СТО 36554501-040-2014 Диагностика стальных строительных конструкций. Метод магнитный, коэрцитиметрический

     Введение

Основными элементами строительных металлоконструкций зданий и сооружений являются колонны, фермы, балки, ригели, связи жесткости, фахверки, элементы покрытия (стропильная система), лестницы, переходы и др. Все эти элементы изготавливают из стандартного листового, фасонного и сортового проката, гнутых, замкнутых сварных профилей, труб из углеродистых и низколегированных сталей по ГОСТ 27772. Строительные металлоконструкции должны служить многие десятки лет.

В качестве основных методов обследования технического состояния металлоконструкций построенных, эксплуатируемых и вводимых в эксплуатацию зданий и сооружений с применением средств неразрушающего контроля являются:

- внешний осмотр и измерения геометрических параметров элементов конструкции (визуально-измерительный контроль);

- ультразвуковая дефектоскопия, в т.ч. ультразвуковая толщинометрия;

- рентгеновская дефектоскопия;

- магнитопорошковая дефектоскопия;

- капиллярная дефектоскопия (в основном, для контроля герметичности в процессе монтажа металлоизоляции и трубопроводов).

Эти методы позволяют обнаруживать недопустимые дефекты в металле (в т.ч. в металле сварных соединений), которые регламентируются соответствующими нормативными документами.

Однако известно, что в основном металле и сварных соединениях металлоконструкций всегда присутствуют и допустимые (по нормативным документам) дефекты. При изготовлении проката металл подвергается термомеханической обработке, которая приводит к появлению напряжений и микроповреждений в металле. В процессе эксплуатации металл подвергается влиянию внешних факторов: коррозия, малоцикловые воздействия внешней нагрузки и др. Эти факторы оказывают негативное влияние на ресурс всего сооружения в целом. Ни один, из вышеперечисленных методов диагностики, не позволяет определить и оценить напряженно-деформированное состояние (НДС) элементов металлоконструкции, а также степень усталости, как совокупного уровня деградации металла, в результате воздействия эксплуатационных факторов.

При эксплуатации металлоконструкций в металле непрерывно идет накопление микроповреждений, идет накопление усталости металла, а значит, снижается уровень допустимых нагрузок на конструкцию. Поэтому информация о текущем состоянии металла (уровне его усталости) позволила бы оценить уровень безопасности текущей эксплуатации и по мониторингу скорости деградации (уровню НДС) спрогнозировать наступление момента, когда дальнейшая эксплуатация металлоконструкций становится недопустимой. Важно отметить, что при усталостном состоянии металла, не позволяющем дальнейшую эксплуатацию обследуемой конструкции, дефектоскопически металл может быть безупречен для любого, применяемого в строительстве метода диагностики.

Метод диагностики состояния металлоконструкций измерением магнитной характеристики металла - коэрцитивной силы (МКС) - это разновидность магнитного метода неразрушающего контроля (НК). В основу данного метода положены корреляционные зависимости между механическими свойствами металла и физическим параметром - коэрцитивной силой (Нс). По измерениям магнитной характеристики металла - коэрцитивной силы - оценивают его стартовые (исходные) механические характеристики, а также их последующую эксплуатационную деградацию, проводя уже систематический мониторинг усталостного и напряженного состояния. В результате воздействия всей совокупности эксплуатационных факторов в течение срока службы строительных металлоконструкций деградация металла по усталостному типу накапливается и растет вплоть до разрушения. Для углеродистых и низколегированных сталей это сопровождается 3-4 кратным увеличением коэрцитивной силы металла. Такой диапазон изменения величины коэрцитивной силы создает хорошо выраженную физическую основу измерения текущего состояния металла и прогноза поведения металлоконструкций (остаточный ресурс) по известному, определяемому в процессе стендовых испытаний образцов, предельному значению коэрцитивной силы и по реальному состоянию металла, а не формально по сроку его службы. МКС, при всей своей эффективности, не заменяет и не отменяет традиционные методы НК указанные выше, а дополняет их новыми, ранее недоступными возможностями получения информации о величине напряжений, об усталости металла и скорости ее развития, о границах "проблемных" зон с количественной оценкой деградации металла в этих зонах.

Главное достоинство МКС заключается в возможности оценки (не только количественной, но и качественной) НДС или усталостного состояния металла и механической устойчивости каждой отдельной зоны и обследуемой конструкции в целом и, тем самым, указывая элементы или области конструкции, где необходим упреждающий ремонт или их усиление.