Лекция № 9: Содержание и ремонт металлических и сталежелезобетонных мостов. Способы ремонта и усиления дефектных участков.
Общие сведения
Ремонт и содержание мостов представляет совокупность организационных и технических мероприятий, обеспечивающих сохранность (долговечность) и безопасную работу сооружения в исправном состоянии в течение его расчетного срока службы.
Эксплуатируемые искусственные сооружения постоянно подвержены воздействию транспортных нагрузок, различных природных явлений, постепенно снижающих прочность и надёжность и, как следствие, ограничивающих срок службы сооружений. К природным явлениям, прежде всего, относятся, переменная во времени температура и влажность воздуха, атмосферные осадки, воздействие воды и льда в сооружениях через водотоки и т.д.
В особо тяжёлых условиях находятся сооружения, эксплуатируемые в районах с суровым климатом, частого перехода от низких температур к оттепелям, сейсмически опасных районах Определенное влияние на состояние сооружений оказывают грунтовые условия, наличие разломов в местах расположения опор, возможные в горных районах оползни, камнепады и др.
В большей степени внешним климатическим и силовым воздействиям подвергается мостовое полотно — покрытие проезжей части, деформационные швы и сопряжение моста с насыпью, тротуары, перила и ограждения безопасности.
Содержание мостов - это комплекс работ и мероприятий, направленных на:
§ обеспечение безопасного круглогодичного непрерывного и комфортного движения транспортных средств с установленными расчетными для моста и дороги скоростями и осевыми нагрузками, а также движение пешеходов;
§ обеспечение технически исправного состояния сооружений и расчетного срока их службы при минимальных затратах труда и материально-технических ресурсов;
§ систематическое улучшение транспортно-эксплуатационного состояния сооружений с учетом роста интенсивности движения и массы транспортных средств на автомобильных дорогах;
§ поддержание в надлежащем состоянии внешнего вида сооружений.
В состав работ по содержанию мостовых сооружений включаются:
§ надзор - состоящий из определенной системы наблюдения с целью своевременного обнаружения повреждений и дефектов, снижающих транспортно-эксплуатационные качества сооружения, или предупреждения возможности возникновения этого явления;
§ уход - комплекс работ, обеспечивающий чистоту элементов и их опрятность, что снижает вероятность скорого зарождения дефектов и обеспечивает эстетические качества сооружения;
§ профилактика - обеспечивает устранение небольших дефектов на стадии, когда они не являются опасными для сооружения по грузоподъемности, безопасности движения и долговечности и требуют для их устранения минимальных затрат (износ элементов сооружения не превышает 10%);
§ планово-предупредительный ремонт (ППР) - обеспечивает устранение дефектов на ранней стадии износа элементов сооружения (до 25%) при относительно малых денежных затратах.
Работы по уходу за сооружениями отнесены к группе, так называемых, нормативных (обязательных) работ, т.е. работ, которые выполняют на всех сооружениях постоянно в течение года (сезона). Работы нормативного (обязательного) содержания направлены, прежде всего, на поддержание сооружения в чистоте, обеспечение безопасности движения и являются обязательными независимо от типа и состояния сооружения и выполняются регулярно в соответствии с установленной периодичностью.
Периодичность работ по уходу за мостовыми сооружениями определяется действительными условиями эксплуатации и состоянием элементов конструкций и может колебаться от ежедневных работ до еженедельных и реже.
Работы, выходящие за рамки нормативного (обязательного) содержания, и выполняемые при возникновении необходимости в них являются дополнительными (сверхнормативными) работами по содержанию мостового сооружения. Условно, эти работы делятся на профилактические работы и работы ППР. Работы, отнесенные к профилактике, выполняются в течение всего срока службы сооружения с периодичностью 1-5 лет. Планово-предупредительный ремонт (ППР), в зависимости от степени износа элементов осуществляют с периодичностью 5-10 лет.
Ремонт – восстановление первоначальных транспортно-эксплуатационных качеств сооружения, восстановление несущих конструкций (на основе изысканий и проектно-сметной документации) (15-30 лет).
Реконструкция – улучшение первоначальных транспортно-эксплуатационных качеств сооружения (на основе изысканий и проектно-сметной документации) (при необходимости).
Перестройка – строительство нового сооружения взамен старого (при необходимости).
Содержание и ремонт элементов металлических мостов
Основными задачами содержания металлических мостов и сталежелезобетонных пролетных строений являются: предупреждение появления и развития коррозии металла; очистка проезжей части и тротуаров, а также несущих элементов конструкции от мусора, грязи, снега и льда и других посторонних предметов; отвод воды с элементов конструкций, подтяжка болтов и смазка деталей опорных частей и металлических деформационных швов.
На несущих конструкциях все места, где возможно скопление грязи, воды, снега и льда, а также непроветриваемые или подверженные увлажнению участки необходимо регулярно очищать, но не реже чем 2 раза в год (весной, осенью). В первую очередь очищают узловые соединения балок и ферм, корытообразные и коробчатые пояса ферм, участки элементов, расположенные под деформационными швами и водоотводными трубами, опорные части.
Работы следует проводить аккуратно, чтобы не повредить краску. Поверхность металла очищают от снега деревянными лопатами.
Для устранения застоя воды на элементах клепаных конструкций в местах ее скопления допускается срубка связующим (нерасчетных) заклепок или просверливание отверстия диаметром 20 - 23 мм с раззенкованными сверху краями. Возможность такого ослабления элемента должна быть проверена расчетом. Со сварных элементов и балок сплошного сечения воду удаляют щетками или сжатым воздухом от компрессора. Все щели и неплотности должны быть зашпаклеваны и окрашены.
Слабые заклепки и заклепки с недопустимыми дефектами подлежат замене. Одновременно допускается заменять не более 10 % общего их числа в соединении. Взамен удаленных заклепок устанавливают, как правило, высокопрочные болты с гайками, удовлетворяющими требованиям действующих стандартов. Новые заклепки следует устанавливать в местах, не доступных для завертывания гаек ключом.
Если на металле конструкции образовалась трещина, то ее необходимо сначала локализовать, а затем устранить.
Для защиты элементов металлических конструкций от коррозии следует регулярно окрашивать поверхность металла лакокрасочными материалами в местах повреждения покрытия и образования ржавчины.
Восстановление поврежденного элемента в зависимости от характера и размера дефекта (выгибы, скручивание, трещины, вмятины, частичный разрыв и т.д.) производят путем прикрепления дополнительного металла (накладок) на поврежденную часть или замены поврежденной части с установкой вставки или замены элемента на новый. Добавление металла рекомендуется применять в случаях, когда усилия (напряжения) в ослабленной части элемента от собственной (постоянной) массы конструкции не превышают допустимых значений. В противном случае требуется замена элемента (частичная или полная). Частичную замену (только поврежденной части) следует выполнять при отсутствии технической возможности полной замены элемента или ее нецелесообразности (по технико-экономическим соображениям).
При доведении параметров сооружения до значений, соответствующих требованиям категории дороги, на которой оно расположено, восстановлении грузоподъёмности и других транспортно-эксплуатационных характеристик, при выполнении работ по надзору и уходу за сооружениями, дорожная служба выполняет комплекс работ в соответствии с “Классификацией работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования”.
Способы ремонта и усиления дефектных участков
Дефекты
Повреждения в виде пробоин, трещин, коррозии в основном металле или сварных швах.
Методы исправления
Мелкие пробоины диаметром до 25 мм могут быть ликвидированы постановкой в отверстие стержня или заклепки с обваркой с обеих сторон сварным швом. Более крупные пробоины или кучно расположенные повреждения лучше перекрывать накладками.
Участок, поврежденный трещинами, вырезается по высоте и ширине на 100 мм больше, в каждую сторону дефектного места.
Меры борьбы с коррозией. Для защиты и предохранения металла, металлических конструкций и деталей машин от коррозии применяютзащитные антикоррозийные покрытия.
Основными способами защиты от коррозии являются легирование, оксидирование, фосфатирование, нанесение металлических и лакокрасочных покрытий и смазка.
Защита от коррозии легированием состоит в том, что один металл легируется другим, более коррозийностойким. Например, стойкость стали повышается добавкой к ней хрома или никеля, т. е. созданиемнержавеющей стали.
Оксидирование заключается в том, что на поверхность алюминиевых деталей наносятся плотные оксидные пленки окиси алюминия.
Применяют два вида оксидирования: химическое и анодное. При химическом оксидировании на поверхности алюминия образуется окисная пленка в результате воздействия химического раствора, в который погружают оксидируемые детали. Процесс анодного оксидирования заключается в том, что на поверхности алюминиевых деталей, подвешенных в электролитной ванне и служащих анодом, под действием электролитически выделяющегося кислорода возникает тонкая пленка окиси алюминия. Для придания деталям из алюминиевых сплавов декоративного вида специальной окраски - золотой, черной, красной и др., эти детали после анодирования покрывают анилиновыми красками.
Оксидирование стальных деталей, иногда называемое воронением, относится к старым методам защиты металла от коррозии. При воронении на поверхности железа создается плотная окисная пленка. В основе воронения лежит реакция взаимодействия железа с какой-нибудь щелочью. Вороненые детали имеют иссиня-черный цвет.
Фосфатирование состоит в покрытии стальных деталей пленкой из нерастворимых фосфорнокислых солей железа и марганца. Пленка, содержащая большое количество мельчайших пор, которые хорошо задерживают такие наполнители, как минеральное масло и краски, плотно сращивается с основным металлом.
Фосфатирование - надежный способ предохранения металла от коррозии. Его также применяют для создания грунта под лакокрасочные покрытия. На Горьковском автозаводе фосфатированию подвергают кузовы автомашины «Волга» для создания грунта под окраску.
Металлические (гальванические) покрытия наносят тремя способами:
1. Погружением деталей в расплавленный защищающий металл. Так осуществляется покрытие цинком (цинкование), оловом (лужение) и алюминием (алитирование);
2. Гальваническим покрытием. При таком способе детали, используемые в качестве катода, погружают в ванну с электролитом, из которого под действием электрического тока выделяется металл, осаждаясь в виде тонкого слоя на детали. Гальванические покрытия производятся при цинковании, кадмировании, хромировании, никелировании, золочении и т. д.;
3. Распылением (шоопированием), заключающимся в нанесении на поверхность детали расплавленного металла при помощи специального аппарата - металлизатора. Такой способ наиболее часто применяют для алитирования.
Лакокрасочные покрытия – это способ, при котором металлические детали, машины, мосты и крыши зданий покрывают масляными красками, эмалями, лаками и растворами смол. Металл можно также защищать нанесением покрытий из разнообразных термопластических материалов путем распыления.
Среди защитных покрытий особое место занимает смазка маслами и жирами. Особенность смазки состоит в том, что ее легко и без всяких повреждений удаляют с поверхности деталей. Для продолжительной защиты применяют вазелин, пушечную смазку, а для временной защиты - жидкие масла.
Рисунок 1 – Усиление и восстановление конструкции
Рисунок 2 - Ремонт элементов стальных конструкций
а - при трещине в кромке балки; 6 - при пробоине в стенке; в - вырез дефектного. участка с трещинами; г - участки подогрева и последовательность сварки нового участка I - IV; д - подготовка трещины к заварке; е - ликвидация пробоины с помощью стержня с обваркой; 1 - трещина; 2 - накладка усиления; 3 - пробоина; 4 - линия реза; 5 - граница дефектного участка; 6 - место подогрева; 7 - зона зачистки; 8 - сварные швы; 9 - круглый стержень в месте пробоины
Вырез усиливают с помощью вставки или накладки. Вставки ввариваются с использованием подогрева (рис.2 г). При этом по двум кромкам должен быть зазор 2 - 4 мм.
Шов 1 заваривается в направлении от середины к углам вставки. После остывания шва нагреваются участки основного металла А и таким же методом выполняются швы II и III. В последнюю очередь нагреваются участки Б и наносится шов IV в направлении от Б к середине.
Отдельные трещины в основном металле устраняются их заваркой (рис. 2 д). При этом производят зачистку зоны до чистого металла по ширине не менее 80 мм. В концах трещины на расстоянии 15 - 20 мм сверлят отверстия диаметром 8 - 12 мм. Кромки трещины разделывают под сварку и подогревают концевые участки трещины пламенем газовой горелки до 100 - 150°С и поддерживают ее в течение всего времени заварки трещины.
Усиление элементов конструкции в местах местных повреждений.
Дефекты
Погнутость элементов стальных конструкций, снижающая их несущую способность.
Методы исправления
Приварить элементы усиления 2 к погнутым элементам.
Усиление стальных элементов.
Дефект
Недостаточная несущая способность элемента.
Метод исправления
Усиление производится увеличением площади поперечного сечения отдельных элементов конструкции путем увеличения сечения за счет приварки дополнительных профилей.
Рисунок 3 – Ремонт стальных конструкций в местах локальной погиби
а, б - погибь стержня; 1 - повреждённый элемент; 2 - элемент усиления
Рисунок 4 - Усиление стальных элементов
а - прокатных балок; б - сварных балок; в - внецентренно или центрально сжатых элементов; г - центрально-сжатых или растянутых элементов; 1, 2, 3 - усиление полосами, стержнями, прокатными профилям