Основные повреждения металлических пролетных строений

Наиболее распространенными повреждениями металлических пролетных строений являются: коррозия, расстройство заклепочных и болтовых соединений, усталостные и механические повреждения.

Коррозионные повреждения. Степень развития коррозионных повреждений зависит от качества металла, антикоррозионного покрытия и текущего содержания пролетных строений мостов.

Коррозия металла происходит при химическом взаимодействии металла с окружающей средой, а также является продуктом взаимодействия гальванических элементов, образующихся на поверхности. Для стальных мостов наиболее характерно развитие электрохимической коррозии.

В процессе диагностики технического состояния элементов металлических мостов, пораженных коррозией, как правило, сначала определяют вид коррозии. Это позволяет более точно установить влияние коррозионных повреждений на несущую способность и грузоподъемность элементов, а также разработать наиболее обоснованные ремонтно-восстановительные мероприятия.

Коррозионные повреждения металлических мостов подразделяют на различные виды коррозии (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Виды коррозионных повреждений элементов

стальных пролетных строений

В процессе эксплуатации в металлических пролетных строениях раз­вивается полный комплекс указанных видов коррозии (рис. 1.24–1.28).

Рис. 1.24. Местная коррозия

Коррозионные повреждения умень­шают площадь поперечного сечения элементов, снижают грузоподъемность и долговечность.

Скорость развития коррозии зависит от химического состава металла, разновидности агрессивности среды, влажности, температуры, вида антикоррозионной защиты, напряженного состояния.

Рис. 1.25. Локальная (питтинговая) коррозия

Рис. 1.26. Язвенная коррозия пролетного строения

Рис. 1.27. Сплошная коррозия пролетного строения

Рис. 1.28. Коррозионные повреждения связей

главных балок пролетных строений

со сплошными стенками

Рис. 1.29. Коррозионные повреждения главных балок сплошностенчатых пролетных строений: а – с горизонтальными листами; б – без горизонтальных листов; 1 – поверхностная коррозия; 2 – локальная коррозия; 3 – коррозия в зоне заклепок   Рис. 1.30. Расстройство заклепочных соединений главных балок пролетных строений

Коррозии подвержены преиму­ществен­но верхние пояса главных балок пролетных строений со сплошными стенками и проезжей части со сквозными главными фермами, особенно в местах опирания мостового бруса, а также элементы и узлы, которые в наибольшей степени подвержены загрязнению (рис. 1.29).

Расстройство заклепочных соединений. Основной причиной расстройства заклепочных соединений является механический износ, возникающий в результате суммарных сдвигов (перемещений) соединяемых элементов по поверхности их контакта. Влияние и характер суммарных сдвигов зависят от напряженного состояния соединений, интенсивности движения и динамического воздействия временной нагрузки от подвижного состава [1].

Расстройство заклепочных соединений приводит к значительному повышению концентрации напряжений около заклепочных отверстий, ускоренному накоплению усталостных повреждений и появлению усталостных трещин. Внешними признаками неудовлетворительного состояния соединений является наличие ржавых потеков из-под головок заклепок и по контактным поверхностям, а также трещин в зоне заклепочных головок (рис. 1.30). При износе соединения значительно изменяют характер передачи в них усилий. На скорость износа большое влияние оказывает среда, в которой функционируют заклепочные соединения, а также качество их изготовления.

В пролетных строениях со сплошными главными балками и проезжей части сквозных ферм расстройство заклепочных соединений наблюдают преимущественно в верхнем поясе (в прикреплении поясных уголков к стенкам балок), в прикреплении продольных балок к поперечным, особенно при отсутствии «рыбок», а также в элементах продольных и поперечных связей между продольными балками.

Слабые заклепки обнаруживают постукиванием молотком. Если заклепки слабые, то они издают при ударе глухой дребезжащий звук. Как правило, слабые заклепки, обнаруженные при осмотре пролетного строения, заменяют на высокопрочные болты.

Усталостные повреждения. В локальных зонах конструктивных элементов пролетных строений, в которых происходит максимальная концентрация напряжений, развиваются усталостные повреждения. Для пролетных строений, работающих под воздействием тяжелой железнодорожной нагрузки, усталость металла происходит в результате постепенного накопления повреждений от многократно повторяемых напряжений. В этом случае наблюдается излом усталостного разрешения в виде характерных пятен усталости, который образуется на участках зарождения трещин [1]. Появлению усталостных трещин, как правило, предшествует расстройство заклепок в местах прикрепления конструктивного элемента пролетного строения.

В пролетных строениях со сплошными главными балками наиболее часто усталостные трещины развиваются в верхнем поясе. Характер их развития многообразен. Усталостные трещины проявляются в виде трещин-выколов в горизонтальных полках верхних поясных уголков, особенно на участках под мостовыми брусьями, давление которых превосходят местные напряжения, вызванные изгибающим моментом балок в вертикальной плоскости; усталостных наклонных трещин в стенках балок, которые являются результатом высокой концентрации напряжений; поперечных усталостных трещин в нижних поясных уголках и в стенках балок, возникающих, как правило, в зоне концентраторов напряжений, созданных коррозией металла (рис. 1.31) [1].

Рис. 1.31. Трещины в балках пролетного строения:

а – в полке верхнего поясного уголка клепаной балки;

б – в зоне ребра жесткости сварной балки

Рис. 1.32. Шелушение краски и развитие коррозии на балках пролетного строения

В сварных пролетных строениях усталостные трещины получают свое развитие в сварных швах и в основном металле. Такие трещины возникают в местах концентрации растягивающих напряжений от внешней нагрузки и остаточных напряжений, вызванных сваркой [1]. Прежде всего это участки с резким изменением сечения, вызванным обрывом листов, приваркой ребер жесткости, накладок и др.

Внешним признаком наличия трещин могут служить потеки ржавчины и шелушение краски (рис. 1.32).

Для обнаружения усталостных трещин используют различные приборы (дефектоскопы ультразвуковые и электромагнитные).

За элементами пролетных строений, в которых обнаружены усталостные трещины, устанавливают постоянное наблюдение.

Механические повреждения и хрупкие разрушения. Механические повреждения наиболее часто возникают в результате ударов негабаритных грузов по элементам пролетных строений, а также при их изготовлении и монтаже. К механическим повреждениям относят общие искривления элементов, пробоины, вмятины (рис. 1.33). Степень опасности повреждения определяют не только размерами поврежденного элемента, но и в зависимости от напряженного состояния и происходящих впоследствии изменений.

Рис. 1.33. Механические повреждения элементов пролетного строения со сквозными фермами

Хрупкие разрушения образуются от силового воздействия без заметной пластической деформации [1]. Разрушение происходит от развития трещин, зарождающихся в наиболее слабых местах. При хрупком разрушении характерно мгновенное развитие трещин, что представляет собой большую опасность. Возможность развития хрупких разрушений зависит от структуры металла, химического состава, напряженного состояния, температуры окружающей среды и др. При образовании усталостных повреждений в клепаных пролетных строениях вероятность появления хрупких разрушений увеличивается.