Усталостные повреждения элементов клепаных пролетных строений

Усталость материала — это процесс постепенного накопления повреждений при действии многократно повторяемых изменений напряжений, приводящий в определенных условиях к усталостному разрушению, которое происходит в результате постепенного развития трещины.

Усталость — процесс избирательный, происходящий, как правило, в локальных зонах элементов конструкций, где наблюдается максимальная концентрация напряжений.

Наиболее серьезные и весьма опасные усталостные повреждения элементов главных ферм клепаных пролетных строений железнодорожных мостов пока зарегистрированы в раскосах и подвесках. Все усталостные трещины имеют начало в зонах максимальной концентрации напряжений у кромок заклепочных отверстий первого, второго и, очень редко, третьего поперечного ряда заклепок, считая от середины элемента. Развитие трещин происходит в поперечном направлении к продольной оси элемента.

Трещины зарождаются в зоне пересечения кромки отверстия с плоскостью, перпендикулярной продольной оси раскоса и проходящей через центр отверстия. При этом характерное пятно усталости располагается, как правило, в вершине угла, образованного поверхностью контакта раскоса с фасонкой и стенкой отверстия. На рис. показан характерный вид усталостной трещины в раскосе и излом полки уголка. Развитие трещины происходит в поперечном направлении к продольной оси элемента. В этих зонах имеет место максимальная концентрация напряжений.

Появлению усталостных трещин всёгда предшествует расстройство заклепок на участке прикрепления элемента, где возникла трещина. Усталостные повреждения за редким исключением отмечены в раскосах и подвесках, прикрепленных односрезными заклепками.

Усталостные трещины в проезжей части

Трещины – выколы в горизонтальной полке верхнего поясного уголка продольной балки

Усталостные повреждения являются одним из наиболее распространенных и прогрессирующих повреждений балок проезжей части и их прикреплений. Чаще всего они бывают представлены трещинами-выколами в горизонтальных полках верхних поясных уголков продольных балок. Трещины возникают на участках под мостовыми брусьями около обушков уголков и вначале развиваются вдоль уголка, а затем изменяют свой траекторию в поперечном направлении с последующим выходом на кромку уголков. В результате в полке уголка под мостовым брусом получается своеобразный "выкол". Повреждения такого типа имеют место как во внутренних, так и в наружных поясных уголках. Как правило, они появляются в балках, не имеющих верхних горизонтальных поясных листов. Однако, уже отмечены случаи их возникновения и при наличии горизонтальных листов.

Основная причина возникновения этих трещин состоит в том, что давление мостовых брусьев вызывает в горизонтальных полках поясных уголков высокие местные напряжения, которые в ряде случаев превосходят напряжения, вызванные изгибающим моментом продольных балок в вертикальной плоскости. Сочетание высоких переменных напряжений с большим числом циклов их изменения приводит к появлению усталостных трещин. Эти повреждения существенно снижают несущую способность балок и бёзопасность движения поездов.

Усталостные повреждения стенок продольных балок. Развитие трещин происходит в поперечном направлении к продольной оси элемента.

Нередко усталостные трещины появляются в "рыбках". Главной причиной появления усталостных трещин в "рыбках" являются высокие нормальные напряжения от изгибающих моментов, возникающих в прикреплениях продольных балок к поперечным. Эти усталостные трещины всегда возникали у кромок заклепочных отверстий первого или второго ряда, считая от продольной оси поперечной балки, а их появлению предшествовало расстройство заклепок в прикреплении "рыбки".

Трещины в нижних поясных уголках поперечных балок возникают из-за интенсивного включения в совместную работу с поясами главных ферм. Чаще возникают в пролетных строениях без «разрывов» продольных балок - в крайних поперечных балках.

Трещины в прикреплениях Б к П