Для определения качества металла, из которого установлены металлические конструкции, были исследованы пробы от обрушившихся конструкций. Заводская лаборатория произвела химический анализ и дала определение основных механических характеристик исследуемой стали.
По данным химических и механических испытаний можно сделать вывод, что исследованный металл толщиной 30…32 мм является преимущественно кипящей сталью наиболее низкого качества и соответствует группе А без гарантированного химического состава.
Сталь отличается резко выраженной ликвацией по содержанию углерода и серы, причем в отдельных точках вблизи места предполагаемого очага разрушения содержание углерода было 0,38…0,4 %, что подтверждено химическим анализом и проверкой микроструктуры. Такая сталь отличается повышенной хладноломкостью по сравнению со сталью с гарантированным химическим составом и не пригодна для сварных конструкций, работающих в условиях отрицательных температур. Произведенный поверочный расчет фермы по оси 31 показал, что она имела максимальное напряжение в поясе от фактических нагрузок около 103 МПа вместо 210 МПа, что составляет примерно 50 %.
Обрушение конвейерной галерии было предметом специального рассмотрения в Госстрое СССР. Было установлено, что пролеты конвейерной галереи обрушились вследствие недостаточной несущей способности металлической опоры, которая деформировалась при нагрузке, достигшей всего лишь 73 % расчетной, при воздействии на нее незначительных дополнительных горизонтальных сил, возникших при пуске транспортера.
При монтаже металлоконструкций галереи допущено смещение опорных плит поперечных ферм против опорных плит продольных ферм и колонн, что не обеспечило качественной сварки швов в узлах сопряжения этих плит.
Из приведенных исследований и анализа характера разрушения следует, что основной металл соответствовал требованиям проекта и обладал высокими механическими свойствами. Сварные соединения под нагрузкой имели прочность не ниже основного металла. Об этом говорит также характер разрушения. В большей части разрыв проходит по основному металлу, близ швов, и лишь в нижнем поясе — по стыковому шву.
Выбор способа монтажа боковых пролетных строений положил начало цепи событий, приведших к катастрофе. В контракте на строительство, как обычно, не был определен способ монтажа конструкций. Было принято решение изготовить две монтажные секции пролетного строения непосредственно на земле рядом с опорами, на которые должно было устанавливаться пролетное строение. Ширина каждой секции равнялась половине ширины пролетного строения (18,5 м), а длина соответствовала полной длине пролетного строения (112) м. По окончании сборки монтажная секция поднималась до отметки верха опоры и перемещалась по вспомогательным балкам в поперечном направлении до проектного положения на дальней стороне опоры. Затем на том же месте производилась сборка второй монтажной секции, после чего операции повторялись. Обе монтажные секции должны были соединяться на болтах.
В феврале 1978 г. в результате сильного шторма был разрушен начатый строительством в 1973 г. мол, ограждающий гавань порта Синиш в Португалии (рис. 106). Этот мол — один из самых крупных сооружений подобного типа. Мол предназначался для защиты порта от океанской волны и для прокладки нефтепроводов. Тело мола запроектировано откосного типа и отсыпано из горной (карьерной) смеси в виде несортированного камня с укреплением откосов крупным камнем.
В апреле 1961 г. произошло обрушение каркаса, смонтированного из сборных железобетонных элементов. Здание имело десять этажей, из них девять над землей и один этаж подвальный. Конструкции здания состояли из сборного каркаса и наружных кирпичных самонесущих стен. Длина здания 56,6 м, ширина 21 м с сеткой колонн в поперечном направлении 6,55 + 6,4 + 6,55 м, шаг колонн в продольном направлении 6,1 м (рис. 1). Полная высота здания 41 м.
Каркас представляет собой 10 железобетонных рам, расположенных поперек здания и состоящих из сборных элементов: колонн и ригелей (рис. 2). Междуэтажные перекрытия выполнены из сборных железобетонных плит размером 5,66X1,48 м.
По данным инженерно-геологических изысканий, основанием для фундаментов здания являлись моренные суглинки с гравием и щебнем мощностью 2…5 м. Фундаменты здания железобетонные монолитные из бетона марки М 300 в виде перекрестных лент.
Наружные стены кирпичные толщиной 51 см, запроектированы из семищелевых камней марок 100 и 75. Соединение сборных железобетонных элементов между собой предусмотрено на сварке с заделкой зазоров раствором и бетоном марок М 200…400.
В поперечном направлении расчетная схема была принята в виде 10-этажной рамы с жесткими узлами (рис. 3) и с колоннами, защемленными в фундаменте. В продольном направлении расчетная схема быала принята в виде рам, ригелями в которых должны были являться плиты перекрытий.
Завал конструкций, образовавшийся после обрушения части корпуса А, находился в основном внутри периметра его наружных стен. Только панели наружных стен нижнего этажа и части второго опрокинулись наружу за линии осей 1, Л а Н на 2…4 м. Панели верхних этажей этих стен упали внутрь здания. Последовательность обрушения конструкций и расположение последних в завале дают основание предполагать следующее:
В связи с тем что в закланных деталях ферм отсутствовали специальные болты с гайками, предназначенные для крепления стоек фонаря, последние крепились к деталям ферм только дуговой сваркой, а в ряде случаев крепление вовсе отсутствовало. При этом был приварен один из двух опорных уголков средней стойки фонаря, в результате чего опорная реакция передавалась на этот узел с эксцентриситетом, а также была снижена жесткость сопряжения фонаря с фермами (крепление второго опорного уголка к закладной детали фермы осуществить не представилось возможным, так как расположение закладной детали не соответствовало расположению опорных уголков)\’. Швы между железобетонными плитами покрытия не были замоноличены, хотя утеплитель укладывался по этому покрытию. По верхним поясам железобетонных ферм, расположенных у торцов фонарей, не были установлены предусмотренные проектом горизонтальные стальные связи в пределах ширины фонаря.
В результате обследования и испытания материалов обрушившихся шедовых конструкций, а также шедового покрытия неэксплуатируемой части комбината было установлено следующее.
Два первых обрушившихся шеда в прошлом были забетонированы дважды; при распалубке бетон рассыпался, и они были забетонированы вторично.