Основные повреждения металлических пролетных строений

Виды повреждений:

1) Расстройство заклепочных

соединений.

Это одно из наиболее распространенных и прогрессирующих повреждений эксплуатируемых клепаных пролетных строений железнодорожных мостов. Главная причина расстройства заклепок — механический износ соединений, который зависит, главным образом, от величины взаимных суммарных перемещений (сдвигов) соединяемых элементов по поверхностям их контактов. Суммарные сдвиги в свою очередь находятся в прямой зависимости от интенсивности движения поездов, напряженного состояния соединений, характера динамического воздействия нагрузки. Большое влияние на скорость износа оказывают конструктивные особенности соединения и среда, в которой они работают, качество изготовления и другие факторы.

Коэффициент концентрации напряжений для заклепочных отверстий в зависимости от степени износа соединения может изменяться в несколько раз. С возрастанием концентрации напряжений около заклепочных отверстий увеличиваются скорость накопления усталостных повреждений и вероятность появления усталостных трещин, особенно в элементах, работающих при многократно повторяемых знакопеременных или переменных растягивающих усилиях.

В связи с износом соединения изменяется характер передачи в нем усилий. В результате значительного расстройства заклепок обеспечивается доступ к кромкам отверстий влаги и агрессивных газов, способствующих появлению коррозии и ускорению процесса развития усталостных и коррозионно-усталостных трещин, возникающих на кромках отверстий в зонах максимальной концентрации напряжений.

В главных фермах расстройство заклепок наиболее часто наблюдается в прикреплениях раскосов (особенно средних) и подвесок к верхним узлам; в прикреплениях элементов продольных и поперечных связей между главными фермами и в пересечениях элементов решетки главных ферм и связей. В прикреплениях раскосов и подвесок к нижним узлам главных ферм слабые заклепки встречаются пока очень редко.

В проезжей части расстройство заклепочных соединений в первую очередь наблюдается в прикреплениях продольных балок к поперечным, особенно при отсутствии "рыбок", и в прикреплении верхних поясных уголков к стенкам продольны*. балок. Часто расстраиваются прикрепления элементов продольных и поперечных связей между про-

дольными балками.

Слабые заклепки обнаруживают отстукиванием их молотком массой около 0,2 кг.

Обнаруженные слабые заклепки следует заменять высокопрочными болтами. Замена слабых заклепок высокопрочными болтами приводит к резкому снижению концентрации напряжений около отверстий, в которые вместо заклепок поставлены высокопрочные болты.

2) Усталостные повреждения элементов клепаных пролетных строений.

Усталость материала — это процесс постепенного накопления повреждений при действии многократно повторяемых изменений напряжений, приводящий в определенных условиях к усталостному разрушению, которое происходит в результате постепенного развития трещины.

Усталость — процесс избирательный, происходящий, как правило, в локальных зонах элементов конструкций, где наблюдается максимальная концентрация напряжений.

Наиболее серьезные и весьма опасные усталостные повреждения элементов главных ферм клепаных пролетных строений железнодорожных мостов пока зарегистрированы в раскосах и подвесках. Все усталостные трещины имеют начало в зонах максимальной концентрации напряжений у кромок заклепочных отверстий первого, второго и, очень редко, третьего поперечного ряда заклепок, считая от середины элемента. Развитие трещин происходит в поперечном направлении к продольной оси элемента.

Трещины зарождается в зоне пересечения кромки отверстия с плоскостью, перпендикулярной продольной оси раскоса и проходящей через центр отверстия. При этом характерное пятно усталости располагается, как правило, в вершине угла, образованного поверхностью контакта раскоса с фасонкой и стенкой отверстия. На рис. показан характерный вид усталостной трещины в раскосе и излом полки уголка. Развитие трещины происходит в поперечном направлении к продольной оси элемента. В этих зонах имеет место максимальная концентрация напряжений.

Появлению усталостных трещин всёгда предшествует расстройство заклепок на участке прикрепления элемента, где возникла трещина. Усталостные повреждения за редким исключением отмечены в раскосах и подвесках, прикрепленных односрезными заклепками.

Усталостные трещины в проезжей части

Трещины – выколы в горизонтальной полке верхнего поясного уголка продольной балки

Усталостные повреждения являются одним из наиболее распространенных и прогрессирующих повреждений балок проезжей части и их прикреплений. Чаще всего они бывают представлены трещинами-выколами в горизонтальных полках верхних поясных уголков продольных балок. Трещины возникают на участках под мостовыми брусьями около обушков уголков и вначале развиваются вдоль уголка, а затем изменяют свой траекторию в поперечном направлении с последующим выходом на кромку уголков. В результате в полке уголка под мостовым брусом получается своеобразный "выкол". Повреждения такого типа имеют место как во внутренних, так и в наружных поясных уголках. Как правило, они появляются в балках, не имеющих верхних горизонтальных поясных листов. Однако, уже отмечены случаи их возникновения и при наличии горизонтальных листов.

Основная причина возникновения этих трещин состоит в том, что давление мостовых брусьев вызывает в горизонтальных полках поясных уголков высокие местные напряжения, которые в ряде случаев превосходят напряжения, вызванные изгибающим моментом продольных балок в вертикальной плоскости. Сочетание высоких переменных напряжений с большим числом циклов их изменения приводит к появлению усталостных трещин. Эти повреждения существенно снижают несущую способность балок и бёзопасность движения поездов.

Усталостные повреждения стенок продольных балок. Развитие трещин происходит в поперечном направлении к продольной оси элемента.

Нередко усталостные трещины появляются в "рыбках". Главной причиной появления усталостных трещин в "рыбках" являются высокие нормальные напряжения от изгибающих моментов, возникающих в прикреплениях продольных балок к поперечным. Эти усталостные трещины всегда возникали у кромок заклепочных отверстий первого или второго ряда, считая от продольной оси поперечной балки, а их появлению предшествовало расстройство заклепок в прикреплении "рыбки".

Трещины в нижних поясных уголках поперечных балок возникают из-за интенсивного включения в совместную работу с поясами главных ферм. Чаще возникают в пролетных строениях без «разрывов» продольных балок - в крайних поперечных балках.

Трещины в прикреплениях Б к П

Усталостные трещины у обушков в уголках прикрепления продольных балок к поперечным в прикреплениях без «рыбок» или с очень слабыми «рыбками».

Из-за изгибающих моментов в прикреплении Б к П и совместной работы с поясами ферм.

Усталостные разрушения заклепок в прикреплении Б к П (особенно в крайних рядах).

Усталостные трещины в связях

3) Коррозионные повреждения.

Металлические пролетные строения мостов, длительное время находящиеся в эксплуатации, обычно имеют коррозионные повреждения, степень развития которых зависит от способов защиты от коррозии, качества металла и текущего содержания.

Коррозионные повреждения, уменьшая площадь сечения элементов, снижают их грузоподъемность.

Кроме того, совместное воздействие коррозии и циклических напряжений может приводить к возникновению коррозионно-усталостных трещин. Коррозионно-усталостные трещины начинаются в зонах концентрации напряжений с разрушения защитной пленки на металле под действием циклических напряжений. Коррозия снижает также стойкость металла против хрупких разрушений.

Факторы влияющие на скорость коррозии:

- Влажность

- Температура

- Агрессивность среды (в том числе электричество)

- Химические свойства

Коррозионные повреждения бывают двух основных видов: равномерная коррозия и местная. Равномерная коррозия распространяется на большой поверхности металла, а местная сосредоточивается на отдельных его участках. Характерными видами местной коррозии являются: точечная; избирательная, разрушающая только одну структурную составляющую; межкристаллитная, распространяющаяся по границам кристаллитов (зерен) металла

В пролетных строениях с ездой понизу более интенсивно коррозируют элементы, расположенные ниже уровня мостового полотна. Коррозией поражаются главным образом элементы поясов главных ферм, балки проезжей части, связи между главными фермами, а также связи между продольными балками. В поясах главных ферм вследствие отсутствия или недостаточности дренажных отверстий, а также в результате загрязнения может возникать застой воды, приводящий к коррозии внутренних элементов сечения коробки.

Борьбой с коррозией является хорошее содержание и избежание при проектировании конструктивных недостатков способствующей коррозии.

4) Потеря местной или общей устойчивости

Возникает в сжатых или преимущественно сжатых элементах (раскосы и верхний пояс пролетного строения). Зависит от свободной длины изгибаемой ветви и инерционных характеристик сечения. Для двухветвевого сечения проверяется устойчивость отдельной ветви с учетом приведенной гибкости.

5) Механические повреждения

Механические повреждения наиболее часто возникают в процессе эксплуатации в результате ударов негабаритных грузов по элементам пролетных строений, а также при их изготовлении и монтаже. Механические повреждения могут быть самыми разнообразными: разрывы отдельных элементов или их частей, местные или общие искривления элементов, пробоины, вмятины.

Элементы, получившие механические повреждения, должны быть тщательно об-

следованы. Степень опасности повреждения устанавливают в каждом конкретном случае, Она зависит не только от размеров повреждения элемента, но и от напряженного состояния и его изменений в связи с появлением повреждения. После оценки повреждения принимают решение: усилять или нет.

Допускается: f< i /7 – растянутый элемент

f< i /14 – сжатый элемент

i – радиус инерции

6) Повреждения сварных и усиленных сваркой пролетных строений

Сварные элементы и соединения обладают характерной особенностью, которая состоит в том, что в сварных швах и около-шовных зонах возникают высокие растягивающие остаточные напряжения. Эти напряжения, суммируясь с напряжениями от нагрузки, могут оказывать значительное влияние на усталость металла на этих участках. Их влияние усиливается наличием концентраторов напряжений.

Усталостные трещины обычно зарождаются в элементах, работающих при циклических воздействиях нагрузок, в зонах расположения сварных швов около мест, являющихся наиболее сильными концентраторами напряжений. К таким зонам относятся также участки с резким изменением сечения, вызванным например, обрывом листов, приваркой планок, накладок, ребер жесткости, диафрагм; концы швов, различного рода заплавки отверстий и т. п.

А— трещина в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра жесткости (торец ребра приварен к прокладке);

Б -трещина в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра (ребро к верхнему поясу прикреплено с помощью уголка на высокопрочных болтах) ;

В— трещины в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра жесткости, в ребре жесткости и в верхнем поясном листе у сварного шва (торец ребра приварен к поясному листу);

Г— продольная трещина в поясном шве;

Д — трещина в стенке балки у нижнего конца сварного шва вертикального ребра жесткости