса. 2. Для установления количественного показателя физического износа принята концепция сравнения изгибных жесткостей опасных сечений по отношению квадратов частот собственных колебаний: экспериментальных и расчетных (проектных). 3. Рассмотрены особенности экспериментального получения частотных параметров конструкции, соответствующих только изгибным деформациям, и приемы исключения компонент спектров, связанных со срывным флаттером, а также с параметрами поперечного и углового движений трубы как твердого тела от смещений опорного сечения из-за податливости грунтового основания. 4. Проведен количественный анализ неинформативных частотных компонент экспериментальных спектров. Впервые установлено, что частоты колебаний труб как твердых (недеформированных тел) на податливом основании практически могут совпадать с основными расчетными частотами из-гибных колебаний, а в ряде случаев их превышать, маскируя реальную информацию о жесткости сечений конструкции. Установлена необходимость фильтрации экспериментальных спектров для удаления неинформативньгх частот по предложенным формулам. 5. В результате проведенных исследований по рассмотрению существующего банка программных средств установлено, что ряд программ, основанных на консольной расчетной схеме, может быть использован для контроля состояния труб из железобетона и других строительных материалов с не очень тонкой силовой стенкой. Для анализа состояния труб с тонкой оболочкой программные средства не найдены. 6. Разработаны алгоритмы и программные средства комплексного прочностного расчета металлических труб с тонкой оболочкой на статические и сейсмические нагрузки и контроля общей устойчивости труб и локальной устойчивости стенки оболочки. 7. Предложен алгоритм последовательных операций по определению физического состояния функционирующих высоких дымовых труб в условиях обтекания ветровым потоком. Отобраны программные средства, полностью решающие проблему динамического контроля состояния дымовых труб из различных материалов, оценку их износа и остаточного ресурса относительно проектных параметров, в частности - проектной сейсмостойкости. 8. Предложен алгоритм и разработана программа коррекции экспе риментального спектра вибрации исключением частот ветрового спектра, в частности, с использованием экспериментального спектра скоростного на пора или одного из запрограммированных стандартных спектров Давенпорта или более представительного спектра Кеймала, учитывающего зависимость частотных параметров от высоты. 9. Разработана Инструкция диагностики и экспресс-оценки остаточного ресурса эксплуатируемых промьшшенных дымовых и вентиляционных труб. Инструкция содержит как основные положения методики диагностики на основе спектрального анализа, так и состав, и последовательность работ по углубленному анализу дефектности внутренних поверхностей футеровки труб без остановки технологического процесса с применением оригинального диагностического комплекса. Ю.Внедрение результатов исследований в практику проиллюстрировано приведенными в диссертации результатами, проведенных с участием автора, работ по оценке остаточного ресурса дымовых труб реально функционирующего промышленного предприятия.
