RU2633936C1

RU2633936C1 - Method of strengthening cracked metal element of span structures of bridges

Info

Publication number: RU2633936C1
Application number: RU2016130133A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Бокарев; Андрей Михайлович Усольцев; Юрий Николаевич Мурованный
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2017-10-19

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method of strengthening involves drilling a conical opening in the crack mouth, installing a conical plug into the opening, and rigidly attaching it to the metal element. Before installing the plug in the opening, solder is applied on its conical surface, and it is fixed by means of induction soldering. The plug due to the adhesion of the solder with the base metal is included in the joint work with the main element. The cross-section of the metal element is not weakened, and while cooling, additional compressive stresses are created in the crack area, which slow down the crack development.

EFFECT: increasing the operational reliability of the span structure with a crack in the wall of the main beam.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано для предотвращения развития усталостных трещин и усиления стенок металлических главных балок пролетных строений и продольных балок проезжей части пролетных строений мостов, имеющих трещины.The invention relates to the field of bridge construction and can be used to prevent the development of fatigue cracks and strengthen the walls of the metal main beams of the spans and longitudinal beams of the carriageway of the spans of bridges with cracks.

Известен способ усиления, имеющего трещину металлического элемента пролетных строений мостов (Инструкция по содержанию искусственных сооружений ЦП-628, 1999 года [2, п. 6.13], а также Распоряжение №1783р вице-президента ОАО «РЖД» В.Б. Воробьева от 28 августа 2009 г.), включающий засверловку устья трещины с двухсторонней раззенковкой отверстия и установку высокопрочного болта в это отверстие (для трещин длиной более 20 мм) с двухсторонними шайбами и натяжением с усилием до 20 тонн.There is a method of reinforcement with a crack in the metal element of bridge spans (Instructions for the maintenance of artificial structures CP-628, 1999 [2, p. 6.13], as well as Order No. 1783r of the Vice-President of Russian Railways VB Vorobyov from 28 August 2009), which includes drilling the mouth of the crack with double-sided countersinking of the hole and installing a high-strength bolt in this hole (for cracks longer than 20 mm) with double-sided washers and tension with a force of up to 20 tons.

Недостатком данного способа является то, что отверстия под высокопрочные болты ослабляют сечение элемента.The disadvantage of this method is that the holes for high-strength bolts weaken the cross section of the element.

Известен способ предварительно напряженного закрепления материалов (см. патент US 3270410 А, дата публикации 6 сентября 1966 г., авторы: Franklin S Briles, Salter Larry, Estates Palos Verdes), включающий засверловку конического отверстия в металлическом элементе рядом с трещиной и установку болта (заклепки) конического сечения с целью создания благоприятно ориентированных сжимающих напряжений, создающих разгрузочный эффект для усталостных напряжений.A known method of pre-stressed fixing of materials (see patent US 3270410 A, publication date September 6, 1966, authors: Franklin S Briles, Salter Larry, Estates Palos Verdes), including drilling a conical hole in a metal element near a crack and installing a bolt ( rivets) of a conical section in order to create favorable oriented compressive stresses that create a discharge effect for fatigue stresses.

Недостатком данного способа является то, что конические отверстия под болты или заклепки ослабляют сечение элемента.The disadvantage of this method is that the conical holes for bolts or rivets weaken the cross section of the element.

Известен способ усиления, имеющего трещину металлического элемента (см. патент US 8763229 В2, дата публикации 1 июля 2014 г., авторы: Leonard Frederick Reid, Kevin J. Dooley), включающий сверление отверстия так, чтобы отверстие было отделено от устья трещины, с установкой втулки в отверстие, используя конический сердечник, с целью создания в металлическом элементе сжимающих остаточных напряжений, достаточных для того, чтобы существенно сократить рост трещины.A known method of reinforcement having a crack in a metal element (see US patent 8763229 B2, publication date July 1, 2014, authors: Leonard Frederick Reid, Kevin J. Dooley), including drilling a hole so that the hole was separated from the mouth of the crack, with installing the sleeve in the hole using a conical core, in order to create compressive residual stresses in the metal element sufficient to substantially reduce crack growth.

Недостатком данного способа является то, что отверстие под втулку ослабляет сечение элемента.The disadvantage of this method is that the hole for the sleeve weakens the cross section of the element.

Технической задачей является повышение эксплуатационной надежности пролетного строения с трещиной в стенке главной балки, распространяющейся преимущественно от шва крепления к ней ребра жесткости.The technical task is to increase the operational reliability of the span with a crack in the wall of the main beam, extending mainly from the seam of attachment of the stiffeners to it.

Для решения указанной задачи в способе усиления имеющего трещину металлического элемента пролетных строений мостов, включающем сверление отверстия в устье трещины, установку конической пробки в отверстие, согласно изобретению что перед установкой пробки в отверстие на ее коническую поверхность наносят припой, пробку устанавливают в отверстие и фиксируют с усилием не менее 0,2 МПа, после чего с помощью индуктора осуществляют местный нагрев металла стенки до температуры на 50-100°С выше температуры плавления припоя.To solve this problem, in a method of reinforcing a cracked metal element of bridge spans, including drilling a hole in the crack mouth, installing a conical plug in the hole, according to the invention, solder is applied to the plug on the conical surface before the plug is installed, the plug is installed in the hole and fixed with force of at least 0.2 MPa, after which, using an inductor, local heating of the wall metal to a temperature of 50-100 ° C above the melting point of the solder is carried out.

При этом пробка за счет сцепления припоя с основным металлом включается в совместную работу с основным элементом и, таким образом, сечение металлического элемента не ослабляется. Кроме того, при остывании в зоне трещины создаются дополнительные сжимающие напряжения, замедляющие развитие трещины, что обеспечивает повышение эксплуатационной надежности пролетного строения с трещиной в стенке главной балки, распространяющейся преимущественно от шва крепления к ней ребра жесткости.In this case, the plug due to adhesion of the solder to the base metal is included in the joint work with the main element and, thus, the cross section of the metal element is not weakened. In addition, when cooling in the crack zone, additional compressive stresses are created, which slow down the crack development, which ensures an increase in the operational reliability of the span with a crack in the wall of the main beam, which extends mainly from the seam of attachment of the stiffener to it.

На фиг. 1 изображена стальная пластина с коническим отверстием и конической пробкой; на фиг. 2 - пластина с установленной в отверстие пробкой и закрепленной методом индукционной пайки; на фиг. 3 показана усталостная трещина в металле вертикальной стенки (тип Т-9) главной балки сварного пролетного строения, на фиг. 4 показан способ локализации трещины типа Т-9 в стенке балки.In FIG. 1 shows a steel plate with a conical bore and a conical plug; in FIG. 2 - a plate with a plug installed in the hole and fixed by induction brazing; in FIG. 3 shows the fatigue crack in the metal of the vertical wall (type T-9) of the main beam of the welded span, in FIG. 4 shows a method for localizing a T-9 type crack in a beam wall.

Способ осуществляется следующим образом. При наличии трещины 1 (см. фиг. 4) в стенке балки 2, образовавшейся у верхнего конца сварного шва прикрепления вертикального ребра жесткости 3 к стенке балки, в устье трещины просверливается коническое отверстие 4 при помощи специального конусного сверла. «Пробка» для отверстия изготавливается с учетом того, чтобы зазор между «пробкой» и отверстием был равномерным по окружности и не превышал 0,2 мм. «Пробка» с нанесенным на нее припоем устанавливается в отверстие и с помощью индукционного нагревателя осуществляется местный нагрев металла на 50-100°С выше температуры плавления припоя.The method is as follows. If there is a crack 1 (see Fig. 4) in the wall of the beam 2, formed at the upper end of the weld of attaching the vertical stiffener 3 to the wall of the beam, a conical hole 4 is drilled at the mouth of the crack using a special conical drill. The “plug” for the hole is made taking into account that the gap between the “plug” and the hole is uniform in circumference and does not exceed 0.2 mm. A “plug” with solder deposited on it is installed in the hole and, using an induction heater, local heating of the metal is carried out at 50-100 ° C above the melting point of the solder.

Пример 1. Осуществляли усиление стенки главной балки пролетного строения моста, имеющей трещину типа Т9. Первоначально высверлили коническое отверстие в устье трещины, затем изготовили коническую пробку, нанесли на нее паяльную пасту на основе припоя ПСР-45, установили в отверстие и прижали с усилием 0,25 Мпа. Для местного нагрева металла использовали высокочастотную индукционную установку ВЧА-60АВ с выносным индуктором. Нагрев осуществляли до температуры 850°С в течение 1 мин. Контроль температуры, выдержка и автоматическое отключение ВЧА-60АВ осуществлялись при помощи пирометра Laser 03. Время выдержки при заданной температуре составило 5 с.Example 1. The wall of the main beam of the bridge span having a T9 type crack was reinforced. Initially, a conical hole was drilled at the crack mouth, then a conical plug was made, a solder paste based on PSR-45 solder was applied to it, it was installed in the hole and pressed with a force of 0.25 MPa. For local metal heating, a high-frequency induction installation VChA-60AV with a remote inductor was used. Heating was carried out to a temperature of 850 ° C for 1 min. Temperature control, shutter speed and automatic shutdown of the VChA-60AV were carried out using a Laser 03 pyrometer. The holding time at a given temperature was 5 s.

В заявляемом способе в сравнении с прототипом сечение элемента при усилении трещины впаянной пробкой не остается ослабленным, сохраняется целостность конструкции, снижается вероятность дальнейшего распространения трещины по металлу стенки. Кроме того, местный разогрев стенки балки в зоне трещины частично снимает поля остаточных напряжений вблизи трещины, что снижает вероятность дальнейшего ее роста.In the inventive method, in comparison with the prototype, the cross-section of the element does not remain weakened when the crack is reinforced with a soldered plug, the integrity of the structure is preserved, and the likelihood of further crack propagation along the wall metal is reduced. In addition, local heating of the beam wall in the crack zone partially removes the field of residual stresses near the crack, which reduces the likelihood of its further growth.

Claims

A method of reinforcing a cracked metal element of bridge spans, including drilling a hole in the crack mouth, installing a conical plug in the hole, characterized in that before installing the plug in the hole, solder is applied to its conical surface, the plug is installed in the hole and fixed with a force of at least 0 , 2 MPa, after which, using an inductor, local heating of the wall metal to a temperature of 50-100 ° C above the melting point of the solder is carried out.