В процессе эксплуатации в стальных пролетных строениях мостов возникают и развиваются дефекты. По характеру эти дефекты можно разделить на следующие группы: расстройство заклепочных и болтовых соединений; усталостные повреждения; коррозия металла; хрупкие разрушения; механические повреждения.
Расстройство заклепочных соединений. Одним из наиболее распространенных дефектов клепаных пролетных строений является расстройство заклепочных соединений; оно связано с их износом, который главным образом зависит от величины суммарных перемещений (сдвигов) по плоскостям контакта соединения. Эти сдвиги в свою очередь находятся в прямой зависимости от интенсивности движения поездов, напряженного состояния соединения, характера динамического воздействия. Большое влияние на скорость износа оказывают конструктивные особенности соединения и среда, в которой они работают. В связи с повышением интенсивности движения поездов, увеличением их веса и скоростей развитие этих дефектов может возрастать. Расстройство заклепочных соединений является серьезным дефектом, который наряду с увеличением динамического воздействия на соединение и снижением его сопротивляемости редко действующим максимальным нагрузкам приводит к значительному повышению концентрации напряжений у заклепочных отверстий. Исследования, выполненные в МИИТе, показывают, что коэффициент концентрации напряжений для заклепочных отверстий в зависимости от степени износа соединения может изменяться в несколько раз. Соответственно возрастает накопление усталостных повреждений и вероятность их усталостного разрушения, особенно в элементах, работающих на многократно повторяющиеся знакопеременные или растягивающие усилия.
Расстройство заклепочных соединений — процесс длительный. По мере износа соединения оно может работать в трех стадиях. В стадии I работы заклепочного соединения все усилие передается трением по поверхностям контактов соединяемых элементов. При этом у кромок заклепочных отверстий возникает минимальная концентрация напряжений. В стадии II работа соединения характеризуется передачей усилий как трением, так и непосредственно через стержни заклепок на стенки отверстий. Концентрация напряжений при этом у кромок отверстий возрастает. В стадии III (наиболее неблагоприятной) усилия передаются только через стержни заклепок на стенки отверстий и концентрация напряжений у кромок заклепочных отверстий достигает максимальной величины. Внешним признаком работы соединения в этой стадии служит расстройство заклепок. Переход в стадию III наступает раньше появления внешних признаков расстройства заклепок. В результате расстройства заклепок облегчается доступ к кромкам отверстий влаги и агрессивных газов, способствующих появлению коррозии и ускорению процесса развития усталостных и коррозионно-усталост-ных трещин.
Posts Tagged ‘коррозия’
Основные дефекты металлических пролетных строений
Понедельник, июня 7, 2010Процесс индустриализации строительства мостов
Понедельник, сентября 28, 2009Процесс индустриализации строительства мостов, получивший широкое развитие в послевоенные годы, потребовал изменения конструктивных форм, технологии изготовления и монтажа железобетонных мостов. Массовое применение стали находить типовые конструкции ЦКБ Главмостостроя МПС, полносборные железобетонные крупноблочные мосты ЦНИИСа, рамноблочные Лентрансмостпроекта, а также рамно- и свайно-эстакадные мосты индустриального изготовления. В ряде железобетонных мостов использована безбалластная проезжая часть с ездой на деревянных поперечинах.
С 1948 г. в мостах под железнодорожную нагрузку начали внедрять предварительно напряженные железобетонные пролетные строения длиной до 34 м. Первые предварительно напряженные пролетные строения, изготовленные в СССР, имели арматуру, натягиваемую на бетон. В последующем от этих конструкций отказались, и в настоящее время в мостах под железную дорогу применяют почти исключительно железобетонные пролетные строения с натяжением арматуры на упоры (в стендах).
Для железобетонных пролетных строений, получивших массовое внедрение в строительстве мостов в послевоенный период, характерно использование бетонов и арматуры высокой прочности. Это позволило увеличить диапазон пролетов для балочных разрезных систем.
Железобетонные пролетные строения, в том числе постройки по нормам 1907 г., обладают достаточной грузоподъемностью для эксплуатации их под всеми видами обращающихся поездов и нагрузками ближайшей перспективы. Физическое состояние их весьма различно.
В старых железобетонных пролетных строениях относительно много трещин. Из-за несовершенства конструкций гидроизоляции, системы водоотвода и во многих случаях из-за низкого качества бетона интенсивно проявляются коррозия бетона и арматуры, разрушения защитного слоя. Эти расстройства заметно снижают долговечность и нередко грузоподъемность пролетных строений. Ремонт многих таких пролетных строений через 50 и более лет был запоздалой мерой и поэтому непривел к радикальным изменениям, что вынуждает заменять их новыми конструкциями.
В железобетонных пролетных строениях более поздних лет постройки, в том числе и в относительно новых, в процессе эксплуатации образуются различные, иногда достаточно серьезные расстройства (см. гл. II), обусловленные несовершенством проектов, нарушениями технологии строительства и т. д. Следует также иметь в виду, что степень тех или иных расстройств в железобетонных мостах зависит от условий эксплуатации и качества содержания. Установлено, что в мостах, эксплуатирующихся в районах с суровым климатом, а также в условиях агрессивной атмосферы, коррозия арматуры и бетона протекает более интенсивно. В связи с этим с 1967 г. конструкции мостов для районов с суровым климатом рассчитывают и выполняют по специальным нормативам.
Для мостов постройки до 1930 г. было характерно применение опор с облицовкой из штучного камня прочных пород и ядром из бутовой кладки. Опыт эксплуатации таких опор выявил достаточную их надежность. Вместе с тем в целом ряде случаев в этих опорах происходят расстройства облицовки и ядра в зоне переменных горизонтов воды и ледостава, а также расстройства кладки в виде трещин, каверн и поясообразных ниш.
Ремонт гидроизоляции и водоотводных устройств
Пятница, сентября 25, 2009Ремонт гидроизоляции и водоотводных устройств. Долговечность железобетонных пролетных строений в большой степени зависит от состояния гидроизоляции и качества работы водоотводных устройств. Так, опыт эксплуатации железобетонных мостов, построенных в нашей стране после 1907 г., показал, что некоторые из них пришли в неудовлетворительное состояние в основном из-за несовершенной конструкции изоляции балластного корыта и водоотводных устройств. В этих мостах интенсивно развилась коррозия бетона и арматуры пролетных строений от воды, проникающей из балластного корыта внутрь конструкций. Эти пролетные строения по своему состоянию требуют неотложного капитального ремонта, а в некоторых случаях и замены.
Потребность в ремонте изоляции в эксплуатируемых мостах вызывается следующими обстоятельствами: необходимостью устранения дефектов, допущенных при строительстве и в связи с расстройством изоляционного покрытия в процессе эксплуатации, от старения материалов изоляции, в результате механических воздействий и т. п.
При ремонте и замене гидроизоляции балластного корыта устраивают новый сплошной слой оклеечной изоляции из тонколистовых пластиков на специальном клее или из четырех-пяти слоев битумной мастики толщиной 2 — 3 мм, армированных битуминизированной антисептической тканью (битантит), гидроизолом и т. п. Изоляционное покрытие независимо от применяемых для него материалов должно быть прочным, эластичным и морозостойким.
Перед наклейкой изоляционного ковра следует исправить подготовительный слой, а если его не было или он разрушен, то уложить вновь,применяя для этого бетон на мелком (до 25 мм) щебне или цементно-песчаный раствор состава 1:3 1:4, придав ему уклоны к водоотводным трубкам не менее 0,03.
На старых железобетонных пролетных строениях водоотводные трубки либо не устраивали, либо они имели недостаточный диаметр (1,5 — 2 дюйма). При ремонте таких пролетных строений желательно установить новые водоотводные трубки по существующим нормам. В отдельных случаях, когда нет чугунных трубок, в виде исключения можно применять асбоцементные, а также стальные, в том числе сваренные из листовой стали толщиной не менее 4 мм. Все части водоотводных трубок до установки на место должны быть покрыты битумным лаком.
Перед укладкой изоляции поверхность подготовительного слоя необходимо тщательно просушить и прогрунтовать битумным лаком (25—? 35% битума марки БН-Ш-У, растворенного в 75 — 65% по весу бензине, керосине, лигроине). Укладку изоляции следует производить через 2 — 3 ч после нанесения грунтовки. Технология укладки изоляционного ковра и по нему защитного слоя такая же, как и при строительстве новых мостов.
Выбор способа ремонта
Пятница, сентября 25, 2009Выбор способа ремонта (технология, материал) зависит от характера дефектов, которые по влиянию на конструкцию могут быть разделены на три группы:
не снижающие прочности и долговечности конструкции (мелкие поверхностные раковины, трещины раскрытием не свыше 0,2 мм, сколы бетона без оголения арматуры и т. п.); снижающие долговечность конструкции (трещины раскрытием более 0,2 мм, раковины и сколы с оголением арматуры, поверхностная и глубинная коррозия бетона и т. д.);
снижающие несущую способность конструкции (наклонные трещины в стенках балок, горизонтальные трещины в сопряжении плиты и стенки пролетных строений, раковины и пустоты в бетоне и др.).
Дефекты первой группы не требуют принятия мер срочного характера, однако в профилактических целях их следует устранять при текущем содержании.
При дефектах второй группы ремонтом надлежит предусматривать обеспечение долговечности сооружения, а поэтому применяемые при этом материалы должны иметь высокачествеиные защитные характеристики.
При дефектах третьей группы ремонт производят с целью восстановления несущей способности конструкции, и к применяемым при этом материалам и технологии предъявляются требования обеспечения прочностной заделки.
В упомянутом указании рецептура материалов и технология производства ремонтных работ ориентированы на устранение дефектов первой и главным образом второй группы.
Рекомендуемые для этих целей материалы подразделяют на две группы. К первой группе относят составы, которые после схватывания с бетоном образуют жесткие покрытия, по своим свойствам близкие к цементному камню. Эти составы применяют для устранения дефектов на участках конструкций с небольшими деформациями, в том числе трещин, меняющих раскрытие от действия временной нагрузки и температуры не свыше 0,1 мм, а также некоторых трещин в предварительно напряженных пролетных строениях вдоль стержневой арматуры и большинства усадочных.
Вторую группу составляют резиноподобные эластичные составы, не разрушающиеся при значительных деформациях. Эти составы (эластичные герметики) используют в том числе инъектированием, для герметизации трещин, изменяющих раскрытие от действия временной нагрузки и температуры более 0,15 мм. Такие трещины могут быть в стыках элементов сборных конструкций, поперечные в растянутой зоне балок, вблизи опорных частей и т. д.
Из жестких составов применяют цементные растворы и бетоны с полимерными добавками, а также составы на основе некоторых видов синтетических смол, например эпоксидных. К эластичным покрытиям относят покрытия типа «герметик», образуемые на основе синтетического каучука (жидкий тиокол), найритовые и каучуко-би-тумные композиции.
Для защиты пролетных строений от коррозии в агрессивной атмосфере используют покрытия на основе эпоксидной, перхлорвиниловой смол и кремнийорганических лаков.
Образование и развитие коррозии металла
Среда, сентября 16, 2009Образование и развитие коррозии металла особенно свойственно для пролетных строений с ездой поверху, элементы и узлы которых в большей степени подвергнуты засорению. В пролетных строениях с ездой понизу корродируют главным образом элементы, расположенные ниже уровня мостового полотна.
Различают два вида коррозии: поверхностную—-распределенную по поверхности элемента и местную — в виде очагов.
Поверхностной коррозии подвержены главным образом элементы нижних поясов ферм, пояса балок проезжей части, связи между фермами, а также связи между продольными балками.
В нижних поясах главных ферм вследствие отсутствия или недостаточности дренажных отверстий, а также в результате плохой очистки образуется застой воды и скопление грязи, вызывающие коррозию всех внутренних элементов сечения коробки.
Развитие местной коррозии часто отмечается в элементах проезжей части (рис. 28).
В продольных балках проезжей части чаще всего подвергаются коррозии верхние горизонтальные листы, а при их отсутствии — горизонтальные полки верхних поясных уголков в местах контакта с мостовыми брусьями. Ускоренный процесс коррозии здесь объясняется быстрым разрушением слоя краски, а также контактом металла с увлажненной древесиной.
В узлах прикрепления продольных связей к поясам главных ферм и продольных балок развивается коррозия от скопления в этих местах грязи. У поперечных балок местной коррозии подвергаются верхние горизонтальные листы и фасонки в нижних узлах прикрепления к главным фермам.
Коррозия может проявляться в виде распучиваний элементов сечений от образования продуктов коррозии в зазорах между листами или полками уголков (рис. 29). Этот вид повреждения является, как правило, результатом конструктивных недостатков -— «мешков», «щелей», «пазух», большого шага заклепок и т. д., особенно характерных для пролетных строений с многораскосными и многорешетчатыми фермами. Плоские раскосы таких пролетных строений образованы парными листами, объемлющими в узлах вертикальный лист пояса; нижние узлы прикрепления раскосов к поясам ферм и являются в них наиболее уязвимым местом. Коррозионные повреждения этого типа наблюдаются также в элементах нижних поясов главных ферм и в диагоналях нижних продольных связей, состоящих из двух уголков с большим шагом соединительных заклепок.
Анализ показывает, что скорость развития коррозии при неблагоприятных условиях достигает в среднем 0,1—0,2 мм в год.
Окраска является основным профилактическим средством защиты металла от коррозии. Легче предотвратить появление коррозии, чем бороться с ней.
При обследованиях металлических пролетных строений мостов в отношении неблагоприятных влияний коррозии важно выявить все неблагополучные места, с тем чтобы выработать специальные профилактические меры. Ослабление элементов сечений коррозией учитывается в расчетах их грузоподъемности.
Коррозия
Среда, сентября 16, 2009Коррозия. Эксплуатируемые металлические мосты, как правило, имеют коррозионные повреждения, степень которых зависит главным образом от способов защиты и качества текущего содержания сооружений.
Коррозионные повреждения, уменьшая площадь сечения элементов, снижают их грузоподъемность и могут явиться причиной замены пролетных строений.
Скорость развития коррозии зависит от целого ряда факторов: химического состава металла, его обработки и защиты, разновидности агрессивной среды, влажности, температуры, напряженного состояния и др. Главным фактором возникновения и развития коррозии является увлажнение поверхности металла. Экспериментально установлено, что в среде, имеющей относительную влажность меньше 40%, даже при наличии загрязнений, коррозия не возникает. Но эти условия не характерны для мостов, находящихся, как правило, в среде с более высокой влажностью. При относительной влажности воздуха менее 60% атмосферная коррозия металлов протекает очень медленно. При относительной влажности более 70% поверхность металла заметно адсорбирует влагу из воздуха в количествах, достаточных для развития коррозии. Загрязнение воздуха частицами угля, золы, хлоридов, сульфидов или газами (сернистый), а также наличие на поверхности элементов пролетных строений всякого рода солей, руды и др. способствуют по* явлению и развитию коррозии.
Колебания температуры также влияют на развитие коррозии: повышение температуры ускоряет коррозию, понижение замедляет. При отрицательных температурах развитие коррозии практически прекращается.
В зонах концентрации напряжений, в особенности при относительно высоких номинальных растягивающих напряжениях (например, для Ст 3 мост. 1400 кгс/см2), наличие коррозии является дополнительным микроконцентратором, способствующим образованию трещин.
Железобетонные пролетные строения
Среда, сентября 16, 2009Железобетонные пролетные строения, в том числе постройки по нормам 1907 г., обладают достаточной грузоподъемностью для эксплуатации их под всеми видами обращающихся поездов и нагрузками ближайшей перспективы. Физическое состояние их весьма различно.
В старых железобетонных пролетных строениях относительно много трещин. Из-за несовершенства конструкций гидроизоляции, системы водоотвода и во многих случаях из-за низкого качества бетона интенсивно проявляются коррозия бетона и арматуры, разрушения защитного слоя. Эти расстройства заметно снижают долговечность и нередко грузоподъемность пролетных строений. Ремонт многих таких пролетных строений через 50 и более лет был запоздалой мерой и поэтому непривел к радикальным изменениям, что вынуждает заменять их новыми конструкциями.
В железобетонных пролетных строениях более поздних лет постройки, в том числе и в относительно новых, в процессе эксплуатации образуются различные, иногда достаточно серьезные расстройства (см. гл. II), обусловленные несовершенством проектов, нарушениями технологии строительства и т. д. Следует также иметь в виду, что степень тех или иных расстройств в железобетонных мостах зависит от условий эксплуатации и качества содержания. Установлено, что в мостах, эксплуатирующихся в районах с суровым климатом, а также в условиях агрессивной атмосферы, коррозия арматуры и бетона протекает более интенсивно. В связи с этим с 1967 г. конструкции мостов для районов с суровым климатом рассчитывают и выполняют по специальным нормативам.
Для мостов постройки до 1930 г. было характерно применение опор с облицовкой из штучного камня прочных пород и ядром из бутовой кладки. Опыт эксплуатации таких опор выявил достаточную их надежность. Вместе с тем в целом ряде случаев в этих опорах происходят расстройства облицовки и ядра в зоне переменных горизонтов воды и ледостава, а также расстройства кладки в виде трещин, каверн и поясообразных ниш.
Для мостов постройки после 1930 г. характерно применение монолитных и сборных бетонных опор нередко без облицовки, а также из предварительно напряженного железобетона. Достоинства таких опор общеизвестны. Вместе с тем практика их эксплуатации показала, что в бетонных и железобетонных опорах при определенных условиях могут образовываться различного рода трещины (см. гл. II), разрушение бетона в зонах переменных горизонтов воды и ледостава, на участках швов бетонирования и между блоками и др. Указанные в самом общем виде расстройства опор в мостах снижают их долговечность, прочность, сокращают межремонтные сроки и увеличивают затраты на содержание.
В процессе эксплуатации водопропускных труб под насыпями железных дорог приходится выполнять значительные объемы работ по ремонту каменной и бетонной кладки, заделке трещин и швов в звеньях, гидроизоляции сооружения, по переустройству оголовков и лотков, увеличивать отверстия труб, а иногда заменять водопропускные трубы малыми мостами.
Опыт эксплуатации и специальные исследования показывают, что основные расстройства водопропускных труб чаще всего происходят в период их сооружения и вскоре после окончания земляных работ. Для этого периода характерны появления деформаций железобетонных звеньев с образованием в них трещин, расстройства швов, изоляции и т. п. В процессе эксплуатации труб могут возникать растяжки звеньев, просадки и деформации звеньев и оголовков, расстройства входных и выходных лотков и т. д. Ввиду многочисленности труб на железных дорогах ежегодные объемы работ по их ремонту оказываются достаточно большими.