Автоматическая сварка, 2014, №01



2014 №01 (09)

2014 №01 (02)

---

«Автоматическая сварка», № 1, 2014, с. 5-16
 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН В КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ БАШНИ НОВОЙ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ ТРУБЫ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС

В. М. ТОРОП¹, Э. Ф. ГАРФ¹, А. В. ЯКИМКИН¹, Е. Е. ГОПКАЛО²

¹ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. Е-mail: office@paton.kiev.ua
²Ин-т проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАНУ. 01014, г. Киев-14, ул. Тимирязевская, 2. E-mail: office@ipp.kiev.ua
 
Реферат
Выполнен анализ проектной и эксплуатационной документации, а также соответствие фактических нагрузок и режимов эксплуатации новой вентиляционной трубы требованиям данной документации. Проанализированы результаты неразрушающего контроля основного металла и сварных соединений конструктивных элементов новой вентиляционной трубы на ЧАЭС. Трещины в узлах башни новой вентиляционной трубы ЧАЭС носят системный характер. Они образовались в зонах сварных узловых соединений трех верхних ярусов башни, в которых элементы решетки выполнены из труб сечением 193,7×6 мм. В настоящий момент трещины выявлены в 17 узлах прорезной фасонки стойки и в 17 узлах крепления раскосов к распорке. Отобраны темплеты, представляющие собой трещиносодержащие фрагменты фасонок — конструктивних элементов новой вентиляционной трубы ЧАЭС, изготовлены образцы и проведены экспериментальные исследования химического состава, микротвердости, механических свойств и структуры основного металла, металла зоны термического влияния и металла шва. Определены причины и механизмы возникновения трещин в конструктивных элементах новой вентиляционной трубы при проведении материаловедческих исследований на двух вырезанных темплетах. Фрактографические исследования выявили усталостный характер возникновения и развития поверхностных трещин в фасонках. Аэродинамический и прочностной расчеты сооружения и отдельных его элементов убедительно показали, что причиной возникновения трещин являются резонансные колебания раскосов в верхних трех секциях башни, направленные из плоскости граней и вызывающие переменные изгибные напряжения в узлах. Определены частоты колебаний и усилия, передаваемые на узлы. Поля напряжений, вызванные периодическими усилиями в раскосах, подтверждают зону образования и развития разрушения, а максимальные уровни напряжений значительно превосходят пределы усталости сварных соединений. Сделан вывод о том, что в проекте башни использованы устаревшие конструктивные решения узлов, характеризующиеся многочисленными зонами высокой концентрации напряжений, низким сопротивлением усталости и низкой сопротивляемостью коррозионным воздействиям. Библиогр. 12, табл. 1, рис. 20.
 
Ключевые слова: сварные соединения, сварные узлы, усталость, резонанс, долговечность, фрактография, металлографические исследования, усталостная трещина, расчет на прочность, новая вентиляционная труба, Чернобыльская АЭС
 
Поступила в редакцию 03.09.2013
Опубликовано 17.12.2013
 
1. Савицкий Г. А. Ветровая нагрузка на сооружения. — М.: Стройиздат, 1972. — 108 с.
2. Результаты обследования сварных соединений каркаса новой вентиляционной трубы на объекте «Чернобыльская АЭС»: (Отчет Опыт. конструктор.-технолог. бюро) / ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. — Киев, 2012. — 83 с.
3. Экспертиза причин возникновения трещиноподобных дефектов в новой вентиляционной трубе: (Отчет) / ООО «УкрАтомэнерго». — Киев, 2012. — 50 с.
4. Маклин Д., Кемпбелл Р., Колуэл Р. Независимое исследование конструктивных дефектов НВТ: Науч.-техн. отчет. — Киев, 2012. — 40 с.
5. Руководство по расчету зданий и сооружений на действие ветра. — М.: Стройиздат, 1978. — 216 с.
6. Вилькерд Д. С., Попов С. Г., Савицкий Г. А. Колебания тел в аэродинамическом следу // Вестн. Моск. гос. ун-та. — 1951. — № 12. — С. 23–25.
7. Симиу Э., Сканлан Р. Воздействие ветра на здания и сооружения. — М.: Стройиздат, 1984. — 343 с.
8. ДБН В.2.6-163:2010. Сталеві конструкції. Норми проектування, виготовлення і монтажу. — Чинний з 01.12.11. — К.: Мінрегіонбуд, — 201 с.
9. Recommendations for fatigue design of welded joints and components. — S.l., S.a. — 153 p. — (Intern. Inst. Of Welding; Doc. XIII-1539–96).
10. Marshal P. W. Connections for welded tubular structures // Intern. conf. on welding of tubular structures. — Massachusets: Pergamon Press, 1984. — P. 11–17.
11. ВСН 51.4–85. Ведомственные строительные нормы. Бесфасоночные узлы конструкций из труб морских нефтегазопромысловых сооружений. Методика расчета прочности. — Введ. 03.06.1985. — М.: Мингазпром, 1985. — 30 с.
12. Recommended practice for planning, designing and constructing fixed offshore platforms. — S.l., S.a. — 86 p. — (American Petroleum Inst.; Doc. RP2A).