Значительный объем объектов промышленного и гражданского фонда страны уже исчерпал отведённый нормами срок службы. По мере эксплуатации несущие стальные конструкции — фермы, балки, колонны, узлы каркасов — теряют свои свойства, и первопричиной этого выступает коррозия, что очень распространено, к примеру, в промышленных зданиях и сооружениях горно-обогатительных комбинатов АК «АЛРОСА» в Западной Якутии. Коррозионный износ является основным фактором снижения несущей способности и в ряде случаев сформировал условия для исчерпания несущей способности конструкций обогатительных фабрик и пригодности их к нормальной эксплуатации [1]. Объективное определение износа становится непременным условием механической безопасности объекта, такое требование напрямую закреплено Федеральным законом № 384-ФЗ [2].

В реальной практике параллельно существует несколько подходов к оценке износа. Они ощутимо расходятся по точности, объёму трудозатрат и опоре на нормативную базу, а потому подбор подходящего варианта оказывается достаточной сложной задачей.

Под физическим износом понимают постепенную утрату конструкцией первоначальных эксплуатационных свойств — прочности, жёсткости, устойчивости — под влиянием природных и эксплуатационных воздействий. Численно его выражают долей в процентах от стоимости либо ресурса нового аналога [3].

Для стали одним из основных факторов износа является коррозия. Тогда как у железобетона деградация определяется, прежде всего, трещинообразованием и нарушением защитного слоя, в стальном элементе коррозия непосредственно сокращает расчётную площадь сечения. Уменьшение сечения влечет за собой снижение несущей способности,  а также местной и общей устойчивости. Дополнительное негативное влияние оказывают механические повреждения, усталость металла при повторяющихся нагрузках, ослабление соединений и температурные деформации [11]. Согласно действующим методикам, снижение расчётного сечения от коррозии свыше 25% переводит конструкцию в категорию ограниченно-работоспособного или аварийного состояния [4, 11].

Нормативно-экспертный метод. Сущность метода заключается в том, что зафиксированные при визуальном осмотре дефекты соотносятся с табличными показателями износа из ВСН 53-86(р) «Правил оценки физического износа жилых зданий» [3]. Поскольку сложная аппаратура не требуется, способ широко востребован у органов технической инвентаризации и в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Вывод по итогам оценки определяется квалификацией специалиста и внешними дефектами, и повреждениями, с использованием простейших средств измерений.  При этом, влияние отклонений на действительную потерю несущей способности таблицы не учитывают. Основным минусом данного метода является полное отсутствие признаков износа для стальных конструкций, что делает невозможным его практическое применение для оценки физического износа производственных зданий и сооружений с металлическими каркасами.

Инструментально-измерительный метод. В данном методе определяют фактические характеристики конструкции: толщину элементов ультразвуковыми приборами, глубину коррозионных каверн, прогибы, отклонения от вертикали и т.п. Последовательность действий установлена в ГОСТ 31937-2024 [3] и СП 13-102-2003 [5]. В итоге получается объективная картина технического состояния. Сложностью данного метода являются необходимость обеспечения беспрепятственного доступа к элементам с необходимыми вскрытиями, наличие различных приборов и подготовленных специалистов с различной квалификацией.

Расчётно-аналитический метод. Здесь, опираясь на материалы инструментального обследования, выполняют поверочный расчёт несущей способности с учетом, например, ослабленного коррозией сечения по СП 16.13330.2017 [6]. Износ при таком подходе означает относительное снижение несущей способности по отношению к проектной. Достоинство метода — прямая взаимосвязь износа с прочностью и устойчивостью конструкции. Среди основных недостатков можно отметить высокую трудоёмкость (включает практически весь объем работ инструментально-измерительного метода) и зависимость от проектной документации, которая для объектов с длительным сроком эксплуатации часто бывает утрачена.

Метод оценки остаточного ресурса. Метод базируется на прогнозировании сроков безопасной эксплуатации. Прогноз опирается на закономерности изменения определяющих параметров, таких как механические дефекты и повреждения, скорость коррозии и т.п. [7, 9]. Похожая методика входит, к примеру, в отраслевой стандарт для конструкций атомных станций [8]. Подход даёт возможность планировать ремонтные работы, но требуются сведения о развитии износа во времени, которые при единичном обследовании (осмотре), как правило, отсутствуют.

Вероятностно-статистический метод. В этом подходе, процесс накопления коррозионных повреждений описывают статистически, а надёжность конструкции оценивают с поправкой на случайный разброс прочностных и геометрических показателей, прибегая в том числе к методу Монте-Карло [9, 10]. С теоретической точки зрения этот метод наиболее точен. Однако его сложность и дефицит статистики ограничивают практическое применение преимущественно ответственными и уникальными зданиями и сооружениями.

Таблица 1

Сравнение методов оценки физического износа строительных конструкций

Как показало сравнение исходя из Таблицы 1, полностью универсального метода не существует, ведь у всех них есть свои преимущества и недостатки. Выбор того или иного метода зависит от многих факторов. Экспертная оценка имеет большую скорость и среднюю точность, вероятностное моделирование одно из самых точных, но оно не очень подходит для обследований с большим объемом задач из-за высокой трудоемкости. Для стальных конструкций инструментальный и расчётный методы, наиболее подходящие тем, что напрямую учитывают утонение сечения от коррозии — то есть основной механизм износа, но имеют большие затраты по трудоемкости для получения исходных данных и применения специализированного оборудования и программных комплексов.

По итогу, существующие методики оценки физического износа стальных конструкций выстроились в шкалу от точности к трудоёмкости. Начинается она быстрой ориентировочной оценкой по ВСН 53-86(р), а завершается вероятностным моделированием надёжности. Для стали характерен износ в виде коррозионного утонения сечения, и самые информативные результаты по отдельности дают инструментально-измерительный и расчётно-аналитический методы, которые напрямую выводят на остаточную несущую способность. Лучше всего себя показывает комбинированная схема: сначала проводят экспертный осмотр на предварительной стадии, затем делают инструментальные замеры и расчёты для более точной оценки, а в завершение делают прогноз остаточного ресурса, чтобы грамотно спланировать эксплуатацию ответственных конструкций.