CC BY
26УДК 624.21
А. М. Усольцев, Е. Г. Попова, М. Ю. Маликов
Комплексный подход к обеспечению долговечности сварных пролетных строений железнодорожных мостов
Поступила 18.05.2020
Рецензирование 03.06.2020 Принята к печати 07.07.2020
В условиях развития тяжеловесного грузового движения для повышения уровня надежности и безопасности функционирования сложных технических объектов - железнодорожных мостов необходимо обратить особое внимание на их элементы, которые в наибольшей степени реагируют на увеличение временной нагрузки. Это сварные металлические пролетные строения.
В последние годы наблюдается значительный рост образования усталостных трещин в сварных пролетных строениях. В сложившейся ситуации только комплексный подход, основанный на применении инновационных технологий на всех этапах жизненного цикла: проектирования; изготовления на заводе; надзора, текущего содержания, ремонта и капитального ремонта в процессе эксплуатации - сможет решить вопрос увеличения усталостной долговечности сварных металлических пролетных строений железнодорожных мостов.
Грамотное проектирование сварных конструкций позволит избежать конструктивных концентраторов напряжений. На стадии изготовления сварных пролетных строений должны применяться современные технологии для уменьшения и снятия остаточных напряжений, например, предлагается использовать способ виброобработки на резонансной частоте. На стадии эксплуатации (надзора за сооружениями) для своевременного выявления усталостных трещин рекомендуется использовать способ инфракрасной термографии, а с целью профилактики образования усталостных трещин следует применять метод высокочастотной механической проковки и другие конструктивные методы. На стадии ремонта предлагаются структурные и конструкционные способы ремонта усталостных трещин, в основу которых заложены методы индукционного нагрева, индукционной и МИГ-пайки. Обоснована возможность применения индукционной, МИГ-пайки и индукционного нагрева для ремонта и профилактики образования усталостных трещин в сварных металлических пролетных строениях железнодорожных мостов. Экспериментально доказана достаточная прочность и высокая усталостная долговечность паяных соединений.
Предложен основанный на инновационных технологиях комплексный подход к обеспечению циклической долговечности сварных пролетных строений железнодорожных мостов на всем протяжении жизненного цикла конструкций. Разработаны типовые решения по профилактике образования, локализации и ремонту усталостных трещин типа Т-9 и Т-10.
Ключевые слова: сварные металлические пролетные строения, усталостные трещины, комплексный подход к обеспечению усталостной долговечности, вибрационная обработка, метод инфракрасной термографии, высокочастотная механическая проковка, структурные и конструкционные способы ремонта, индукционный нагрев, индукционная пайка, МИГ-пайка.
С целью повышения эффективности грузоперевозок в ОАО «РЖД» планируют введение тяжеловесного движения и длинносоставных поездов [1]. В настоящее время на сети железных дорог эксплуатируются полувагоны и локомотивы с нагрузкой на ось 25 тс, в ближайшее время заводами планируется выпуск полувагонов с нагрузкой на ось 27 тс и уже ведется их опытная эксплуатация, а в дальнейшем намечено увеличение нагрузки до 30 тс на ось. В такой ситуации остро стоит проблема снятия инфраструктурных ограничений для их эксплуатации. В работе доктора технических наук, профессора С. А. Бокарева [2] определены основные условия, характеризующие готовность инфраструктуры к введению в обращение по искусственным сооружениям тяжелых нагрузок:
достаточная грузоподъемность; отсутствие на сооружении неисправностей, дальнейшее развитие которых может привести к возникновению аварийных ситуаций; остаточный ресурс несущих конструкций, обеспечивающий возможность (при необходимости) планового принятия мер по ремонту или реконструкции сооружения с целью эксплуатации при заданном уровне безотказности.
На увеличение временной нагрузки в значительной мере реагируют пролетные строения (ПС). Особое место в семействе пролетных строений занимают металлические сварные конструкции. Количество их неуклонно растет, вводятся в эксплуатацию цельносварные конструкции и ПС с металлическим балластным корытом. В настоящее время наибо-
лее распространены ПС, выполненные по типовым проектам № 563, 690, 739 и 821, разработанные проектными институтами Гипро-трансмост и Ленгипротрансмост в 70-х гг. прошлого века под нагрузку С14 (до 35 тс на ось). В ОАО «РЖД» эксплуатируют несколько тысяч пролетных строений, выполненных по этим типовым проектам. Наблюдения показали, что первые усталостные трещины появлялись в них уже после первых лет эксплуатации. В последние годы наблюдается рост образования усталостных трещин в сварных ПС [3]. Зафиксировано значительное число усталостных повреждений со степенями развития, близкими к предотказному состоянию (рис. 1). В отдельных случаях величины развития неисправностей достигли предельного состояния, и только оперативное вмешательство эксплуатирующей организации и квалифицированно принятые решения позволили избежать аварии. Пример такой усталостной трещины приведен на рис. 2.
Рис. 1. Трещина типа Т-9 (длина 200 мм) в продольной балке ПС моста через р. Бирюса Восточно-Сибирской железной дороги
На первый взгляд складывается впечатление, что трещины появляются только в пролетных строениях, изготовленных в 1970-1990-е гг., а в настоящее время технология сварки значительно усовершенствована (что не подвергается сомнению) и при разработке и внедрении новых пролетных строений удается избежать «старых болезней» трещинообразования. Однако неисправности, зафиксированные в сварных ПС, построенных в 2000-х гг., опровергают это. Отмечены случаи аварийных ситуаций даже на малодеятельных линиях промышленных предприятий. Примером может служить усталостная трещина, разрывающая нижний пояс сварного пролетного строения, изготовленного по типовому
проекту инв. № 2230, г. Новокузнецк. Попытка выполнить усиление при помощи сварки привела к повторному, уже хрупкому разрыву пояса балки по новому сечению. Вид трещин до усиления и после постановки усиливающего элемента на сварке показан на рис. 3 и 4.
Рис. 2. Трещины в продольной балке ПС моста через р. Тины Красноярской железной дороги
Статистические данные о массовом появлении трещин в элементах металлических балластных корыт отсутствуют. Это отчасти связано с небольшим количеством таких пролетных строений и незначительным сроком их эксплуатации. При этом зафиксированы множественные случаи образования усталостных трещин в элементах ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов, имеющих больший срок эксплуатации. Примеры таких трещин в ПС мостов через реки Иртыш и Обь приведены на рис. 5 и 6.
Рассмотрим основные причины образования усталостных трещин. Анализируя исследования, выполненные в данной области [4-11], можно заключить, что образование усталостных трещин в сварных ПС зависит от целого ряда факторов:
- остаточных сварочных напряжений, величины которых могут приближаться к пределу текучести стали и во многом связаны с технологией сварки;
- дефектов сварки - концентраторов напряжений (подрезов, наплывов, шлаковых включений и др.);
- конструктивных концентраторов напряжений - мест резкой перемены жесткости (обрывов прикреплений листов, ребер жесткости и др.);
а) б)
Рис. 3. Усталостная трещина в пролетном строении инв. № 2230: а - разрывающая нижний пояс балки; б - выход в стенку балки
Трещина
Элемент усиления
а)
Рис. 4. Повторное образование трещины после усиления сваркой
б)
X
Рис. 5. Трещина в ортотропной плите автодорожного пролетного строения, мост через р. Иртыш на обходе г. Омска: а - общий вид; б - увеличенный фрагмент в месте выхода в лист настила ортотропной плиты
Рис. 6. Трещина по сварному шву объединения стрингеров, автодорожный мост через р. Обь в г. Сургуте
- максимальных напряжений цикла, зависящих от временной нагрузки;
- суровости климатических условий эксплуатации (низких отрицательных температур зимой).
На настоящий момент дефектность сварных металлических пролетных строений, связанная с усталостными трещинами, в полтора раза превысила дефектность клепаных пролетных строений старых норм проектировки. Наибольшее распространение получили трещины типа Т-9 и Т-10. Пример трещин приведен на рис. 7. Кроме того, отмечен значительный рост нелокализованных трещин. Это свидетельствует о том, что существующие способы ремонта и усиления не всегда применимы и эффективны.
В сложившейся ситуации только комплексный подход, основанный на применении инновационных технологий на всех этапах жизненного цикла: проектирования; изготовления на заводе; надзора, текущего содержания, ремонта и капитального ремонта в процессе эксплуатации - сможет решить вопрос увеличения усталостной долговечности сварных металлических пролетных строений железнодорожных мостов.
Рассмотрим инновационные технологии.
Проектирование. Оптимальное проектирование сварных конструкций позволит избежать конструктивных концентраторов напряжений.
Стадия производства. Предварительный прогрев перед сваркой позволяет снизить уровень остаточных напряжений до 30 % и более. Для сварки особо ответственных мест конструкции это должно быть отражено в стандарте предприятия изготовителя металлоконструкций. Однако данная операция требует значительных затрат. Одной из наименее тру-дозатратных инновационных технологий снятия остаточных напряжений от сварки является вибрационная обработка на резонансной частоте. В работах [12, 13] приведены основные положения и достоинства вибрационной обработки. Российскими предприятиями налажен выпуск специализированного оборудования. Пример оборудования для снижения остаточных напряжений приведен на рис. 8.
В СибНИИ мостов СГУПС предложен способ снятия остаточных напряжений в стенке балки в местах приварки ребер жесткости [14]. Для этого необходимо при помощи вибрационного устройства инициировать горизонтальные колебания стенки балки. Частота колебаний задается частотным преобра-
Рис. 8. Внешний вид комплексов для снижения остаточных сварочных напряжений методом
виброобработки:
а - установка ВТУ-01МП.2 производства ООО «Магнит плюс»; б - установка производства WIAP AG Ltd SA (WIAP® LC 20, с интегрированным PLC)
зователем так, чтобы она совпадала с резонансной (локальной между соседними ребрами жесткости) частотой собственных колебаний стенки балки в месте конца сварного шва. Резонансная частота определяется с помощью конечно-элементной модели ПС. Обработка результатов измерения (виброграммы) с помощью программного обеспечения измерительного комплекса «Тензор МС-В» позволяет выделить фактическую первую пиковую (резонансную) частоту, на которой и производится виброобработка стенки балки в течение 10 мин. Виброобработка опытного сварного образца, имитирующего стенку балки с ребром жесткости, на резонансной частоте увеличила его усталостную долговечность более чем в 8 раз. У исходного образца трещина образовывалась через 250 тыс. циклов при максимальных напряжениях 110 МПа и коэффициенте асимметрии цикла 0, а у образца после
виброобработки в тех же условиях нагруже-ния, даже при наработке более 2,5 млн циклов, трещина не появилась.
Стадия эксплуатации - надзор за сооружением. Своевременное выявление усталостных повреждений на ранней стадии является неотъемлемой частью продления срока эксплуатации сварного ПС. В связи с этим перспективным для диагностики является метод инфракрасной (ИК) термографии [15, 16], так как в отличие от ультразвукового или рентгенографического контроля не требует непосредственного контакта с поверхностью. Наибольший эффект от применения инфракрасной термографии достигается при диагностировании зарождающихся усталостных трещин в металлических конструкциях. Под действием циклической нагрузки в местах, где сочетаются значительные остаточные напряжения от сварки и концентраторы напряжений
(непровары, шлаковые включения и др.), происходят локальные пластические деформации металла, что отражается существенным приростом температур в точке концентрации напряжений. Такие концентраторы могут быть внутренними, т. е. невидимыми при визуальных осмотрах. Своевременное их устранение с помощью инновационных методов позволит избежать появления усталостных трещин.
Стадия эксплуатации - профилактика образования трещин. В настоящее время на сети железных дорог ОАО «РЖД» эксплуатируется более 7 тыс. сварных ПС и вопрос продления их ресурса стоит особо остро, особенно на линиях с обращением тяжеловесных и длинносоставных поездов. Одним из эффективных способов профилактики образования усталостных трещин (на этапах накопления усталостных повреждений - до 70 %) является способ высокочастотной механической проковки (ВМП) [17-19]. Механическая проковка в местах обработки создает напряжения сжатия, уменьшающие остаточные напряжения и препятствующие образованию усталостных трещин. Также при ВМП происходит увеличение ударной вязкости металла (на 20-30 %), что улучшает работу конструкции при экстремально низких отрицательных температурах Сибири. Целесообразно выполнять проковку металла не вдоль всего шва, а только на тре-щиноопасном участке. Для трещин типа Т-9 и Т-10 это зона в 50-70 мм у концов сварных швов прикрепления ребер жесткости к стенке балки (рис. 9). Оптимально запланировать вы-
полнение этой работы совместно с плановой окраской пролетного строения.
Проковка может выполняться как с помощью специализированного оборудования, так и пневмоинструментом с соответствующей энергией удара (4 Дж) и диаметром бойка 46 мм. Для обработки сварного шва в этой зоне можно применять пучковый пневмомолоток. Примеры оборудования для выполнения проковки приведены на рис. 10. Качество проковки определяется глубиной канавки, которая должна быть около 0,2 мм. Контроль глубины канавки производится специальным микрометром. Пример микрометра для контроля глубины проковки приведен на рис. 10, е.
Значительно эффективней будет совместное применение ВМП с конструкционными способами профилактики. Так, основной причиной образования трещин типа Т-9 и Т-10 является 8-образный изгиб стенки балки под обращающейся нагрузкой, возникающий из-за зазоров между «сухариками» ребер жесткости и поясами балок. В СибНИИ мостов разработано конструктивное решение [20], направленное на ликвидацию зазора и, как следствие, 8-образ-ного изгиба стенки балки. На ребра жесткости способом индукционной или МИГ-пайки с обеих сторон от существующего «сухарика» устанавливаются уголковые коротыши с приваренными к ним гайками для высокопрочных болтов. Путем затяжки высокопрочных болтов обеспечивается плотное сопряжение ребра жесткости с поясом балки. Общий вид конструкции усиления показан на рис. 11.
Рис. 9. Места выполнения высокочастотной проковки для профилактики образования
трещин типа Т-9
Стадия эксплуатации - ремонт конструкций с усталостными трещинами. Трещины, в зависимости от их длины, условно можно разделить на несколько типов: малые (длиной до 10 мм), короткие (от 11 до 20 мм), средние (21-50 мм), длинные (51-80 мм), гигантские (более 80 мм). В зависимости от величины трещины выбирается и способ ремонта. В свою очередь, способы ремонта делят на структурные и конструкционные.
Структурные способы ремонта применяют для малых трещин с целью замедлить скорость их развития. На пути трещины создаются напряжения сжатия, замедляющие ее рост. В работах Института электросварки им. Е. О. Патона и Института проблем прочности им. Г. С. Писаренко (НАН Украины) выполнены исследования, доказывающие, что локальный нагрев зоны перед трещиной до
а)
350 °С существенно замедляет ее рост [21]. В СибНИИ мостов СГУПС разработан метод локализации усталостной трещины путем создания структурного барьера с помощью локального индукционного нагрева и высокочастотной проковки. Зону на пути распространения трещины (за устьем) локально прогревают до температуры 850-900 °С и по мере остывания металла до температуры 400-450 °С выполняют проковку этой зоны [22]. Создание структурного барьера позволяет остановить рост трещины на срок до 10 и более лет в зависимости от грузонапряженности линии. Вид элемента с трещиной после индукционного прогрева с проковкой показан на рис. 12.
Конструкционные способы ремонта применяют в тех случаях, когда длина трещины выросла настолько, что структурные методы становятся малоэффективны. В настоящее
б)
Рис. 10. Оборудование для выполнения высокочастотной механической проковки: а - прибор ^Р-300, Украина, США; б - прибор «Шмель», Россия, ООО «Магнит плюс»; в - прибор «Карл», Китай; г - пистолет пневматический пучковый; д - пистолет пневматический; е - микрометр для контроля глубины проковки
Рис. 11. Конструктивное решение по профилактике S-образного изгиба стенки главной балки
Рис. 12. Торможение роста усталостной трещины в экспериментальном образце индукционным
прогревом с проковкой
время в ОАО «РЖД» для ремонта элементов с усталостными трещинами руководствуются двумя документами: Инструкцией по содержанию искусственных сооружений ЦП-628 (1999 г.) и распоряжением № 1783р «Об усилении надзора и повышении качества содержания сварных пролетных строений железнодорожных мостов», утвержденным вице-президентом ОАО «РЖД» В. Б. Воробьевым 28 августа 2009 г., которые для коротких трещин длиной до 20 мм дают различные рекомендации. Инструкция ЦП-628 предписывает за трещинами длиной до 20 мм вести наблюдение, в то время как в соответствии с распоряжением № 1783р трещины длиной более 10 мм необходимо засверливать. Очевидно, что при выполнении засверливания трещины в 10 мм установка в это отверстие высокопрочного болта невозможна исходя из его конструктивных данных, а простое засверли-вание устья трещины малоэффективно. Примером низкой эффективности засверливания
сверлом малого диметра служит мост через р. Лебяжье на 3477-м км I пути линии Юрга -Тайга (рис. 13).
Способом, позволяющим надежно локализовать короткую трещину, не причиняя вреда конструкции (раннее засверливание), является постановка плоских накладок, перекрывающих трещину [23] методом индукционной или МИГ-пайки. Пример локализации короткой трещины показан на рис. 14.
Средние и длинные трещины в ОАО «РЖД» рекомендуют засверлить отверстием 23 мм с установкой в эти отверстия высокопрочных болтов диаметром 22 мм с двухсторонними шайбами и натяжением 20 тс. Данный способ показал свою достаточно высокую эффективность при соблюдении основных требований к постановке высокопрочных болтов: качественной подготовки поверхности и метизов, установки двухсторонних шайб и затяжки болтов на нормативное усилие. При невыполнении этих требований эффективность
Рис. 13. Трещина типа Т-10 в стенке балки пролетного строения моста через р. Лебяжья
а)___ 6)
Рис. 14. Локализация трещины постановкой плоской накладки методом пайки: а - трещина типа Т-18 в домкратной балке; б - усиление постановкой плоской накладки
ремонта резко снижается. При этом визуальный контроль качества затяжки высокопрочного болта невозможен. Пример роста трещины за зону усиления показан на рис. 15. Еще одним недостатком данного метода является снижение несущей способности конструкции за счет ослабления сечения отверстием.
В СибНИИ мостов разработан способ усиления усталостных трещин путем сверления отверстия в устье трещины и установки двухсторонних накладок методом индукционной пайки [24]. Он является надежным способом восстановления потребительских свойств конструкции. Пример усиления балки с трещиной типа Т-9 приведен на рис. 16. Основные недостатки данной технологии - это высокие требования к подготовке поверхности под пайку и необходимость приобретения для выполнения работ в полевых условиях дизельной электростанции мощностью 27-30 кВт, которая, кроме того, имеет вес около 500 кг.
Устранить эти недостатки можно при условии замены индукционной пайки МИГ-пайкой, с сохранением разработанных ранее конструктивных решений. По технологии сначала в устье трещины сверлится отверстие диаметром 2023 мм, затем при помощи угловой шлифовальной машины производится расшивка трещины, далее с помощью МИГ-пайки производится двухстороннее пропаивание трещины, в местах установки накладок наплавленный металл шва счищается до поверхности основного металла стенки балки, и, наконец, МИГ-пайкой устанавливаются двухсторонние накладки усиления. Основные этапы усиления показаны на рис. 17. Усталостные испытания образцов, усиленных МИГ-пайкой, показали усталостную долговечность, в восемь раз превосходящую исходные сварные образцы.
Основным отличием МИГ-пайки от полуавтоматической сварки является то, что температура плавления припоя значительно ниже
Пр.Г
2018
Рис. 15. Дальнейший рост усталостной трещины после локализации постановкой высокопрочного болта а) б)
Рис. 16. Усиление конструкции постановкой двухсторонних накладок индукционной пайкой: а - засверливание устья трещины отверстием, выполненное при ее обнаружении; б - постановка круглых грибовидных накладок
а)
б)
в)
Рис. 17. Усиление элемента с трещиной МИГ-пайкой: а - засверливание трещины; б - разделка трещины по длине; в - постановка накладок МИГ-пайкой
температуры плавления основного металла и соединение элементов происходит за счет диффузии. Основной металл не плавится, как след-
ствие, у него отсутствуют структурные повреждения. Пример углового шва, выполненного при помощи МИГ-пайки, показан на рис. 18.
Гигантские трещины. Основным методом усиления элементов с гигантскими усталостными трещинами остается перекрытие участка с трещиной накладками на высокопрочных болтах. Примеры усиления несущих элементов с гигантскими трещинами постановкой накладок на высокопрочных болтах показаны на рис. 19.
Данный способ, несмотря на его высокую трудоемкость, остается наиболее надежным способом полного восстановления несущих элементов конструкции, работающих в условиях высоких напряжений от временной нагрузки.
Однако, как правило, в местах образования усталостных трещин в элементах конструкции напряжения от обращающейся нагрузки невелики и во многих случаях не превышают величин, допустимых для применения МИГ-пайки. Так, МИГ-пайка проволокой Си81э имеет временное сопротивление разрыву около 300 МПа, что делает возможным усиление стенок балок с усталостными трещинами типа Т-9 и Т-10 практически любой длины. Пример локализации усталостной трещины длиной 180 мм МИГ-пайкой показан на рис. 20.
Рис. 18. Угловой шов, выполненный при помощи МИГ-пайки
Рис. 19. Усиление элемента с гигантской трещиной постановкой накладок на высокопрочных болтах: а - трещина в нижнем поясе продольной балки; б - постановка накладки на высокопрочных болтах; в - трещина в стенке продольной балки; г - постановка двух накладок на высокопрочных болтах
Рис. 20. Усиление элемента с трещиной длиной 180 мм МИГ-пайкой
Вывод. Для обеспечения усталостной долговечности сварных пролетных строений железнодорожных мостов необходим комплексный подход и применение инновационных
технологий на всех этапах жизненного цикла: проектирования; изготовления на заводе; надзора, текущего содержания, ремонта и капитального ремонта в процессе эксплуатации.
Библиографический список
1. Стратегия научно-технологического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года («Белая книга»). URL: http://rly.su/ru/book/export/html/6997 (дата обращения: 25.11.2019).
2. Условия обеспечения движения тяжеловесных поездов по искусственным сооружениям / С. А. Бокарев, Ю. Н. Мурованный, С. С. Прибытков, А. М. Усольцев // Железнодорожный транспорт. 2017. № 7. С. 64-67.
3. Бокарев С. А., Мурованный Ю. Н., Усольцев А. М. Влияние тяжеловесного движения на искусственные сооружения // Железнодорожный транспорт. 2016. № 4. С. 25-28.
4. Указания по осмотру и усилению эксплуатируемых сварных пролетных строений. М. : МПС, 1990. 28 с.
5. Зависимость скорости развития усталостных трещин от асимметрии цикла / В. И. Труфяков, П. П. Михеев, В. В. Кныш, А. З. Кузьменко // Проблемы прочности. 1987. № 3. С. 5-7.
6. Микроструктурные особенности усталостной повреждаемости и способы повышения долговечности сварных соединений стали 09Г2С / В. Д. Позняков, В. А. Довженко, С. Б. Касаткин, А. А. Максименко // Автоматическая сварка. 2012. № 5. С. 32-37.
7. Матвеев В. К. Долговечность элементов металлических пролетных строений железнодорожных мостов с учетом вибраций : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.15. М., 1989. 289 с.
8. Конструкции сварных пролетных строений железнодорожных мостов с повышенной стойкостью против хрупких и усталостных повреждений : отчет о НИР / исп.: В. И. Подольский, Н. Н. Путря ; рук. А. А. Дорошкевич. М., 1989. 180 с. Инв. № 080238899293.
9. Кондратов В. В. Вибрации элементов решетки главных ферм металлических пролетных строений железнодорожных мостов : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.15. Л., 1984. 251 с.
10. Дорошкевич А. А. Влияние конструкции мостового полотна на действительную нагруженность сплошностенчатых сварных пролетных строений железнодорожных мостов и ее учет в расчете на усталость : дис. ... канд. техн. наук : 05.22.06. М., 1992. 149 с.
11. Методы усиления металлических пролетных строений с использованием ортотропной плиты, эксплуатирующихся на направлениях в сообщении Европа - Азия : памятка Р774/7. Варшава, 2015.
12. Вибростабилизирующая обработка сварных и литых деталей в машиностроении. Теория, исследования, технология. Краматорск : ДГМА, 2004. 157 с.
13. Лащенко Г. И. Технологические возможности вибрационной обработки сварных конструкций // Автоматическая сварка. 2016. № 7. C. 28-35.
14. Пат. 2695912 Российская Федерация. Способ виброобработки конструкции для изменения напряженно-деформационного и структурного состояния ее материала / Бокарев С. А., Усольцев А. М., Маликов М. Ю., Попова Е. Г. ; патентообладатель ФГБОУ ВО СГУПС.
15. TSA based evaluation of fatigue crack propagation in steel bridge members / T. Sakagami, Y. Mizokami, D. Shiozawa, A. Moriyama // Procedia Structural Integrity. 2017. № 5. Р. 1370-1376. DOI: 10.1016/j.prostr.2017.07.200.
16. Соловьев Л. Ю., Ведерников А. А. Применение инфракрасной термографии для обнаружения усталостных трещин в конструкциях металлических мостов // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы Х Междунар. науч.-практ. конф. (21-24 мая 2019 г., Иркутск) : в 2 т. Иркутск : ИрГУПС, 2019. Т. 1. С. 458-464.
17. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Войтенко О. В. Повышение сопротивления усталости сварных соединений высокочастотной механической проковкой // Автоматическая сварка. 2006. № 1. C. 43-47.
18. Han S. H. and Han J. W. Fatigue Life Estimation of Fillet Welded Joints Considering Statistical Characteristics of Weld Toe's Shape and Multiple Collinear Surface Cracks // Journal of KWS. 2005. Vol. 23, iss. 3. P. 158-167.
19. Branko C. M., Infante V., Bartista R. Fatigue behaviour of the welded joints with cracks, repaired by hammer peening // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2004. Vol. 27, iss. 9. P. 785-798.
20. Пат. 2675120 Российская Федерация, МПК E01D 22/00 (2006.01). Способ усиления балки пролетного строения моста / Бокарев С. А., Усольцев А. М. ; патентообладатель ФГБОУ ВО СГУПС ; опубл. 17.12.2018.
21. Кныш В. В., Кузьменко А. З., Соловей С. А. Повышение циклической долговечности сварных тавровых соединений с усталостными трещинами // Автоматическая сварка, 2009. № 1. С. 38-43
22. Пат. 2656645 Российская Федерация, МПК E01D 22/00 (2006.01). Способ торможения и предотвращения образования усталостных трещин / Бокарев С. А., Усольцев А. М, Попова Е. Г. ; патентообладатели: ОАО «РЖД», ЦУИС ; опубл. 06.06.2018.
23. Пат. 2562622 Российская Федерация, МПК E01D 22/00 (2006.01). Способ усиления имеющего трещину металлического элемента пролетных строений мостов / Бокарев С. А., Усольцев А. М, Мурованный Ю. Н. ; патентообладатель ФГБОУ ВПО СГУПС ; опубл. 13.08.2015.
24. Пат. 2642758 Российская Федерация, МПК E01D 22/00 (2006.01). Способ усиления имеющего трещину металлического тонкостенного элемента пролетных строений мостов / Бокарев С. А., Усольцев А. М., Слу-жаев А. И. ; патентообладатели: ОАО «РЖД», ЦУИС ; опубл. 25.01.2018.
A. M. Usoltsev, E.G. Popova, M. Yu. Malikov
An Integrated Approach to Ensuring the Durability of Welded Spans of Railway Bridges
Abstract. Under the conditions of the heavy freight traffic development, in order to increase the level of reliability and safety of functioning of complex technical facilities, such as railway bridges, it is necessary to pay special attention to their elements, which react most sharply to an increase in temporary load. These are welded metal spans.
In recent years, there has been a massive increase in the formation of fatigue cracks in welded spans. In this situation, only an integrated approach based on the use of innovative technologies at all stages of the life cycle: design; manufacturing at the factory; supervision, maintenance, repair and overhaul during operation, will be able to solve the problem of increasing the fatigue life of welded metal spans of railway bridges.
Proper design of welded structures will allow avoiding structural stress concentrators. At the stage of manufacturing welded spans, modern technologies should be applied to reduce and remove residual stresses, for example, it is proposed to use the method of vibration processing at a resonant frequency. At the stage of operation (supervision of structures) -for the timely detection of fatigue cracks, it is proposed to use the infrared thermography method, and in order to prevent the formation of fatigue cracks, the method of high-frequency mechanical forging (HFMF) and constructive methods of prevention should be used. At the repair stage, structural and design methods for repairing fatigue cracks are proposed, which are based on the methods of induction heating, induction and MIG brazing. The possibility of using induction brazing, MIG brazing and induction heating to repair and prevent the formation of fatigue cracks in welded metal spans of railway bridges is substantiated. Sufficient strength and high fatigue life of soldered joints have been experimentally proved.
An integrated approach based on innovative technologies to ensure the cyclic durability of welded spans of railway bridges throughout the entire life cycle of structures is proposed. Typical solutions for the prevention of the formation, localization and repair of fatigue cracks of the T-9 and T-10 type have been developed.
Key words: welded metal spans; fatigue cracks; an integrated approach to ensuring fatigue life; vibration processing; infrared thermography; high-frequency mechanical forging (HFMF); structural and design methods; induction brazing; MIG brazing.
Усольцев Андрей Михайлович - заведующий отделом СибНИИ мостов СГУПС. E-mail: uam@stu.ru
Попова Екатерина Германовна - старший научный сотрудник СибНИИ мостов СГУПС. E-mail: kgp@stu.ru
Маликов Михаил Юрьевич - инженер-технолог первой категории СибНИИ мостов СГУПС. E-mail: mixakad@mail.ru
Информация для авторов
1. Предоставляемый материал должен быть оригинальным, не опубликованным ранее в других печатных изданиях.
2. Статья представляется в электронном виде в форматах doc, docx или rtf и одновременно в бумажном виде, отпечатанном в формате А4 с полуторным интервалом (гарнитура Times New Roman, кегль 14 pt; поля: верхнее и нижнее - 20, левое - 30, правое -10 мм). Файл с текстом статьи должен быть назван фамилией автора (например: Ивановне).
3. Статья должна содержать:
• УДК,
• название статьи,
• фамилию, имя и отчество каждого автора,
• аннотацию на русском и английском языках,
• ключевые слова на русском и английском языках,
• библиографический список.
4. Библиографический список составляется в порядке упоминания литературы в тексте и приводится в конце рукописи. Список должен содержать не менее 10 источников, из них собственных статей должно быть не более 30 %.
5. Графический материал должен быть выполнен в графических редакторах, поддерживающих векторную и растровую графику. Иллюстрации должны быть четкими, все подписи на рисунке должны хорошо читаться и иметь расшифровку. Если в тексте есть фотография, отсканированный рисунок, то они обязательно должны быть представлены также и отдельным файлом в исходном графическом формате (например: jpeg, tiff).
6. Статья для опубликования в журнале и заявка отправляются по адресу: vestnik.stu@yandex.ru.
7. В редакцию предоставляются оригиналы документов: экспертное заключение о возможности опубликования статьи, статья и заявка.
8. Публикация статей в журнале бесплатная.
Более подробную информацию по вопросам опубликования статей и размещения другой информации в журнале можно найти на сайте издания.
j^jj^ www.stu.ru/science
vestnik.stu@yandex.ru
+7 383 328-04-36
630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191, корп. 3, комн. 307
