Съемка плана и профилямостов и труб 2 страница

Рис. 2.14. Характерные типы трещин в сварных балочных пролетных строениях со сплошными стенками:

а — схема главкой балки; б — трещина в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра жесткости (торец ребра приварен к прокладке); в — трещина в стенке балки у верхнего конца сварного шва вертикального ребра (реб­ро к верхнему поясу прикреплено с помощью уголка на высокопрочных болтах); г — 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); д - продольная трещина в поясном шве; е — трещина в стенке балки у нижнего конца сварного шва вертикального ребра жесткости

Рис. 2.15. Схема деформирования пояса и стенки балки

и изгиб стенки в значительной степени зависят от наличия зазоров между поясным-листом и прокладкой. Эти зазоры могут иметь место в самом начале эксплуатации (брак, допущен­ный при изготовлении) или появить­ся в процессе эксплуатации вследствие механического износа контактирую­щих поверхностей. Механический из­нос происходит довольно быстро, поскольку при проходе поездов взаим­ное смещение контактирующих по­верхностей и нормальное давление на них значительны. Ускорению процесса механического износа и накопления усталостных повреждений способству­ет отсутствие продольных связей

между оалками в уровне верхних поясов (согласно UH 2UU-6Z эти свя­зи устанавливались в пониженном уровне).

У вертикальных ребер жесткости, к которым прикреплены тротуар­ные консоли, кроме рассмотренных, возникают дополнительные воз­действия от динамических нагрузок от тротуаров, что приводит к тому, что усталостные трещины в стенках около этих ребер появляются зна­чительно раньше чем у остальных (через один — два года после начала эксплуатации).

Конструкция прикрепления вертикальных ребер жесткости к поя­сам с помощью уголков-коротышей на высокопрочных болтах (см. рис. 2.14, в) позволяет снизить циклические напряжения от местного изгиба стенки балки и, следовательно, повысить ее долговечность. Одна­ко усталостные трещины появляются и при таком конструктивном ре­шении, если не обеспечена достаточная жесткость прикрепления.

Если конец вертикального ребра жесткости приварен непосредст­венно к поясному листу (см. рис. 2.14, г), то трещины появляются в сварных швах прикрепления ребер к поясному листу, в поясном листе и в ребрах жесткости.

^^ггПродольные трещины в сварных швах, соединяющих верхний пояс со стенкой (см. рис. 2.14, д), встречаются пока редко. Однако их появ­ление не исключено и на участках между ребрами особенно при высокой эксцентричности приложения усилий от подвижного состава.

Эксцентричность приложения усилий является одним из главных факторов раннего появления усталостных трещин в стенках балок У верхних концов швов вертикальных ребер жесткости и в сварных поясных швах. Одним из эффективных способов борьбы с этим явле­нием следует считать центрирование передачи усилий от подвижного со­става в плоскости поперечного сечения балки. Этот способ широко при­меняется в европейских странах, США и др. Суть его состоит в том, что

Рис. 2.16. Схема расположения усталост­ных трещин в стенке сварной балки сталежелезобетонного пролетного строе­ния:

1 — железобетонная плита; 2 — упор; 3 — сварная главная балка; 4 — про­дольная трещина; 5 — трещина в стенке балки у верхних концов сварных швов вертикального ребра жесткости

поперечины опираются на продольные ребра, уложенные на верхних поясах главных или продольных балок в плоскости стенки. Значительно снижается эксцентричность приложения вертикальной нагрузки к верх­ним поясам балок при мостовом полотне на железобетонных плитах.

Серьезным повреждением являются усталостные трещины в стенках балок у нижних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости (рис. 2.14, ё). Эти трещины встречаются значительно реже трещин у верх­них концов сварных швов, но по своей опасности они значительно их превосходят, так как расположены в зоне высоких растягивающих на­пряжений от внешних нагрузок.

Основная причина появления этих трещин — циклический стеснен­ный изгиб стенки балки из ее плоскости, вызванный горизонтальными поперечными колебаниями нижнего пояса при проходе поездов, при вы­сокой концентрации напряжений у концов сварных швов и значительном влиянии растягивающих остаточных напряжений. Нижние пояса, имея большую массу (например, у пролетных строений длиной 33,6 м толщи­на пояса равна 65 мм, а ширина — 600 мм), и как бы подвешенные к балке на сравнительно тонкой стенке, при горизонтальных колебани­ях свободно смещаются в поперечном направлении относительно концов вертикальных ребер жесткости, вызывая ее стесненный изгиб. При отсут­ствии продольных связей в плоскости нижних поясов, что имеет место в пролетных строениях запроектированных по расчетным нормам СН 200—62, амплитуды горизонтальных колебаний и соответственно циклических напряжений как и процесс накопления усталостных по­вреждений возрастают.

Усталостные повреждения нередко возникают в сварных балках сталежелезобетонных пролетных строений. Наиболее часто встречаются усталостные трещины в стенках балок у верхних концов сварных швов,

прикрепляющих опорные вертикальные ребра жесткости, и продольные усталостные трещины в стенках балок, расположенные около поясных сварных швов (рис. 2.16).

Главной причиной появления и развития этих трещин являются го­ризонтальные поперечные колебания при движении поездов. При боль­шой массе железобетонной плиты и мостового полотна и практически свободном опирании листов через прокладки на вертикальные ребра жесткости горизонтальные колебания вызывают циклические попереч­ные смещения верхних поясов относительно торцов вертикальных ребер ■ жесткости (прокладок), сопровождающиеся стесненным изгибом стенки балки (рис. 2.17). В результате в стенке балки у поясных швов и у кон­цов сварных швов вертикальных ребер жесткости возникают высокие циклические напряжения Я, нормальные к горизонтальной оси, приво­дящие к быстрому накоплению усталостных повреждений. Испытания сталежелезобетонных пролетных строений этого типа показывают, что поперечные смещения А верхних поясных листов относительно торцов вертикальных ребер у концов пролетных строений длиной 55 м с ездой на балласте достигают 1,65 мм, а в середине - 0,05 мм; период горизон­тальных колебаний - 0,45 - 0,65 с.

Наиболее широкое применение сварные балки получили в стальных пролетных строениях со сквозными главными фермами (болто-свар-ные, клепано-сварные), которые являлись основным типом пролетных строений железнодорожных мостов с пролетами более 44 м, изготовлен­ных в период с 1960-х до середины 1980-х годов. Опыт эксплуатации этих пролетных строений показывает, что наиболее слабыми элементами в них по выносливости оказались сварные продольные балки проезжей части. Наиболее распространенным устапостным повреждением сварных продольных бшток являются усталостные'трещины в стенках у верхних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости (рис. 2.18). Эти трещины в первую очередь появляются у ребер, верхние концы которых

Рис. 2.17. Схема деформирования стенки сварной балки сталежелезобетон­ного пролетного строения

3 За к. 1188

Рис. 2.18. Усталостные трещины в сварных продольных балках: 1 - в стенке на концевом участке; 2 - в стенке у верхних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости; 3 - в стенке у нижних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости

приварены к прокладкам, а к ребрам прикреплены тротуарные консоли или консоли площадок убежищ. В этих случаях видимые усталостные трещины иногда появляются в течение первого года эксплуатации. При­чины их появления и развития аналогичны причинам появления усталост­ных трещин в стенках главных балок (см. рис. 2.14, б; 2.15). Трещины этого типа в зависимости от интенсивности и продолжительности экс­плуатации могут возникать у всех вертикальных ребер жесткости. Значи­тельно реже такого типа усталостные трещины возникают у ребер, верх­ние концы которых приварены к поясному листу.

Сравнительно часто встречаются усталостные трещины в стенках продольных балок у нижних концов сварных швов вертикальных ребер жесткости (см. рис. 2.18). В большинстве случаев эти трещины имеют дугообразную траекторию развития с концами, направленными вверх. Но иногда встречаются трещины с концами, ориентированными вниз к поясу. Последние трещины весьма опасны.

Трещины в стенках балок у нижних концов сварных швов верти­кальных ребер жесткости появляются наиболее часто у ребер жесткости, к которым прикреплены тротуарные консоли, и расположенным на участках прикрепления элементов нижних продольных связей между главными фермами к нижним поясам продольных балок. В этих случаях при проходе поезда стенка балки в зоне нижнего конца вертикального ребра циклически изгибается из ее плоскости под действием динамиче­ских усилий от колебаний тротуара и переменных усилий в диагоналях продольных связей. Как показали испытания, во время прохода одного современного грузового поезда изменение напряжений в стенке балки от ее изгиба около нижних концов ребер жесткости может превышать 1500 циклов при значительных амплитудах.

В коротких продольных балках с пониженной высотой, применяе­мых в "открытых" пролетных строениях, появляются весьма опасные

усталостные трещины в стенках на концевых участках (см. рис. 2.18). Трещины возникают у концов сварных швов, соединяющих стенку с верхним поясным листом, и сначала развиваются вдоль шва, а затем резко изменяют направление вниз.

Усталостные трещины в сварных балках пролетных строений мостов возникают главным образом в результате местных воздействий, кото­рые при проектировании и особенно при расчетах на прочность и вынос­ливость по действовавшим в то время нормам практически не учитыва­лись. Местные воздействия, приводящие к быстрому исчерпанию ресурса по усталости, в большинстве случаев являются следствием неудачных конструктивных решений (в том числе предусматриваемых технически­ми условиями) и недостатков технологии изготовления.

Многие обнаруженные усталостные трещины в сварных балках за редким исключением пока практически не снижают их грузоподъемно­сти. Однако дальнейшее их развитие во многих случаях непредсказуемо; в экстремальных ситуациях (ударное воздействие, например при круше­нии поезда на мосту; низкие температуры и др.) они могут стать причи­ной хрупкого разрушения с весьма тяжелыми последствиями.

Отдельные виды трещин: наклонные в стенках продольных балок на концевых участках, трещины, расположенные в зонах с растягиваю­щими от внешних нагрузок напряжениями, могут, развиваясь как уста­лостные, быстро снижать несущую способность балки и приводить к ♦серьезным последствиям. Поэтому все пролетные строения, имеющие сварные балки, подобные рассмотренным, в которых начали появляться усталостные трещины или ожидается их появление (что определяется расчетом), должны находиться под особым наблюдением с целью обна­ружения усталостных трещин на стадии их начального развития и приня­тия мер по предотвращению опасных последствий.

Механические повреждения и хрупкие разрешения. Механические повреждения наиболее часто возникают в процессе эксплуатации в ре­зультате ударов негабаритных грузов по элементам пролетных строений, а также при их изготовлении и монтаже. К механическим относятся так­же повреждения, полученные в результате обстрелов или бомбардировок мостов. Механические повреждения могут быть самыми разнообразны-ми: разрывы отдельных элементов или их частей, местные или общие ис-KpjBftemiH элементов, пробоины, вмятины (рис. 2.19).

Элементы, получившие механические повреждения, должны быть тщательно обследованы. 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.

Элементы, поврежденные в результате ударного воздействия, необ­ходимо тщательно осмотреть с целью выявления трещин, особенно в зоне удара. Искривление элементов приводит к возникновению в них

з*

Рис. 2.19. Механические повреждения элементов верхних продольных связей между главными фермами

дополнительных напряжений, а в сжатых элементах уменьшается сопро­тивляемость их продольному изгибу. Прямолинейность элемента обыч­но проверяют при помощи натягиваемой вдоль него тонкой стальной проволоки, относительно которой измеряют ординаты (стрелы) искрив­ления. Если стрела искривления сжатых элементов составного или Н-образного сечения превышает 0,0025 / _t а П-о,бразного - 0;143/э (/ — свободная длина, р - ядровое расстояние), то необходимо проверить допустимость такого искривления и в противном случае принять сроч­ные меры по усилению элемента. Особенно опасны искривления сжатых элементов с одновременным повреждением соединительной решетки между ветвями (погнутости, разрывы). В таких случаях следует немед­ленно принять меры по ремонту поврежденных частей соединительной решетки элемента, если это окажется необходимым по расчету.

Значительные повреждения могут получить прикрепления элемен­тов, подвергнутых ударному воздействию. При этом могут срезаться или разорваться заклепки и болты, возникнуть большие сдвиги. В сварных соединениях возникают трещины в швах и околошовных зонах. При об­наружении повреждений необходимо оценить их влияние на надежность прикреплений и принять меры, обеспечивающие нормальную их работу.

Хрупкими разрушениями называют разрушения от силового воз­действия без заметной пластической деформации. Разрушение происхо­дит от развития трещин, зарождающихся в наиболее слабых (перенапря­женных) местах. Трещины при хрупком разрушении развиваются мгно-

венно (скорость распространения трещины в металле достигает 4000— 5000 м/с)^ характеризуются почти полным отсутствием пластических деформаций и представляют собой большую опасность.

Склонность к хрупким разрешениям зависит от структуры металла, ориентации кристаллов, химического состава, наличия примесей, формы элемента, вида напряженного состояния, скорости деформирования, тем­пературы окружающей среды и т. п.

Опыт эксплуатации металлических пролетных строений показывает, что повреждения элементов вследствие хрупкого разрушения встреча­ются пока очень редко. Они наблюдались, главным образом, в сварных конструкциях, изготовленных в начальный период применения сварки в мостостроении. Однако в связи с массовым появлением и развитием усталостных трещин в сварных балках вероятность появления в них хрупких разрушений будет возрастать. Опасность хрупких разрушений и тяжесть их последствий в сварных конструкциях, в частности в свар­ных балках, обусловлена главным образом сплошностью сечений балок, в связи с чем при хрупком разрушении трещина мгновенно распростра­няется по всему сечению.

Что касается клепаных пролетных строений, то по мере увеличения нагрузок, интенсивности и скоростей движения поездов, сроков экс­плуатации в элементах, особенно в зонах сильных концентраторов на­пряжений, происходят накопления повреждений, снижающих сопротив­ляемость металла хрупким разрушениям. При образовании в нем уста­лостных трещин вероятность появления хрупких разрушений повышает­ся. Однако она несравненно ниже, а последствия разрушений менее опасны, чем в сварных.

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 начдйаются в зонах концентрации напряжений с разрушения защитной пленки на металле под действием циклических напряжений. Коррозия снижает также стойкость металла против хрупких разрушений.

Скорость развития коррозии зависит от ряда факторов: способов и качества защиты от коррозии, химического состава металла, разновид­ности агрессивной среды, влажности, температуры, напряженного состоя­ния и др. Главным фактором, влияющим на возникновение и развитие Коррозии, является увлажнение поверхности металла. Эксперименталь­но установлено, что в среде, имеющей относительную влажность меньше 40 %, даже при наличии загрязнений, коррозия не возникает. Но эти усло-^вия не характерны для мостов, находящихся, как правило, в среде с более высокой влажностью. При относительной влажности воздуха

i более 70 % поверхность металла заметно адсорбирует влагу из воздуха в количествах, достаточных для развития коррозии. Загрязнение возду­ха частицами хлоридов, сульфидов или газами (например, сернистым), а также оседание на поверхности элементов пролетных строений всякого рода солей, руды и других агрессивных веществ способствует появлению и ускоренному развитию коррозии. Значительное влияние на развитие коррозии оказывают блуждающие электрические токи. Температура также влияет на развитие коррозии: повышение температуры ускоряет коррозию, понижение замедляет. При отрицательных температурах раз­витие коррозии практически прекращается.

Коррозия металла происходит либо путем непосредственного хими­ческого взаимодействия металла с окружающей средой (химическая коррозия), либо в результате взаимодействия образующихся на поверх­ности металла гальванических элементов (электрохимическая корро­зия). В стальных мостовых конструкциях в основном происходит элек­трохимическая коррозия.

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. Межкристаллитная коррозия вследствие разрушения межкристаллитных связей приводит к.значительному ухуд­шению свойств металла, снижению его сопротивляемости усталостным и хрупким разрушениям. Часто межкристаллитная коррозия не вызыва­ет изменения внешнего вида металла и поэтому не всегда может быть обнаружена.

Образованию и развитию коррозии металла более подвержены про­летные строения с ездой поверху, элементы и узлы которых в большей степени загрязняются, чем у пролетных строений с ездой понизу. В про­летных строениях с ездой понизу более интенсивно корродируют 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.

В продольных балках проезжей части наиболее подвержены корро­зии верхние горизонтальные листы, а при их отсутствии — горизонталь­ные полки верхних поясных уголков в местах контакта с мостовыми брусьями. Ускоренный процесс развития коррозии на этих участках объясняется быстрым разрушением слоя краски в зоне контакта с мос­товым брусом и устойчивым увлажнением поверхности.

Рис. 2.20. Элементы распорки верхних продольных связей между главными фермами, поврежденные коррозией

В узлах прикрепления продольных связей к поясам главных ферм (рис. 2.20), элементах связей коррозия часто развивается вследствие их загрязнения. У поперечных балок наиболее часто коррозии подверга­ются верхние горизонтальные листы, а также нижние пояса на участках прикрепления к ним фасонок продольных связей между главными фер­мами.

Развитие коррозии на контактирующих поверхностях может приво­дить к "распучиванию" соединяемых элементов. Этот вид повреждения обычно является следствием конструктивных недостатков — "мешков", "щелей", "пазух", большого шага заклепок и т. д., характерных для пролетных строений с многораскосными и многорешетчатыми фермами. Плоские раскосы таких пролетных строений обычно состоят из парных.листов» объемлющих в узлах вертикальный лист пояса; нижние узлы прикреплений раскосов к поясам ферм, имеющие большой шаг закле­пок, являются в них наиболее уязвимым для коррозии местом. Кор­розионные повреждения этого типа наблюдаются также в элементах нижних поясов главных ферм, у которых вертикальные пакеты имеют большой шаг соединительных заклепок, и в диагоналях продольных связей, состоящих из двух уголков, соединенных редко поставленными заклепками.

Анализ показывает, что скорость развития коррозии в элементах Мостов при неудовлетворительном качестве защитного слоя в нашей стране составляет в среднем 0,1—0,2 мм в год.

При обследовании металлических пролетных строений мостов важ­
но выявить все неблагополучные места, с тем, чтобы выработать спе­
циальные профилактические меры для борьбы с коррозией. Ослабление
сечений элементов коррозией учитывают при оценке их грузоподъем­
ности. *

Окраска является основным профилактическим средством защиты металла от коррозии. Следует помнить, что коррозию легче предотвра­тить, чем с ней бороться. Старые мосты во время войн и в период восста­новления хозяйства после них окрашивались нерегулярно; их окраска иногда производилась недоброкачественными материалами, что, естест­венно, отразилось на состоянии этих мостов. В связи с этим они имеют значительные повреждения коррозией, которая несмотря на принимае­мые меры продолжает интенсивно развиваться. Нередко значительное поражение пролетных строений коррозией является главной причиной преждевременной их замены.

2.5. Повреждения железобетонных, бетонных и каменных пролетных строений

В железобетонных пролетных строениях как из обычного, так и предварительно напряженного железобетона в процессе эксплуатации и при изготовлении возникают повреждения в виде трещин, разрушения бетона (резкое снижение прочности), отколов бетона, усталостного раз­рушения арматуры* отслоений защитного слоя, раковин, повреждения гидроизоляции, коррозии арматуры, разрушения консолей плиты бал­ластного корыта и наращенных бортов и др. В пролетных строениях путепроводов часто наблюдаются повреждения, вызванные ударами негабаритных грузов (сколы бетона, разрывы арматуры, трещины в бетоне). Повреждения в зависимости от их вида, характера развития и расположения могут оказывать значительное влияние как на долговеч­ность, так и на грузоподъемность конструкции.

Трещины в бетоне являются весьма распространенным повреждени­ем железобетонных пролетных строений, В конструкциях из обычного железобетона появление трещин в зонах, работающих на растяжение при напряжениях выше расчетных сопротивлений, как правило, неизбежно; оно предусматривается на стадии проектирования с ограничением рас­крытия трещин 0,2 мм. Считают, что при таком раскрытии трещин влага не будет интенсивно проникать к арматуре и поэтому не произойдет ее существенного ржавления, а, следовательно, и значительного снижения долговечности конструкции.

В предварительно напряженных железобетонных пролетных строе­ниях с напряженной арматурой в виде проволочных пучков, отдельных проволок или канатов трещины в бетоне наиболее опасны. Проникаю­щая через них влага может привести к коррозии арматуры, площадь се­чения которой вследствие небольшого диаметра проволоки будет умень-72

шаться значительно быстрее чем у стержневой арматуры. Кроме того, развитие межкристаллитной коррозии приводит к значительному сниже­нию сопротивляемости металла арматуры усталостным и хрупким раз­рушениям.

Нередко трещины в бетоне непосредственно снижают грузоподъем­ность пролетного строения. Это прежде всего относится к предваритель­но напряженным конструкциям, например, при возникновении наклон­ных или продольных трещин в стенках балок. Поэтому обнаруженные трещины в бетоне должны быть тщательно проанализированы с точки зрения их влияния на грузоподъемность и долговечность конструкции с учетом тенденции к их дальнейшему развитию.

Рассмотрим наиболее характерные типы трещин, наблюдаемых в эксплуатируемых балочных пролетных строениях (рис. 2.21).

Усадочные трещины 1 возникают обычно в поверхностных слоях бетона вследствие неравномерности процесса усадки. Появлению этих трещин способствуют чрезмерно высокое содержание цемента в бетоне; естественность усадки, вызванная конструктивной формой, характером армирования; нарушение технологии выдержки бетона при его тверде­нии и др. Характерным признаком усадочных трещин является их хаоти­ческое расположение, небольшая длина и раскрытие. Усадочные трещи­ны могут служить началом развития силовых трещин.

Наклонные трещины 2 в стенках балок образуются в основном от действия главных растягивающих напряжений. Эти трещины особен­но опасны в предварительно напряженных пролетных строениях, так как могут значительно снижать их грузоподъемность, что должно оцени­ваться расчетом.

Продольные трещины 3 в местах примыкания, плиты балластного корыта к стенкам балок;*также относятся к категории опасных, внося­щих серьезные изменения в работу конструкции под нагрузкой (значи­тельное снижение момента сопротивления поперечного сечения балки и

Рис. 2.21. Типы трещин в балочных пролетных строениях:

1 — усадочные; 2 — наклонные; 3 — продольные в зоне сопряжения плиты со стенкой; 4 — поперечные в плите;.5 - поперечные в нижнем поясе; б — продоль­ные в нижнем поясе; 7-я зонах опорных частей; 8 — горизонтальные на торце­вом участке; 9 — в зоне омоноличивания; 10 — поперечные трещины в ребрах Жесткости

резкое усиление работы хомутов в зоне трещин на срез), и -требуют
соответствующего внимания и учета при оценке грузоподъемности.
Одной из главных причин образования этих трещин являются нарушения
в технологии изготовления пролетных строений. <*

Поперечные трещины в плите 4 вызываются главным образом пере­тяжкой нижней продольной арматуры и изгибающими моментами, созда­ваемыми при установке балок кранами. В простых разрезных балках в процессе эксплуатации постоянные и временные нагрузки способству­ют закрытию этих трещин.

Дата добавления: 2015-06-30