L_J 1__ I 1 страница

I

СН

усталостных повреждении в раскосах по сравнению с нижними поясами при одинаковых уровнях максимальных напряжений и коэффициентов концентрации напряжений а объясняется главным образом тем, что коэффициенты асимметрии циклов напряжений р в элементах ниж­них поясов имеют более высокие значения, чем в раскосах, особенно работающих на знакопеременные усилия. Кроме того, число циклов изменения напряжений в раскосах выше, чем в элементах нижних поясов.

В подвесках и других элементах, работающих на местную нагрузку, более высокая интенсивность роста усталостных повреждений проис­ходит вследствие большего числа циклов изменения усилий по сравне­нию с другими элементами при проходе одного поезда.

Особое внимание следует обратить на значительное увеличение ско­рости накопления усталостных повреждений при введении в эксплуата-

Таблица 7.2. Результаты оценки усталостной долговечности элементов главных ферм пролетных строений

	Тип пролет­ных строений	Расчетные нормы	Год по­стройки	Элемент	3 аклепки в прикреп-	Класс эле­мента по		Мера повреждения
	(см. рис. 7.17)				лении	прочности	за период эксплуата­ции до 1992 г.	при пропуске 100 тыс. гру­зовых поез­дов с q — = 65кН/м	при пропуске 100 тыс. поездов Т пр
	/			НО-2	Двухсрезные	15,8	0,0098	0,0014	0,0970
				Н2-4	"	12,6	0,0496	0,0083	0,0320
				Pi'-2	Одн ос резные	10,9	0,0070	0,0010	0,0630
				рз'-з	"	14,6	0,0710	0,0125	0,1350
				п		9,1	0,0290	0,0020	0,0120
				Н2-4	Двух срезные	7,1	0,2240	0,0390	0,1340
	//			Р1-2	"	8,07	0,1474	0,0257	0,1270
				РЗ'-4	"	8,13	0,2740	0,0707	0,3200
				Р6-У	Двухсрезные	10,4	0,3500	0,0350	0,0905
	III			П	Односрезные	9,0	0,0500	0,0051	0,0640
				Н6-8	Двухсрезные	7,96	0,3040	0,0282	0,0627
	IV			Н8-9	Односрезные	14,65	0,0330	0,0036	0,0056
				PlO-ll'	"	7,0	0,8500	0,0850	0,3400
				П	,"	9,94	0,1250	0,0070	0,0420
				И 6-8	Двухсрезные	11,40	0,0380	0,0072	0,0095
	V			Р6-7'	"	11,83	0,0330	0,0070	0,0050
				Р8-9'	»	11,4	0,0430	0,0082	0,0097
>				П	Односрезные	11,84	0,1150	0,0196	0,1400

Окончание табл. 7.2

1"ип пролет­ных строений	Расчетные нормы	[Год по­стройки	Элемент	1 „ Заклепки в прикреп­лении	Класс эле­мента по прочности	т	Мера повреждения
(см, рис. 7.17)			за период эксплуата­ции до 1992 г.	при пропуске 100 тыс. гру­зовых поез­дов с q — = 65 кН/м	при пропуске 100 тыс. поездов Г пр
VI	под нагрузку /17 I-,----------------------. i. _	J945	j Н4-6 Р3'~4 Снеч,	Одно и двух-срезные Односрезные ■>■>	9,85 13,24 16,60	------- 0,126 0,065 0,132	0,016 0,009 0.02!	0,050 0,051 0,175
VII			Pi'-2 Р3'~4 Р5'~6 П	Двух срезные	8,96 9,32 10,54 9,64	0,1450 0,1380 0,1240 0,1640	0,0164 0,0245 0,0220 О.ЧИбб	0,0336 0,0340 0,0340 0,0592
vm	1931 под нагрузку		Р1"-2 P2-f Р4-5" С неч.	Односрезные	11,70 13,82	0,077 0,039 0,080 0,158	Щ2 0,005 0,014 0,026	0,055 0,027 0,074 0,231

Я - пояс; Р - раскос; Я - подвеска; С - стойка.

цию более тяжелых перспективных нагрузок. Сравнение значений меры повреждения (см. табл. 7.2), накопленной При пропуске 100 тыс. грузо­вых поездов с вагонной нагрузкой q = 65 кН/м, которые являлись основными в 60-80-х гг., и поездов Т с вагонной нагрузкой q = = 105 кН/м показьюает, что скорость накопления усталостных повреж­дений при одинаковой интенсивности движения поездов при пропуске поездов Т может быть в несколько раз выше по сравнению с грузо­выми поездами, обращавшимися в 1960-1980 гг. В раскосах и подвес­ках, имеющих коэффициент концентрации напряжений а > 4,5, при максимальных напряжениях 80 - 100 МИа, приращение меры поврежде­ния от 100 тыс. перспективных поездов может достигать 0,3. Такое же приращение меры повреждения в элементах нижних поясов с а_. > 4,5.; может быть достигнуто при максимальных напряжениях 120-140 МПа. Аналогичная картина при введении в обращение поездов Г будет наблюдаться и по износу (расстройству) заклепочных и болтовых соединений.

Непрерывный рост грузооборота усиливает тенденцию повышения осевых нагрузок подвижного состава. Наиболее чувствительными к по­вышению осевых нагрузок оказываются элементы пролетных строений, непосредственно воспринимающие давление от подвижных нагрузок. К ним прежде всего относятся продольные балки, а также пояса главных балок и ферм,на которые непосредственно опирается мостовое полотно. Влияние роста осевых нагрузок на долговечность клепаных продольных балок по трещинам-выколам можно наглядно проследить по резуль­татам исследования, выполненного А. В. Буниным, двух типов верх­них поясов продольных балок, состоящих из двух уголков сечением 120+120x10 мм и двух уголков 100+100x10 мм с горизонтальным листом сечением 240x10 мм, при опирании на них деревянных поперечин. Грузонапряженность на участке, где расположены мосты с рассматри­ваемыми продольными балками, была принята постоянной, равной 100 млн. т - км брутто/км в год. Исходя из этой грузонапряженности была определена мера повреждения при эксплуатации в течение 25,50и 75 лет в зависимости от осевых нагрузок. Зависимость меры повреж­дения от осевой нагрузки v ~ f(P) при различных сроках эксплуата­ции (Г =25 лет, Г =50 лет, Т = 75 лет) для указанных сечений верхних поясов продольных балок показана на рис. 7.18. На этом рисунке около соответствующих кривых v = f(P) даны схемы сечений верхних поя­сов. Приведенные результаты показывают, что мера повреждения поясов балок быстро увеличивается с ростом осевой нагрузки. Соответственно снижается и их долговечность. Так, при вероятности безотказной работы не ниже 0,98, что обеспечивается при v < 0,277, срок эксплуатации продольных балок с верхними поясами первого типа (без горизонталь­ного листа) при грузонапряженности 100 млн. т» км брутто/км в год при осевых вагонных нагрузках 135 кН составляет 75 лет, при 145 кН -50 лет, а при 160 кН — 25 лет, а балок с верхними поясами второго типа

у I Рис. 7.18. Зависимость V = f(P) для — верхних поясов продольных балок

(с горизонтальным листом) при осевых нагрузках 254 кН - 75 лет, при 276 кН- 50 лет и при 315 кН - 25 лет.

Рост осевых нагрузок приводит к значительному ускорению изно­са заклепочных и болтовых соединений в элементах проезжей части и особенно в прикреплениях продольных балок к поперечным.

Повышение осевых нагрузок, приводящее к значительному сниже­нию долговечности элементов пролетных строений мостов, работающих на местную нагрузку, необходимо учитывать как при решении вопросов, связанных с введением в эксплуатацию новых вагонов и локомотивов, так и при планировании работ по содержанию эксплуатируемых мостов.

В связи со значительным ростом накопления усталостных поврежде­ний и износа соединений при введении в обращение более тяжелых на­грузок и увеличении интенсивности движения поездов обостряется про­блема повышения усталостной долговечности элементов и износостой­кости соединений клепаных пролетных строений эксплуатируемых мос­тов. Наиболее простым способом повышения усталостной прочности и износостойкости этих элементов и узлов является превращение закле­почных соединений в клепано-болтовые (смешанные) путем замены за­клепок в наиболее напряженных крайних рядах (двух-трех) высоко­прочными болтами. При этом происходит резкое снижение концентрации напряжений около отверстий, в которые вместо заклепок поставлены высокопрочные болты, и поэтому значительно замедляется процесс на­копления усталостных повреждений.

О высокой эффективности этого способа свидетельствуют расчеты по изложенной в настоящей главе методике. В табл. 7.3 приведены неко­торые результаты этих расчетов. В этой таблице для сравнения показано приращение меры повреждения в соответствующих элементах при про­пуске 100 тыс. поездов до усиления (путем замены заклепок крайних рядов высокопрочными болтами) и после его выполнения. В табл. 7.3, как и в табл. 7.2, приведены характеристики элементов пролетных строений, схемы которых показаны на рис. 7.17, а также максимальные значения коэффициента концентрации напряжений a_Q для заклепочных отверстий при работе соединения в третьей стадии.

Результаты, приведенные в табл. 7.3, показывают, что после превра­щения заклепочного соединения в клепано-болтовое приращение мера повреждения в прикрепляемых элементах по сравнению с соединением на заклепках уменьшается в несколько раз,а в отдельных случаях прак-

Таблица 7.3. Результ^ы оценки усталостной долговечности элементов главных ферм пролетных строений до и после их усиления

Тип про-	Расчетные	Год по	Элемент	Заклепки в	Класс	«„ Q	Мера повреждения	Мера повреждения
летных	нормы	строй­ки		прикреп­лении	элемен­та по			до усиления	после усиления
строе-		■
ний (см.	,				прочно-		за период	при про-	при про-	при про-	при про-
рис. ч					сти		эксплуата	■ пуске	пуске	пуске	пуске
7.17)							ции до	100 тыс.	100 тыс.	100 тыс.	100 тыс.
	-		■	t			1992 г.	грузовых поездов ^с«в ^= = 65 кН/м	поездов Т пр	грузовых поездов с q — ^в = 65кН/м	поездов Т пр
VI			Р1-2	Одн ос рез­ные	9,36	3,65	0,1970	0,030	0,160	0,003	0,015
	под на­грузку Н7		Cl-l'		16,60	3,87	0,089	0,0140	0,1000	0,0000	0,0010
-			С9-9'	Односрез-ные	10,4	3,64	0,0630	0,0064	0,1116	0,0011	0,0113
VII			Н6-8	Двух срезные	11,93	2,87	0,01860	0,0031	0,0110	0,0000	0,0000
			Р8-9'	"	9,63	3,22	0,0780	0,0095	0,0550	0,0000	0,0000
			Р10-11		10,8	3,26	0,0620	0,0075	0,0440	0,0000	0,0000
			Н4-6	Односрез-	9,63	3,75	0,0940	0,0130	0,0820	0,0010	0,0050
VIII			(tt	ные и двух-срезные
	под на­грузку		Р0-1 If	Односрез-ные	10,25	4,30	0,1730	0,0300	0,1260	0,0020	0,0070
	Н7		РЗ ~4	"	9,26	3,35	0,0990	0,0160	0,1020	0,0010	0,0080
			-1-1"		13,82	4,15	0,195	0,0330 ■	0,2710	0,0020	0,0150

отчески прекращается даже при воздействии перспективной нагрузки. Таким образом, используя частичную замену заклепок высокопрочны­ми болтами, можно значительно повышать усталостную долговечность слабых элементов и тем самым при незначительных затратах сил и средств увеличивать срок службы эксплуатируемых пролетных строе­ний с заклепочными соединениями.

В результате превращения заклепочного соединения в клепано-болтовое снижается его деформативность и связанный с ней износ. В связи с этим расстройство оставшихся в соединении заклепок значи­тельно замедляется.

Для повышения долговечности верхних поясов продольных балок (без горизонтальных листов) устанавливают горизонтальные листы. Значительное повышение долговечности верхних поясов продольных ба­лок достигается путем устройства мостового полотна на железобетон­ной плите вместо мостового полотна на деревянных поперечинах. Су­щественно увеличивается долговечность верхних поясов продольных балок при укладке рельсов более тяжелых типов и упругих прокладок под рельсовые подкладки.

Проезжая часть является обычно наиболее слабым звеном металли­ческих пролетных строений. Элементы проезжей части наиболее чувст­вительны к повышению нагрузки, интенсивности и скоростей движения поездов. Поэтому при эксплуатации мостов необходимо более тщатель­но следить за состоянием проезжей части особенно старых мостов, рас­положенных на грузонапряженных линиях.

Особую озабоченность вызывает низкая усталостная долговечность отдельных узлов (зон) сплошностенчатых цельносварных балок. В гл. 2 рассмотрены наиболее характерные усталостные повреждения, возникающие в этих балках. Наиболее часто усталостные трещины по­являются в стенках балок у концов сварных швов, прикрепляющих вертикальные ребра жесткости. В отдельных случаях усталостные тре­щины появлялись в течение первых двух лет эксплуатации.

Оценка усталостного ресурса сплошностенчатых цельносварных пролетных строений железнодорожных мостов, спроектированных по расчетным нормам 1947 г; под нагрузку Н8 и изготовленных в 50-х го­дах из спокойной стали марки Ст. 3 (М16С), выполненная в МИИТе по методике, рассмотренной в п. 7.2, показала, что их усталостная долговеч­ность недостаточна. Так, в главных балках пролетом 23 м, кроме зон у концов сварных швов поперечных ребер жесткости, сравнительно не­большой усталостный ресурс с учетом перспективы повышения нагру­зок имеют участки в местах приварки фасонок и ребер к стенке и ниж­ним поясам, а также участки в стыковых швах листов нижних поясов.. Для отдельных зон усталостный ресурс в эталонных поездах при вероят­ности безотказной работы Р > 0,999 колеблется от 36 000 до 500 000. В качестье эталонного принят поезд, состоящий из трех восьмиосных секций локомотива с нагрузкой на каждую ось 300 кН, и тридцати восьмиосных полувагонов габаритаа Т с нагрузкой на ось 250 кН.

Сравнительно низкий уровень имеет усталостный ресурс сварных продольных балок болтосварных пролетных строений, выполненных по нормам СН 200-62 (Типовой проект Гипротрансмоста, инвентарный но­мер 690), Например, минимальный усталостный ресурс для стенки у нижних концов поперечных ребер жесткости продольных балок от воз­действия только нормальных напряжений ах составляет около 190 тыс. эталонных поездов.

Переход в 1983 г. от сварных ребер жесткости к уголковым, при­крепляемым высокопрочными болтами, позволил значительно повысить усталостный ресурс продольных балок.

Обеспечение нормальной эксплуатации железнодорожных мостов со сварными, болтосварными и клепано-сварными пролетными строения­ми, в сварных элементах которых часто возникают усталостные трещи­ны, - очень важная и сложная проблема. Для ее решения необходимо иметь надежные оценки усталостного ресурса и прогноза развития уста­лостных трещин, особенно перехода их в хрупкие разрушения; способы.повышения усталостного ресурса. Эти методы применительно к мосто­вым конструкциям нуждаются в серьезной доработке или разработке.

Рассмотренные в настоящей главе способы оценки усталостной долговечности позволяют с достаточной точностью производить оценку усталостного ресурса многих сварных элементов и соединений мостов при основных силовых воздействиях. Однако предстоит выполнить зна­чительные разработки по учету влияния дополнительных воздействий (локальных циклических изменений напряжений от местного воздей­ствия нагрузок, вибраций, колебаний и др.).коррозии, остаточных на­пряжений и т. п. на усталостную долговечность, а также собрать необ­ходимые статистические данные для более полного решения задач по оценке усталостного ресурса сварных элементов и соединений мосто­вых конструкций.

Слабо разработаны критерии и оценки перехода усталостных тре­щин в хрупкие разрушения, а следовательно, отсутствует одна из важ­нейших оценок надежности этих конструкций.

Известные способы повышения усталостного ресурса сварных стальных элементов и соединений: перераспределение остаточных на­пряжений с целью создания сжимающих остаточных напряжений в зо­нах возможного зарождения усталостной трещины, наклеп металла в опасных зонах, снижение концентрации напряжений и другие известные способы на эксплуатируемых мостах пока практически не применяют­ся, хотя при разработке соответствующих методик они могли бы дать значительный положительный эффект.

Существенное положительное влияние на усталостную долговеч­ность сварных продольных и главных балок оказывает замена мостово­го полотна на деревянных поперечинах на мостовое полотно с безбал­ластной железобетонной плитой или с ездой на балласте, а также цент­рирование передачи силовых воздействий с мостового полотна на пояса балок. 310

Глава 8

РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ И ТРУБ ____________________________

8.1. Общие сведения

Нормальная эксплуатация мостов и труб не всегда может быть обеспечена проведением ремонтных работ в процессе текущего содер­жания. В связи с ростом грузонапряженности на железных дорогах, возрастанием с каждым годом скоростей движения поездов, осевых на­грузок, возрастом эксплуатируемых мостов и труб в ряде случаев воз­никает необходимость в их капитальном ремонте или даже реконст­рукции.

Под реконструкцией моста или трубы в общем случае понимает­ся приспособление его (ее) к новым, изменившимся эксплуатацион­ным нормам и требованиям. В частности, необходимость реконструк­ции эксплуатируемых мостов возникает в связи с изменением основ­ных характеристик сооружения: грузоподъемности, отверстия, стати­ческой схемы, габаритов, числа путей, рода езды и др. Необходимость таких работ вызывается в основном неудовлетворительным физиче­ским состоянием несущих элементов моста, недостаточной их грузо­подъемностью, а также изменением условий эксплуатации железной до­роги или пересекаемого мостом водного или иного пути.

Впервые к работам по реконструкции железнодорожных мостов в России приступили в конце XIX в. Ранее построенные на Петербург-Московской железной дороге деревянные мосты были переустроены на капитальные. В этих работах деятельное участие принимал проф. Н. А. Белелюбский. В настоящее время для выполнения работ по ре­конструкции сооружений созданы специализированные организации -проектные и строительные. Реконструкция большинства искусствен­ные сооружений (за исключением внеклассных и больших мостов) Осуществляется по комплексному проекту на. реконструкцию всего участка (линии) железной дороги. Проектирование реконструкции мостов ведется с учетом требований тех же нормативных документов, которые обязательны и для проектирования новых мостовых соору­жений. Специфическая особенность работ по капитальному ремонту и реконструкции мостов - крайне стесненный фронт и в большинстве случаев неизбежность ведения работ в условиях движения поездов, что увеличивает их трудоемкость и требует затрат значительных мате­риальных средств.

Особое значение имеет своевременное проведение реконструкции мостов. Если мост реконструируется преждевременно, то это омертвля-

ет соответствующую часть средств и поэтому экономически невыгод­но. К экономическому ущербу приводит также и запаздывание рекон­струкции, так как несвоевременная подготовка моста к новым усло­виям эксплуатации препятствует нормальной работе железнодорожной линии или водного пути, который он пересекает.

Большой объем работ, выполняемых на железных дорогах различ­ными мостостроительными организациями в разных условиях, позво­лил создать целый ряд оригинальных и эффективных способов рекон­струкции мостов.

Наиболее распространенным видом реконструкции мостов являет­ся замена пролетных строений с частичным переустройством и усиле­нием опор. Грузоподъемность эксплуатируемых мостов определяется, как правило, грузоподъемностью пролетных строений. Опоры мостов в большинстве случаев имеют достаточную грузоподъемность и при ре­конструкции не требуют значительного переустройства. Пролетные строения с неудовлетворительной грузоподъемностью либо усиляют, либо заменяют новыми.

Решая вопрос о целесообразности усиления или замены пролетных строений, следует учитывать ряд существенных факторов: конструктив­ные особенности и физическое состояние пролетных строений (значи­тельная коррозия металла, опасное развитие трещин, наличие сущест­венных конструктивных недостатков и др.), существующие и перспек­тивные условия эксплуатации моста, возможные объемы и способы производства работ по повышению грузоподъемности пролетных строе­ний. Окончательный выбор между усилением или заменой пролетных строений решается путем анализа экономической эффективности того или другого способа с учетом затрат, вызываемых стеснением движе­ния поездов (снижение скорости движения поездов и предоставление "окон" для производства работ по усилению и замене пролетных строе­ний).

Способ замены пролетных строений зависит от многих факторов и в первую очередь от их длины. Пролетные строения малых длин, как правило, заменяют с использованием стреловых и консольных кранов. Пролетные строения длиной свыше 45 м заменяют продольно-попереч­ной передвижкой с использованием фермоподъемников или плавучих средств.

Организация и способы ведения работ по замене пролетных строе­ний при реконструкции мостов аналогичны тем, которые применяются при строительстве новых мостов. Однако необходимость, как правило, сохранения движения поездов и требование минимального его ограниче­ния вносят свою специфику. При реконструкции мостов с заменой про­летных строений на судоходных реках необходимо, кроме того, учиты­вать требования судоходства.

Для замены пролетных строений старых мостов, как правило, ис­пользуют типовые пролетные строения современной проектировки. При необходимости в них вносят соответствующие дополнения и изменения, 312

увязанные с принятой схемой моста. В отдельных случаях возможно индивидуальное проектирование новых пролетных строений с макси­мальным использованием типовых конструктивных решений.

Дата добавления: 2015-06-30