Съемка плана и профилямостов и труб 1 страница

Съемку плана и профиля моста производят при приемке и периоди­чески повторяют в процессе его эксплуатации. Характеристики плана и профиля моста, полученные по окончании его строительства или рекон­струкции, позволяют оценить правильность положения элементов моста в пространстве, качество его исполнения.Сравнение результатов съемки, полученных в различные периоды эксплуатации сооружения, дает воз­можность проследить за изменениями положения отдельных частей со­оружения в пространстве, получить материал для установления причины их возникновения и в случаях опасных отклонений принять меры по их устранению или прекращению дальнейшего развития._;

Съемку плана и профиля выполняют геодезическими инструмента­ми. Для исключения ошибок и повышения точности съемку произво­дят не менее двух раз с разных стоянок. В журналах записи отсчетов от­мечают условия, при которых производили съемку: погоду, температу­ру воздуха, типы и точность применяемых геодезических инструментов, реперы и др. Места установки реек отмечают краской или керном на эле­ментах конструкций, о чем делают специальные записи на графиках или в пояснительных записках, чтобы при повторных съемках были приняты те же точки. Высотные отметки следует, как правило, увязывать с по­стоянными геодезическими реперами. На сооружениях, расположенных на вечномерзлых грунтах или рассчитанных на работу при сохранении вечной мерзлоты, необходимо измерять температуру грунта в имею-UijBt&j термометрических трубках.

Нивелировку главных ферм металлических пролетных строений мостов производят по узлам, устанавливая рейку в каждом из них в одних и тех же местах (например, на горизонтальных листах попереч­ных балок у узлов ферм), а на железобетонных балочных пролетных строениях - не менее чем в трех точках (в середине пролета и у опор) с каждой стороны пролетного строения. Если в местах установки реек на металлическом пролетном строении число листов меняется или встре­чаются накладки, то при обработке результатов нивелирования учитыва­ют их толщину, приводя съемку к одному уровню. Одновременно со

Рис. 2.4. Продольный профиль рельсового пути (а) и нижних поясов главных ферм {б) моста

съемкой профиля главных ферм и балок проезжей части нивелируют подферменники и рельсовый путь.

Результаты съемки представляют в виде графиков (рис. 2.4). Плав­ное очертание профиля при наличии достаточного строительного подъема свидетельствует о хорошем качестве изготовления и монтажа пролетных строений. Неудовлетворительное очертание профиля может быть след­ствием ошибок и низкого качества работ, допущенных при изготовлении и монтаже пролетных строений и опор, а также чрезмерных деформаций, возникших при эксплуатации.

Для того, чтобы установить причину неудовлетворительности профи­ля, необходимо сравнить полученные результаты с данными предыду­щей нивелировки. Если выяснится, что значительные отклонения прои­зошли в процессе эксплуатации моста, то необходимо оценить степень ■ их влияния на условия эксплуатации, выявить причины и в случае необ-| ходимости принять меры по обеспечению безопасности движения, уста­новить за мостом специальные наблюдения. При незначительных измене-_; ниях в профилях эксплуатируемых мостов рекомендуется тщательно • проанализировать причину и оценить возможность их дальнейшего раз­вития.

Съемку плана главных ферм и пути выполняют при помощи теодо-

■, литов, нивелиров или натянутой по оси моста проволоки, от которой

отмеряются расстояния в поперечном направлении до проверяемых

точек. За ось пролетного строения принимают линию, соединяющую

средние точки в опорных поперечниках.

Съемку плана пролетных строений обычно производят по узлам поясов главных ферм, в плоскости которых находится проезжая часть. Однако желательно съемку плана делать в плоскости верхних и нижних поясов, так как это дает возможность установить величину и характер поперечных перекосов пролетных строений.

Результаты съемки плана главных ферм и пути представляют в виде графиков (рис. 2.5). Правильность положения главных ферм в плане зависит главным образом от точности изготовления и сборки пролетного строения. В случае резких отклонений отдельных узлов ферм от их про­ектного положения надлежит обследовать состояние поперечных и про­дольных связей и их прикреплений. При значительных отклонениях jj«&ieHTOB пролетного строения в плане необходимо проверить расчетом их влияние на изменение условий работы (перегрузки) элементов кон­струкции, а при езде по низу, кроме того, выполнение требований га­барита.

Водопропускные трубы нивелируют обычно по лотку. Когда непо­средственная нивелировка трубы по лотку затруднена (глубокий водо­сток, наносы и др.), трубы нивелируют по замку (круглые трубы) или посередине ригеля (прямоугольные трубы). При этом данные нивели­ровки используют для косвенной оценки профиля лотков.

Положение звеньев труб в плане фиксируют: у круглых труб -в уровне горизонтального диаметра, у прямоугольных - посередине

высоты звеньев путем измерений по рейке с уровнем относительно про­волоки, натянутой по центрам концевых звеньев, или непосредственно с помощью теодолита или нивелира.

При обнаружении просадок или кренов опор, смещений пролетных строений, развитии трещин, деформаций водопропускных труб (напри­мер, возрастании овальности круглых труб) необходимо устанавливать специальные наблюдения. Виды наблюдений и их периодичность назна­чают в зависимости от характера и скорости протекаемых явлений. Дли­тельные наблюдения выполняют мостостанции, научные (учебные) орга­низации или непосредственно сотрудники дистанций пути.

2.4. Основные повреждения металлических пролетных строений

Характерными повреждениями металлических пролетных строений являются: расстройство заклепочных и болтовых соединений, уста­лостные трещины, коррозия и механические повреждения. Сравнитель­но редко встречаются хрупкие разрушения и потеря устойчивости.

Повреждения металлических пролетных строений являются след­ствием многих причин, к которым прежде всего относятся: низкое ка­чество металла и изготовления конструкций; конструктивные недо­статки; несоответствие расчетных предпосылок действительным усло­виям работы; плохое содержание сооружения; особенности климатиче-

ских условий; вид перевозимых грузов; несоблюдение габаритности подвижного состава; характер воздействия подвижной нагрузки и др.

Расстройство заклепочных соединений. Это одно из наиболее рас пространенных 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.

Расстройство заклепочных соединений - серьезное повреждение, которое наряду с увеличением динамического воздействия усилий на прикрепляемый элемент и соединение, деформативности соединений и пролетного строения в целом, приводит к значительному повышению концентрации напряжений у заклепочных отверстий. 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. Поэтому, как правило, усталостным разруше­ниям элементов с заклепочными соединениями предшествует расстрой­ство заклепок. Расстройство заклепочных соединений - длительный процесс. Оно неуклонно растет по мере увеличения срока эксплуатации сооружения.

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 отвер-«8*ий 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 попереч-

ным, особенно при отсутствии "рыбок", и в прикреплении верхних
поясных уголков к стенкам продольных балок. Часто расстраиваются
прикрепления элементов продольных и поперечных связей между про­
дольными балками. щ

Расстройство заклепочного соединения происходит неравномерно.
Сначала ослабляются заклепки крайних наиболее напряженных попе­
речных рядов. Заклепочные соединения с односрезными заклепками,
при прочих равных условиях, расстраиваются быстрее, чем с двухсрез-
ными. \

Слабые заклепки обнаруживают остукиванием их молотком мас­сой около 0,2 кг. Эту операцию выполняют следующим образом. Уда­рив сбоку по головке заклепки молотком, приставляют палец к месту

г*-------------------------------------------------------------- •п

Рис. 2.6. Раскосы главных ферм, в которых наиболее часто возникают усталостные разрушения (выделены жирными пиниями)

удара и вновь ударяют по головке заклепки с противоположной сто­
роны. Если заклепка слабая, то палец почувствует при этом легкое дро­
жание головки. Чувствительность этого способа повысится, если вместо
пальца к головке заклепки прижать специальный стальной стержень
длиной 10-12 см и толщиной 5-6 мм с утолщением на конце. Слабую
заклепку можно определить и по звуку: при ударе она издает глухой
дребезжащий звук. Ржавые потеки из-под головок заклепок или по
контактам соединяемых элементов, а также трещины в окраске около
заклепочных головок обычно являются внешними признаками неудов­
летворительного состояния соединения. При наличии этих признаков
производят детальную проверку остукиванием всех заклепок соеди­
нения. "7

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, а также к уменьшению деформативности соединения и, следовательно, его износа в связи с чем замедляется расстройство оставшихся в соединении за-

Усталостные повреждения элементов клепаных пролетных строений

Усталость материала - это процесс постепенного накопления поврежде­нии при действии многократно повторяемых изменений напряжений приводящий в определенных условиях к усталостному разрушению' которое происходит в результате постепенного развития трещины Свой­ство материала противостоять усталости называется выносливостью. Усталость - процесс избирательный, происходящий, как правило в локальных зонах элементов конструкций, где наблюдается максималь­ная концентрация напряжений. Излом усталостного разрушения имеет характерные начальные пятна усталости, образующиеся на участках за­рождения трещин усталости.

Наиболее серьезные и весьма опасные усталостные повреждения эле­ментов главных ферм клепаных пролетных строений железнодорожных мостов пока зарегистрированы в раскосах и подвесках. Первые усталост­ные разрушения раскосов на железнодорожных мостах России были обнаружены в 1941 г. К настоящему времени отмечено несколько сотен Усталостных повреждений раскосов (рис. 2.6). В начале усталостные по­вреждения раскосов возникали на пролетных строениях, изготовленных в конце прошлого и начале текущего столетий из сварочного и литого железа, а в 60-х годах стали появляться аналогичные повреждения раско­сов пролетных строений, изготовленных из малоуглеродистой стали мар­ки l.t. з и рассчитанных по нормам 1931 г. под нагрузку Н7 и Н8 Уста лостные повреждения подвесок на железнодорожных мостах нашей страны встречаются пока редко.

uem-nf ^{усталостные} трещины имеют начало в зонах максимальной кон­центрации напряжении у кромок заклепочных отверстий первого, второ-

го и, очень редко, третьего поперечного ряда заклепок, считая от середины элемента (рис. 2.7). Развитие трещины происходит в поперечном направлении к продольной ос<и

элемента.

1». Рис. 2.7. Усталостные тре- _и щины в раскосах _х.

Трещина зарождается в зоне пересечения кромки отверстия с плоскостью, перпендику­лярной продольной оси раскоса и проходящей через центр отверстия.Иногда ее начало имеет смещение до '/s диаметра отверстия вдоль оси раскоса по направлению к его концу. При этом характерное пятно усталости располагает­ся, как правг о, в вершине угла, образованно­го поверхностью контакта раскоса с фасонкой и стенкой отверстия. На рис. 2.8 показан характерный вид усталостной трещины в рас­косе и излом полки уголка. На этом рисунке

отчетливо видна начальная зона усталостного разрушения, в этих зонах имеет место максимальная концентрация напряжений.

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

Нередко усталостные трещины возникают в элементах связей между главными фермами. Трещины обычно развиваются от кромок закле­почных отверстий на участках прикрепления элементов связей к фасов­кам. Эти повреждения связаны с чрезмерными колебаниями связей при

проходе поезда.

Усталостные повреждения являются одним из наиболее распростра­ненных и прогрессирующих повреждений балок проезжей части и их прикреачений. Чаще всего они бывают представлены г»,,.цкнами-выко-лами в горизонтальных полках верхних поясных уголков продольных балок. Трещины возникают на участках под мостовым»: брусьями около обушков уголков и вначале развиваются вдоль уголка, а затем изменяют свою траекторию в поперечном направлении с последующим выходом на кромку уголков (рис. 2.9). В результате в полке уголка под мосто­вым брусом получается своеобразный "выкал". Повреждения такого типа имеют место как во внутренних, так и в наружных поясных угол­ках. Первые трещины-выколы были зафиксированы в 30-х годах теку­щего столетия. К настоящему времени на железнодорожных мостах зарегистрировано несколько тысяч трещин-выколов. Как правило, они появляются в балках, не имеющих верхних горизонтальных поясных листов. Однако, уже отмечены случаи их возникновения и при наличии горизонтальных листов. Аналогичные повреждения наблюдаются и в поясах главных балок или ферм при непосредственном опирании на них мостовых брусьев. 56

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. Проведенные испытания показали, что нормальные напряжения около обушка уголка в поперечном направле­нии при воздействии обращающихся нагрузок достигают 150-200 МПа. Изменение этих напряжений от максимума почти до нуля происходит при прокатывании каждого колеса поезда, т. е. с большой повторяе­мостью. Сочетание высоких переменных напряжений с большим числом циклов их изменения приводит к появлению усталостных трещин. Эти повреждения существенно снижают несущую способность балок и без­опасность движения поездов. Их устранение связано со значительными затратами.

Рис.2.8. Усталостные разрушения уголка раскоса: о — трещин*; б - излом полки

В 60-х годах текущего столетия начали появляться усталостные повреждения стенок продольных балок. Эти повреждения представляют

Рис. 2.9. Усталостные трещины в горизонтальной полке верхне­го поясного уголка

Рис. 2.10. Усталостные трещины в стенках продольной балки: 1 - поперечная балка; 2 — про­дольная балка; 3 — трещины

собой наклонные трещины в стенках балок, которые зарождаются у кромок заклепочных отверстий второго, третьего и четвертого ряда (считая сверху) прикрепления стенки балки к вертикальным соедини­тельным уголкам (рис. 2.10).

Появлению этих трещин предшествует расстройство заклепок в прикреплении стенки балки к соединительным уголкам. При некото­ром несовпадении заклепочных отверстий и в результате расстройства заклепок возникает большая неравномерность в распределении усилий между заклепками. Это приводит к высокой концентрации напряжений около заклепочных отверстий с перегруженными заклепками. При этом у кромок верхних заклепочных отверстий создается значительная кон­центрация растягивающих напряжений. Наличие высокой концентрации растягивающих напряжений с большой повторяемостью циклов их из­менения является основной причиной возникновения усталостных тре­щин в стенках балок. Наиболее эффективным способом предупреждения появления этих трещин является замена заклепок в прикреплении стен­ки продольной балки к соединительным уголкам высокопрочными болтами.

Отмечено несколько случаев появления и развития поперечных усталостных трещин в нижних поясных уголках и в стенках продольных

Рис. 2,11. Усталостная трещина в "рыбке":

1 — "рыбка"; 2 — поперечная балка; 3 - продольная балка; 4 — трещина

Рис, Z12. Усталостная трещина в нижнем поясном уголке попе­речной балки

балок в средней их части. Эти трещины появлялись у кромок заклепоч­ных отверстий или в зоне других концентраторов напряжений, создан­ных коррозией или механическим повреждением металла.

Нередко усталостные трещины появляются в "рыбках" (рис. 2.11). 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".

В пролетных строениях длиной более 60 м часто появляются уста­лостные трещины в нижних поясных уголках поперечных балок (рис. 2.12). Эти трещины характерны для крайних поперечных балок. О^рйй из основных причин появления этих трещин является интенсив­ное включение в совместную работу балок проезжей части с поясами главных ферм, что особенно сильно проявляется в пролетных строениях, не имеющих "разрывов" продольных балок.

Нередко встречаются усталостные трещины у обушков в уголках прикрепления продольных балок к поперечным (рис. 2.13). Поврежде­ния этого типа возникают, главным образом, в прикреплениях без "рыбок" или с очень слабыми "рыбками". Их появление и развитие свя­зано с передачей через соединительные уголки значительных продольных сил, возникающих в продольных балках при совместной работе с пояса­ми главных ферм, а также изгибающих моментов в сопряжениях про­дольных и поперечных балок.

Низкой долговечностью и надежностью по выносливости обладают соединения про­дольных и поперечных балок проезжей части при их этажном расположении незави­симо от расчетных норм, по которым они запроектированы. В них часто возникают усталостные трещины. Они появляются, главным образом, в полках поясных угол­ков на участках опирания продольных балок на поперечные и поперечных на главные фермы.

Рис. 2.13. Усталостная трещина¹' в уголке прикрепления продоль-Е |Нойбалкик поперечной j t

В последние годы заметно увеличилось i число усталостных разрушений заклепок и ■высокопрочных болтов, работающих в при­креплениях продольных балок к попереч­ным на растяжение. Наиболее часто эти по-

вреждения встречаются в прикреплениях без рыбок. газрушаются заклепки и высокопрочные болты, расположенные в верхних и нижних рядах прикрепления соединительных уголков к стенке поперечной бал­ки там, где возникают наибольшие усилия отрыва от действия изгибаю­щего момента в прикреплении. Исследованиями установлено, что разру­шение заклепок и болтов происходит при циклическом изменении нор­мальных напряжений в них выше 30—50 МПа.

Усталостные повреждения сварных элементов и усиленных с при­менением сварки. Сварные элементы и соединения обладают характер­ной особенностью, которая состоит в том, что в сварных швах и около­шовных 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 (непроваров, горячих трещин, пор и включений в наплав­ленном металле). 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.

При обследовании металлических пролетных строений на указан­ные места возможного возникновения трещин необходимо обращать особое внимание. Внешним признаком наличия трещин могут служить потеки ржавчины и шелушение краски. Крупные трещины можно обна­ружить при тщательном осмотре невооруженным глазом или через лупу. Для обнаружения мелких трещин используют различные приборы (например, индукционные, ультразвуковые дефектоскопы). Скрытые трещины и другие дефекты (непровары, шлаковые включения) обнару- 60

живают рентгенографированием, т-графированием, а также при помощи ультразвуковых и электромагнитных приборов (см, п. 3.5).

В палевых условиях для обнаружения трещин часто пользуются простыми способами. Участок, где подозревается трещина, очищают от краски и ржавчины, шлифуют наждачной бумагой с последующим протравливанием поверхности 10-15-процентным раствором азотной кислоты, после протравливания поверхность промывают водой, выти­рают насухо и просматривают через лупу или микроскоп.

В некоторых случаях вдоль предполагаемой трещины хорошо зато­ченным небольшим зубилом снимают тонкую стружку. Разделение стружки подтверждает наличие трещины.

С целью предупреждения опасного развития мелких трещин участки элемента конструкции, где они обнаружены (например, концы сварных швов, кромки элементов и т. п.), следует обрабатывать до полного их удаления наждачным кругом, зубилом или напильником, создавая вы­точку с плавным переходом во избежание высокой концентрации напря­жений в этих местах.

У концов более крупных трещин, ослабляющих сечение в пределах, допустимых для безопасного пропуска поездов (что надлежит проверить расчетом) необходимо просверлить сквозные отверстия диаметром 15-20 мм, что приводит к значительному снижению концентрации на­пряжений у конца трещины. Однако, это полностью не гарантирует пре­кращения дальнейшего развития трещин по другую сторону отверстий, а поэтому за такими трещинами следует установить специальное наблю­дение. Опасные трещины, снижающие грузоподъемность ниже допусти­мого уровня, после предварительного просверливания отверстий около их концов надлежит перекрыть накладками на высокопрочных болтах или, в крайнем случае, на точеных чистых болтах.

За элементами, в которых обнаружены трещины, должно быть уста­новлено постоянное наблюдение.

Применение сварки при усилении мостов в нашей стране было прекращено в 50-х годах. Пролетные строения, усиленные с применени­ем сварки, на эксплуатируемых мостах в настоящее время встречаются крайне редко. Основным наиболее опасным повреждением элементов, Л^оторых добавляемый при усилении металл прикрепляли сварными швами, являются усталостные трещины в сварных швах и околошов­ных зонах, у концов сварных швов и в местах резкого изменения сече­ний элементов у заплавленных (заваренных) отверстий.

В последние годы массовый характер приобретает появление и раз­витие усталостных трещин в сварных сплошностенчатых балках цельно­сварных и сталежелезобетонных пролетных строений, а также в свар­ных продольных балках проезжей части сквозных пролетных строений, изготовленных в 50-80 годы. Усталостные трещины отдельных типов появляются через один - два года после сдачи моста в эксплуатацию и быстро прогрессируют.

i

На рис. 2.14 показаны наиболее характерные типы трещин в свар­ных балочных пролетных строениях со сплошными стенками различных конструкций. Наибольшее распространение имеют трещины в стенках у верхних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости. Чаще трещины этого типа встречаются около ребер, верхние торцы которых соединяются с верхним поясом через прокладки, приваренные только к ребрам (см. рис. 2.14, б). Главная причина появления и развития этих трещин — высокие циклические напряжения у концов сварных швов, связанные со стесненным изгибом стенки из ее плоскости, вибрацией стенок, наличием больших растягивающих остаточных напряжений. Изгиб стенки происходит из-за внецентренной передачи вертикальных усилий Р с мостовых поперечин на верхний пояс, а также горизонталь­ных воздействий от ударов колес Я (рис. 2.15). Угол поворота пояса

Дата добавления: 2015-06-30