Обследование искусственных сооружений. Основные повреждения мостов и водопропускных труб

2.1. Задачи обследования и классификация повреждений

Задачи обследования. Основная задача обследования мостов и труб заключается в оценке их физического состояния и проверке соответ­ствия его установленным требованиям. Обследование проводят перед испытаниями сооружений, перед вводом их в эксплуатацию или периоди­чески во время эксплуатации. Обследования могут проводиться и как самостоятельный вид работ в процессе эксплуатации с целью проверки состояния сооружений. При обследовании мостов и труб перед сдачей их в эксплуатацию основной задачей обследования является установле­ние соответствия сооружения утвержденному проекту и требованиям к качеству выполненных работ.

При регулярных обследованиях эксплуатационных мостов и труб основное внимание обращается на выявление их состояния и его соответ­ствие установленным требованиям. Обследования эксплуатируемых сооружений могут проводиться и для решения специальных вопросов: разработки проектов реконструкции, усиления и ремонта; уточнения расчетной грузоподъемности, надежности и долговечности и др.

Обследование эксплуатируемых мостов и труб выполняют дистан­ции пути, мостоиспытательные станции служб пути управлений дорог, Главного управления пути МПС, научно-исследовательских и учебных институтов. Работам по обследованию предшествует тщательное изуче­ние технической документации. При обследовании детально осматривают все части сооружения. Если необходимо, осмотр сопровождается инстру­ментальными измерениями. Выявленные на основании общего осмотра узлы и элементы с, повреждениями или их признаками исследуют при помощи приборов и инструментов. В необходимых случаях определяют качество материала конструкций, его механические характеристики, геометрические размеры элементов и сооружения в целом. Особое вни­мание при обследовании мостов уделяется элементам и узлам с низкой грузоподъемностью и надежностью, элементам, в которых ранее отмеча­лись повреждения. Для проверки положения различных частей сооруже­ния в горизонтальной и вертикальной плоскостях производят съемку плана и профиля.

Искусственные сооружения обследуют по заранее разработанной программе, результаты обследования регистрируют в специальных журналах, в которых делают зарисовки и эскизы. Характерные повреж- 44

пения фотографируют. По материалам обследований оценивают состоя­ние и качество сооружения, пригодность к дальнейшей эксплуатации, определяют грузоподъемность и надежность, разрабатывают рекоменда­ции по повышению надежности и долговечности, регламентируют усло­вия эксплуатации и т. п. Если необходимо, материалы обследований дополняют данными испытаний сооружения в целом или отдельных его

элементов-

Результаты обследований оформляют в виде актов, заключении, от­четов после обработки и анализа полученных материалов.

В актах и заключениях дают краткое описание сооружения; пере­чень выполненных работ; основные результаты и их анализ; выводы о возможности пропуска нагрузок по сооружению и его дальнейшей эксплуатации.

В отчетах приводят описание конструкций сооружения с данными из проектной и другой технической документации, необходимыми для обоснования выводов. Кратко описывают технологию строительства с указанием допущенных отступлений, а также дефектов, возникших при строительстве. Более подробно дают описание результатов осмотра сооружения с детальным анализом повреждений (дефектов), а также ре­зультатов контрольных измерений и инструментальных съемок.

Отчет заканчивается выводом о состоянии сооружения с рекоменда­циями по устранению обнаруженных повреждений (дефектов) и указа­нием мероприятий по их предупреждению, а также условий дальнейшей эксплуатации.

Классификация повреждений. В настоящее время накоплен большой опыт эксплуатации мостов и труб при различных условиях их работы (по уровням нагруженности, по климатическим условиям, по интенсив­ности движения и грузонапряженности и др.) и длительности сроков службы. Этот опыт широко используется при прогнозировании характе­ра повреждений, возникающих в процессе длительной эксплуатации, вы­яснении причин их появления и скорости развития; оценке влияния повреждений на грузоподъемность и долговечность, безопасность движе­ния поездов и т. д.

Информация, получаемая непосредственно с эксплуатируемых сооружений, наиболее достоверна, так как она комплексно отражает ве# процессы действительной работы конструкций, чего трудно добить­ся даже при самых совершенных лабораторных испытаниях. Поэтому эксплуатационная проверка сооружений всегда служит главным крите­рием оценки их долговечности и надежности и является важным источ­ником для уточнения методов расчета, совершенствования методов их проектирования и технологии изготовления.

Классификацию повреждений (дефектов) мостов и труб произво­дят по следующим признакам: по виду повреждения, степени опасности, длительности развития до опасной стадии, принадлежности к определен­ным частям конструкции, частоте появления (массовости).

По виду различают следующие повреждения:.расстройство за­клепочных и болтовых соединений; усталостные повреждения в виде трещин в ачементах или полного их разрушения; коррозия; потеря местной или общей устойчивости отдельных элементов или их частей; трещины; механические повреждения; просадки; сдвиги; разруше­ние гидроизоляции и т. д.

По с к о р о сти развития до опасной стадии повреждения разделяют на: мгновенно развивающиеся (трещины при хрупком разру­шении, потеря устойчивости и т. п.); быстро развивающиеся (например, усталостные макротрещины); постепенно развивающиеся (расстрой­ство болтовых и заклепочных соединений, коррозия и т. п.).

По степени опасности повреждения могут быть: весьма опасные, которые с высокой вероятностью могут быстро привести к прекращению эксплуатации сооружения или его разрушению (трещины, приводящие к хрупкому разрушению; потеря устойчивости формы отдельных элементов или пролетного строения и др.); опасные, кото­рые могут привести к серьезным нарушениям нормальной эксплуатации (например, расстройство заклепочных соединений; усталостные трещи­ны; развитие сильной коррозии и др.); малоопасные, которые ухудша­ют условия работы конструкции, оказывая некоторое влияние на раз­витие других повреждений (например, перекос катков опорных частей).

По принадлежности к определенным частям сооружения повреждения разделяют на: повреждения балок проезжей части; главных ферм или главных балок; связей; опор; регуляционных сооружений и т. д.

По частоте появления (массовости) повреждения могут быть: массовые, имеющие очень широкое распространение; часто встре­чающиеся; редко встречающиеся.

22. Обследование подмостового русла и регуляционных сооружений

Нормальная работа подмостового русла характеризуется отсутстви­ем резких изменений его положения в плане в пределах мостового пере­хода, а также отсутствием подмыва опор, конусов насыпи и регуляцион­ных сооружений. Причинами нарушения его нормальной работы могут служить недостаточное отверстие моста, не отвечающие требованиям ре­гуляционные сооружения, неудовлетворительные укрепления откосов, конусов насыпи и дна реки.

Для выявления причин нарушения нормального состояния подмосто­вого русла и неудовлетворительной работы регуляционных сооружений необходимо иметь статистические данные об условиях протекания воды, паводках, ледоставах и ледоходах. Условия протекания характеризуют­ся горизонтами воды (высоким, меженнйм) и соответствующими им скоростями и направлением течения.

Рис. 2.1. Места промеров глубш во­круг опор (стрелка указывает направ­ление течения)

■ " ' \

При обследовании подмостового русла следует обращать внимание на наличие отклонений в положении русла как в плане, так и профиле. Особенно опасны различного рода подмывы опор и берегов вблизи на­сыпи и регуляционных сооружений.

Наблюдения за изменением профиля дна реки ведут путем перио­дических промеров русла. Промеры глубин русла обычно производят по оси моста и на 25 м выше и ниже по течению в зимнее время перед паводком и в весеннее после спада высокой воды. При устойчивом русле глубины проверяют только по оси моста, а при не­устойчивом — на большем количестве створов, а также вокруг опор.

В каждом створе точки промеров выбирают таким образом, чтобы можно было получить ясное представление об очертании профиля дна реки. Промеры глубин при отверстиях более 50 м делают примерно че­рез 10 м, а менее 50 м — через 5 м. При этом для лучшей привязки точ­ки промера глубины рекомендуется выбирать в створе узлов ферм.

Промеры глубины вокруг опор выполняют с интервалом 0,5 — 1,0 м, детально обследуя наиболее вероятные зоны размыва русла у но­совой и кормовой частей опоры (рис. 2.1). Зоны размыва у регуляцион­ных сооружений (струенаправляющих дамб и траверс) наиболее часто наблюдаются около их концов. В этих зонах обычно проводят промер глубин с интервалом 2—5 м (рис. 2,2).

Глубины измеряют различными способами. При большой глубине применяют тонкий трос,или веревку с привязанным на конце грузом. В особых случаях при очень больших глубинах и сильных течениях ис­пользуют специальный прибор —эхолот, принцип работы которого осно­ван на определении времени прохода отраженной от дна реки радио-или звуковой волны. Зная скорость распространения радио- и звуковых волн в воде, можно определить глубину.

Для определения глубины погружения троса или веревки на них 4ejwf каждые 20 см закрепляют специальные метки. При небольшой глубине реки для промеров используют рейку с укрепленным на ее нижнем конце поддоном для предотвращения погружения рейки в грунт при установке на дно.

Промеры русла производят непосредственно с моста или с лодки. Для фиксации точек измерения глубины в створе при небольшой шири­не реки натягивают проволоку или веревку. Точки промера глубин на больших реках фиксируют путем визирования с лодки на вешки, уста­новленные в створе на обоих берегах реки и на соответствующие узлы

ферм пролетных строений. Положение створов фиксируют специальны­ми свайками. На незатопленных участках профиль русла в створе сни­мают путем нивелирования.

Резулвтаты промеров привязывают к реперам и представляют в виде поперечных профилей русла (рис. 2.3). Для наглядности поперечные профили русла реки вычерчивают с различными масштабами по длине и высоте. Размеры по высоте откладывают в более крупном масштабе, чем размеры по длине. Сравнивая профили, снятые в разное время, устанавливают изменения и выявляют места и величину размывов и на­носов грунта.

2 3 Съемка плана и профиля мостов и труб

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 трещина^1' 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.