Глава 10. Анализ причин обрушения водонапорной башни Рожновского
В некоторых странах [7-35] для повышения предела огнестойкости полых стальных конструкций, в частности колонн, предлагается метод заполнения их водой, которая испаряется в месте нагрева и циркулируя по конструкции не позволяет стали прогреться до критической температуры, при которой модуль упругости и предел текучести стали снижаются до рабочей нагрузки и происходит обрушение конструкции.
Применение такого метода повышения предела огнестойкости стальных конструкций в нашей стране пока не осуществляется. Поэтому мы рассмотрим один аспект возможного развития сценария поведения водонаполненных стальных колонн (если такой проект будет осуществлен), на примере экспертизы обрушения водонапорной башни Рожновского [17-38], приведшего к несчастному случаю с летальным исходом. Общий вид водонапорной башни и ее вид после обрушения представлены на рис.10.1 и рис.10.2, а на рис.10.3. и рис.10.4 фрагменты несущей колонны с внешней и внутренней стороны.
Этому предшествовали следующие обстоятельства. В результате низкой температуры воздуха (по данным метеосводки температуры в ночь на 7 февраля (в 21 час) перед обрушением составляла – 27 0С, при скорости северного ветра 5 м/с) и случайного перекрытия водоотводящего крана, вода в башне Рожновского, находящейся около молочно-товарной фермы в Воронежской области замерзла.
Рис.10.1. Общий вид водонапорной башни Рожновского
Рис.10.2. Вид башни после обрушения
Рис.10.3. Фрагмент башни с внешней стороны с вырезанными кусками металла для анализа характеристик стали после нагрева и обрушения
Рис.10.4. Фрагмент внутренних складок металла
после нагрева и обрушения башни
Для того чтобы узнать замерзла ли напорно-разводная труба, решено было отогреть почву возле башни. Для этого на почву, на расстоянии 1,5-2 м от башни положили две автомобильные покрышки, облили соляркой и подожгли. Нагрев производился около 3 часов (см. на рис. 10.5 (1-ое место нагрева)), пока не убедились, что труба не замерзла. После этого открыли крышку люка башни, которая находилась на высоте 1,5 м, и пробили лед примерно на половину диаметра башни (см. схему), чтобы убедится, что вода в башне полностью замерзла. В дальнейшем для того, чтобы растопить лед, было решено производить нагрев башни с наветренной стороны, противоположной люку (2 ‑ ое место обогрева на схеме). Около башни положили 3 автомобильные покрышки, облили соляркой и подожгли. Пламя, подхваченное ветром, полукругом охватило башню. Такой нагрев продолжался (по показаниям свидетелей) 20-30 мин. Затем башня неожиданно резко обрушилась, что привело к несчастному случаю с летальным исходом.
Поэтому был поставлен вопрос о причине обрушения башни. Были выдвинуты две версии: первая – это изменение в структуре металла в результате нагрева башни и вторая – прогрев несущей стальной оболочки башни до критической температуры, при которой прочностные характеристики стали снижаться до фактической нагрузки, что соответствует наступлению предела ее огнестойкости и последующему обрушению.
Первый нагрев для башни не имел никакого значения, так как очаг находился от нее на расстоянии 1,5-2 м, и пламя и тепло относилось ветром от башни. В таких условиях прогреть металл до критических температур практически невозможно.
При втором прогреве костер был выложен из автомобильных шин под самой башней и пламя ветром, прижималось к башне и полукругом охватывало ее. Этот прогрев, хотя и длился около 20-30 мин., обусловил обрушение башни.
Рис.10.5. Схема участка, где произошло обрушение башни
Следует отметить, что за такой короткий срок, с учетом условий, когда много тепла отдается в окружающую среду, не могло произойти существенных изменений в структуре металла. Это подтверждается результатами спектрографического анализа образцов металла оболочки башни, вырезанных со стороны воздействия огня и противоположной стороны (рис.10.3. и рис.10.4). Результаты анализа показали, что марка стали, соответствует классу листовой стали С235 нормативное сопротивление по пределу текучести, для которой составляет Rн =235,44 МПа. Таким образом, в результате нагрева существенных изменений в структуре металла не произошло.
Следовательно, обрушение башни произошло по причине потери ее устойчивости из-за прогрева металла до критической температуры, характеризующей наступление предела ее огнестойкости. Ниже приводятся соответствующие расчеты, подтверждающие этот вывод.