Повреждения металлических пролетных строений, страница 2

Расстройство заклепочных соединений. Коррозия трения

Расстройство заклепочных соединений определяется их износом.

Рассмотрим механизм износа.

Рисунок 5

где  ∆ - взаимное смещение элементов,

        _∆t- выработка, т.е. уменьшение толщины соединяемых элементов.

Под воздействием прикладываемой нагрузки возникают взаимные перемещения соединяемых элементов. При этом по поверхности контакта происходит износ металла, что приводит к уменьшению толщины  склепываемых листов. В реальных железнодорожных мостах сдвиг “∆” может достигать десятых долей миллиметра.

Износ приводит к уменьшению сил P₃, а значит и сил трения. При этом происходит изменение стадий работы соединения, что в свою очередь приводит к росту концентрации напряжений.

При значительном износе силы P₃ исчезают, т.е. P₃=0, при этом имеет место ослабление заклепок.

Очевидно ,что  в наибольшей степени износ проявляется во II и особенно в III стадии, когда силы трения преодолены сдвиг максимальный.

Механизм износа очень сложен и изучен недостаточно. Износ, т.е. разрушение поверхностей контакта при трении зависит от свойств материала, нагрузки, скорости скольжения, Т° С и других факторов. При этом разрушение может происходить за счет:

-  механического разрушения зацепляющихся неровностей;

-  усталостные разрушения из-за повторяющихся механического взаимодействия неровностей;

-  механические разрушения, связанные с высокой температурой при трении;

-  механические разрушения, обусловленные молекулярным схватыванием;

-  отслаивание образующихся пленок окислов и др.

Для заклепочных (и болтовых) соединений совокупность явлений, приводящих к их износу, называется коррозией трения.

Под коррозией  трения понимается повреждение, возникающее в случае контакта номинально неподвижных, но фактически имеющих периодические небольшие относительные смещения поверхностей. Минимальная величина смещений, при коррозиях возникает коррозия трения, сравнима с межатомными расстояниями в кристаллической решетке.

Коррозия трения  характеризуется появлением в зоне контакта продуктов коррозии в виде окислов.  Появление этих продуктов у кромок поверхностей контакта - один из характернейших признаков износа заклепочных соединений.

Интенсивность износа (коррозии трения) зависят от скоростей скольжения контактирующихся поверхностей, удельного давления, твердости продуктов износа. Именно свойства образующихся продуктов износа (окислов) и степень их удаления из стыка.

При твердых окислах (у алюминиевых сплавов) продукты представляют собой слой абразив, способствующий износу.

Иначе для стали. Продукты износа (окислы) мягкие, и они, накапливаясь между трущимися поверхностями, разделяют, выполняя роль своеобразной “смазки”, поглощая энергию перемещающихся (трущихся) элементов. Толщина такого слоя составляет  ≈1.0 μм (микрон).

Отсюда следствие: если в стыке условия для удаления продуктов износа неблагоприятные, то в I случае  (при твердых продуктах) скорость износа увеличивается, а во II – уменьшается. Почему и где создаются условия благоприятные и неблагоприятные для удаления продуктов износа?

При загружении конструкции временной нагрузкой усилия в элементах изменяются по некоторому закону, причем на основные усилия накладывается вибрация элементов.

Рисунок 6

Эти высокочастотные колебания обеспечивают “текучесть” продуктов износа, а низкочастотные – способствуют раскрытию зазоров контактов. При этом особенно велика роль поперечных колебаний, при которых максимально раскрываются зазоры в контактах. Очевидно, что удаление продуктов износа из верхнего пояса значительно легче, чем из нижнего. Кроме того, в нижнем узле скапливается влага от дождей, конденсата и т.д. Влага также уменьшает скорость износа. При этом продукты износа, плохо удаляемые из узлов нижнего пояса, при наличии влаги, окисляются (коррозируют), увеличиваясь в объеме и создавая дополнительные усилия в заклепках, частично компенсирующие падение усилий вследствие износа.

Указанные особенности механизма износа заклепочных соединений в верхних и нижних поясах являются причиной наблюдаемого при эксплуатации мостов более быстрого расстройства верхних прикреплений раскосов по сравнению с нижними.