Повреждения металлических пролетных строений

ПОВРЕЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

Отказы, т.е. прекращение работоспособности, определяется повреждениями.

Повреждения различают по различным признакам. Важнейшие:

1)  Вид (характер) повреждения:

·  расстройство заклепочных соединений;

·  усталостные повреждения;

·  коррозионные повреждения;

·  потеря устойчивости (общая и местная);

·  трещины;

·  механические повреждения.

2)  Степень опасности:

·  весьма опасные, могут с высокой вероятностью привести к прекращению эксплуатации или к аварии: трещины, потеря устойчивости;

·  опасные, могут привести к серьезным нарушениям нормальной эксплуатации: сильная коррозия, расстройства заклепочных соединений;

·  малоопасные, ухудшают условия работы конструкции (перекос катков);

3)  Скорость развития:

·  мгновенно развивающиеся (потеря устойчивости, трещины при хрупком разрушении);

·  быстро развивающиеся (усталостные трещины период их развития);

·  медленно развивающиеся (коррозия).

4)  Частота (массовость):

·  массовые  (расстройство заклепок в прикреплении балок к поперечинам без резьбы);

·  часто встречающиеся (трещины - выколы в верхних поясах продольных балок);

·  редко встречающиеся (потеря устойчивости элементами главных ферм).

Результатами многочисленных обследований мостов установлено, что не смотря на различие климатических, эксплуатационных и других условий работы конструкций дефекты, приводящие к необходимости замены п.с., имеют схожий характер. Наиболее серьезные повреждения, обнаруживаемые на металлических мостах, эксплуатируемых в течении длительного времени, фактически сводятся к четырем видам:

1)  расстройство (ослабление) заклепочных соединений;

2)  коррозия;

3)  механические повреждения;

4)  усталостные повреждения.

Рассмотрим эти виды повреждений.

Особенности работы заклепочных соединений

При остывании тела заклепки между стержнем заклепки и стенками отверстия возникает зазор δ≈0.05-0.10 мм.

За счет уменьшения длины заклепки при остывании пакет соединяемых листов обжимается усилием P₃, приводящим к возникновению давления одного листа на другой  величиной  “P”. Величина Р₃ в качественно поставленной заклепке достаточно большая, и для заклепок d=23 мм достигает 7т.

Рисунок 1

Вследствие наличия сил Р₃ силы N в соединении могут передаваться двумя способами:

- за счет сил терния между контактирующими поверхностями (как в соединении на впб);

- непосредственно через металл стержня заклепок.

В зависимости от характера передачи усилия работа соединения может рассматриваться в трех стадиях:

I-  усилие N передается только силами трения;

II-  усилие N передается силами трения и через тело заклепки;

III-  усилие N передается только через тело заклепки.

I стадия Эпюра усилий в листе а II стадия Эпюра усилий в листе а III стадия Эпюра усилий в листе а

Рисунок 2

где τ – силы трения,

 N – сила, воспринимаемая соединением,

N_ЗК – сила, передаваемая через заклепку.

В I стадии N=N₁,

Во II стадии N=N₂,

В III стадии N=N₃.

Заклепки ставятся в отверстия в теле металла соединяемых элементов, что является концентратором напряжений.

Рисунок 3

Концентрация напряжения оценивается коэффициентом концентрации α_σ, равном:

α_σ=,

где: - максимальные напряжения,

       - номинальные (средние) напряжения.

Коэффициент концентрации в заклепочных соединениях зависит от стадии работы.

Рисунок 4

На практике используют другую характеристику- эффективный коэффициент концентрации напряжений β, равный

β=,

где  и  - пределы выносливости гладкого образца и образца с рассматриваемым концентратором.

Обычно β< α_σ.

В первой стадии α_σ=1.2÷2.5.

Во второй стадии α_σ=2.0÷4.5.

В третьей стадии α_σ=3.5÷6.0.

Минимальная величина концентрации напряжений в I стадии связана с тем, что:

- усилие передается силами трения и до концентратора напряжения – отверстия- силовой поток доходит не полностью;

- часть усилия передается через головки заклепок из-за наличия трения под ними, головки как бы «замыкают» отверстие.

Максимальная концентрация напряжений в III стадии. Усилие при этом передается только через тело заклепки непосредственно через контакт заклепочного отверстия и тела заклепок. При этом у кромок отверстия максимальная концентрация напряжений.