Материал: Строительная механика и сопротивление материалов

Рис. 3. Внешний вид поверхности разрушения после испытаний на статическое растяжение

Испытания на ударный изгиб проводились на образцах с U-образным надрезом (ГОСТ 9454-78). Ударная вязкость пониженная от 50 до 100 Дж/см2. Фрактографический анализ изломов показал, что изломы, в основном, смешанные (от 60 до 20 % волокна в изломе), крупнозернистые, хрупкая составляющая представлена крупными межкристаллитными фасетками сколов (рис. 4). Низкая ударная вязкость обусловлена хрупкими включениями, динамические нагрузки такой конструкции противопоказаны.

Рис. 4. . Вид излома образца после испытаний на ударную вязкость

Изучение твердости проводили методом Бринелля с использованием образцов необходимой толщины и подготовленной поверхностью (шлифование). В соответствии с ГОСТ 19807-91 выбирался диаметр индентора, усилие вдавливания и время выдержки под нагрузкой. НВ 10/3000/10 примерно 150-160, что соответствует горячекатаной стали марок 15 или

20.

70

Результаты исследований и их обсуждение. Таким образом, суммируя данные всех исследований металлической конструкции, изготовленной в XIX веке, можно сделать следующие выводы.

1.Значительный разброс данных по химическому составу исследуемого материала по поперечному сечению и по разным частям конструкции, т.е. соединение в процессе ковки разных заготовок с разным составом (возможно и разных плавок).

2.Сильная коррозия на поверхности фермы требует глубокой и тщательной очистки.

3.Большое количество неметаллических включений, загрязняющих металл и понижающих механические свойства (особенно ударную вязкость) и пластичность.

4.Высокая структурная неоднородность металла по сечению, наличие на поверхности участков цементации.

При проведении ремонтно-реставрационных работ необходимо учитывать все эти факторы и с особой тщательностью проводить выбор технологии сварки и сварочных материалов, при этом решать следующие задачи:

1.Определение показателей качества (критерии оптимальности) способов сварки.

2.Подбор оптимального способа сварки.

3.Исследование закономерностей образования дефектов при формировании сварного шва.

4.Исследование механические свойства сварного соединения.

5.Использование полученных результатов для проектирования технологии сварки кованых изделий при реставрации.

Есть мнение [16] о несовместимости прогрессивных новых материалов с древними системами. В т.ч. речь идет об использовании при ремонте кованых изделий электросварки покрытыми плавящимися электродами, т.к. «под дугой металл кипит, шов не качественный», а лучший результат, по мнению авторов, дает газовая сварка. Мы абсолютно с этим не согласны. Газовая сварка дает более сильный нагрев по площади и температуре по сравнению с дуговыми методами, применяется для ремонта изделий из тонколистовой стали толщиной 1-3 мм, не применима для труднодоступных мест.

Восстановление металлоконструкций происходит чаще всего непосредственно на объектах культурного наследия. Объекты расположены в различных местах, где может отсутствовать техническая инфраструктура. Поэтому реставрацию и ремонт целесообразнее производить ручной дуговой сваркой. На выбор способа сварки оказали влияние условия выполнения ремонтных работ, цена и сложность использования дополнительного оборудования [7]. Применение механизированного способа затруднено при работе в «полевых условиях» и труднодоступным пространственным положением узлов конструкции.

Ремонт изделия проводился в соответствии с ГОСТ 5264-80 (Ручная дуговая сварка. Соединения сварные.). Исходя из вида изделия и его толщины было принято решение использовать соединение С17 с применением электродов типа Э-50 марки УОНИ 13/55, так как данные электроды используются для особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, когда к металлу швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости. Было выполнено соединение - кованое железо + кованое железо (рис. 5.). На рисунке хорошо видно, что сварной шов плотный, без видимых пор и других дефектов (в отличие от основного металла). В процессе сварки никакого «кипения» не наблюдалось.

71

Рис. 5. Вид сварного шва в соединении кованое железо + кованое железо

В результате испытаний на статическое растяжение произошло разрушение образцов по основному металлу (кованому железу). Структура разрушенной зоны имеет неоднородный характер с вкраплениями углерода в виде древесного угля. Соответственно, прочность металла шва и околошовной зоны выше прочности основного металла.

Твердость, измеренная методом Бринелля, составила примерно 160-170 - основной металл, 200220 - сварной шов. Таким образом, механические свойства сварного соединения выше свойств основного металла – кованого «исторического» железа.

Выводы

1.Металл в постройках разного времени и разной территориальной принадлежности сильно отличается по качеству и составу (условия выплавки, век и т.д.).

2.При реставрации металлических конструкций старинных зданий обязательно нужно проводить комплексный анализ металла конструкций с использованием металлографического и химического анализа, испытания механических свойств. По результатам комплексного анализа осуществляется подбор метода ремонта металлической конструкции, по возможности минимизируя вмешательство в древние системы.

3.Ручная дуговая сварка – наиболее подходящий процесс для ремонта металлоконструкций с определенной толщиной профиля зданий архитектурного наследия, позволяющий с минимальным вмешательством в историческую конструкцию производить восстановления целостности и повышение прочности для дальнейшей эксплуатации исторических объектов.

Библиографический список

1.Августин Е.А. Из истории развития металлообрабатывающей промышленности Воронежского края/ Е.А. Августин // Актуальные проблемы социально-гуманитарных наук: межвуз. сб. науч. тр. Вып. ХХ. – Воронеж, 2000. - С. 41-44.

2.Августин Е.А. Становление и развитие металлургической промышленности Черноземного Юга России в конце XVII-XVIII веках: дисс. … канд.ист.наук/ Е.А. Августин. - Воронеж, ВГТУ, 2001. – 267 с.

3.Бондарчук В.Г. Обзор литературы по реставрации каменных памятников культовой архитектуры/ В.Г. Бондарчук // Государственный музей-памятник «Исаакиевский собор». – 2006. - № 2.

72

4.Густов Ю.И. Исследование механических свойств и структуры металлов реставрируемых строительных объектов/ Ю.И. Густов, А.А. Пятницкий. И.О.Махов // Вестник МГСУ.- 2014. - № 11. – С. 90-97.

5.Ивашко Ю.В. Проблемы реставрации памятников архитектуры и реставрационные технологии/ Ю.В. Ивашко // БудМайстер. 2003. - № 4. - С. 22-24.

6.Завьялов В.И. Борис Александрович Колчин: металлография на службе археологии/ В.И. Завьялов, Н.Н. Терехова // Российская археология, 2014.- № 4.- С. 155-161.

7.Зибров С.Ю. Разработка технологии ремонтной сварки МК архитектурного наследия XIX века: дисс. … магистр техники и технологии/ С.Ю Зибров. - Воронеж, Воронежский ГАСУ. - 2016. - 79 с.

8.Колчин Б.А. Черная металлургия и металлообработка в древней Руси. (Домонгольский период)/ Б.А. Колчин. – М.: Изд-во Академии Наук СССР. - 1953. - 196 с.

9.Котов В.И., Кунин Ю.С. Комплексное обследование памятников архитектуры для разработки проекта реставрации/ В.И. Котов, Ю.С. Кунин// Обследование, испытание, мониторинг и расчет строительных конструкций зданий и сооружений: сб. науч. тр. - 2011. - С. 97-100.

10.Михайловский Е.В. Реставрация памятников архитектуры. Развитие теоретических концепций/ Е.В. Михайловский. - М.: Стройиздат, 1971. - 96 с.

11.Очерки русской культуры XIII -XV веков: в 2 ч. Ч. 1. Материальная культура / ред. А.В. Арциховский [и др.]. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1969. – 477 с.

12.Пашкин Е.М., Бессонов Г.Б. Диагностика деформации памятников архитектуры/ Е.М. Пашкин, Г.Б. Бессонов. - М.: Стройиздат, 1984. - 151 с.

13.Подъяпольский С.С. Реставрация памятников архитектуры/ С.С. Подъяпольский, Г.Б. Бессонов, Л.А. Беляев. - М.: Стройиздат, 1988. - 264 с.

14.Федотова Л.А. Религиозный туризм как путь возрождения историко-культурного наследия/ Л.А. Федотова // Промышленное и гражданское строительство. - 2012. - №

9.- С. 41-42.

15.Щеглов А.С. Инженерная реставрация памятников архитектуры/ А.С. Щеглов, А.А. Щеглов. - М:.- Мир, 2015. - 520 с.

16.Щелоков О.О. Строительная техника кованых каркасов глав на примере храмовых сооружений Владимирской губернии. Размещение в библиотеке «РусАрх»: 2006 г. http://rusarch.ru/shelokov1.htm.

17.Ashurst, J., Ashurst, N. Practical Building Conservation. Vol. 2.-Halsted Press, 1988.

18.Bovo, M., Mazzotti, C., Savoia, M. (2014) Structural behaviour of historical stone arches and vaults: Experimental tests and numerical analyses. Engineering Materials. 2014. No.

628.pp. 43-48.

References

1.Avgustin E.A. From the history of metalworking industry of Voronezh region. Actual problems of socially - humanities. Interun. Collected scientific papers. Issue ХХ. – Voronezh, 2000. - P. 41-44.

2.Avgustin Е.А. Formation and development of metallurgical industry in Chernozyom South of Russia at the end of the XVII-XVIII century: thesis of PhD of Hist. Sc. - Voronezh, VGTU, 2001. – 267 p.

3.Bondarchuk V.G. Survey of the literature on religious architecture stone monuments. State museum-memorial ―Isaak Cathedral‖. - 2006. - № 2.

4.Gustov Yu.I., Pyatnitsky А.А., Makhov I.O. Investigation of mechanical properties and structure of metal restored building objects. Herald of MGSU. – 2014. - № 11. - P. 90-97.

73

5.Ivashko Yu.V. Problems of architectural monuments restoration and restoration technologies. BudMaister. 2003. № 4. P. 22-24.

6.Zaviyalov V.I., Terehkova N.N., Boris Alexandrovich Kolchin.: metallography in archeology. Russian archeology, 2014. - № 4. - P. 155-161.

7.Zibrov S.Yu. Development of technology of repair welding of architectural heritage of XIX century: thesis… undergraduate of technology. Voronezh, Voronezh GASU. – 2016. – 79 p.

8.Kolchin B.A.. Black metallurgy and metal working in ancient Russia. (Pre-Mongolian period).- М.: Pub. House of Academy of Science of USSR. - 1953. – 196 p.

9.Kotov V.I., Kunin Yu.S. Complex observation of architectural monuments for restoration design development. Inspection, testing, monitoring and calculation of building structures: Sc. Papers Collection. 2011. P. 97-100.

10.Mihkailovsky E.V. Restoration of architectural memorials. Development of theoretical conceptions. М.: Stroiiozdat, 1971. - 96 p.

11.Sketches of Russian culture of XIII -XV centuries: in two parts P. 1. Material culture. Issued by A.V. Artsihkovsky [and others]. - М. : Pub. House of Moscow University 1969. – 477 p.

12.Pashkin E.M., Bessonov G.B. Diagnostics of archeological monuments deformation. - М.: Stroiizdat, 1984. 151 p.

13.Podjyapolsky S.S., Bessonov G.B., Belyaev L.A. Architectural monuments restoration. М.: Stroiizdat, 1988. - 264 p.

14.Fyodorov L.A. Religious tourism as a way of renaissance historical-cultural heritage. Industrial and civil building. 2012. № 9. P. 41-42.

15.Scheglov А.S., Scheglov А.А. Engineering restoration of architectural monuments. - М:. Mir, 2015. 520 p.

16.Schelokov О.О. Constructional technique of forged cupola frames on the example of temples of Vladimir province. Placing in the library «RusArh»: 2006. http://rusarch.ru/shelokov1.htm.

17.Ashurst, J., Ashurst, N. Practical Building Conservation. Vol. 2.-Halsted Press, 1988.

18.Bovo, M., Mazzotti, C., Savoia, M. (2014) Structural behavior of historical stone arches and vaults: Experimental tests and numerical analyses. Engineering Materials. 2014. No. 628. pp. 43-48.

74