Технический регламент сварки стальных конструкций железнодорожных мостов: Библиотека государственных стандартов

Разработка технологического регламента на сборку и сварку пролетных строений

Технологический регламент обеспечивает заказчикам безусловное соблюдение технологии сборки и сварки металлических пролётных строений, а также позволяет оптимизировать сроки и стоимость производства строительно-монтажных работ. Сотрудники компании «ТРАНССТРОЙПРОЕКТ» за время своего существования сумели обеспечить регламентной документаций пятнадцать различных объектов строительства как на территории РФ, так и за ее пределами. Разработка технологического регламента непосредственными проектировщиками дает возможность добиваться максимальной адаптации пролетных строений проектному заданию.

Общие требования по разработке регламента

Регламент разрабатывается с учетом действующих государственных стандартов, строительных норм и правил и нормативных отраслевых актов. В состав документации разработки регламента сборки и сварки пролетных строений входят следующие документы:

• Рабочая документация на стадии КМ. Над документом работают опытные профессионально подготовленные сотрудники компании «ТРАНССТРОЙПРОЕКТ», проводится обязательное согласование регламента с заказчиком.
• Деталировочные чертежи по каждому элементу конструкции. Чертежи утверждаются генеральным подрядчиком.

Техрегламент является самостоятельной отдельной частью ППР (проекта производства работ), примерное содержание документа включает следующие пункты:

• Описание особенностей проектных конструкций и применяемые типы сварных соединений.
• Методы и способы входного контроля главных несущих конструкций непосредственно на строительной площадке.
• Рекомендованное оборудование для сварки и монтажа конструкций. В технологическом регламенте на монтаж пролетных строений указывается квалификация рабочих и методы испытаний сварных швов.
• Сварочные материалы и конкретные конструкции формирующих прокладок.
• Оптимальная организация рабочих мест сварочных и монтажных участков.

Дополнительно по желанию заказчика наши специалисты могут разработать технологии и режимы сварок, конкретную сборку отдельных элементов в единую конструкцию и контроль качества. Прописывается методы исправления дефектов сварных швов, правка элементов пролетов и техника безопасности.

Для производства работ технологические регламенты на сборку и сварку пролетных строений обязывают исполнителя иметь исполнительную документацию: комплект рабочих чертежей, технический паспорта и сертификаты качества используемых материалов и заключительные протоколы испытаний.

Наши сотрудники готовы предоставить всю документацию, конкретные условия оговариваются в договоре заказа. Наличие полного комплекта техдокументации значительно повышает качество всех несущих элементов самых сложных объектов. Свои задачи мы выполняем своевременно и по приемлемым ценам.

Более подробную информацию можно получить от наших специалистов по телефону (495) 543-42-56 и по электронной почте [email protected]..

ГАЦ МОСТЫ | АО ЦНИИТС

Руководитель ГАЦ “Мосты”

 – Заместитель директора Филиала “НИЦ “Мосты”.

Контакты: тел. +7 (916) 797-97-92

Электронный адрес: [email protected]

Головной Аттестационный Центр по сварочному производству стального мостостроения  ГАЦ «Мосты»

От острова Русский до полуострова Крым

Головной Аттестационный Центр по сварочному производству стального мостостроения (ГАЦ “Мосты”) создан на базе Воронежской лаборатории сварки Филиала АО ЦНИИС “НИЦ “Мосты”. ГАЦ “Мосты” обладает квалифицированными кадрами, парком станочного, сварочного и испытательного оборудования, расположен в городе Воронеж.

Центр Аккредитован Национальным Агентством Контроля Сварки (НАКС)

Возглавляет Аттестационный Центр по сварочному производству кандидат технических наук Виктор Георгиевич Гребенчук.

При непосредственном участии специалистов Лаборатории сварки и ГАЦ “Мосты” построены крупнейшие мостовые переходы по всей территории России. Специалисты Лаборатории сварки принимали непосредственное участие в строительстве мостовых переходов на объектах 3-го транспортного кольца в Москве и на уникальных мостовых сооруженях через реки Обь в Сургуте, Волгу в Ульяновске, Саратове и Волгограде, Иртыш в Ханты-Мансийске, Неву в Санкт-Петербурге, Москва-реку в районе Серебряного бора и другие.

Под контролем Воронежской Лаборатории сварки и ГАЦ “Мосты” выполнялись работы на уникальных мостовых переходах через пролив Босфор Восточный на остров Русский и через бухту Золотой Рог в городе Владивосток.

Специалисты контролировали работы по созданию уникального комплекса мостовых сооружений (автодорожных и железнодорожных пролетных строений) к Зимней Олимпиаде 2014 г. на совмещенной (автомобильная и железная) дороге “Адлер – горноклиматический курорт “Альпика-Сервис” в городе Сочи.

Специалисты Воронежской лаборатории сварки и ГАЦ «Мосты» ведут техническое сопровождение сварочных работ по строительству транспортного перехода через Керченский пролив. Впервые в истории стального мостостроения РФ в ГАЦ «Мосты» разработана технология сборки и сварки труб большого диаметра в вертикальном и наклонном положениях для выполнения свайных фундаментов Керченского транспортного перехода. Трубные конструкции имеют длину более 60м и вертикально забиваются в грунт под действие колоссальных динамических нагрузок. Проведены научные исследования по сборке и сварке трубных конструкций, разработаны и переданы Заказчикам более 10 (десяти) специальных Технологических Регламентов работ для выполнения сварочных работ для свайных фундаментов по Керченскому мосту. Также разработаны Технологические Регламенты на сборку и сварку основных металлоконструкций пролетных строений для автодорожного моста через Керченский пролив.

В Воронежской лаборатории сварки разработаны технологии сварки для новой атмосферостойкой стали марки 14ХГНДЦ, которая начинает впервые в отечественном мостостроении применяться на автодорожных и железнодорожных мостах. Специально для ГК «АВТОДОР» и АО «РЖД» разработаны нормативные документы по технологиям заводской и монтажной сварки новой стали марки 14ХГНДЦ для стальных мостов.

Для гибкости и оперативности работы с заказчиками работает собственный сайт ГАЦ: www.tsniis.ru

Воронежская лаборатория  сварки выполняет следующие работы:

• разработку Технологических Регламентов по заводскому изготовлению и монтажной сборке и сварке пролетных строений стальных мостов, в том числе и для монтажных фрикционных соединений на высокопрочных болтах;
• инженерно-техническое сопровождение монтажных сварочных работ и надзор за технологией монтажной сварки при строительстве и реконструкции пролётных строений стальных мостов;
• испытания контрольных сварных соединений на право допуска конкретных партий сварочных материалов к применению для производства работ при изготовлении и монтаже пролётных строений стальных мостов;
• исследования и испытания новых сварочных материалов для применения при заводском изготовлении и монтажной сборке пролетных строений стальных мостов;
• исследования и испытания нового сварочного оборудования для применения при заводском изготовлении и монтажной сборке пролетных строений стальных мостов;
• исследования и испытания новых марок сталей для изготовления пролетных строений стальных мостов;
• подготовку специалистов сварочного производства (ИТР и электросварщиков) для работы в области заводского изготовления и монтажной сборки пролетных строений стальных мостов.

ГАЦ “Мосты” выполняет следующие работы:

• Аттестацию и продление аттестационных документов электросварщиков на I уровень и специалистов сварочного производства на II, III, IV уровни по системе НАКС.
• Аттестацию зарубежных и отечественных сварочных материалов по системе НАКС.
• Аттестацию зарубежного и отечественного сварочного оборудования по системе НАКС.
• Аттестацию технологий сварки (заводская и монтажная технология сварки) по системе НАКС.

мостовой переход через пролив Босфор Восточный на остров Русский

Строительство железнодорожных мостов на дороге Адлер – ГК “Альпика-Сервис” в г.Сочи

Строительство автодорожных мостов на дороге Адлер – ГК “Альпика-Сервис” в г.Сочи

Трубные конструкции свайных фундаментов моста через Керченский пролив

Общий вид строительства мостового перехода через Керченский пролив

Нормативная база по аттестации сварочного производства или зачем нужно аттестовываться в НАКС

На каких объектах нужна аттестация сварщиков и специалистов сварочного производства в НАКС ? Ниже приведена подборка нормативных документов, содержащих требования по аттестации в НАКС.

ОПО, строительство ОПО, ремонт и монтаж ТУ, ЗС на ОПО

Объекты капитального строительства

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ (СК)

• СП 70.13330.2012. СНиП 3.03.01-87 НЕСУЩИЕ И ОГРАЖДАЮЩИЕ КОН­СТРУКЦИИ
• РД 34.15.132-96. СВАРКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИ­НЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ПРИ СООРУЖЕНИИ ПРО­МЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
• СНиП 3.05.04-85. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ ВОДОСНАБЖЕ­НИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ
• ГОСТ 23118-2012 КОНСТРУКЦИИ СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
• РТМ 393-94. РУКОВОДЯЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО СВАР­КЕ И КОНТРОЛЮ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ АРМАТУРЫ И ЗАКЛАДНЫХ ИЗДЕЛИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ПТО)

ГАЗОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ГО)

КОТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (КО)

ОБОРУДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОЕ, НЕФТЕХИМИЧЕСКОЕ, НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЕ И ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ (ОХНВП)

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (МО)

НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ (НГДО)

ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ (ГДО)

• СТО-СА-03-005-2010 РУКОВОДСТВО ПО РЕМОНТУ ТЕХНОЛОГИЧЕ­СКИХ ТРУБОПРОВОДОВ
• РД 34.15.132-96 СВАРКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИ­НЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ ПРИ СООРУЖЕНИИ ПРО­МЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
• СП 70.13330.2012. СНиП 3.03.01-87. НЕСУЩИЕ И ОГРАЖЩУОЩИЕ КОНСТРУКЦИИ
• СНиП 3.05.05-84. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛО­ГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ
• СНиП 3.05.04-8. НАРУЖНЫЕ СЕТИ И СООРУЖЕНИЯ ВОДОСНАБЖЕ­НИЯ И КАНАЛИЗАЦИИ
• ГОСТ 23118-2012. КОНСТРУКЦИИ СТАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ. ОБ­ЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, Приложение В

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОПАСНЫХ ГРУЗОВ (ОТОГ)

КОНСТРУКЦИИ СТАЛЬНЫХ МОСТОВ (КСМ)

• СП 46.13330.2012. МОСТЫ И ТРУБЫ (актуализированная редакция СНиП 3.06.04-91)
• CTO-ГК «Трансстрой»-012-2007. СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВ. ЗАВОДСКОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ
• CTO-ГК «Трансстрой»-005-2007. СТАЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МОСТОВ. ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖНОЙ СВАРКИ

---

Если кратко, то для качественного выполнения сварочных работ организация должна:

1. Обучить и аттестовать сварщиков и специалистов сварочного производства. Периодически направлять персонал всех уровней на повышение квалификации.
2. Создать пакет технологической производственной документации и следить за точным её исполнением (аттестация технологии сварки).
3. Создать условия для обеспечения сварочных работ (материалы, оборудование, инструменты, защитные материалы и охрану труда — аттестация сварочного оборудования и материалов).
4. Обеспечить подготовку к сварочным работам в соответствии с проектом, технологией сварки — выбор марок материалов, подбор персонала в соответствии с уровнем компетенции.
5. Обеспечить присутствие на объектах специалистов оценки соответствия исполнения сварочных работ.

---

На правах рекламы предлагаем свои услуги по аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства. Обращайтесь!

---

Региональный представитель по Ивановской области
Архипова Светлана Анатольевна
Телефон: +7 (910) 098-8918
E-mail:

Помимо этого, осуществляем независимый строительный контроль на объектах капитального строительства.

---

Для справки:

• http://naks.ru/assp/reestrac/index.php?ID=414637 — координаты нашего аттестационного центра АНО ЦЭС «Техкранэнерго»
• http://naks.ru/assp/reestrperson/ — проверка достоверности удостоверения и протокола сварщика или специалиста сварочного производства (часто исправляют дату выдачи и срок действия, ФИО — имейте в виду, что срок действия аттестации сварщика 2 года и удостоверение оформляется на каждый способ сварки, а срок действия аттестации специалистов II, III уровня — 3 года (продляется на 1,5 года), IV уровня — 5 лет (продляется на 2,5 года))
  Также для проверки подлинности удостоверения сварщика можно воспользоваться сканером штрих-кодов (подойдет любой, который доступен для установки на смартфоне), который приведет на страницу naks.ru, где Вы сможете сравнить данными об аттестации с данными в удостоверении.
• http://naks.ru/asm/reestrattsm/ — реестр аттестованных материалов
• http://naks.ru/aso/reestrattso/ — реестр аттестованного оборудования
• http://naks.ru/ast/reestrattst/ — реестр аттестованных сварочных технологий

Перечень НД СВАРКА — 2018

Наименование документа

Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Требования к производству сварочных работ на опасных производственных объектах»

РД 03-613-03 Порядок применения сварочных материалов при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов

РД 03-614-03 Порядок применения сварочного оборудования при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов

РД 03-615-03 Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов

РД 03-606-03 Инструкция по визуальному и измерительному контролю

РД 03-495-02 Технологический регламент проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства

ПБ-03-273-99 Правила аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства

«Рекомендации по применению правил аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства (ПБ 03-273-99) и технологического регламента проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства (РД 03-495-02) на строительных объектах»

«Рекомендации по применению РД 03-615-03 РД 03-614-03 РД 03-613-03

Профессиональный стандарт «Сварщик». Приказ Минтруда России от 28.11.2013 №701н (ред. от 10.01.2017)

ГОСТ ISO 15609-2016  Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Технические требования к процедуре сварки. Части 2,6 ГОСТ ISO 15614-2016 Технические требования и аттестация процедур сварки металлических материалов. Проверка процедуры сварки.Части 1-14

ГОСТ ISO 9692-1-2016  Сварка и родственные процессы. Типы подготовки соединений. Часть 1. Сварка ручная дуговая плавящимся электродом, сварка дуговая плавящимся электродом в защитном газе, сварка газовая, сварка дуговая вольфрамовым электродом в инертном газе и сварка лучевая сталей

ГОСТ 2601-84*   Сварка металлов. Термины и определения основных  понятий

ГОСТ 11969-79*  Сварка плавлением. Основные положения и их обозначения

ГОСТ 19521-74   Сварка металлов. Классификация

ГОСТ  23870-79   Свариваемость сталей. Метод оценки влияния сварки  плавлением на основной металл

ISO 6520-1:2007   Сварка и аналогичные процессы. Классификация геометрических дефектов в металлических материалах. Часть 1 Сварка плавлением

ГОСТ 380 –2005      Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ1577-93       Прокат толстолистовой и широкополосный из  конструкционной качественной стали. Технические условия

ГОСТ 5582-75*    Прокат тонколистовой коррозионно-стойкий, жаростойкий и жаропрочный. Технические условия

ГОСТ 5632 – 72*  Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки

ГОСТ 20072-74*  Сталь теплоустойчивая. Технические условия

ГОСТ 5949-75*    Сталь сортовая и калиброванная коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия

ГОСТ 7350-77*    Сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и  жаропрочная. Технические условия

ГОСТ 10885-85*  Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая. Технические условия

ГОСТ 24982-81*   Прокат листовой из коррозионностойких и жаропрочных сплавов. Технические условия

ГОСТ 5520-79*  Прокат листовой из углеродистой, низколегированной и легированной стали для котлов и сосудов, работающих под давлением. Технические условия

ГОСТ 82-70*  Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный. Сортамент

ГОСТ 535-2005 Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия

ГОСТ 6713-91 Прокат низколегированный конструкционный для мостостроения. Технические условия

ГОСТ14637-89* (ИСО 4995:2001)  Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия

ГОСТ 17066-94 Прокат тонколистовой из стали повышенной прочности. Технические условия

ГОСТ 19281-89* Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 19281-2014  Прокат повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 19903-2015  Прокат листовой горячекатаный. Сортамент

ГОСТ 19904-90 Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент

ГОСТ 1050-2013  Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 4543-2016  Металлопродукция из конструкционной легированной стали. Технические условия

ГОСТ 16523-97  Прокат тонколистовой из углеродистой стали качественной и обыкновенного качества общего назначения. Технические условия

ГОСТ 34094-2017 (ISO 6761:1981) Трубы стальные. Отделка концов труб и соединительных деталей под сварку. Общие технические требования

ГОСТ 3262-75* Трубы стальные водогазопроводные. Технические условия

ГОСТ 3845-2017 Трубы металлические. Метод испытания внутренним гидростатическим давлением

ГОСТ 8644-68* Трубы стальные плоскоовальные. Сортамент

ГОСТ 8645-68* Трубы стальные прямоугольные. Сортамент

ГОСТ 8696-74* Трубы стальные электросварные со спиральным швом общего назначения. Технические условия

ГОСТ 8731-74* Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические требования

ГОСТ 8732-78* Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Технические требования

ГОСТ 8733-74* Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные и теплодеформированные. Технические требования

ГОСТ 9940-81* Трубы бесшовные горячедеформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия

ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент

ГОСТ 10705-80* Трубы стальные электросварные. Технические условия

ГОСТ 10706-76* Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования

ГОСТ 10707-80* Трубы стальные электросварные холоднодеформированные. Технические условия

ГОСТ 11017-80* Трубы стальные бесшовные высокого давления. Технические условия

ГОСТ 11068-81* Трубы электросварные  из коррозионно-стойкой стали. Технические условия

ГОСТ 19277-73* Трубы стальные  бесшовные для маслопроводов  и топливопроводов. Технические условия

ГОСТ 21729-76* Трубы конструкционные холоднодеформированные и теплодеформированные из углеродистых и легированных сталей. Технические условия

ГОСТ 2246-70* Проволока стальная сварочная. Технические условия

ГОСТ 7871-75* Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия

ГОСТ 9087-81* Флюсы сварочные плавленые. Технические условия

ГОСТ 9466-75  Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия

ГОСТ 9467-75  Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы

ГОСТ 10051-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Типы

ГОСТ 10052-75 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы

ГОСТ 10543-98 Проволока стальная наплавочная. Технические условия

ГОСТ 23949-2004 Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Технические условия

ГОСТ26101-84* Проволока порошковая наплавочная. Технические условия

ГОСТ26271-84* Проволока порошковая для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 28555-90 Флюсы керамические для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 8050 –85* Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия

ГОСТ Р ИСО 13920-2017  Сварка. Общие допуски на сварные конструкции. Линейные и угловые размеры. Форма и расположение

ГОСТ Р ИСО 2553-2017  Сварка и родственные процессы. Условные обозначения на чертежах. Сварные соединения

ГОСТ Р ИСО 6947-2017 Сварка и родственные процессы. Положения при сварке

ГОСТ Р ИСО 17662-2017  Сварка. Калибровка, верификация  и валидация оборудования, применяемого для сварки, включая вспомогательные операции

ГОСТ 16037-80 Соединения сварные стальных трубопроводов. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

ГОСТ 5264-80  Ручная дуговая сварка. Соединения сварные, основные типы,  конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 8713-79  Сварка под флюсом. Соединения сварные, основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 11533-75  Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 11534-75  Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 14771-76  Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 14806-80  Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 15164-78  Электрошлаковая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 16098-80  Соединения сварные из двухслойной коррозионно-стойкой стали.  Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 17349-79    Пайка. Классификация способов

ГОСТ 19249-73*  Соединения паяные. Основные типы и параметры

ГОСТ 23518-79    Дуговая сварка в защитных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 27580-88    Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры

ГОСТ 33976-2016  Соединения сварные в стальных конструкциях железнодорожного подвижного состава. Требования к проектированию, выполнению и контролю качества

ГОСТ 24297-2013 Верификация закупленной продукции. Организация проведения и методы контроля

ГОСТ 3242-79  Соединения сварные. Методы контроля качества

ГОСТ Р 57180-2016 Соединения сварные. Методы определения механических свойств, макроструктуры и микроструктуры

ГОСТ 20426-82 Контроль неразрушающий. Методы дефектоскопии радиационные. Область применения

ГОСТ 7512-82  Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод

ГОСТ 23055-78 Контроль неразрушающий. Сварка металлов плавлением. Классификация сварных соединений по результатам радиографического контроля

ГОСТ Р 56512-2015  Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы

ГОСТ 18442-80* Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования

ГОСТ 28277-89      Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Электрорадиографический метод. Общие требования

ГОСТ 1497-84*    (ИСО 6892:1998) Металлы. Методы испытаний на растяжение

ГОСТ 14019-2003  Материалы металлические. Метод испытания на изгиб

ГОСТ 6996-66* (ИСО 4136:2001,  ИСО 5173:2000) Сварные соединения. Методы определения механических свойств.

ГОСТ 9454-78* Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах

Страница не найдена — Зона бетона

Рост числа жителей на планете, стремительное наращивание производства и строительство ведут к истощению природных ресурсов, увеличению отходов. Безответственное отношение к переработанному материалу создает угрозу нарушения всей экосистемы. (далее…)

Сегодня ассортимент красок достаточно разнообразен. Поэтому неопытному маляру очень легко потеряться в разнообразии и особенностях лакокрасочных материалов. Но только правильно выбранная краска прослужит долго и надежно, и только улучшит интерьер в квартире. (далее…)

Подоконник из гранита является олицетворением долговечности и практичности. Любой интерьер, если будут установлены гранитные элементы, станет элегантным и уместным. В отличие от пластиковых или старых деревянных, каменные изделия не нуждаются в присмотре. Природный камень прослужит десятилетия, а яркость и прочность не ухудшатся. (далее…)

Декоративный бетон впервые начали использовать в военные годы американскими строителями. Он ценился за прочность и долгий срок службы. Цемент для декоративного бетона используется и сегодня — он не только прочен, но и позволяет получить бетон с красивыми узорными рисунками.  (далее…)

При возведении бани нужно выбрать подходящий тип фундамента, который подойдет в конкретном данном случае. Выбор зависит от специфики эксплуатации, предполагаемой весовой нагрузки строения и других критериев. Итак, давайте рассмотрим какой лучше фундамент под баню подойдет? (далее…)

Сегодня на рынке строительных материалов встречается различная продукция, которая имеет разное назначение, качество и цену. Ceresit CN 69 – качественная смесь, предназначенная для выравнивания стяжек пола и других бетонных покрытий. Также читайте здесь про другие виды современных нивелиров. Их преимущества и недостатки. А какие плюсы у данной смеси, рассмотрим в этой статье. (далее…)

Рисунок 1 — Фото проекта обшитая сайдингом баня из пеноблоков своими руками.

Баня — это место отдыха тела и души. Что бы сохранить дух русской бани, она должна быть теплой, практичной и построенной из экологически чистых материалов. Баня обычно ассоциируется с деревянным помещением, изготовленным из сосны или ели.

Но в силу дороговизны материалов из дерева, начался поиск замены деревянного основания.

Альтернативным решением деревянной бани оказалась возможность построить баню из пеноблоков своими руками. Построить баню из пеноблоков своими руками

Задаваясь вопросом: «сухая стяжка пола что это такое» отвечаем, это – способ выравнивания полов сухими материалами без использования жидкостей. Хотя у такой технологии меньшая прочность на сжатие, чем у традиционной цементно-песчаной, этого показателя хватает для всех типов жилых помещений. Сухая стяжка пола плюсы и минусы

Рисунок 1 — Масса керамзитобетона

Для изготовления стенового материала используются такие компоненты как цемент, песок (керамзитовый, кварцевый или перлитовый) и керамзит разных фракций (5–10; 10–20; 20–50), относящийся к легким заполнителям.

Количество заполнителя в составе влияет на плотность керамзитобетона, которая варьирует в диапазоне от 350 до 1800 кг/м. куб, поэтому строительный материал относится к категории легких бетонов.

Детальнее, об изготовлении керамзитобетона и его марках можно ознакомится по ссылке. Плотность керамзитобетона

Рисунок 1 — Вид карнизной плиты

Для защиты кирпичных и блочных зданий общественного и жилого назначения от неблагоприятных атмосферных воздействий применяются железобетонные карнизные плиты.

Они являются важным элементом кровельной конструкции и в совокупности с водоотводными системами, участвуют в создании сливной системы, для быстрого вывода дождевой, талой или конденсированной воды.

Высота жилых строений, где эксплуатируются карнизные плиты, не превышает 4 этажа, общественных – 3 этажа. Карнизные железобетонные плиты

Проектирование металлических мостов в Москве и области под максимальные нагрузки и большие сроки эксплуатации.

Проектирование Мостов — это одна из специализаций нашей компании. Мосты являются важной составляющей транспортной инфраструктуры. Для выполнения работ по составлению проекта таких конструкций необходимо обладать соответствующей квалификацией и опытом.

Проектирование Конструкций Мостов

При проектировании конструкций мостов основное внимание уделяется его функциональному предназначению, в каких условиях и кем он будет использоваться. От этих факторов зависит выбор материалов строительства и технологии.
Различают следующие основные виды мостов:

• пешеходный,
• железнодорожный,
• автодорожный.

Проектирование Железнодорожного Моста

Проектирование железнодорожного моста выполняется с целью проведения железнодорожных путей по недоступным местам для преодоления препятствий — водных, горных, автодорог и пр.

Для железнодорожных путей существует целый ряд требований по их строительству. Эти требования отражены в соответствующих нормативных документах. Железнодорожные мосты должны проектироваться с учетом всех максимальных нагрузок и выдерживать длительные сроки бесперебойной эксплуатации. Важно подметить, что строительство таких объектов возможно только при наличии у компании специального разрешения.

Проектирование Пешеходного Моста

При выполнении работ по проектированию пешеходного моста нужно знать специфику данной категории мостов. В отличие от железнодорожных и автомобильных, при строительстве пешеходных мостов не последнюю роль играет учет человеческого фактора и дизайна.
Пешеходные конструкции помогают преодолевать встающие на пути препятствия. «Металлоконструкций МСК» обладает достаточным опытом возведения подобных объектов. Не будем забывать, что для строительства такого моста также необходимы соответствующие разрешения. Пешеходные мосты могут быть как открытого типа, так и закрытого.

Проектирование Автодорожных Мостов

Проектирование автодорожных мостов осложняется вопросом распределения подвижной нагрузки. В отличие от железнодорожных мостов, где нагрузка строго фиксирована двумя рельсами, авто мосты имеют должны быть приспособлены к сопротивлению нагрузкам на всей своей плоскости. С другой стороны, такие мосты выдерживают гораздо большие упругие деформации.Как правило, автомобильные мосты имеют дорожную одежду в виде асфальтобетона.
«Металлоконструкции МСК» реализует работы по проектам автомобильных мостов на выгодных условиях.

Проектирование Металлических Мостов

Проектирование металлических мостов — популярная услуга. Можно отметить, что большинство современных мостов возводится с применением металлических конструкций. Металлические мосты широко применяются в строительстве железных дорог, пешеходных мостов, акведуков и пр.
Воспользоваться услугой по составлению проекта металлических мостов Вы можете используя формы заявок на нашем сайте. Мы как никто другой знаем о всех особенностях металлических конструкций и нюансов их проектирования.

Расчет Проектирования Мостов

Мы предоставляем бесплатный расчет проектирования мостов. Вам нужно всего лишь заполнить заявку, указав аналитические данные. Наши специалисты свяжутся с Вами после проведения расчетов.

Проектирование Мостов в Москве

Компания «Металлоконструкции МСК» рада предложить свои услуги по проектированию мостов в Москве. Мы прелагаем низкие цены и быстрые сроки выполнения проектов. Команда высококлассных специалистов выполняет как типовые проекты, так и полностью индивидуальные, учитывающие все особенности вашего объекта.
Наша компания проектируем конструкции мостов, полностью соответствующих всем современным требованиям и нормам.

Железнодорожный мост — обзор

3.5.1 Металлические мосты

Очевидно, что существующие металлические железнодорожные мосты принимают самые разные формы, от впечатляющих до исторически важных (например, Солташский мост Брунеля, Железнодорожный мост Форт, оставшийся трубчатый мост Стефенсона. в Конвей и т. д.), а также многочисленными практичными короткопролетными и средними балочными мостами, распределенными по всей сети.

Чтобы дать представление о количестве металлических мостов разных типов в сети, из выборки из 2236 надземных железнодорожных мостов, оцененных в рамках программы «BridgeGuard» в период с 1995 по 2000 год, 16% составляли металлические балки (в том числе фермы), 5% — домкратная арочная конструкция, 2% — настилы желоба, 1% — чугунные балки и 0%.4% — металлические фермы; Большинство из оставшихся оцениваемых мостов представляли собой каменные арки, а также некоторые бетонные мосты.

В случае многочисленных мостов между лучами в сети, они могут быть спроектированы с использованием научно обоснованных методов с момента их первого строительства (хотя изначально усталость не была хорошо изучена). Напряжения в балках, подверженных действию заданных рабочих нагрузок, можно было рассчитать и проверить на соответствие максимально допустимым значениям, принятым с учетом соответствующих факторов.

Для мостов, которые раздвинули границы, иногда требовались дополнительные исследования.Например, в случае больших трубчатых железнодорожных мостов Роберта Стефенсона через Конвей и пролив Менай были построены прототипы и проведены контрольные испытания. ³⁰ Они определили коробление тонких пластин в зонах сжатия трубной секции как вид отказа (сильно отличающееся от отказов зоны растяжения, которые возникали ранее при испытании чугунных балок). Таким образом были добавлены подходящие ребра жесткости для усиления зоны сжатия.

В случае более обычных балочных мостов основные проблемы, которые возникали, часто были связаны с плохой детализацией (например,грамм. мосты часто имели неадекватные и / или неподдерживаемые соединения между главными балками и настилом).

Ко второй половине двадцатого века сварка вытеснила клепку как наиболее распространенный метод соединения. В этот период также было введено в сеть несколько стандартных конструкций мостовых мостов для коротких и средних пролетов (первоначально примерно от 6 м до 30 м). В исходных стандартных конструкциях использовались главные балки стальных пластинчатых балок со стальными поперечными балками, встроенными в железобетонные плиты перекрытия (например,грамм. Рис. 3.15). После того, как были созданы первоначальные стандартные проекты, были разработаны и другие стандартные решения (например, включение секций балок коробчатых балок).

3.15. Типовая конструкция стандартного железнодорожного моста с опорой на мосты (тип моста «А»).

Очевидно, что стандартизация снизила начальные затраты на проектирование и строительство и теперь может потенциально снизить затраты на оценку, поскольку должна быть устранена необходимость в подробных исследованиях просто для определения деталей строительства для каждого моста.

Однако, к сожалению, большинство металлических мостов в британской сети появились еще до стандартизации, причем большинство датируется 1880-1920 годами; ¹ многие из них значительно старше. Оценка этих очень старых структур может быть довольно сложной. Например, многие существующие надземные пролеты на железных дорогах содержат домкратные арки, простирающиеся между продольными металлическими балками, но конструктивные характеристики этой системы все еще недостаточно изучены. То же самое верно и для пешеходных мостов станций с решетчатыми балками, которые, как представляется, на практике работают лучше, чем предполагает простой структурный анализ.

Несмотря на пробелы в наших знаниях и понимании старых конструкций, к счастью, отказы сравнительно редки. Однако это не должно приводить к самоуспокоенности, а также чрезвычайно важно, чтобы, когда сбои неизбежно случаются, их следует тщательно анализировать и извлекать уроки. Например, крушение грузовых вагонов привело к впечатляющему обрушению в 2003 году моста 1852 года в Кахире в Ирландской Республике. Здесь сошедшие с рельсов груженые грузовые вагоны на большой части пролета моста ударились о поперечные балки и впоследствии сместили их (рис.3.16). Первоначально предполагалось, что крушение могло быть вызвано просто распространением прогнивших деревянных балок проезжей части (поперечные балки пролегают в продольном направлении над поперечными балками и должны обеспечивать непрерывную опору для рельсов), в ходе расследования была выявлена ​​более сложная причина: динамическое взаимодействие между конкретными жесткими вагонами, которые тянут в то время, движущимися со скоростью 40 миль в час, и балками моста переменной жесткости, что позволяло вагону перепрыгивать через рельсы. Конкретным результатом стало то, что ограничение скорости на мосту (сейчас ремонтируется за 2 евро.6 м) был уменьшен при буксировке этих вагонов. ³¹ В целом, можно надеяться, что осведомленность о проблеме динамического взаимодействия возросла.

3.16. Виадук Кахир (1852 г.), Ирландия, частично обрушившийся во время перевозки товарного поезда, 2003 г. (фото: Эйдан Броснан).

3.5.3 Усталость металлических мостов

Инженерам с середины девятнадцатого века признают тот факт, что многократное воздействие на кусок металла может привести к отказу при гораздо меньшей нагрузке, чем это требуется для статического разрушения.В то время, когда свидетельства этого явления росли, Торговая палата Великобритании ввела более строгие ограничения на максимально допустимые нагрузки (например, 5 тонн / дюйм ² для кованого железа). ³⁰

Очевидно, с тех пор понимание усталости металла значительно расширилось. Теперь известно, что процесс усталости является результатом нескольких эффектов, действующих последовательно: возникновение микроскопического дефекта, медленное постепенное распространение трещины и окончательное нестабильное разрушение.

С практической точки зрения, современные проектировщики мостов обычно стараются избежать усталости, следя за тем, чтобы диапазон напряжений в каждом цикле нагружения не был слишком большим.Кроме того, сварные соединения особенно подвержены усталостным повреждениям, и детали сварных швов должны быть тщательно определены. Однако многие ранние металлические мосты имеют конструктивные детали, которые не соответствуют современным критериям усталости, и серьезные последствия отказа означают, что они продолжают представлять опасность.

3.5.4 Коррозия

Помимо усталости, коррозия является другой основной проблемой, влияющей на металлические мосты. Из материалов, используемых в железнодорожной сети, чугун является наиболее устойчивым к коррозии, за ним следует кованое железо, а затем сталь, наименее стойкий материал.Некоторые участки мостов особенно уязвимы, например, нижние полки пластинчатых балок или на уровне пешеходных дорожек в случае надземных мостов с большими краевыми балками пластинчатых балок.

Как правило, коррозию можно предотвратить, используя эффективную систему окраски. Хотя будут ситуации, когда покрасить мост будет нерентабельно, если известно, что последний имеет ограниченный оставшийся срок службы, к сожалению, ржавые мосты выглядят некрасиво, и эта стратегия, как правило, не ценится широкой публикой!

В случае бетонных мостов коррозия также представляет собой серьезную проблему.В ранних бетонных мостах арматура часто не была должным образом защищена бетонным покрытием. Кроме того, состав бетона часто был нежелательным (например, высокое соотношение вода: цемент, использование немытых морских заполнителей и т. Д.). Антиобледенительные соли, наносимые в холодную погоду на дорожное покрытие надземных мостов, являются особенно частой причиной коррозии стальной арматуры.

Многие методы были разработаны для ремонта бетонных мостов, но, к сожалению, большинство из них трудоемки, отнимают много времени и, следовательно, относительно дороги.

Обзор и перспективы развития стальных конструкций железных дорог в Китае

《1 Введение

1 Введение

Как важная национальная инфраструктура и популярное транспортное средство, железные дороги являются важным аспектом интегрированной транспортной системы Китая. На конец 2019 года эксплуатационный пробег китайской железнодорожной системы составил 13,9 × 10 ⁴ км, в том числе 3,5 × 10 ⁴ км высокоскоростной железной дороги.В железнодорожной инфраструктуре многие важные объекты построены с использованием стальных конструкций, в том числе крупнопролетные железнодорожные мосты через реки и долины, а также современные крупнопролетные надземные здания станций. Быстрое развитие железнодорожной инфраструктуры тесно связано с исследованиями, разработками и применением технологий стальных конструкций.

Металлоконструкции в основном делятся на здания и мосты. По сравнению с железобетонными конструкциями, стальные конструкции обладают преимуществами высокой прочности, низкой инженерной стоимости, легкости в весе, коротких сроков строительства и заводского изготовления.С быстрым развитием национальной экономики уровень технологии проектирования, обработки и строительства стальных конструкций был значительно улучшен, а также получили развитие их применение на железных дорогах. Китай построил множество стальных железнодорожных мостов с большими пролетами через крупные реки и здания крупных станций с новыми конструкциями и эстетически привлекательным внешним видом, что в значительной степени способствовало развитию инфраструктуры китайских железных дорог [1].

В данной статье рассматривается разработка стальных конструкций, таких как стальные железные мосты с длинными пролетами и стропильные фермы станций.В соответствии с условиями Китая, в данной статье представлены тенденции развития более легкого веса, упрощения сборки, информатизации, долговечности и высокой прочности стальных конструкций, используемых в железнодорожной инфраструктуре. Кроме того, предлагается будущее проектирование, строительство, эксплуатация, техническое обслуживание и качество материалов стальных конструкций, которые основаны на технологии информационной модели здания (BIM) с использованием информационного проектирования, сборочного строительства, интеллектуальных операций и обслуживания стальных конструкций.

《2 Обзор развития металлоконструкций железнодорожной инфраструктуры Китая》

2 Обзор развития металлоконструкций железнодорожной инфраструктуры в Китае

Сосредоточившись на стальных мостах и ​​станциях в железнодорожной инфраструктуре, эта статья рассматривает развитие стальных конструкций в Китае с точки зрения материалов, конструкций и объема проекта.

《2.1 Мосты стальные

2.1 Мосты стальные

В 1937 году мост через реку Цяньтан был первым двухэтажным мостом со стальными фермами, спроектированным и построенным в Китае.С момента основания Китайской Народной Республики были достигнуты значительные успехи в развитии технологии железнодорожных мостов, особенно за последние 20 лет. Благодаря строительству высокоскоростных железных дорог завершено или начато строительство нескольких длиннопролетных мостов [1]. С развитием технологий железнодорожных длиннопролетных мостов было построено множество знаковых проектов мостов, как показано в Таблице 1 и Рис. 1.

《Таблица 1》

Таблица 1. Типовые стальные мосты железной дороги через реку Янцзы в Китае.

Примечание : 2 железные дороги и 4 автомобильные дороги относятся к двухпутной железной дороге и четырехполосной автомагистрали; 4 железные дороги и 6 автомагистралей относятся к четырем линиям железных дорог и шести полосным шоссе.

《Фиг. 1》

Рис. 1. История развития стальных железнодорожных мостов в Китае.

Главный мост Уханьского моста через реку Янцзы представляет собой клепаную неразрезную стальную балку с пролетом 3 × 128 м, проходящую через двухпутную железную дорогу и четырехполосное шоссе.Основная ферма была изготовлена ​​из импортной стали A3q, а расход стали всего моста составил 2,44 × 10 ⁴ т. Впервые использована перемычка из стального шпунта. Диаметр колонны железобетонных труб составил 1,55 м. Завершение строительства моста через реку Янцзы в Ухане ознаменовало начальную способность строительства крупнопролетных железнодорожных мостов в Китае.

Главный мост Нанкинского моста через реку Янцзы представляет собой клепаную непрерывную стальную ферменную балку размером 3 × 160 м, которая проходит через двухпутную железную дорогу и четырехполосное шоссе.Основная ферма изготовлена ​​из 16Mnq, независимо разработанной в Китае, а количество используемой стали составляет 6,65 × 10 ⁴ т. Главный мост принял четыре типа фундаментов: островной тяжелый бетонный открытый кессонный фундамент, глубоководный плавучий железобетонный кессонный фундамент, стальной шпунтовый коффердамный фундамент колонны и кессон плюс трубчатый колонный фундамент, диаметр которого колонна предварительно напряженных бетонных труб составила 3,6 м. Завершение строительства моста через реку Янцзы в Нанкине ознаменовало собой независимую инновацию в технологии железнодорожного моста в Китае.

Главный мост Цзюцзян через реку Янцзы представляет собой непрерывный арочный мост со стальными фермами с пролетом 180 м + 216 м + 180 м, который проходит через двухпутную железную дорогу и четырехполосное шоссе. Основная ферма сделана из 15MnVNq, которая была независимо разработана в Китае. Впервые применены высокопрочные болты М27. Сталь, использованная во всем мосту, составляет 5,68 × 10 ⁴ тн. Буровой фундамент из стального коффердама с двойными стенками заменен на фундамент из колонны из труб.Завершение строительства моста через реку Цзюцзян-Янцзы ознаменовало снятие клепаного стального моста.

Главный мост Уху через реку Янцзы представляет собой вантовый мост с пролетом 180 м + 312 м + 180 м с двойными пилонами и двойными вантовыми плоскостями. Он проходит по двухпутной железной дороге и четырехполосной трассе. Основная ферма состоит из мостовой стали 14MnNbq, независимо разработанной Китаем. Все соединение было сварено толстой пластиной, а количество стали, использованной для изготовления всего моста, составляет 7 штук.16 × 10 ⁴ т. Составная балка фермы состоит из железобетонной плиты и стальной балки фермы. Завершение строительства моста через реку Янцзы в Уху ознаменовало собой значительный шаг в направлении полной сварки мостовой техники в Китае и открыло путь для строительства железнодорожного длиннопролетного вантового моста.

Тяньсинчжоу Мост через реку Янцзы — это автомобильный вантовый мост с основным пролетом 504 м, проходящий через четырехполосную железную дорогу и шестиполосное шоссе.Впервые во всем мире были приняты три основные фермы, три плоскости кабелей и комбинированные болтовые соединения. Материал используемой стальной конструкции — Q370q, а количество стали, использованной для всего моста, составляет 4,61 × 10 ⁴ т. Завершение строительства моста через реку Янцзы через Тяньсинчжоу позволило реализовать пролет железнодорожного моста длиной 300–500 м в Китае, что стало новым шагом в развитии технологии железнодорожных вантовых мостов в стране [2].

На основе вышеупомянутых достижений китайская технология изготовления стальных мостов получила дальнейшее развитие.Основные пролеты строящегося моста через реку Янцзы Хутонг и строящегося моста через реку Янцзы превышают 1 км. Если взять в качестве примера мост через реку Янцзы [3], главный пролет моста составляет 140 м + 462 м + 1092 м + 462 м + 140 м, с тремя основными фермами и тремя плоскостями троса. Максимальное осевое усилие основной секции фермы составляет 7,0 × 10 ⁵ т. В соответствии с требованиями к подшипникам, стальная ферменная балка главного моста должна соответствовать Q370qe, Q420qe, Q500qe и другим спецификациям на сталь.Общий расход стали составляет 13,95 × 10 ⁴ т, из которых расход стали Q500qe составляет 3,16 × 10 ⁴ т. Мост главного канала выполнен как цельносварной цельный сегмент, реализующий масштабное и заводское изготовление моста. Всего мост состоит из 92 сегментов, в том числе 12 сегментов массой 1600 т. Он состоит из 372 эстакад шоссе и железных дорог, 170 поперечных сцепок, 558 элементов пояса и 1269 элементов перемычки. Максимальный вес одного элемента составляет приблизительно 114 т, а самый высокий — 5 м.Для завершения строительства используется технология подъема всего сегмента, как показано на Рис. 2.

《Фиг. 2》

Рис. 2. Схема изготовления стальной балки моста Хутонг через реку Янцзы.

《2.2 Ж / д вокзалы

2,2 Железнодорожные вокзалы

Большинство железнодорожных станций были построены до 1949 года. После 1949 года было построено несколько станций с другими требованиями. Однако до конца 20-го века большинство строительных конструкций вокзалов в Китае представляли собой кирпично-деревянные или бетонные конструкции с небольшими пролетами и единственными функциями.В последние годы, с быстрым развитием высокоскоростных железных дорог, строительство железнодорожных станций в Китае также достигло значительных успехов. Как показано в Таблице 2, один за другим были построены некоторые станционные сооружения с новой структурой и эстетическим внешним видом. Среди них южный железнодорожный вокзал Нанкина и южный железнодорожный вокзал Пекина являются наиболее представительными.

《Таблица 2》

Таблица 2. Репрезентативные станции высокоскоростных железных дорог в Китае

Главное здание южной железнодорожной станции Нанкин принял каркасную конструкцию интегрированного вокзала-моста.Первый этаж станции и второй этаж платформы представляют собой крупнопролетные конструкции, выдерживающие перегрузочную нагрузку. Ферма крыши представляла собой крупнопролетную стальную консольную конструкцию с максимальным пролетом 72 м, максимальной консолью 30 м и общей высотой почти 60 м. Для покрытия здания станции была принята ортотропная стальная сетка, а общий расход стали достиг 12 × 10 ⁴ т.

Основная структура Южного железнодорожного вокзала Пекина состояла из здания центрального вокзала, навеса платформы и подземного переходного зала.Общее количество использованной стали составило примерно 5 × 10 ⁴ т. Здание центрального вокзала представляет собой гиперболический купол эллиптической формы. Крыша имеет гладкую криволинейную поверхность с двусторонними дугами окружности, как показано на рис. 3. Ее основные несущие элементы включают решетчатые колонны, поперечные фермы, продольные фермы и стальные балки, поддерживающие крышу [4]. Крыша металлоконструкции состоит из 15 трехпролетных неразрезных жестких рам переменного сечения. Навес оборудован 94 стальными опорными колоннами А-образной формы, максимальный прогиб предварительно напряженной балки подвески — 6.4 м, а между зданием и навесом располагался дугообразный виадук внутреннего кольца с пролетом 16–40 м. В конструкции крыши применен метод монтажа на большой высоте.

《Фиг. 3》

Рис. 3. Южный железнодорожный вокзал Пекина во время строительства.

《3 Направление развития металлоконструкций》

3 Направление развития металлоконструкций

С повышением уровня проектирования и строительства стальных конструкций разрабатываются стальные железнодорожные конструкции с легкими, сборными, информатизированными, прочными и прочными характеристиками.

《3,1 Легкая》

3.1 Облегченный

В настоящее время и железнодорожные мосты, и вокзалы развиваются в сторону длиннопролетных сооружений. Это потому, что собственный вес является важным фактором, ограничивающим диапазон; Следовательно, неизбежны легкие мосты, стропильные фермы и другие длиннопролетные конструкции. Применение высокопрочных легких материалов является одним из прорывов в технологии легких конструкций, и стальные конструкции, как типичная высокопрочная легкая конструкция, будут широко использоваться в будущих железнодорожных сооружениях.

《3.2 Сборка

3.2 Сборка

С развитием современных промышленных технологий, точность обработки сборных компонентов, усовершенствование технологий сборочного строительства и сборное строительство получили широкое распространение. Сборочное строительство может сократить период строительства, является ресурсоемким, снижает вмешательство в строительство и имеет заводской и интенсивный подход к управлению, более благоприятный для обеспечения качества строительства.Быстрое строительство, безлюдное или менее гуманное строительство, строительство заводов и качественное строительство будут направлениями развития строительных технологий в будущем. Все эти технологии требуют более высокой степени сборки стальной конструкции, особенно сборки всей конструкции, как показано на рис. 4.

《Фиг. 4》

Рис. 4. Монтаж и сборка стального балочного сегмента многоцелевого автомобильно-железнодорожного моста.

3.3 Информатизация》

3.3 Информатизация

Проектирование и строительство, инженерный менеджмент, техническое обслуживание и ремонт стальных конструкций должны поддерживаться современными информационными и коммуникационными технологиями, включая применение больших данных, Интернета вещей, искусственного интеллекта и других технологических аспектов (рис. 5). ). Информатизация фокусируется на всем жизненном цикле проектирования, строительства, эксплуатации и обслуживания стальных конструкций и включает интеллектуальные процессы строительства и интеллектуальные управленческие решения.

《Фиг. 5》

Рис. 5. Информатизация и интеллектуальное строительство

《3,4 Прочность

3.4 Прочность

Согласно китайским правилам проектирования мостов, срок службы стальных железнодорожных мостов обычно составляет 100 лет. Исходя из требований к характеристикам стальных конструкций и развития экологически чистых технологий, возникла техническая тенденция к продолжению продления срока службы стальных конструкций. Разработка и применение пластин из устойчивой к атмосферным воздействиям стали с высокими эксплуатационными характеристиками, биметаллических стальных пластин с покрытием из нержавеющей стали, а также новых материалов и систем покрытия стали основным направлением исследований структурной прочности железнодорожной стали.

《3,5 Высокая прочность》

3,5 Высокая прочность

Стальные конструкции, используемые на железных дорогах, должны в определенной степени противостоять воздействию стихийных бедствий и эффективно противостоять преднамеренному или непреднамеренному повреждению человека, которое связано не только с безопасностью стальной конструкции, но и с безопасностью людей. жизни, собственности и экономического и социального развития. Стальная конструкция должна обладать определенной прочностью. Основные технические направления, связанные с материалами, включают сосредоточение внимания на разработке высокопрочной стали для улучшения вязкости конструкционных материалов, а от структурной системы — оптимизацию структурной системы, в частности, структурной конфигурации соединений [5].

《4 Предложения по значительному развитию металлоконструкций в Китае》

4 Предложения по значительному развитию стальных конструкций в Китае

《4.1 Дизайн

4.1 Конструкция

4.1.1 Определить сервисную среду и требования к дизайну верификации

Китай имеет обширную территорию и сложные географические, геологические и климатические условия. Железнодорожная инфраструктура распределена по всей стране. При проектировании необходимо точно оценить условия эксплуатации стальных конструкций.Например, особая ситуация на плато Цинхай-Тибет должна предложить новую классификацию и требования к среде обслуживания, позволить применить соответствующие строительные требования и предложения и заложить прочную основу для долговечных стальных конструкций. Кроме того, землетрясения, наводнения, селевые потоки, оползни и другие стихийные бедствия в зоне обслуживания стальных конструкций должны быть полностью расследованы и четко классифицированы. Следует тщательно рассмотреть соответствующие стандарты проектирования, чтобы разумно определить начальные условия сопротивления стальной конструкции.На примере стихийных бедствий, вызванных землетрясениями, требования к сейсмическим характеристикам, методы проектирования, конструктивные меры и стандарты укрепления железнодорожных стальных мостов должны быть определены в соответствии с местными условиями.

4.1.2 Теории и методы усовершенствованного проектирования

В настоящее время более зрелые методы проектирования стальных конструкций включают метод допустимых напряжений и метод предельных состояний, но с точки зрения улучшения характеристик конструкции и снижения затрат все еще есть возможности для улучшения соответствующих теорий проектирования и систем конструкций.Что касается теорий проектирования, необходимо обобщить и продвинуть исследования стандартов контроля жесткости длиннопролетных мостов, а также систематически изучить стандарты контроля и связанные с ними технологии температуры, ползучести и других поздних деформаций. Что касается конструкционной системы, то целесообразно провести технические исследования преднапряженных балок, систем вантовых подвесных кооперативных конструкций и новых железобетонных композитных конструкций [6]. Также можно предложить легкие структурные системы, легкие трубчатые и прямоугольные открытые перемычки.Продвижение новых вычислительных алгоритмов и разработка нового программного обеспечения также является важным аспектом для продвижения и обеспечения инноваций и развития теорий проектирования стальных конструкций и инженерного потенциала.

4.1.3 Расширение области применения технологии BIM

BIM технология используется для реализации обмена информацией и управления. Он был оптимизирован в процедуре проектирования, что более целесообразно для реализации проекта. Он может эффективно предотвращать «ошибки и пропущенные коллизии» при проектировании и предоставлять мощные средства для оцифровки инженерного строительства и технического обслуживания, а также визуализации управления процедурами, тем самым значительно повышая эффективность проектирования и аудита, а также изображенный на рис.6. Мы должны способствовать применению технологии BIM при проектировании стальных железнодорожных мостов и повышать информационный уровень проектирования мостов и управления ими в Китае [7].

《Фиг. 6》

Рис. 6. Технология BIM, решающая проблему коллизий.

《4.2 Строительство

4.2 Строительство

4.2.1 Контроль геометрии

В настоящее время большинство стальных конструкций не обладают статической неопределенностью. В процессе монтажа и строительства, если геометрический контроль не является строгим, это может привести к искажению и деформации изгиба, деформация изгиба и деформации может вызвать дополнительные внутренние силы и изменить напряженное состояние, а в серьезных случаях конструкции могут быть повреждены. .В процессе монтажа и строительства стальных конструкций мы должны обращать внимание на использование передовых технологий съемки, картографии и корректировки, чтобы обеспечить выравнивание.

4.2.2 Сварка

Исторический опыт показал, что проблемы качества, вызванные дефектами сварки (неуплотнение, плохое соединение, неполный проплав, включение шлака, неполная сварка), возникают в процессе сварки стальных конструкций, что влияет на прочность и долговечность стали. состав.В настоящее время автоматическая сварка под флюсом и сварка в среде защитных газов в основном используются при строительстве стальных конструкций, и эта фундаментальная технология стала чрезвычайно зрелой. Для удовлетворения требований к сварке некоторых специальных стальных конструкций необходимо разработать современные сварочные процессы, оборудование и программное обеспечение, как показано на рис. 7. Такие достижения следует продемонстрировать и применить, а полученный опыт следует обобщить и всесторонне продвигать.

《Фиг. 7》

Фиг.7. Перспективная технология сварки стальных конструкций железных дорог.

4.2.3 Покраска

Если метод нанесения покрытия неправильный и качество напыления недостаточное, коррозия стальной конструкции железной дороги будет усугубляться. Из анализа полевой ситуации, если метод удаления ржавчины обратный и эффект удаления ржавчины плохой, прямое покрытие серьезно повлияет на качество покрытия.

Необходимо популяризировать заводские методы удаления ржавчины и покрытия, популяризировать методы болтового соединения на месте (чтобы избежать повреждения заводского покрытия сваркой) и всесторонне гарантировать качество покрытия за счет технического обновления.

4.2.4 Разработка заводского оборудования

Строительное оборудование, подходящее для сборки крупных железнодорожных стальных конструкций, а также поддержка заводского технологического оборудования и интеллектуального оборудования, тем самым постепенно реализуя автоматическую конструкцию, следует разрабатывать. В то же время это может уменьшить или избежать влияния искусственного случайного поведения на качество строительства стальных конструкций.

《4.3 Эксплуатация и техническое обслуживание》

4.3 Эксплуатация и обслуживание

4.3.1 Обнаружение и мониторинг

В дополнение к ежедневным проверкам, оборудование для долгосрочного мониторинга должно быть настроено для проведения мониторинга в реальном времени характеристик окружающей среды и состояния конструкций во время эксплуатации. Оборудование динамического обнаружения используется для регулярного обнаружения ключевых конструкций, и проводится всесторонний анализ данных мониторинга, чтобы точно направлять обслуживание и оценку конструкции, тем самым обеспечивая безопасную и надежную несущую способность стальной конструкции в течение ее срока службы. .

4.3.2 Ремонт

Перед лицом структурных повреждений, вызванных стихийными бедствиями и техногенными разрушениями, а также дефектами или скрытыми опасностями при проектировании и строительстве, решения о техническом обслуживании должны приниматься своевременно, чтобы руководствоваться использованием новых технологий и материалов для ремонта, чтобы исключить явление «бракованной работы» металлоконструкций железных дорог. На примере усталостного армирования и ремонта настила ортотропного моста можно использовать комбинацию стальной пластины и высокопрочного болта или бетонного покрытия с высокими эксплуатационными характеристиками для ремонта дефектов конструкции, как показано на рис.8.

《Фиг. 8》

Рис. 8. Усиление форм ортотропной усталости настила.

4.3.3 Оценка

На основании данных мониторинга проводится оценка состояния и анализ эксплуатационных качеств железных металлоконструкций, осваивается процесс изменения эксплуатационного состояния конструкции. Для стальных конструкций, которые использовались в течение многих лет или подверглись внезапному повреждению, необходимо провести оценку срока службы, чтобы гарантировать абсолютную безопасность.

4.4 Сталь

4.4 Сталь

Характеристики стали являются источником характеристик стальной конструкции, и улучшение технологии плавки для обеспечения качества стали является главным приоритетом. Дальнейшее улучшение характеристик стали, основанное на обеспечении качества стали, является ключевым направлением для улучшения характеристик железнодорожных стальных конструкций в будущем.

4.4.1 Высокая прочность

В настоящее время мостовые стали марок Q345 и Q370 широко используются в отечественных железнодорожных мостах, тогда как стали Q420q и Q500q находятся в стадии популяризации.Например, стальной лист Q420q использовался для моста через реку Янцзы Дашэнгуань в Нанкине, а сталь Q500q с более высоким классом прочности использовалась для моста через реку Янцзы через реку Хутун. Считается, что предел текучести менее 500 МПа и предел прочности на разрыв менее 630 МПа должны соблюдаться как при горизонтальных, так и при вертикальных испытаниях на растяжение [8]. Со строительством длиннопролетных мостов потребность в высокопрочной стали в железнодорожных инфраструктурах будет постоянно расти. Незаменимы мостовые стальные конструкции со спецификацией Q500q и тросовая стальная проволока с прочностью выше 2000 МПа.

4.4.2 Погодостойкость

Коррозия потребляет большое количество стальных ресурсов, что приводит к естественному загрязнению окружающей среды и экологическому ущербу, значительная часть которого составляет коррозию инфраструктуры. Необходимо усилить исследования стали, которая не подвергается коррозии или коррозии химическими вредными веществами, и следует уделять особое внимание стоимости проблемы. Из-за увеличения объемов плавки разовые затраты на атмосферостойкую сталь немного выше, чем на обычную низколегированную сталь той же марки.Однако с точки зрения конечных продуктов мостов, благодаря уменьшению обработки поверхности и покрытия компонентов на заводе и на месте, комплексные экономические выгоды больше [9].

4.4.3 Прочность

Железнодорожная инфраструктура требует высококачественной конструкционной стали, которая не только отвечает требованиям прочности, но и обладает высокой вязкостью. Для повышения прочности мостов из железнодорожной стали и предотвращения несчастных случаев, вызванных хрупким разрушением, прочность мостовой стали будет постоянно улучшаться.Хрупкое разрушение стали с большей вероятностью произойдет в холодных зонах на большой высоте, что выдвигает более высокие требования к индексу вязкости материалов. При постоянном повышении прочности стали чрезвычайно важно поддерживать определенное сопротивление разрушению за счет повышения ударной вязкости.

《5 Заключение》

5 Заключение

С постоянным увеличением количества железнодорожных линий в Китае, все большее количество железнодорожных стальных конструкций применяется в особых климатических условиях, таких как сильная морская коррозия, низкие температуры на высоких плато и сильное воздействие ультрафиолета, что требует более высоких требований к конструкции, строительство, эксплуатация и обслуживание, оборудование и стальные материалы таких конструкций.Необходимо решить ряд технических проблем, таких как конструкция устойчивости к атмосферным воздействиям, строительство в суровых морских условиях и меньшее обслуживание плато.

Стремясь решить проблему погодоустойчивости, важно постоянно улучшать требования к характеристикам погодостойких стальных листов и погодостойких болтов, а также увеличивать применение атмосферостойкой стали в железнодорожных инфраструктурах. Ввиду суровых условий строительства развитие сборки, механизации и интеллектуальных строительных технологий может сократить объем строительных работ на месте и улучшить качество строительства.С целью решения проблем технического обслуживания плато необходимо улучшить уровень управления эксплуатацией и техническим обслуживанием стальных конструкций, а также разработать новые интеллектуальные и цифровые технологии и оборудование для управления и технического обслуживания.

% PDF-1.4 % 4626 0 объект > эндобдж xref 4626 98 0000000016 00000 н. 0000002334 00000 п. 0000002696 00000 н. 0000002850 00000 н. 0000002908 00000 н. 0000002950 00000 н. 0000003013 00000 н. 0000003081 00000 н. 0000003233 00000 н. 0000004924 00000 н. 0000005345 00000 н. 0000005431 00000 н. 0000005531 00000 н. 0000005697 00000 п. 0000005850 00000 н. 0000006046 00000 н. 0000006184 00000 п. 0000006315 00000 н. 0000006496 00000 н. 0000006644 00000 н. 0000006798 00000 н. 0000006979 00000 п. 0000007112 00000 н. 0000007276 00000 н. 0000007465 00000 н. 0000007682 00000 н. 0000007816 00000 н. 0000007998 00000 н. 0000008148 00000 н. 0000008265 00000 н. 0000008459 00000 п. 0000008638 00000 п. 0000008786 00000 н. 0000008968 00000 н. 0000009101 00000 п. 0000009230 00000 н. 0000009425 00000 н. 0000009568 00000 н. 0000009716 00000 н. 0000009893 00000 п. 0000010032 00000 п. 0000010178 00000 п. 0000010337 00000 п. 0000010394 00000 п. 0000010578 00000 п. 0000010760 00000 п. 0000010941 00000 п. 0000011137 00000 п. 0000011293 00000 п. 0000011484 00000 п. 0000011675 00000 п. 0000011876 00000 п. 0000012048 00000 н. 0000012213 00000 п. 0000012381 00000 п. 0000012568 00000 п. 0000012707 00000 п. 0000012845 00000 п. 0000013014 00000 п. 0000013199 00000 п. 0000013331 00000 п. 0000013469 00000 п. 0000013643 00000 п. 0000013833 00000 п. 0000013974 00000 п. 0000014119 00000 п. 0000014315 00000 п. 0000014444 00000 п. 0000014593 00000 п. 0000014755 00000 п. 0000014927 00000 п. 0000015105 00000 п. 0000015295 00000 п. 0000015471 00000 п. 0000015651 00000 п. 0000015808 00000 п. 0000015957 00000 п. 0000016123 00000 п. 0000016266 00000 п. 0000016448 00000 п. 0000016622 00000 п. 0000016678 00000 п. 0000016860 00000 п. 0000017263 00000 п. 0000017446 00000 п. 0000017477 00000 п. 0000018107 00000 п. 0000018130 00000 п. 0000018592 00000 п. 0000018796 00000 п. 0000018992 00000 п. 0000019400 00000 п. 0000019480 00000 п. 0000019688 00000 п. 0000092318 00000 п. 0000094677 00000 п. 0000003448 00000 н. 0000004900 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 4627 0 объект ) >> >> / LastModified (M \) d # aQ $) / MarkInfo> / Контуры 4636 0 R / Нитки 4630 0 R / AcroForm 4633 0 R >> эндобдж 4628 0 объект ; 2 + U) / U (A4k2RӔgdd \ rKd_ILh) / P -60 / V 1 / Длина 40 >> эндобдж 4629 0 объект > эндобдж 4630 0 объект [ 4631 0 руб. 4632 0 руб. ] эндобдж 4631 0 объект Z) >> / Ж 235 0 Р >> эндобдж 4632 0 объект > / Ж 236 0 Р >> эндобдж 4633 0 объект > / Кодировка> >> / DA (ߓ J $ 🙂 >> эндобдж 4634 0 объект > эндобдж 4722 0 объект > поток 8Z (d {c \ O1> гей [] 50P-0.ZhOnɼEy4p # ԍ? L yBwRŐc ګ т; # ~ 2RU \ `%, O ⡓ R * = aKWJƥ-_аu

Здания | Бесплатный полнотекстовый | Усталостные детали в стальных мостах

1. Введение

Мосты являются жизненно важной частью инфраструктуры в любом современном обществе. В Европе, как и во многих других частях индустриального мира, быстрое промышленное развитие, имевшее место в первой половине XIX века, сопровождалось огромным расширением инфраструктуры, включая мосты в количественном отношении. Сегодня многие железнодорожные и автомобильные мосты, построенные в тот период, все еще используются, несмотря на то, что их технический срок службы — во многих случаях — считается уже завершенным.Недавнее картирование возрастного профиля существующих стальных железнодорожных мостов в Европе [1] показывает, что возраст более 70% этих мостов превышает 50 лет, а возраст около 30% из них — более 100 лет. Кроме того, этот устаревший парк железнодорожных и автомобильных мостов в настоящее время подвергается более строгим требованиям с точки зрения повышенной интенсивности движения и более высоких транспортных нагрузок, чтобы соответствовать требованиям к более эффективным транспортным системам.

Если говорить о стальных мостах, усталость часто является серьезной проблемой, ограничивающей несущую способность и остаточный срок службы существующих конструкций.Правильная идентификация подверженных усталости деталей в мосту, наряду с хорошо спланированными процедурами проверки и успешными графиками укрепления и ремонта, может гарантировать непрерывную и удовлетворительную работу мостов в течение их срока службы. Также в новом строительстве важно, чтобы конструктивные детали, которые оказались подвержены усталости, не допускались на этапе проектирования. В результате информация об усталостных характеристиках различных деталей существующих мостов жизненно важна для руководителей и владельцев мостов, а также является обратной связью для проектировщиков и инженеров мостов.

В исследовании, посвященном усталостным характеристикам существующих стальных и композитных мостов [2], были собраны случаи усталостных повреждений, которые были зарегистрированы для различных типов мостов и деталей. В общей сложности более 100 случаев повреждения были изучены и классифицированы в соответствии с типом деталей и / или механизмом наблюдаемого усталостного растрескивания. Результаты этого исследования показывают, что более 90% всех зарегистрированных случаев вызваны вторичными эффектами, так называемым растрескиванием, вызванным деформацией.Этот тип усталостного повреждения часто является результатом вторичных сдерживающих сил, возникающих в результате какого-либо непреднамеренного или недооцененного взаимодействия между различными элементами моста. Плохая детализация, наряду с незакрепленными зазорами и резкими изменениями жесткости в соединениях между различными элементами, также способствует усталостному растрескиванию большинства деталей. Нормы проектирования и методы оценки обычно содержат очень мало указаний о том, как следует учитывать или предотвращать такой вид усталостного повреждения.Проектировщик моста несет ответственность за то, чтобы посредством хорошей детализации избежать этих вторичных эффектов и связанных с ними видов усталостных повреждений. На рисунке 1 показаны собранные случаи повреждений, сгруппированные по типу деталей. Наиболее распространенные виды усталостных повреждений, вызванных деформацией, можно найти в соединениях между стрингерами и балками перекрытия, между последними и основными несущими элементами моста, а также в местах соединения диафрагм и поперечных связей.Кроме того, довольно часто встречаются усталостные повреждения деталей ортотропных настилов и элементов мостов со скошенными концами или обрезанными фланцами в местах их соединения с другими элементами. В этой статье рассматривается ряд общих деталей мостов, которые, как было показано, подвержены усталостным повреждениям. Обсуждаются механизмы, лежащие в основе усталостного растрескивания в каждом типе деталей, и решаются проблемы, связанные с плохой детализацией, упущенным или непредвиденным поведением и воздействием нагрузки.

Рисунок 1. Собраны случаи усталостных повреждений, перечисленные в соответствии с типом деталей, в которых они были обнаружены.

Рисунок 1. Собраны случаи усталостных повреждений, перечисленные в соответствии с типом деталей, в которых они были обнаружены.

2. Усталостное растрескивание от дефектов сварных швов

В целом сварные детали более подвержены усталостному растрескиванию по сравнению с болтовыми или клепанными деталями. Дефекты и неоднородности сварного шва, такие как подрезание сварного шва, застрявшая пористость и отсутствие плавления, являются концентраторами напряжений, из-за которых может инициироваться усталостное растрескивание.Неблагоприятные сварочные остаточные напряжения и концентрации напряжений из-за геометрии сварного шва и микротрещин, вызванных сваркой, являются другими факторами, которые часто ускоряют процесс усталостного повреждения деталей сварных мостов.

В очень редких случаях дефекты сварных швов вызывали усталостное повреждение стальных деталей мостов под действием первичных нагрузок. Эти случаи встречаются либо в довольно старых мостах, построенных до того, как методы контроля качества и методы неразрушающего контроля были хорошо разработаны, либо в деталях, которые рассматривались как «второстепенные» для несущей способности моста и поэтому не были включены в такого рода контроль качества.Одним из примеров последнего случая является усталостное растрескивание мостовых балок со сварными продольными ребрами жесткости. Несколько мостов в США испытали этот тип растрескивания [3,4]. Трещины возникли из-за дефектов сварного шва на пересечении угловых сварных швов, соединяющих продольные ребра жесткости со стенкой фермы, и стыковых швов, выполненных для поперечных стыков продольных ребер жесткости, см. Рис. 2. Деталь считалась второстепенной и не проверялась. пересечения сварного шва.Пересечение сварных швов также обеспечивало путь для прорастания трещины от ребра жесткости в стенку фермы, что в некоторых случаях приводило к хрупкому разрушению. Рисунок 2. Усталостное растрескивание мостовой балки от дефектов сварного шва в точке пересечения сварных швов (по [3]). Рисунок 2. Усталостное растрескивание мостовой балки от дефектов сварного шва в точке пересечения сварных швов (по [3]).

3. Детали с изменением в разделе

Детали, которые влекут за собой изменение поперечного сечения элемента или частей элемента, довольно часто встречаются в стальных мостах.Самый простой пример можно найти в плоских балках на переходах размеров полки (ширины, толщины или того и другого). В элементарной детали такого типа хорошо известно, что усталостная прочность детали (в данном случае поперечный стыковой шов) может быть существенно увеличена за счет создания плавного перехода между соединенными пластинами. Это может быть достигнуто за счет сужения или закругления соединенной пластины.

Однако существуют более сложные детали, в которых изменение поперечного сечения элемента вызывает сложное напряженное состояние, включающее дополнительные компоненты напряжения, которые могут быть достаточно высокими, чтобы вызвать усталостное повреждение детали.Эти компоненты напряжения обычно довольно трудно предсказать с помощью простого анализа, и иногда проектировщики пренебрегают ими или не обращают на них внимания.

Деталь, в которой были обнаружены многочисленные проблемы усталости в Соединенных Штатах и ​​Японии [5,6], можно найти в мостах Гербера и в мостовых балках с уменьшенной глубиной у опор, рис. 3. Согласно теории балок, изгибающие напряжения в балки возле опоры незначительны, и балка рассчитывается в этих местах с учетом силы сдвига.Из-за уменьшения глубины балки и, как следствие, изменения поперечного сечения, деформация балки вызовет дополнительные тангенциальные и радиальные напряжения в стенке балки и в сварных швах между полкой и стенкой вдоль кривизны выреза, см. рис. 4. Сообщалось о случаях повреждений, связанных с усталостным растрескиванием стенки балки, а также в сварных швах между полкой и стенкой. В последнем случае соединение фланца и стенки осуществлялось угловыми сварными швами. Трещины в стенке фермы могут расти либо в направлении, касательном к кривизне полки (вызванном компонентом радиального напряжения), либо в радиальном направлении (создаваемым компонентом касательного напряжения), см. Рисунок 5.На рисунке 6 показан другой случай, когда изменение поперечного сечения подвески в арочном мосту привело к появлению дополнительных компонентов напряжения, которые не были учтены при проектировании этого элемента. В этой детали не только осевые напряжения в I-образной подвеске увеличиваются из-за изменения поперечного сечения, но и поперечные напряжения (в плоскости стенки) возникают локально в местах, где эти осевые силы во фланцах изменяются. направление. В этих местах на плите перемычки наблюдались усталостные трещины.Трещина росла вдоль углового шва параллельно направлению нормальных осевых напряжений в подвеске, что указывает на то, что они были созданы компонентом напряжения, перпендикулярным сварным швам.

Рисунок 3. Мостовые балки с уменьшенной высотой распространены в: ( a ) мостах Гербера; и ( b ) на опорах мостов.

Рисунок 3. Мостовые балки с уменьшенной высотой распространены в: ( a ) мостах Гербера; и ( b ) на опорах мостов.

Рисунок 4. Касательные и радиальные напряжения в балках с уменьшенной глубиной и три режима растрескивания, которые могут возникнуть в этой детали.

Рисунок 4. Касательные и радиальные напряжения в балках с уменьшенной глубиной и три режима растрескивания, которые могут возникнуть в этой детали.

Рисунок 5. Примеры радиальных и тангенциальных трещин [5]. Рисунок 5. Примеры радиальных и тангенциальных трещин [5].

Рисунок 6. Усталостное растрескивание вертикальной подвески с изменением поперечного сечения вблизи ее соединения с балкой жесткости арочного моста.

Рисунок 6. Усталостное растрескивание вертикальной подвески с изменением поперечного сечения вблизи ее соединения с балкой жесткости арочного моста.

4. Усталостное растрескивание, вызванное вибрацией, в подвесах мостов

Вертикальные подвески в стальных арочных мостах обычно рассчитаны на воздействие осевых сил. Детали подвесных соединений с аркой и настилом моста, как правило, разработаны таким образом, чтобы обеспечить соединение без моментов.По этой причине часто предполагается, что подвески соединены штифтами на обоих концах.

Сообщалось о нескольких случаях, когда наблюдались усталостные трещины в соединениях мостовых подвесов [4,7]. В большинстве случаев сочетание двух различных механизмов способствовало образованию усталостных трещин в этих деталях.

• Вибрация: тонкие подвески обычно имеют очень низкую жесткость на изгиб, что делает их очень чувствительными к резонансу. Кабели могут подвергаться воздействию транспортных нагрузок на мосту и / или ветровых нагрузок.

• Вторичные напряжения из-за жесткости соединения: в действительности идеальных безмоментных штифтовых соединений не существует. Даже при такой конструкции соединение всегда будет приобретать некоторую вращательную жесткость, присущую деталировке или постепенно в течение срока службы моста, например, из-за коррозии (так называемого замерзания).

Колебание кабелей в сочетании с недооцененной или непредвиденной жесткостью соединения может привести к многочисленным циклам с колебаниями момента (напряжения изгиба) в подвеске рядом с ее соединениями.Даже если величина этих изгибающих напряжений может быть относительно низкой, большое количество циклов нагружения, вызванное вибрацией, может привести к усталостному растрескиванию детали.

На рисунке 7 показан пример арочного моста, в котором у подвесок образовались усталостные трещины в местах их соединения со стальной аркой. Этот железнодорожный мост, построенный в 1943 году, имеет пролет 61 м и представляет собой стальную арку с двумя шпалами (балками жесткости), соединенными балками перекрытия. Подвесы были изготовлены из стальных тросов диаметром 79 мм.Деталь крепления подвески к стальной арке также показана на рисунке 7. Усталостное повреждение было обнаружено в начале 1980-х годов; некоторые вешалки треснули и полностью отсоединились от своих соединений с аркой. Растрескивание, которое произошло на резьбовой части подвески, было связано с комбинацией колебаний и вторичного изгиба подвесок при их соединении со стальной аркой [7]. Те же механизмы — часто в сочетании с плохой детализацией подвесного соединения — привели к аналогичным усталостным повреждениям стальных арочных мостов в Японии [5].Пример показан на рисунке 8. Рисунок 7. Усталостное растрескивание подвесов моста через реку Скеллефте в Швеции [7]. Рисунок 7. Усталостное растрескивание подвесов моста через реку Скеллефте в Швеции [7]. Рисунок 8. Усталостное растрескивание в подвесках моста Машита в Японии [5]. Рисунок 8. Усталостное растрескивание в подвесках моста Машита в Японии [5].

5. Мостовые балки и стрингеры в соединениях деревянных шпал

На многих старых железнодорожных мостах транспортные нагрузки на мостах передаются на продольные несущие элементы (мостовые балки или стрингеры) через деревянные шпалы, опирающиеся на эти элементы и соединенные с ними посредством с помощью крючков или болтов.Сообщалось о нескольких случаях усталостных повреждений, в которых стрингеры проявляли усталостное растрескивание в местах под деревянными шпалами [8,9]. В сварных балках трещины часто растут вдоль носка сварных швов, соединяющих стенку балки с верхней полкой. В старых клепанных балках трещины были обнаружены вдоль галтели одного из L-образных профилей, образующих верхнюю полку балки, см. Рис. 9.

Есть два основных действия, которые могут способствовать возникновению такого типа усталостного растрескивания.

• Деформация изгиба деревянных шпал под действием вертикальных осевых нагрузок. Соответствующий поворот концов деревянной анкеры вызывает локальный изгиб полки балки, с которой соединяется анкера, а также деформацию стенки балки вне плоскости, см. Рис. 10а.
• Поперечные силы на мосту, вызывающие изгиб стенки балки вне плоскости. Этот эффект более выражен в изогнутых мостах, но он также может быть вызван различными неровностями пути в прямых мостах, см. Рисунок 10b.

Оба действия имеют очень короткие линии влияния, что приводит к большому количеству циклов загрузки каждый раз, когда проходит поезд.

Усталостное повреждение из-за взаимодействия между балками моста и деревянными шпалами в основном может быть обнаружено в местах вдоль балки, где деформация, возникающая в результате этого взаимодействия, локально концентрируется в гибких областях (т. Е. Там, где более глобальная деформация, как показано на рисунке 10 сдерживается). Эти места, например, находятся рядом с соединениями стрингеров с балками перекрытия (см. Рисунок 9) или рядом с диафрагмами и поперечными распорками из-за более сильного сдерживающего эффекта в этих местах.Сосредоточение деформации на очень небольших участках в стенке балки или на выступающей части полки балки в клепаных стрингерах приводит к высоким напряжениям изгиба в этих местах и ​​постепенно приводит к усталостному растрескиванию. Одни и те же механизмы приводят к аналогичному усталостному растрескиванию автомобильных мостов. Деформация в этих случаях обычно вызывается поперечным изгибом бетонного настила, который действует совместно со стальными балками. Рисунок 9. Пример усталостного растрескивания стрингеров при стыках деревянных шпал [8]. Рисунок 9. Пример усталостного растрескивания стрингеров при стыках деревянных шпал [8].

Рисунок 10. Схематический рисунок, показывающий деформации, возникающие в балке моста в результате: ( a ) деформации изгиба из-за эксцентриситета рельса; и ( b ) Поперечные силы.

Рисунок 10. Схематический рисунок, показывающий деформации, вызванные в балке моста в результате: ( a ) деформации изгиба из-за эксцентриситета рельса; и ( b ) Поперечные силы.

6. Мембраны и поперечные связи

Мембраны и поперечные связи являются жизненно важными элементами, которые используются во многих типах мостов для обеспечения поперечной устойчивости конструкции моста во время строительства и / или против боковых и скручивающих нагрузок, действующих на мост. Во многих случаях эти стабилизирующие элементы соединяются с лонжеронами моста (главными балками или стрингерами) через соединительные пластины, которые привариваются, привинчиваются или приклепываются к стенке балки. В сварных мостах на протяжении многих лет обычной практикой было исключение сварных швов, соединяющих вертикальные ребра жесткости с фланцем балки, чтобы избежать деталей с низкой усталостной прочностью.Вместо этого соединительную пластину либо обрезают на некотором расстоянии от фланца, либо устанавливают на фланец, либо непосредственно, либо с помощью куска стали в качестве заглушки, устанавливаемой под элементом жесткости, см. Рисунок 11b – d.

Рисунок 11. Детализация соединения элементов поперечных связей с балками моста.

Рисунок 11. Детализация соединения элементов поперечных связей с балками моста.

Известно, что деталь около окончания поперечных пластин (или вертикальных ребер жесткости), используемых для соединения диафрагм или поперечных распорок, является одной из самых критических с точки зрения усталости стальных мостов.Усталостное растрескивание здесь в основном обнаруживается в стенке фермы, начиная с конца элемента жесткости и растя почти горизонтально в направлении, параллельном нормальным напряжениям изгиба в стенке, см. Рис. 12. Об этом типе усталостного растрескивания сообщалось на обеих железных дорогах. и автомобильные мосты и могут быть найдены во многих типах мостов, включая двух- и многобалочные мосты, мосты с коробчатыми балками и мосты с фермами. Однако механизм усталостного растрескивания в соединениях диафрагмы и поперечных связей один и тот же, независимо от типа перемычки.Случаи нагружения, которые приводят к вторичному изгибу балок моста (в слабом направлении) и / или крутильной деформации поперечного сечения моста, вызывают неравномерный прогиб балок, которому противодействует диафрагма или элементы поперечных распорок. Следовательно, в этих элементах создаются растягивающие и сжимающие силы, действующие перпендикулярно плоскости стенки балки и вызывающие вторичные изгибающие напряжения, которые локализуются в нежесткой части стенки между фланцем балки и концом соединительной пластины, см. Рисунок 12.

В железнодорожных мостах эти поперечные и скручивающие нагрузки более очевидны для изогнутых и наклонных мостов, но они также могут возникать в прямых мостах из-за возможных эксцентриситетов или неровностей пути. Те же эффекты очевидны для автомобильных мостов, где груз грузовика может занять любое положение в поперечном направлении моста, вызывая неравномерный прогиб балок моста.

Кроме того, было показано, что заклепочные соединения обсуждаемого здесь типа склонны к усталостному растрескиванию [10].В этом случае усталостное повреждение обнаруживается либо в выступе соединительного уголка, либо в заклепках, соединяющих угол со стенкой балки, см. Рисунок 13.

Рисунок 12. Дифференциальный прогиб мостовых балок приводит к высоким локальным напряжениям изгиба в зазорах перегородки без жесткости между фланцем балки и окончанием коротких соединительных пластин.

Рисунок 12. Дифференциальный прогиб мостовых балок приводит к высоким локальным напряжениям изгиба в зазорах перегородки без жесткости между фланцем балки и окончанием коротких соединительных пластин.

Рисунок 13. Усталостное растрескивание клепаного соединения поперечных элементов [11]. Рисунок 13. Усталостное растрескивание клепаного соединения поперечных элементов [11].

7. Соединения стрингера с балкой перекрытия

Во многих существующих мостах соединения стрингера с балкой перекрытия с механическим креплением выполняются с помощью двойных уголков, приклепанных или привинченных к пластинам стенки обоих элементов. Обычная инженерная практика заключалась в проектировании этих соединений с учетом только поперечных сил (их несущая функция заключается в передаче торцевых реакций стрингера на балку перекрытия).Хотя это предположение может быть адекватным для расчета конечного предельного состояния, поведение этих соединений при умеренных нагрузках может существенно отличаться.

Соединения этого типа показали высокую уязвимость к усталостному растрескиванию. Сообщалось о большом количестве случаев повреждения, в которых были обнаружены усталостные трещины в соединительных углах [12,13]. Трещины обычно начинаются у выступающей части соединительного уголка и растут вдоль кромки уголка. На рисунке 14b показан пример такого типа усталостного растрескивания. Рисунок 14. Пример усталостного повреждения в соединениях стрингера с балкой перекрытия [12]: ( a ) на стыке между головкой заклепки и стержнем; ( b ) на внешней стороне соединительного уголка. Рисунок 14. Пример усталостного повреждения соединений стрингера с балкой перекрытия [12]: ( a ) на стыке головки заклепки и стержня; ( b ) на внешней стороне соединительного уголка. В старых клепаных соединениях также очень часто случаются отказы заклепок.Здесь трещина начинается в стыке между головкой заклепки и стержнем (в результате поддевания и изгиба заклепки) и, наконец, приводит к полному разделению головки заклепки, см. Рисунок 14a. Усталостные повреждения такого рода обычно локализуются в верхней части соединения, но также сообщалось о случаях повреждений с усталостным растрескиванием и / или отказом заклепки в нижней части соединения [12].

Усталостное растрескивание в соединениях стрингера с балкой перекрытия вызывается вторичными эффектами, которые по своей природе вызваны деформацией.Здесь можно выделить два механизма.

Вращение концов стрингера связано с изгибом. Несмотря на то, что двухугловые соединения были спроектированы как простые соединения, работающие на сдвиг, обычно неизбежно, что эти соединения также приобретают некоторую вращательную жесткость, таким образом частично ограничивая вращение концов стрингеров. Следовательно, отрицательный изгибающий момент будет развиваться на концах стрингеров, подвергая крепежи и углы соединений воздействию нагрузок, которые не учитываются при проектировании, см. Рисунок 15.Этот вид воздействия имеет относительно короткую линию влияния, что приводит к большому количеству циклов нагружения в течение срока службы моста. Игнорируемое взаимодействие между системой перекрытия (стрингеры и балки перекрытия) и основной несущей конструкцией (главной несущей конструкцией). балки или основные фермы, например). Деформация изгиба основного моста фермы, например, включает продольное смещение узлов фермы, с которыми соединены балки перекрытия. Однако балки перекрытия частично сдерживаются от следования этой деформации из-за осевой жесткости стрингеров и их соединений с балками перекрытия.В результате вторичные осевые силы будут развиваться в стрингерах и их соединениях с балками перекрытия, в то время как последние будут подвергаться вторичному изгибу (в слабой оси), см. Рисунок 16. Этот вид взаимодействия имеет линию влияния, которая равна длине моста, а в случае железнодорожных мостов, по сути, существует один цикл загрузки каждый раз, когда проезжает поезд.

Рисунок 15. Вторичный изгиб на концах стрингера из-за ограниченного вращения конца. Изгибающие и осевые напряжения в верхней части соединения стрингера с балкой перекрытия могут быть достаточно высокими, чтобы в конечном итоге привести к усталостному растрескиванию.

Рисунок 15. Вторичный изгиб на концах стрингера из-за ограниченного вращения конца. Изгибающие и осевые напряжения в верхней части соединения стрингера с балкой перекрытия могут быть достаточно высокими, чтобы в конечном итоге привести к усталостному растрескиванию.

Рисунок 16. Взаимодействие между системой перекрытия (продольные балки и балки перекрытия) и основными фермами моста приводит к появлению вторичных осевых сил и изгибающего момента в косых балках и балках перекрытия соответственно.

Рисунок 16. Взаимодействие между системой перекрытия (продольные балки и балки перекрытия) и основными фермами моста приводит к появлению вторичных осевых сил и изгибающего момента в косых балках и балках перекрытия соответственно.

Усталостные трещины в двойных углах соединений стрингера с балкой перекрытия возникают из-за изгибающих напряжений, и поэтому их довольно трудно обнаружить на ранних стадиях, то есть до того, как поверхностная трещина прорастет на толщину соединительного уголка. Однако испытания на усталость деталей моста, включая клепаные двухугловые соединения, показывают, что скорость распространения этих трещин очень мала [12].Наличие этих трещин напрямую не угрожает целостности несущей функции системы пола. Однако, по крайней мере, в одном случае сообщалось, что усталостное растрескивание в соединениях стрингера с балкой перекрытия привело к полному разъединению стрингера, что может поставить под угрозу все характеристики моста (Международный институт сварки).

8. Соединения между балками перекрытия и основными несущими элементами

Как и соединения балок перекрытия с балками перекрытия, соединения между балками перекрытия и основными несущими элементами или системой (главная балка, основные фермы, арочные стяжки и т. Д.)) также показали многочисленные проблемы с усталостью. В принципе, механизмы взаимодействия, лежащие в основе усталостного растрескивания в этих двух типах соединений, одинаковы. Вторичный изгибающий момент (в плоскости стенки балки перекрытия) может возникать на концах балок перекрытия в результате ограничения вращения, обеспечиваемого их соединениями с основными несущими элементами. Кроме того, взаимодействие между системой перекрытия (продольные балки и балки перекрытия) и основной несущей конструкцией может привести к вторичному изгибу балок перекрытия вне плоскости, как показано на рисунке 16.На рисунках 17 и 18 показаны два примера усталостного растрескивания, вызванного ограниченным вращением концов балок перекрытия. В механически скрепленных соединениях усталостное повреждение обычно обнаруживается в соединительных уголках или заклепках (или болтах), соединяющих уголки с основным несущим элементом [5,14], см. Также рисунок 15. В сварных деталях, где пол балка соединена со сварной поперечной пластиной, о трещинах сообщалось в стенке главной балки (типы A и C на рисунке 18) или в соединительной пластине вдоль ее углового сварного шва к стенке главной балки (тип C) [4,5, 10].Второй тип взаимодействия (поперечный изгиб балок перекрытия) также привел к усталостным повреждениям многих типов стальных мостов. Один из примеров показан на рисунке 19. В этом случае верхняя полка балки перекрытия обрезается около балки перекрытия, ведущей к соединению основной фермы, оставляя небольшой — локально гибкий — зазор в стенке балки перекрытия, где сосредоточена деформация. . В таком случае после зарождения трещины дальнейшее распространение усталостной трещины обусловлено вторичным изгибающим напряжением в балке перекрытия вблизи соединения.О таком же виде усталостного растрескивания сообщалось для автодорожных балочных мостов [4,10], мостов с фермой [5] и арочных мостов [14,15].

Рисунок 17. Усталостное повреждение балки перекрытия, приклепанной к соединению главной фермы, в результате сдерживающего воздействия.

Рисунок 17. Усталостное повреждение балки перекрытия, приклепанной к соединению главной фермы, в результате сдерживающего воздействия.

Рисунок 18. Усталостное растрескивание в балке перекрытия, приваренной к соединению главной балки.

Рисунок 18. Усталостное растрескивание в балке перекрытия, приваренной к соединению главной балки.

Рисунок 19. Усталостное растрескивание в стенке балок перекрытия, вызванное деформацией поперечного изгиба, возникающей в результате взаимодействия между системой перекрытия и основными фермами моста.

Рисунок 19. Усталостное растрескивание в стенке балки перекрытия, вызванное деформацией поперечного изгиба, возникающей в результате взаимодействия между системой перекрытия и основными фермами моста.

9. Элементы со скошенными концами и обрезанными фланцами

Чтобы облегчить их соединение с другими элементами моста, диафрагмы, стрингеры и балки перекрытия часто имеют скошенные концы или обрезанные фланцы на их соединениях, см. Рис. 20. Эти элементы часто проявляют склонность к усталостному растрескиванию [4,5,15,16]. Как правило, трещины начинаются и увеличиваются в стенке элемента в тех областях, которые ослаблены локально из-за обрезки колпачка или фланца.

Рисунок 20. Примеры элементов перемычки со скошенными концами или обрезанными фланцами: ( a ) диафрагма; ( b ) балка перекрытия; и ( c ) стрингер.

Рисунок 20. Примеры элементов перемычки со скошенными концами или обрезанными фланцами: ( a ) диафрагма; ( b ) балка перекрытия; и ( c ) стрингер.

Здесь применяются те же виды вторичного эффекта, которые описаны в пунктах 6-8 выше. Кроме того, копирование или обрезка фланца может способствовать более раннему усталостному растрескиванию несколькими способами.

• При удалении частей полок балки около конца модуль сечения балки существенно уменьшается. Таким образом, вторичный изгиб из-за ограниченного торцевого вращения может привести к относительно высоким напряжениям изгиба в перемычке вблизи торцевого соединения.

• Область рядом с выступом или обрезанным фланцем также является местом концентрации напряжений, что еще больше снижает сопротивление усталости.

• Иногда торцы обрабатываются пламенной резкой без дополнительной обработки, что приводит к шероховатости кромок.Остаточные напряжения, возникающие в процессе резания, также могут способствовать раннему развитию усталостных повреждений этих элементов.

На рисунке 21 показаны некоторые примеры усталостного растрескивания в различных элементах со скошенными концами или коротко обрезанными фланцами в местах их соединения с другими элементами. Рисунок 21. Примеры усталостного растрескивания в различных элементах мостов со скошенными концами или коротко обрезанными фланцами (по [4,5]). Рисунок 21. Примеры усталостного растрескивания в различных элементах мостов со скошенными концами или коротко обрезанными фланцами (по [4,5]).

10. Соединения между стыками балок

На многих длиннопролетных мостах стальные балки обычно изготавливаются в несколько сегментов из-за ограничений транспортировки и изменений секций. Следовательно, сборка сегментов стальных балок осуществляется на месте с помощью сварных или заклепочных соединений. При использовании сварных соединений вырезы в стенке балки делаются в местах ее пересечения с фланцами, чтобы облегчить выполнение поперечных стыковых швов и избежать пересечения сварных швов. В нескольких исследованиях было показано, что вырезы в перемычке, также известные как отверстия, подвержены усталостному растрескиванию [11,17,18].Часто сообщается, что место зарождения усталостной трещины находится на носках углового сварного шва углубления; где он может расти либо в стенке, либо поперек фланца, см. рисунок 22. Рисунок 22. Примеры усталостного растрескивания в балках мостов с отверстиями в отверстиях в местах сильной концентрации напряжений [11]. Рисунок 22. Примеры усталостного растрескивания в балках мостов с отверстиями в отверстиях в местах с высокой концентрацией напряжений [11].

Механизмы, которые могут привести к усталостному растрескиванию балок в отверстиях, можно разделить на две принципиально разные подгруппы:

• Резкое введение концентраторов напряжения на фланцах.Фланцы — это самые внешние элементы стальных балок, которые согласно теории балок подвергаются максимальным нормальным напряжениям при изгибе. Вырезы в стенке и соответствующие сварные швы на пересечении с фланцами создают серьезные области концентрации напряжений, перпендикулярных направлению максимального напряжения.

• Вторичные напряжения из-за деформации сдвига балки. Хотя деформация сдвига жестких длиннопролетных балок обычно не учитывается при проектировании, локальные эффекты таких деформаций могут быть значительными.Как видно на Рисунке 23, в результате существующего сдвига возникает относительно небольшое смещение (δ) между секциями до и после ствола скважины. Однако, поскольку боковая опора фланца, обеспечиваемая перегородкой, больше не доступна в этом разделе, фланец подвергается дополнительной деформации. В этом случае фланец аналогичен балке с фиксированными обоими концами, воспринимающей дополнительный момент (M _{добавить} ). Эта деформация вызывает напряжения, действующие на подошву сварного шва на одном конце, и уменьшает их на другом конце.

Рисунок 23. ( a ) Деформация изгиба и сдвига секции с углублением; ( b ) Распределение напряжения по толщине фланца на подошве сварного шва; ( c ) Трехмерная конечно-элементная модель.

Рисунок 23. ( a ) Деформация изгиба и сдвига секции с углублением; ( b ) Распределение напряжений по толщине фланца на подошве сварного шва; ( c ) Трехмерная конечно-элементная модель.

Линия влияния таких механизмов ограничена небольшой площадью и, таким образом, оказывается влияние на большое количество циклов нагружения на каждом проходе поезда.Кроме того, влияние вторичных напряжений из-за деформации сдвига становится заметным на участках, где отношение напряжения сдвига к нормальному напряжению увеличивается [19]. Поэтому на этапе проектирования следует уделить особое внимание размещению стыков в менее уязвимых местах.

11. Сварные накладки

Накладки неполной длины обычно привариваются к фланцам стальных балок моста, чтобы увеличить моментную нагрузку и, следовательно, допустимую транспортную нагрузку и пролет моста.Однако усталостные трещины неоднократно обнаруживались на концах накладки в усиленных элементах [4,20]. Конец накладки имеет наименьшую усталостную прочность из всех деталей и считается нижней границей усталостной прочности сварных деталей балки моста [21]. Наиболее яркими примерами таких отказов являются большое количество обнаруженных усталостных трещин на концах накладки на мостах у пруда Yellow Mill в Коннектикуте в 1970-е годы и на Королевском мосту в Мельбурне, Австралия. Усталостные трещины такого типа возникают на подошве сварного шва поперечного торцевого сварного шва накладки и начинают развиваться в стенке после того, как они распространяются по всей ширине полки, см. Рис. 24. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Основная причина такого низкого поведения концов крышки связана с быстрым изменением жесткости сечения до и после сварной крышки, что вызывает сильную концентрацию напряжений на конце крышки. Кроме того, неизбежно образующиеся микротрещины на носке сварного шва в результате процесса сварки ускоряют усталостное разрушение. Кроме того, сообщается, что при отсутствии поперечного торцевого сварного шва усталостная прочность не улучшается [22]. Кроме того, в таких случаях в нескольких случаях наблюдались другие механизмы деградации, такие как коррозия, вызванная попаданием воды между крышкой и фланцем [11]. Рисунок 24. Усталостное растрескивание концов накладки [11]. Рисунок 24. Усталостное растрескивание концов накладки [11].

12. Выводы

Всестороннее исследование усталостных характеристик деталей стальных мостов показывает, что большинство случаев усталостных повреждений, которые были зарегистрированы для автомобильных и железнодорожных мостов, вызваны вторичными нагрузками. В большинстве случаев непредвиденное (или иным образом упущенное) взаимодействие между различными элементами и несущими системами моста, часто в сочетании с плохой детализацией, было причиной усталостного растрескивания деталей моста.В некоторых случаях сложное напряженное состояние может также существовать в некоторых конструктивных деталях, которые часто трудно учесть в упрощенном проекте и которые также могут быть упущены проектировщиком. Основным механизмом большинства типов усталостного растрескивания, вызванного вторичными эффектами, является приложенная деформация, которая циклически повторяется.

Общей чертой многих деталей, которые испытали этот вид усталостного растрескивания, является то, что они включают в себя какое-то резкое изменение жесткости, как правило, в незакрепленных зазорах, где сосредоточена приложенная деформация.Это часто приводит к высоким локальным напряжениям, которые в конечном итоге могут привести к усталостному растрескиванию детали. Наиболее распространенные виды усталостных повреждений, вызванных деформацией, можно найти в соединениях между стрингерами и балками перекрытия, между последними и основными несущими элементами моста, а также в местах соединения диафрагм и поперечных связей. Кроме того, довольно часто встречается усталостное повреждение деталей ортотропных настилов и элементов мостов со скошенными концами или обрезанными фланцами в местах их соединения с другими элементами.

Steel Dynamics, Inc. — Подразделение строительных и железнодорожных конструкций

Наше структурное и железнодорожное подразделение находится в городе Колумбия, штат Индиана. Он начал свою деятельность как структурный завод в 2002 году и в настоящее время является вторым по величине сталелитейным предприятием SDI. Строительный завод производит различные профили с параллельными полками, такие как широкие фланцевые балки, балки американского стандарта, промышленные балки для корпусов, двутавровые сваи и швеллерные секции для рынков строительства, транспорта и промышленного оборудования.Мы предлагаем эти изделия стандартной длины, а также можем разрезать секции на нужную длину. Благодаря конструкции нашего стана и новейшим технологиям, позволяющим быстро менять продукцию, наша производственная гибкость позволяет нам предлагать кратчайшие сроки выполнения заказов в производстве металлоконструкций.

Наша рельсовая фабрика производит рельсы стандартного и премиум-класса длиной 320 футов. Запатентованный процесс закалки головки рельсов собственной разработки позволяет нашему мини-предприятию быть ведущим поставщиком качественных рельсов в Северной Америке, обслуживая клиентов железных дорог класса 1.Являясь неотъемлемой частью нашей приверженности нашим клиентам, наш объект обеспечивает «единое окно» для наших железнодорожных клиентов. Наши процессы производства и отделки рельсов включают в себя продольные, сварные, высококачественные или стандартные изделия. Мы также можем изготовить и отгрузить рельсы длиной 1600 футов, которые изготавливаются путем сварки пяти рельсов длиной 320 футов. Эти длинные нитки позволяют железным дорогам существенно экономить как на начальных капитальных затратах, так и за счет сокращения затрат на техническое обслуживание.

---

Рынки

Наши стальные профили в основном используются в строительстве: коммерческих и промышленных зданий, мостов, небоскребов, больниц, терминалов аэропортов, стадионов, гаражей, офисных зданий, распределительных центров, нефтеперерабатывающих заводов, а также заводов по производству биодизеля и этанола.Конструкционная сталь также используется для производства грузовиков, прицепов и каркасов транспортных средств для отдыха.

Наши рельсы используются на железнодорожных путях на железных дорогах класса 1, на коротких линиях, пригородных линиях и на промышленных предприятиях.

---

Чтобы узнать больше, посетите веб-сайт Подразделения строительных конструкций и железных дорог здесь.

---

границ | Оценка усталостной надежности ортотропных стальных мостовых настилов с учетом воздействия последовательности нагрузок

Введение

Ортотропные стальные настилы являются одной из самых популярных систем крепления транспортных средств и широко используются в стальных мостах, особенно в этих длиннопролетных мостах с кабельной опорой, из-за своей легкий вес, удобная конструкция, высокая грузоподъемность и структурная избыточность (Heng et al., 2017; Maljaars et al., 2018; Ян и др., 2020). Ортотропная стальная дека обычно состоит из тонкой стальной пластины, усиленной рядом близко расположенных продольных ребер и поперечных диафрагм (Sim and Uang, 2012). Однако обычно разные механические свойства в продольном и поперечном направлениях и десятки тысяч сварных швов с переплетением делают настил из ортотропной стали чрезвычайно восприимчивым к повторяющимся нагрузкам от транспортных средств и факторам окружающей среды (Liu et al., 2020; Saunders et al., 2005). В результате усталостные трещины в настилах из ортотропной стали часто отмечались в Европе, США, Японии и Китае (Fisher and Barsom, 2016). С этой целью разработка надежных методов оценки усталостных характеристик настилов из ортотропной стали и последующее принятие оптимальных решений в отношении замены конструкции и других крупных модификаций становится передовым рубежом исследований.

Усталостные процессы, предшествующие разрушению, слишком сложны и еще менее понятны с точки зрения причины образования и механизма разрушения.В последние несколько десятилетий были предложены различные упрощенные подходы для оценки усталостных повреждений стальных мостов. Среди них правило Майнера, интегрирующееся с методом кривой S-N , является доминирующим (Ye et al., 2014). Правило Майнера предполагает, что усталостное повреждение, вызванное рядом повторяющихся циклов напряжения при определенной амплитуде напряжения, пропорционально общему количеству циклов напряжения при этой амплитуде напряжения, а общее усталостное повреждение равно линейному суммированию повреждений, вызванных каждым из них. повторение стресса.А кривая S-N описывает взаимосвязь между амплитудой циклического напряжения, S , и количеством циклов до разрушения, N . Из-за простоты реализации правило Майнера было принято в спецификациях проектирования мостов в Америке, Европе и Китае и использовалось для исследования усталостных характеристик многих существующих или новых сварных соединений ортотропных стальных настилов (CEN, 1992; AASHTO, 2012). Луо и др. разработал статистическую модель усталостного повреждения, включающую кривую S-N и правило Майнера, и применил ее к стыкам ребер с настилом стального коробчатого моста с балками (Luo et al., 2017). Cui et al. исследовали влияние состояния асфальтового покрытия на усталостное повреждение стыков палубы с ребрами жесткости в настилах из ортотропной стали с использованием метода кривой S-N (Cui et al., 2018). Guo et al. сравнили усталостные характеристики настилов из ортотропной стали с трещинами и без трещин, усиленных полимерными уголками, армированными стекловолокном, с использованием правила Майнера (Guo et al., 2019; Guo et al., 2020). Fang et al. обсудили влияние толщины плиты настила и длины подошвы сварного шва на усталостное разрушение двусторонних сварных швов в настилах мостов из ортотропной стали методом S-N (Fang et al., 2020). Ма и Чжан провели оценку усталостных повреждений сварных соединений ортотропных стальных мостовых настилов с учетом размыва фундамента моста, в которых принято правило Майнера для расчета накопленных усталостных повреждений под движущимися тележками (Ma and Zhang, 2020) . Di et al. оценили усталостные характеристики типичных сварных соединений настилов из ортотропной стали в условиях реальных транспортных потоков на основе правила Майнера и кривых SN , включая сварное соединение палубы с ребром, сварное соединение ребра с диафрагмой и разрез -выход диафрагмы (Di et al., 2020).

Хотя правило Майнера обычно используется для расчета усталостных повреждений настилов из ортотропной стали. Однако он утверждает, что усталостное повреждение, вызванное циклом напряжения, не зависит от того, где оно происходит в истории нагрузки, и игнорирует эффект последовательности нагружения. Вследствие этого усталостные повреждения могут быть недооценены или переоценены при применении нагрузки с переменной амплитудой (Zakaria et al., 2016). Это может быть одной из основных причин того, что усталостные трещины часто обнаруживаются в настилах из ортотропной стали всего через несколько лет после открытия мостов для движения.Таким образом, было внесено множество улучшений, чтобы преодолеть недостатки правила шахтера. Последовательный закон, который оценивает усталостное повреждение, вызванное существующими амплитудами усталостного напряжения, основанный на предшествующих условиях усталости, и может точно улавливать эффект последовательности нагружения, является особенным (Mesmacque et al., 2005). Siriwardane et al. применили последовательный закон для оценки усталостных характеристик и прогнозирования оставшегося усталостного ресурса существующего железнодорожного моста на основе результатов измерений напряжений в полевых условиях (Siriwardane et al., 2007; Siriwardane et al., 2008; Siriwardane et al., 2010; Карунананда и др., 2012). Aid et al. изучили возможность последовательного закона в оценке усталостных повреждений механических компонентов при случайных историях нагружения с использованием данных испытаний на усталость (Aid et al., 2011; Aid et al., 2012). Все эти исследования показали, что последовательный закон дает более реалистичные результаты, чем правило Майнера, когда конструкции подвергаются нагрузке с переменной амплитудой.

На этапе обслуживания настила из ортотропной стали случайным образом проезжают автомобили с разной массой.В результате почти все амплитуды усталостных напряжений в настиле из ортотропной стали отличаются друг от друга, что показывает типичные особенности переменной амплитуды. Следовательно, важно учитывать эффекты последовательности нагружения при вычислении усталостного повреждения. В этой статье усталостная надежность сварных швов ребра-настил в ортотропных стальных настилах оценивается на основе данных долгосрочного мониторинга напряжений в полевых условиях, в которых усталостное повреждение рассчитывается по последовательному закону, так что эффекты последовательности нагрузок могут быть разумно считается.Остальная часть документа организована следующим образом. Во-первых, представлена ​​методология оценки усталостной надежности с учетом эффектов последовательности нагрузок. Во-вторых, предусмотрено применение разработанной методики оценки усталостной надежности в двух сварных стыках ребро-дека, расположенных на выходе и стороне входа настилов из ортотропной стали. Наконец, выводы сделаны.

Методика оценки усталостной надежности

Основным направлением оценки усталостной надежности является расчет усталостных повреждений настилов мостов из ортотропной стали.Как упоминалось выше, отсутствие учета эффекта последовательности нагружения может привести к некорректным усталостным повреждениям в условиях нагружения с переменной амплитудой. Напротив, последовательный закон позволяет нам учитывать историю нагружения и правильно рассчитывать усталостные повреждения ортотропных стальных настилов. В этом разделе будет кратко описан последовательный закон и будет представлен метод оценки усталостной надежности на основе последовательного закона.

Расчет усталостных повреждений

Последовательный закон определяет напряжение повреждения как напряжение, соответствующее на всей кривой SN (также называемой полностью известной кривой Велера) мгновенному остаточному ресурсу и напряжению повреждения, равному предельное напряжение в последнем цикле перед отказом (Mesmacque et al., 2005). Предполагается, что сварное соединение в настиле из ортотропной стали подвергается определенной амплитуде напряжения σi в течение ряда циклов ni при уровне нагрузки i, а усталостная долговечность, соответствующая σi, равна Ni. Тогда остаточный усталостный ресурс N (i) R равен (Ni-ni). Согласно кривой SN для всего диапазона, показанной на рисунке 1, остаточная усталостная долговечность (Ni-ni) соответствует допустимой амплитуде напряжения σ (i) eq, которая называется напряжением повреждения и имеет такое же физическое объяснение, как (Ni − ni).Для количественной оценки усталостного повреждения вводится новый индикатор повреждения Di, определяемый как отношение приращения разрушающего напряжения к разнице между предельным напряжением и приложенным напряжением. После применения i-го уровня повторного нагружения с амплитудой напряжения σi показатель повреждения рассчитывается по (Mesmacque et al., 2005).

Di = σ (i) eq − σiσu − σi (1)

где σu представляет собой предельное напряжение. В начале циклического нагружения повреждающее напряжение равно амплитуде приложенного напряжения.Таким образом, для неповрежденного сварного шва показатель повреждения равен нулю. Когда повреждающее напряжение увеличивается до предельного напряжения σu, очевидно, что произойдет разрушение сварного соединения. Показатель урона тоже увеличивается до единицы. Можно видеть, что индикатор повреждения предлагает отличную количественную оценку усталостного повреждения.

РИСУНОК 1 . Схематическое изображение параметров во всем диапазоне кривой S-N .

Затем повреждение переносится на начало приложения (i + 1) -го уровня повторного нагружения с амплитудой напряжения σi + 1.То есть

Di = σ (i) eq − σiσu − σi = σ ′ (i + 1) eq − σi + 1σu − σi + 1 (2)

, где σ ′ (i + 1) eq обозначает эквивалентное напряжение повреждения, относящееся к до (i + 1) -го уровня повторной загрузки. Эквивалентное напряжение повреждения равно

σ ′ (i + 1) eq = Di (σu − σi + 1) + σi + 1 (3)

. Снова используя кривую SN для всего диапазона, эквивалентный усталостный ресурс N ′ (I + 1) eq, связанный с эквивалентным напряжением повреждения σ ′ (i + 1) eq. После завершения (i + 1) -го уровня повторного нагружения с амплитудой напряжения σi + 1 оставшийся усталостный ресурс N (i + 1) R составит

Н (i + 1) R = N ′ (i + 1) eq −ni + 1 (4)

Наконец, индикатор повреждений становится

Di + 1 = σ (i + 1) eq − σi + 1σu − σi + 1 (5)

, где Di + 1 — индикатор повреждений после (i +1) применен уровень повторной нагрузки; и σ (i + 1) eq представляет напряжение повреждения, относящееся к оставшемуся усталостному ресурсу N (i + 1) R.

Усталостное повреждение можно рассчитать путем итераций, если применяется серия циклических нагрузок. Блок-схема последовательного закона показана на Рисунке 2.

РИСУНОК 2 . Блок-схема расчета ущерба по последовательному закону.

Кривая S-N для всего диапазона

Из описания последовательного закона видно, что практика моделирования для получения остаточного усталостного ресурса полностью зависит от соответствующей кривой S-N для всего диапазона.В традиционных задачах усталости стальных мостов учитываются только эти амплитуды циклических напряжений в области конечного срока службы, и эти амплитуды циклических напряжений ниже порога усталости с постоянной амплитудой, и эти циклические напряжения с чрезвычайно высокими амплитудами игнорируются. Следовательно, в спецификациях на проектирование мостов представлены только кривые S-N в области конечного срока службы. Для усталостного повреждения ортотропного стального настила следует учитывать все амплитуды циклических напряжений, поскольку дефекты сварного шва и начальные трещины неизбежно приводят к распространению усталостных трещин.Становится важным расширить частично известную кривую SN на всю кривую SN , охватывающую область очень низкого цикла, область низкого цикла, область конечного срока службы, область высокого цикла и область очень высокого цикла. -цикловая область.

Частично известная кривая S-N в спецификациях проектирования мостов может быть сформулирована с помощью хорошо известной функции Басквина, которая равна

, где σ и N — амплитуда усталостного напряжения и количество циклов, соответственно; а и b — два параметра для конкретной задачи, определяемые усталостными характеристиками сварного соединения.

Вышеприведенное уравнение можно переписать как

σ (N) = a (1N) — (b + k) (1N) k (7)

где k (k> 0) обозначает коэффициент накопления повреждений, абсолютное значение которого намного меньше, чем б.

Продолжая кривую SN от области конечного срока службы до области очень высокого цикла (т. Е. N> 108) и области очень низкого цикла (т. Е. N <102), результат (Zhou et al. ., 2018).

σ (N) = λaCb + k (N + BN + C) b + kN − k (8)

, где B и C — два номера цикла, соответствующие двум точкам изгиба на кривой S-N для всего диапазона; λ представляет собой коэффициент пластической деформации.Уравнение 8 представляет собой общую форму кривой SN для всего диапазона, которая может описывать усталостные свойства в области очень низкого цикла, области низкого цикла, области конечного срока службы, области высокого цикла, и область очень высокого цикла.

Если коэффициент λaCb + k заменить одним параметром A, уравнение. 8 можно упростить как

σ (N) = A (N + BN + C) b + kN − k (9)

Используя около 400 записей испытаний на усталость, подобранная кривая SN для всего диапазона -палубный сварной шов (Zhou et al., 2018)

σ (N) = 99,07 × N − 0,06 [N + 1,23E4N + 1,25E8] −0,29 (10)

С учетом требования высокой надежности сварных швов между ребрами и настилом, весь диапазон Кривая SN с пределом выживаемости 97,5% формулируется как

σ (N) = 77,09 × N − 0,05 [N + 1.01E4N + 1.44E7] −0,32 (11)

Расчет надежности по усталости

При применении последовательного закона для вычисления усталостного повреждения функция предельного состояния для усталостного разрушения определяется как

, где g (⋅) представляет функцию состояния; X = (x1, x2, ⋯) T обозначает вектор случайных величин; D (t) — показатель ущерба в t лет.

Вероятность отказа Pf конструктивного элемента формулируется как

, где P (⋅) представляет собой вероятность.

Затем индекс усталостной надежности β, связанный с вероятностью отказа, вычисляется по формуле

, где Φ − 1 (⋅) — это функция обратного стандартного нормального кумулятивного распределения.

Последовательный закон вычисляет индикатор повреждения в соответствии с историей нагружения, которая обычно представлена ​​серией амплитуд напряжений σi и соответствующим номером цикла ni.Из-за случайности транспортного потока эффект усталостной нагрузки (т.е. амплитуды напряжений и количество циклов) в настиле ортотропного моста дает сложные статистические модели, такие как смешанное распределение Гаусса и обобщенное смешанное распределение. В результате образцы эффекта усталостной нагрузки не могут быть сгенерированы простыми методами выборки, такими как метод выборки с обратным преобразованием. Чтобы справиться с этой проблемой, в данном исследовании используется метод Монте-Карло. Хотя истории загрузки, генерируемые методом Монте-Карло, являются случайными, последовательность для определенной временной истории фиксирована.В результате может быть принят последовательный закон для расчета усталостного повреждения. Чем больше количество образцов, тем точнее результаты расчета усталостной надежности. Однако слишком большое количество образцов приведет к тяжелой нагрузке на расчет. По этой причине Frangopol предоставил следующий критерий для количества выборок (Frangopol, 2008).

где M обозначает номер выборки. Для обычно используемого целевого показателя надежности β = 2 минимальное количество выборок составляет около 4500.Следует отметить, что метод Монте-Карло применим только к случаям, когда β меньше 6. Если β больше 6, количество требуемых отсчетов больше 1,0 × 109, что является большой проблемой для вычислений (Лю и др., 2017).

Приложение

Долговременный мониторинг деформаций

Разработанный метод применен к стальному коробчатому вантовому мосту с основным пролетом 406 м. Ортотропная стальная дека используется для поддержки потока транспортных средств. Динамическое пятно на сварных соединениях ребра с настилом, расположенных на стороне выхода и стороне входа среднего пролета балки стального короба, в течение длительного времени отслеживается двумя трехосными датчиками деформации.Компоновка тензодатчиков показана на рисунке 3. На рисунке RD _d и RD _u представляют тензодатчики, используемые для измерения деформации сварных швов между ребрами и настилом в сторона выхода и сторона входа, соответственно. Два контролируемых сварных соединения ребра с настилом обычно находятся ниже скоростных полос, по которым часто проезжают легковые и грузовые автомобили. Данные мониторинга деформации с 2007 по 2010 год используются для оценки усталостной надежности двух сварных швов между ребрами и настилом.

РИСУНОК 3 . Расположение тензодатчиков на настиле из ортотропной стали (Единицы: мм).

Расчет эквивалентных усталостных нагрузок

Как известно, напряжение в поперечном направлении, определяющее усталостную долговечность сварного соединения ребра с настилом. Следовательно, деформация, измеренная в этом направлении, используется для анализа. Типичные дневные графики времени деформации, измеренные датчиком RD _d и датчиком RD _u , показаны на рисунке 4.Видно, что транспортные средства создают заметные амплитуды циклических напряжений, которые, несомненно, снижают долговечность сварных швов между ребрами и настилом. Из двух рисунков видно, что средняя деформация изменяется со временем, что указывает на то, что структурные температуры имеют большое влияние на измеренную среднюю деформацию. Согласно принципу метода подсчета циклов дождевого потока, средняя деформация может вызвать отклонение расчетной амплитуды усталостного напряжения от реального значения. Таким образом, для удаления тепловой деформации из истории деформации во времени принят метод переноса вейвлетов.Обработанная деформация преобразуется в напряжение модулем Юнга стали. Коэффициент концентрации напряжений, полученный из модели конечных элементов, используется для корректировки разницы напряжений между измеренной точкой и сварным швом.

РИСУНОК 4 . Типичные ежедневные истории времени деформации: (A) Sensor RD _d , (B) Sensor RD _u .

Метод подсчета циклов дождевого потока используется для извлечения амплитуды усталостного напряжения и количества циклов из хронологии напряжений.Здесь не учитывается влияние среднего напряжения на усталостное повреждение. Последовательный закон вычисляет усталостное повреждение, вызванное текущим циклическим напряжением, на основе предыдущего усталостного повреждения. Этот процесс выполняется итеративно. На рисунке 4 показано, что в течение дня происходят тысячи циклов. Итерация может занять неприемлемое время, если будут исследованы данные измерения деформации за несколько лет. В этом смысле предполагается, что ежедневное усталостное повреждение дает линейную модель накопления.Как следствие, ежедневные переменные амплитуды и циклы усталости могут быть заменены постоянной амплитудой напряжения с несколькими циклами на основе правила Майнера и кривой S-N , рекомендованной в нормах проектирования.

В Еврокоде (CEN, 1992) кривая SN сварного шва ребро-дека моделируется как

σ3N = KC (σ≥σD) (16) σ5N = KD (σL≤σ≤σD) ( 17)

, где KC и KD представляют собой два коэффициента, указывающих усталостную прочность различных сварных соединений; σD — предел выносливости при постоянной амплитуде; и σL обозначает предел отсечки амплитуды напряжения.Для сварного соединения ребра с настилом KC и KD равны 2,50 × 10 ¹¹ и 3,47 × 10 ¹⁴ соответственно.

Из-за начальных дефектов сварных соединений следует учитывать все амплитуды циклических напряжений. Усталостное повреждение сварного шва ребро-дека составляет

nN = nσ3KC (σ≥σD) (18) nN = nσ5KD (σ≤σD) (19)

где n — приложенное количество циклов амплитуды напряжения σ .

Следует отметить, что большинство сварных соединений содержат первоначальные повреждения, возникшие в процессе изготовления.Хотя первоначальные повреждения могут быть изначально небольшими и на них не влияют амплитуды напряжения, меньшие, чем предел усталости с постоянной амплитудой, эти амплитуды напряжения, превышающие предел усталости с постоянной амплитудой в прикладной истории нагружения, могут распространять повреждение, и по мере увеличения размера повреждения он будут распространяться за счет этих напряжений с амплитудами ниже предела усталости с постоянной амплитудой. Поэтому концепция предела усталости с постоянной амплитудой не подходит. При этом учитываются все амплитуды напряжений (Тонг и др., 2008). Следовательно, эквивалентная амплитуда напряжения σeq и номер цикла Neq под нагрузкой транспортного средства равны

σeq = [∑σi≥σDniσi3KC + ∑σj≤σDnjσj5KDNeq / KD] 1/5 (20) Neq = ∑σi≥σDni + ∑σj≤σDnj (21)

Принимая 24 часа в качестве основного временного интервала, суточную эквивалентную амплитуду напряжения и количество циклов можно вычислить по формулам. 20 и 21 и показаны на рисунке 5. Из рисунка можно найти, что суточные эквивалентные амплитуды напряжения на стороне ниже по потоку демонстрируют аналогичные модели изменения с таковой на стороне выше по потоку.Большинство суточных эквивалентных амплитуд напряжений находятся в диапазоне [15 25]. Однако для количества суточных эквивалентных циклов значения на стороне входа большую часть времени больше, чем на стороне выхода. Результаты предполагают, что в сварном соединении ребра с настилом на стороне входа может быть более сильное усталостное повреждение, и больше внимания следует уделять стороне входа во время плановых проверок и технического обслуживания. Также продемонстрировано, что остаточная усталостная долговечность в сварных соединениях ребра с настилом уникальна даже в симметричных местах балки стального короба.

РИСУНОК 5 . Суточная эквивалентная амплитуда стресса и номер цикла: (A) Суточная эквивалентная амплитуда стресса, (B) Ежедневный эквивалентный номер цикла.

Статистическая модель эффекта эквивалентной усталостной нагрузки

Из рисунка 5 видно, что как суточная эквивалентная амплитуда напряжения, так и количество циклов в значительной степени случайны, и значение меняется от дня к дню в течение 4 лет. Поэтому их характеристики целесообразно описывать с помощью статистических моделей.С этой целью гистограммы распределения вероятностей четырех случайных величин нанесены на рисунки 6, 7. Поскольку по этой полосе проезжают легковые и грузовые автомобили с разным весом, особенности многопикового распределения можно легко найти на четырех рисунках. Классические статистические модели с одним пиком неспособны уловить их случайность. Обобщенное смешанное распределение (GMD), сформулированное уравнением. 22 предлагается в этом исследовании.

где f (x) представляет функцию распределения вероятностей (PDF) случайной величины x; wi — вес i-го компонента; а fi (x) обозначает классическую статистическую модель i-го компонента, такую ​​как распределение Вейбулла, распределение Гаусса и логнормальное распределение.

РИСУНОК 6 . Статистические характеристики эффектов эквивалентной усталостной нагрузки на стороне ниже по потоку: (A) Суточная эквивалентная амплитуда напряжения, (B) Ежедневный эквивалентный номер цикла.

РИСУНОК 7 . Статистические характеристики эффектов эквивалентной усталостной нагрузки на входе: (A) Суточная эквивалентная амплитуда напряжения, (B) Ежедневный эквивалентный номер цикла.

Алгоритм ожидания – максимизации (EM) принят для оценки параметров в моделях GMD (Moon, 1996).Итерация EM чередуется между этапом ожидания (E) и этапом максимизации (M). Шаг E создает функцию для математического ожидания функции логарифмического правдоподобия, оцененной с использованием текущей оценки параметров; и шаг M вычисляет параметры, максимизирующие ожидаемую функцию логарифмического правдоподобия, найденную на шаге E. Эти параметры, оцененные на этапе M, затем используются для определения распределения скрытых переменных на следующем этапе E. Информационный критерий Акаике и байесовский информационный критерий используются для определения оптимального количества компонентов.

Расчетные PDF для суточной эквивалентной амплитуды напряжения и количества циклов на стороне вниз по потоку и стороне вверх по потоку показаны на рисунках 6, 7. Параметры расчетных PDFs перечислены в таблице 1 и таблице 2. В двух таблицах W (∗ , ∗) и N (∗, ∗) представляют собой распределение Вейбулла и распределение Гаусса соответственно; а Logn (∗, ∗) обозначает логнормальное распределение. При использовании теста K-S все оценочные PDF приемлемы на значимом уровне 0,05. Суточные эквивалентные амплитуды напряжений с обеих сторон дают одну и ту же статистическую модель; и эквивалентные числа циклов на обеих сторонах дают другую статистическую модель.

ТАБЛИЦА 1 . Статистическая модель эффектов эквивалентной усталостной нагрузки на стороне выхода.

ТАБЛИЦА 2 . Статистическая модель эффектов эквивалентной усталостной нагрузки на входе.

Расчет надежности по усталости

В соответствии со статистической моделью эффектов эквивалентной усталостной нагрузки, приведенной в таблицах 1, 2, метод Монте-Карло используется для создания временных диаграмм суточных эквивалентных амплитуд напряжений и количества циклов.Число выборки для расчета надежности следует критерию в формуле. 15. Индикатор повреждения в формуле. 1 принят для описания усталостного повреждения в сварном соединении ребра с настилом. Как известно, скорость роста трафика α является важным фактором, определяющим усталостную надежность. В этом исследовании годовой рост трафика моделируется увеличением числа дневных эквивалентных циклов.

На рис. 8 показано изменение показателя усталостной надежности во времени. Показатели усталостной надежности сварных соединений ребра-дека как на стороне входа, так и на стороне выхода показывают общую тенденцию к снижению с увеличением срока службы.Кроме того, показатели усталостной надежности заметно снижаются с учетом роста трафика. При сроке службы 100 лет все значения выше общепринятого целевого показателя надежности β = 2, который указывает на отсутствие усталостных трещин в сварных швах между ребрами и настилом в течение срока службы, даже если рост посещаемости ставка достигает 5%. При сравнении рисунка 8A с рисунком 8B можно увидеть, что показатель усталостной надежности сварного соединения ребра с настилом на стороне входа меньше, чем на стороне выхода, при том же сроке службы, что означает, что усталостное повреждение Скорость роста сварного соединения ребра с декой на стороне входа выше, чем на стороне выхода.Подтверждено, что усталостная трещина будет легче появляться на стороне входа.

РИСУНОК 8 . Индекс усталостной надежности с учетом роста трафика: (A), , нисходящая сторона, (B), восходящая сторона.

На практике дефекты сварного шва неизбежно вызывают первоначальные повреждения сварного соединения. Предполагается, что в сварном соединении ребра с настилом имеется 1% начальных повреждений. Изменение показателя усталостной надежности сварного шва ребро-дека во времени показано на рисунке 9.Обнаружено, что при учете начального повреждения 1% показатель усталостной надежности резко снижается. При сроке службы 100 лет показатели усталостной надежности сварных соединений ребра-палка как на стороне входа, так и на стороне выхода составляют менее 2, даже если нет роста трафика. Сделан вывод о том, что усталостная надежность сварного соединения ребра с настилом очень чувствительна к начальному повреждению. Разработка эффективных методов сварки для уменьшения количества дефектов сварных швов и, таким образом, уменьшения начального повреждения является эффективным способом предотвращения усталостных трещин в настилах ортотропных мостов.Кроме того, необходима ручная проверка на месте. Если обнаружено распространение усталостной трещины, следует использовать армирование FRP, армирование стальными пластинами и другие методы армирования для повышения усталостной прочности.

РИСУНОК 9 . Индекс усталостной надежности, включающий начальное повреждение: (A) Сторона выхода, (B) Сторона входа.

Стоит отметить, что с точки зрения правила Майнера 1% начального повреждения сократит срок службы только на 1%, что не согласуется с реальным случаем, когда усталостные трещины были обнаружены во многих ортотропных материалах. стальные настилы с расчетным сроком службы 100 лет после нескольких лет эксплуатации или более 10 лет.Доказана необходимость учета эффектов последовательности нагружения.

Заключение

Оценка усталостной надежности является незаменимым вопросом при исследовании работоспособности длиннопролетных мостов, оборудованных ортотропными стальными настилами. Эти методы, независимо от эффектов последовательности нагрузки, могут вызвать недопустимые ошибки. В этой статье последовательный закон, который вычисляет усталостное повреждение, вызванное циклическими историями напряжений итеративным способом, вводится для расчета усталостного повреждения и оценки усталостной надежности ортотропных стальных настилов.Можно сделать следующие выводы:

1) Последовательный закон количественно определяет усталостное повреждение, вызванное текущими амплитудами циклического напряжения на основе предыдущего усталостного повреждения, путем итерационного расчета и имеет возможность учесть эффект последовательности нагружения. Вся кривая SN , полученная путем продолжения кривой SN в области конечного срока службы, может описывать процесс распространения усталости в области очень низкого цикла, области низкого цикла, области конечного срока службы, области высокого цикла, и область очень высокого цикла.

2) Разработанный GMD, который формулируется взвешенной суммой нескольких классических распределений, интегрирующий алгоритм EM, способен описывать любое сложное многопиковое распределение. Суточная эквивалентная амплитуда напряжения и номер цикла показывают типичные особенности многопикового распределения. Ежедневная эквивалентная амплитуда напряжения дает взвешенную сумму одного распределения Вейбулла и двух распределений Гаусса; а число суточного эквивалента цикла дает взвешенную сумму трех логнормальных распределений.

3) При отсутствии начального повреждения, даже если объем движения увеличивается на 5%, показатели усталостной надежности сварных соединений ребра-палка как на стороне входа, так и на стороне выхода превышают 2 в течение срока службы 100 лет. Однако даже если существует только 1% начального повреждения, усталостная надежность не может соответствовать проектным требованиям. Усталостная надежность сварного соединения ребра с настилом чрезвычайно чувствительна к начальным повреждениям.

В данной статье рассматривается только применение предложенного метода для оценки усталостной надежности сварных соединений ребро-дека.Предлагаемый метод также может быть использован для оценки усталостной надежности других типов сварных соединений ортотропного стального настила.

Заявление о доступности данных

Исходные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы, дальнейшие запросы можно направить соответствующему автору.

Вклад авторов

J-HX написал и отредактировал всю рукопись. Компания G-DZ предложила метод оценки усталостной надежности.T-YZ осуществила применение разработанной методики.

Финансирование

Эта исследовательская работа была совместно поддержана Фондом естественных наук для выдающихся молодых ученых провинции Цзянсу (грант № BK20170097), Фондом естественных наук провинции Цзянсу (грант № BK20180776), Фондом естественных наук Высшие учебные заведения Цзянсу (грант № 18KJB560013), Научно-технический проект Департамента жилищного строительства и городского развития сельских районов (грант № 2018-K9-068) и Исследовательский фонд ключевой лаборатории мониторинга и контроля состояния здоровья крупных структур (грант № .KLLSHMC1912).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Литература

AASHTO (2012). Технические условия на проектирование моста AASHTO LRFD . 6-е изд. Вашингтон.

Эйд, А., Амруш, А., Буиаджра, Б. Б., Бенгедиаб, М., и Месмак, Г. (2011). Прогнозирование усталостной долговечности при переменной нагрузке на основе новой модели повреждений. Mater. Des. 32 (1), 183–191. doi: 10.1016 / j.matdes.2010.06.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Aid, A., Bendouba, M., Aminallah, L., Amrouche, A., Benseddiq, N., and Benguediab, M. (2012). Процесс эквивалентного напряжения для оценки усталостной долговечности при многоосных нагрузках на основе новой нелинейной модели повреждений. Mater. Sci. Англ. А 538, 20–27. doi: 10.1016 / j.msea.2011.12.105

CrossRef Полный текст | Google Scholar

CEN (1992). Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций, Часть 1–9: Усталость . Брюссель, Бельгия: Европейский комитет по стандартизации.

Цуй, К., Чжан, К., Хао, Х., Ли, Дж. И Бу, Ю. (2018). Влияние состояния асфальтового покрытия на усталостное повреждение ортотропных стальных настилов: параметрический анализ. J. Bridge Eng. 23 (12), 04018093. doi: 10.1061 / (asce) be.1943-5592.0001313

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Di, J., Ruan, X., Zhou, X., Wang, J., and Peng, X.(2020). Оценка усталости ортотропных стальных мостовых настилов на основе данных мониторинга деформации. Eng. Struct. 228, 111437.

Fang, Z., Ding, Y., Wei, X., Li, A., and Geng, F. (2020). Усталостное разрушение и оптимизация двухстороннего сварного шва в ортотропных стальных мостовых настилах. Eng. Неудача. Анальный. 116, 104750. doi: 10.1016 / j.engfailanal.2020.104750

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фишер, Дж. У. и Барсом, Дж. М. (2016). Оценка трещин в сварных швах ребра-палка моста Бронкс – Уайтстоун. J. Bridge Eng. 21 (3), 04015065. doi: 10.1061 / (asce) be.1943-5592.0000823

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Frangopol, D. M. (2008). Концепции вероятности в инженерии: акцент на приложениях к гражданскому и экологическому проектированию. Struct. Инфраструктура Eng. 4, 413–414. doi: 10.1080 / 15732470802027894

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, Т., Лю, Дж., Дэн, Ю., и Чжан, З. (2019). Усталостные характеристики ортотропных стальных настилов с углами FRP: полевые измерения и численный анализ. J. Perform. Построенный объект. 33 (4), 04019042. doi: 10.1061 / (asce) cf.1943-5509.0001308

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Го, Т., Лю, З., Коррейя, Дж., И де Хесус, А. М. П. (2020). Экспериментальное исследование фреттинг-усталости мостовых тросовых проводов. Внутр. J. Fatigue 131, 105321. doi: 10.1016 / j.ijfatigue.2019.105321

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Heng, J., Zheng, K., Gou, C., Zhang, Y., and Bao, Y. (2017). Усталостные характеристики соединений ребро-дека в ортотропных стальных настилах с U-образными ребрами с утолщенными краями. J. Bridge Eng. 22 (9), 04017059. doi: 10.1061 / (asce) be.1943-5592.0001095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Карунананда, К., Ога, М., Диссанаяке, Р., Сиривардане, С., и Чун, П.-Дж. (2012). Новая комбинированная модель многоцикловой и малоцикловой усталости для оценки срока службы стальных мостов с учетом взаимодействия нагрузок большой и низкой амплитуды. Adv. Struct. Англ. 15 (2), 287–302. doi: 10.1260 / 1369-4332.15.2.287

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Liu, Y., Чжан, Х., Лю, Ю., Дэн, Ю., Цзян, Н., и Лу, Н. (2017). Оценка усталостной надежности деталей ортотропных стальных настилов при транспортных и температурных нагрузках. Eng. Неудача. Анальный. 71, 179–194. doi: 10.1016 / j.engfailanal.2016.11.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, Ю., Чжан, К., Бао, Ю., и Бу, Ю. (2020). Усталостное поведение ортотропного композитного настила из стали и инженерного цементного композитного материала. Eng. Конструкции . 220, 111017.doi: 10.1016 / j.engstruct.2020.111017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Luo, Y., Yan, D.-h., Yuan, M., and Lu, N.-w. (2017). Вероятностное моделирование усталостных повреждений ортотропных стальных мостовых настилов при стохастических транспортных нагрузках. J. Highw. Трансп. Res. Dev. (Англ. Ред.) 11 (3), 62–70. doi: 10.1061 / jhtrcq.0000582

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ma, X., and Zhang, W. (2020). Усталостная долговечность сварных деталей существующего ортотропного стального моста с учетом эффектов размыва. J. Bridge Eng. 25 (10), 04020078. doi: 10.1061 / (asce) be.1943-5592.0001612

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Maljaars, J., Bonet, E., and Pijpers, R.J.M. (2018). Усталостное сопротивление плиты настила в стальных ортотропных конструкциях настила. Eng. Fracture Mech. 201, 214–228. doi: 10.1016 / j.engfracmech.2018.06.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mesmacque, G., Garcia, S., Amrouche, A., and Rubiogonzalez, C. (2005). Последовательный закон в многоосной усталости, новый индикатор повреждений. Внутр. J. Fatigue 27 (4), 461–467. doi: 10.1016 / j.ijfatigue.2004.08.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Moon, T. K. (1996). Алгоритм ожидания-максимизации. Сигнал IEEE. Процесс. Mag. 13 (6), 47–60. doi: 10.1109 / 79.543975

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сондерс, Дж., Чен, Ю., Маркс, Дж. А., Ходжсон, И., Саус, Р., и Кози, Б. М. (2021). Анализ на усталость методом конечных элементов нового соединения балки ребра с полом для ортотропных стальных настилов. J. Bridge Eng. 26 (2), 04020123. doi: 10.1061 / (asce) be.1943-5592.0001676

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sim, H.-B., and Uang, C.-M. (2012). Анализ напряжений и параметрическое исследование при полномасштабных усталостных испытаниях сварных соединений ребро-дека в стальных ортотропных настилах. J. Bridge Eng. 17 (5), 765–773. doi: 10.1061 / (asce) be.1943-5592.0000307

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Siriwardane, S. A. S. C., Ohga, M., Dissanayake, P.Б. Р. и Кайта Т. (2010). Различные подходы к оценке оставшейся усталостной долговечности железнодорожных мостов на основе структурной оценки. Struct. Мониторинг здоровья. 9 (4), 323–339. doi: 10.1177 / 1475921710361320

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Siriwardane, S. C., Ohga, M., Dissanayake, R., and Taniwaki, K. (2007). Различные подходы к оценке остаточного усталостного ресурса критических элементов железнодорожных мостов. Металлоконструкции 7, 263–276.

Google Scholar

Siriwardane, S., Ога, М., Диссанаяке, Р., и Таниваки, К. (2008). Применение нового последовательного закона, основанного на показателях повреждений, для оценки остаточного ресурса железнодорожных мостов. J. Constructional Steel Res. 64 (2), 228–237. doi: 10.1016 / j.jcsr.2007.06.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Tong, G., Aiqun, L., and Jianhui, L. (2008). Прогнозирование усталостной долговечности сварных соединений ортотропных стальных настилов с учетом температурного воздействия и увеличения транспортного потока. Struct.Мониторинг здоровья. 7 (3), 189–202.

Google Scholar

Ян, Х., Ван, П. и Цянь, Х. (2020). Усталостное поведение типовых деталей ортотропных стальных мостов при многоосных напряженных состояниях с использованием растягивающего структурного напряжения. Внутр. Ж. Усталость . 141, 105862. doi: 10.1016 / j.ijfatigue.2020.105862

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ye, X. W., Su, Y. H., and Han, J. P. (2014). Современный обзор оценки усталостной долговечности стальных мостов. Math. Пробл. Англ. 2014, 1–13. doi: 10.1155 / 2014/956473

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Закария, К. А., Абдулла, С., Абдулла, С., и Газали, М. Дж. (2016). Обзор влияния последовательности нагружения на усталостную долговечность металлических материалов. Jestr . 9 (5), 189–200. doi: 10.25103 / jestr.095.30

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhou, G.-D., Yi, T.-H., Zhu, T.-Y., and Zhang, H. (2018).