Как рассчитывают остаточный ресурс подкрановых конструкций: разработка доцента СПбГАСУ

Доцент СПбГАСУ Кубасевич Антон разработал методику оценки состояния поврежденных металлических конструкций, которая помогает предотвратить аварии на производстве.

Объем работ в строительной отрасли России в 2024 году вырос на 2,1% и составил 16,8 трлн рублей. В условиях повышения требований к безопасности и эффективности производственных объектов особое внимание уделяется состоянию несущих конструкций. Антон Кубасевич, доцент кафедры металлических и деревянных конструкций СПбГАСУ, защитивший в 2023 году диссертацию на тему "Напряженно-деформированные и предельные состояния подкрановых балок с усталостными трещинами в стенке", разработал методику, позволяющую точно оценить состояние поврежденных конструкций.

Почему трещины появляются так быстро

В промышленном строительстве подкрановые балки работают в условиях постоянных циклических нагрузок. Каждый проход крана с грузом создает динамическое воздействие на конструкцию. Антон Кубасевич, который пять лет изучал эту проблему с научной точки зрения для своей диссертации, отмечает: "На металлургических предприятиях подкрановые балки могут испытывать сотни тысяч циклов нагружения в месяц".

Наиболее характерными дефектами данных конструкций являются: коррозионный износ, трещины в сварных швах и околошовных зонах, вырезы и вырывы, искривления и погиби. Проблема осложняется тем, что существующие нормы не учитывают специфику работы большепролетных подкрановых балок в условиях интенсивной эксплуатации.

"Существующие нормы проектирования не всегда учитывают реальные условия эксплуатации конструкций на современных производствах", – отмечает исследователь.

За пять лет исследований Антон Кубасевич изучил поведение стальных конструкций с различными типами повреждений. Его работа позволила установить закономерности развития трещин в подкрановых балках и создать инструменты для прогнозирования их дальнейшего поведения. Результаты его работы опубликованы в 11 научных статьях, восемь из которых вышли в журналах, включенных в список ВАК.

Практическое применение разработки

Инженеры, работающие с промышленными объектами, получают инструмент для обоснованного принятия решений. Вместо экстренной замены конструкции при первых признаках трещин можно определить безопасный период эксплуатации и спланировать ремонт. Это особенно важно для предприятий с непрерывным циклом работы, где остановка технологического оборудования даже на один день приводит к многомиллионным потерям. Применение нового подхода позволяет экономить средства и снижать аварийность.

Кубасевич регулярно выступает с докладами на профессиональных конференциях, где рассказывает о практическом применении методики. Признание его экспертизы в научном сообществе подтверждается тем, что в ноябре 2023 и сентябре 2024 года он составлял отзывы на диссертации коллег.

Передавая опыт применения своих разработок новому поколению инженеров, Антон Кубасевич выступал экспертом на профессиональных соревнованиях. В июле 2020 года он работал в жюри Кейс-чемпионата "BIM на льду" среди студентов СПбГАСУ, а в июне 2022 года – в отборочном чемпионате по стандартам WorldSkills Russia. Для этих соревнований он разработал методику оценки BIM-моделей, которая применяется на всероссийских чемпионатах.

Методика оценки поврежденных конструкций

Суть разработанной Кубасевичем методики заключается в комплексной оценке напряженно-деформированного состояния подкрановых балок с усталостными трещинами. Она позволяет инженерам определить остаточный ресурс подкрановой балки с трещинами. До появления этого подхода специалисты могли только констатировать наличие повреждений, но не имели точных инструментов для прогнозирования дальнейшего поведения конструкции.

"Моя методика дает возможность рассчитать, как долго балка с трещиной сможет безопасно работать при заданных нагрузках, – объясняет исследователь. — Это особенно важно для производств, где остановка кранового оборудования связана с большими экономическими потерями”.

Методика уже нашла применение в деятельности проектной организации ООО "НИПИ "ЭРКОН" – Санкт-Петербургского проектного института, специализирующегося на экспертизе и проектировании промышленных объектов. Также результаты исследования внедрены в учебный процесс СПбГАСУ в рамках курса "Металлические конструкции".

Развитие исследований в области безопасности конструкций

Проблема повышения долговечности подкрановых балок требует разработки специальных требований и внедрения комплекса мероприятий на всех стадиях жизненного цикла конструкции, то есть на стадиях проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации.

Подготовка специалистов, способных решать такие сложные инженерные задачи, ведется в ведущих технических вузах страны. СПбГАСУ, где работает Кубасевич, входит в топ-100 лучших вузов России и занимает второе место по направлению "Архитектура и градостроительство". Университет, основанный почти 200 лет назад, готовит специалистов для ведущих строительных компаний и проектных институтов, которые способны решать сложные инженерные задачи.

"Важно понимать, что каждая трещина в металлической конструкции развивается по своим законам, и без точных расчетов невозможно принять правильное решение о дальнейшей эксплуатации", – подчеркивает Кубасевич.

Методика Антона Кубасевича показывает, как прикладные научные исследования находят прямое практическое применение в решении критически важных задач промышленной безопасности. В условиях роста объемов строительства и усложнения производственных процессов подобные разработки становятся особенно актуальными для предотвращения аварий и обеспечения надежной работы промышленных объектов.