Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов (часть 6)
Содержание материала
- Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов (часть 6)
- Обследование пролетных строений
- Осмотр металла сварных пролетных строений
- Определение смещения оси пути относительно оси пролетного строения
- Определение механических свойств металла
- Все страницы
11. ОБСЛЕДОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ, ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ОБСЛЕДОВАНИЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
11.1. Цель обследования пролетных строений — получение всех необходимых данных для определения их грузоподъемности и условий эксплуатации. Перед обследованием пролетных строений нужно собрать и тщательно изучить все имеющиеся материалы, относящиеся к данному сооружению: проектную и исполнительную документацию, исторические данные, акты, отчеты о проводившихся ранее обследованиях и испытаниях и др.
Объем обследования зависит от состояния пролетного строения, наличия и полноты проектно-исполнительной документации и материалов ранее проведенных обследований.
В результате обследования должна быть составлена «Карточка обследования металлического пролетного строения» с заключением и рекомендациями (приложение 28). Заполненные Карточка и приложения к ней служат исходным материалом для классификации пролетного строения и оценки его состояния.
11.2. Обследование пролетного строения включает в себя: а) сверку с натурой чертежей или составление схем и эскизов элементов и узлов пролетного строения и опорных частей; б) выявление, зарисовку и фотографирование всех дефектов и повреждений конструкции, их характер, размеры, расположение, а также оценку физического состояния элементов и сооружения в целом; в)
определение смещения оси пути относительно оси пролетного строения; г) съемку профиля и плана главных ферм (балок), продольных балок и рельсового пути; д) определение рода металла (сварочное или литое железо) старых мостов, взятие образцов металла для установления его химического состава и механических свойств (если необходимо).
11.3. Соответствие пролетных строений конструктивным чертежам или съемку чертежей с натуры нужно производить для всех элементов обеих половин каждой фермы (балки) каждого пролетного строения. Размеры поперечных сечений элементов определяются с точностью до 1 мм.
При сверке чертежей обнаруженные расхождения отмечают на чертежах с указанием даты обследования. Если нет чертежей, должны быть сняты с натуры следующие данные:
а) для пролетных строений со сквозными главными фермами: схема пролетного строения, его связей, особенности конструкции пролетного строения (тип поперечных балок: сплошные, сквозные, с шарнирным опиранием на главные фермы; наличие разрывов проезжей части и др.) с указанием размеров, необходимых для расчетов; размеры поперечных сечений всех элементов в рассчитываемых сечениях, а также эпюры распределения материала всех частей элементов верхнего и нижнего поясов с указанием расстояний от стыка и обрывов элементов до узла фермы; схемы и основные размеры соединительных решеток элементов;
б) для сплошных главных, поперечных и продольных балок:
размеры рассчитываемых сечений и расстояния от стыков и мест обрывов горизонтальных листов (от первого ряда заклепок данного листа) соответственно до осей опорных частей, осей ферм или осей поперечных балок; сечение уголков прикрепления продольных балок к поперечным; сечение и расположение уголков жесткости;
в) для стыков и прикреплений: расположение заклепок в прикреплениях и стыках с указанием числа срезов, диаметра заклепок и высокопрочных болтов.
При отсутствии данных в технической документации диаметр заклепок можно определить так: измерить диаметр головок нескольких заклепок и умножить средний результат измерений на 0,57. В необходимых случаях для замера диаметра заклепка может быть удалена с заменой ее высокопрочным болтом.
11.4. При обследовании пролетного строения нужно тщательно осматривать все элементы, их стыки и прикрепления, составлять эскизы и фотографировать обнаруженные дефекты и повреждения. Должны быть установлены конструктивные дефекты пролетного строения, оценено качество заводского изготовления и монтажа, усиления или ремонта, выявлены повреждения, появившиеся за время эксплуатации.
При обследовании должны выявляться все дефекты и повреждения, снижающие грузоподъемность или долговечность пролетного строения, и прежде всего: 1) коррозия металла; 2) трещины в металле; 3) искривления элементов; 4) слабые заклепки и отрывы головок заклепок, ослабление натяжения высокопрочных болтов; 5) дефекты сварных швов.
Особое внимание должно быть обращено на состояние металла растянутых и знакопеременных элементов сквозных ферм в узлах и прикреплениях, металла растянутых частей балок со сплошной стенкой в местах обрыва горизонтальных листов.
В результате обследования должны быть установлены причины дефектов и повреждений.
11.5. При определении степени коррозии металла особое внимание нужно обращать на пояса балок проезжей части, коробки нижних поясов, узлы главных ферм, на элементы в местах их при крепления к узловым фасонкам, на элементы с большим шагом связующих заклепок, особенно в напряженных зонах.
В местах, где определяется степень коррозии, поверхность элементов должна быть очищена металлическими щетками от грязи, краски, легко отслаивающихся продуктов коррозии, пластовой ржавчины и т. п. После этого механическими или ультразвуковыми измерительными инструментами замеряется действительная толщина сечения элемента.
В элементах с местными коррозионными повреждениями в виде пятен, язв наряду с измерением действительной толщины сечения элемента должна быть определена глубина язвенных повреждений в сечениях с максимальными по визуальному осмотру повреждениями. Измерения выполняются специальным микрометром или штангенциркулем с заостренной ножкой с точностью до 0,1 мм.
В дальнейшем при оценке грузоподъемности элемента по выносливости с учетом коррозионных повреждений эффективный коэффициент концентрации напряжений принимается по сечению элемента с максимальной глубиной язвенных повреждений.
При наличии коррозии между листами клепаных пакетов и недоступности для замера толщин частей, составляющих пакет, неповрежденная коррозией толщина пакета (непосредственно у заклепок, соединяющих части пакета) умножается на коэффициент ослабления, учитывающий распучивание пакета,
где - неповрежденная коррозией толщина пакета, мм; - толщина пакета, замеренная в месте наибольшего распучивания, вызванного коррозией, мм.
11.6. При обследовании должны фиксироваться все трещины в металле независимо от их раскрытия. Поиск трещин рекомендуется выполнять с применением дефектоскопов. Дефектоскопами проверяются все места наиболее вероятного образования трещин, а также вызывающие подозрения на их наличие. Если нет дефектоскопов, нужно обращать внимание на состояние окраски. При обнаружении в краске трещин или следов проступающей ржавчины (при общем хорошем состоянии окраски) краска в таком месте должна быть очищена, а поверхность обнаженного металла осмотрена через лупу. Если после тщательного осмотра сомнительного места нет уверенности в отсутствии трещины, надлежит изготовить макрошлиф или срубить стружку (приложение 29).
11.6. При выявлении искривлений элементов, пробоин, расслоений металла и т. п. особое внимание следует обращать на основные элементы ферм (балок), балочной клетки (уголки прикрепления, верхние поясные уголки продольных балок, особенно при отсутствии горизонтальных листов), на прикрепления к верхним узлам растянуто-сжатых раскосов, на части, подвергавшиеся повреждениям или сильным деформациям, и на места резких изгибов элементов.
При обследовании нужно проверить прямолинейность элементов, работающих на сжатие, установить, не наблюдается ли выпучивание или значительные колебания элементов при проходе поездов.
Прямолинейность проверяется натяжением тонкой проволоки или лески между концами элемента и соответствующими промерами от натянутой проволоки до проверяемого элемента.
При обследовании продольных и поперечных связей между главными фермами нужно обращать внимание на колебания их при проходе поездов.
11.8. Состояние заклепочных соединений проверяется осмотром и остукиванием; в необходимых случаях заклепки удаляют, заменяя высокопрочными болтами.
Обычно больше всего подвержены расстройству заклепки: а) в пересечениях и прикреплениях гибких элементов или элементов, работающих на знакопеременную нагрузку (средние раскосы ферм, связи); б) в прикреплениях продольных балок к поперечным; в) в прикреплениях поперечных балок к фермам в пролетных строениях с ездой поверху при этажной проезжей части; г) в вертикальных полках верхних поясных уголков продольных балок, балок со сплошной стенкой и сквозных ферм (при опирании поперечин непосредственно на пояса), подвергающихся ударным воздействиям; д) в верхних узлах прикрепления знакопеременных раскосов главных ферм.
Отрыв головок заклепок чаще всего происходит в местах прикрепления продольных балок к поперечным, а также в местах перегибов элементов. Слабыми считаются заклепки, дрожащие или издающие глухой звук при легком ударе молотком.
Местонахождение и число дефектных заклепок нужно зафиксировать и указать характер дефектов.
В пролетных строениях с монтажными соединениями на высокопрочных болтах или усиленных с применением таких болтов, необходимо выборочно проверить достаточность натяжения последних.
11.9. При осмотре металла сварных пролетных строений основное внимание обращается на состояние сварных швов и околошовной зоны. Наиболее тщательно нужно осмотреть работающие на растягивающие и знакопеременные усилия элементы сквозных главных ферм и растянутую зону балок со сплошной стенкой.
В этих элементах и частях особенно внимательно нужно осматривать сварные швы и околошовную зону вблизи мест — концентраторов напряжений, а именно — в местах изменения сечений элементов; например, при обрывах или изменениях толщины и ширины поясных листов в балках, в местах примыкания узловых фасонок связей, накладок, ребер, диафрагм, у концов швов, в том числе в стенке балок в местах обрыва швов прикрепления ребер жесткости, подрезов металла и оставленных кратеров, на участках швов, где имеются изменения их формы.
Также тщательно нужно осматривать стыковые швы растянутых и знакопеременных элементов: особое внимание следует обращать на кромки листов у границ стыковых швов.
Осматривать швы и околошовную зону рекомендуется с применением дефектоскопов. Если нет этих приборов, допускается осматривать визуально. Для этого загрязненные места нужно предварительно тщательно очистить. Сомнительные места, где при визуальном осмотре возникает подозрение в наличии трещин, осматривают через лупу с 4-10-кратным увеличением. Если необходимо, металл в этих местах очищают от краски и продуктов коррозии. В необходимых случаях изготавливаются макрошлифы (см. приложение 29).
11.10.При обследовании опорных частей устанавливают их конструкцию, расположение и состояние. Путем обмера и наблюдения за работой опорной части при проходе поезда выявляют не точности взаимного расположения опорных плит, балансиров и катков, положения опорных частей на подферменниках. При обнаружении смещения, перекоса и т.п. в расположении опорных частей нужно выяснить причину их появления.
Повреждения, на которые должно быть обращено внимание: коррозия, трещины и сколы в элементах опорных частей; неравномерное опирание катков и шарниров; перекосы, угон и заклинка катков; неравномерное опирание опорных плит на подферменники; наличие срезанных головок болтов в прикреплении планок к торцам катков; отсутствие защитных чехлов. При осмотре подвижных опорных частей со срезными катками нужно обращать внимание на возможное смятие мест контактов противоугонных зубьев с углами пазов в балансире и опорной плите.
В случае наклона срезных катков и наличия смятия в местах контактов противоугонных зубьев с углами пазов нужно замерить взаимное положение конца нижнего балансира относительно края опорной плиты при положительных и отрицательных температурах, замерить углы наклона катков.
Для установления наличия заклинки катков следует сравнить разность замеренных смещений нижнего балансира относительно опорной плиты с результатами расчетных перемещений для данного перепада температур.
Правильность установки опорной плиты определяется замером (с фиксацией температуры) смещения ее середины относительно середины нижнего балансира и сравнением замеренного смещения с теоретическим значением, рассчитанным для этой же температуры.
11.11.При обследовании пролетных строений должны быть отмечены и учтены при оценке их состояния обнаруженные конструктивные дефекты, которые в расчетах не учитываются, например: неудовлетворительное расположение материала сечений тех или иных элементов; эксцентричное прикрепление в плоскости и из плоскости ферм; недостаточная связь между ветвями растянутых элементов; отсутствие концевых планок в соединительной решетке составных элементов главных ферм; большой шаг связующих заклепок; отсутствие тормозных связей в пролетных строениях пролетом более 70 м и разрывов продольных балок — при пролетах более 100 м; отсутствие прокладок между верхним поясом главных или продольных балок и фасонками верхних продольных связей; отсутствие дренажных отверстий и др.
11.12. В случае выявления при обследовании пролетных строений и опорных частей опасных дефектов (трещины, очаги сильной коррозии, большое количество слабых заклепок в прикреплениях, значительные искривления элементов и др.) совместно с линейными работниками должны приниматься необходимые меры по обеспечению безопасности движения поездов. Обнаруженные трещины во всех случаях должны быть незамедлительно, засверлены.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СМЕЩЕНИЯ ОСИ ПУТИ ОТНОСИТЕЛЬНО ОСИ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ
11.13. На прямых участках пути смещение оси пути определяется у концов каждого пролетного строения. Середина расстояния между осями главных ферм принимается за точку оси пролетного строения, а середина между осями рельсов - за точку оси пути.
В мостах на кривых измеряются и фиксируются смещения оси пути по концам и в середине пролетного строения с указанием сторонности (вправо или влево по ходу километров), кроме того, в материалах обследования указывается радиус кривой.
Измерения смещения оси пути выполняются с точностью до 5 мм.
СЪЕМКА ПРОФИЛЯ И ПЛАНА. ПРОВЕРКА ГАБАРИТА ПРИБЛИЖЕНИЯ СТРОЕНИЙ
11.14.При обследовании пролетных строений должны выполняться съемки профиля и плана главных ферм (балок), продольных балок и рельсового пути. Для удобства выполнения таких работ при движении поездов рекомендуется использовать гидростатическое нивелирование (приложение 30). Съемки производятся дважды. Расхождение результатов этих съемок не должно превышать 2 мм. Результаты съемок наносят на графики. На графике указывают место установки реек, состояние погоды, температуру воздуха, освещенность ферм солнцем и прочие условия съемки. При наличии съемок, выполненных ранее, рекомендуется составлять сводный график.
При освидетельствовании моста должно быть проверено соблюдение габарита приближения строений (в том числе габаритность порталов, поперечных связей между главными фермами, перил).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РОДА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА
11.15. Если нет достоверных данных о роде металла старых мостов (сварочное или литое железо), нужно из различных элементов пролетных строений (поясов, раскосов, стоек, продольных и поперечных балок, связей) взять стружку или выпилить небольшой образец и по виду свежего излома определить тип металла. Если металл в изломе светлый мелкозернистой структуры, то это литое железо, если слоистой структуры темно-серого цвета— сварочное железо.
Род металла опорных частей (чугун или стальное литье) для различных элементов каждой опорной части (балансиры, шарниры, катки, плиты) устанавливается по характеру вырубки и виду свежего излома. Чугун при вырубке легко отламывается и имеет в изломе крупнокристаллическую структуру серого цвета. Стружка при рубке стального литья тянется за зубилом и излом ее получить трудно, излом - серебристого цвета.
Если нужно определить материал заклепок, то удаляют отдельные заклепки (не более одной в одной ветви узла), вместо которых немедленно ставят высокопрочные болты.
В сомнительных случаях род металла определяется металлографическими исследованиями образцов в лаборатории.
Если пролетное строение подвергалось усилению, восстановлению или заменяли его отдельные элементы (например, проезжей части), то образцы для определения рода металла должны быть взяты также из металла, поставленного при усилении, восстановлении или замене элементов, если нет документальных данных, устанавливающих род металла в указанных частях конструкции.
В многопролетных мостах образцы для определения рода металла должны быть взяты из каждого пролетного строения.
Во всех случаях, когда требуется знание не только рода, но и качества металла, его более подробно исследуют: определяют в лаборатории механические свойства (предел прочности, предел текучести, относительное удлинение, ударную вязкость), химический состав (в углеродистых сталях - содержание углерода, кремния, серы и фосфора, в низколегированных сталях, кроме того, — основные легирующие добавки) и структуру на образцах из отдельных частей каждого пролетного строения.
Рациональному выбору мест вырезки заготовок для образцов, а также установлению нужного их числа и размеров может способствовать предварительное определение твердости металла различных элементов пролетного строения. Для этого используют переносный пресс Бринелля или прибор Польди.
Если места вырезки заготовок ослабляют конструкцию, то они должны быть соответствующим способом перекрыты, чтобы компенсировать ослабление. Входящие углы вырезки образцов в остающемся металле должны предварительно засверливать сверлом диаметром 14—20 мм. Размеры, число и способ изъятия образцов указаны в приложении 29.
ИСПЫТАНИЕ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
11.16. Пролетные строения при определении их грузоподъемности испытывают, если нужно уточнить действительное напряженное состояние элементов, при наличии дефектов и повреждений, влияние которых на грузоподъемность трудно учесть теоретически.
Испытания проводятся под обращающимися (наиболее тяжелыми) нагрузками: статической (с остановкой испытательной нагрузки на пролетном строении) или динамической (под проходящими поездами). Полученные при испытании напряжения и прогибы сравниваются с соответствующими теоретическими данными от испытательной нагрузки и определяются конструктивные коэффициенты, которые должны быть учтены при принятии решения о режиме эксплуатации пролетного строения.
Испытание выполняется мостоиспытательными станциями или лабораториями научно-исследовательских и учебных институтов.