Wytrzymałość zmęczeniowa spawanych złączy doczołowych w stalowych mostach kolejowych

• Autorzy: Wichtowski B.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Problem jakości, a w konsekwencji trwałości spawanych złączy doczołowych w mostach stalowych ma podstawowe znaczenie w mostownictwie. Praca dotyczy wytrzymałości zmęczeniowej spawanych złączy doczołowych zawierających wady spawalnicze i mających rozwiązania konstrukcyjne stwierdzone w dźwigarach głównych eksploatowanych stalowych mostów kolejowych. W pierwszej kolejności scharakteryzowano wady technologiczne. Dokonano podziału wad na globularne oraz płaskie i dla tych drugich, jako bardziej niebezpiecznych, podano metalurgiczne kryteria ich powstawania. Jednocześnie opisano proces zmęczenia z uwzględnieniem miejsca jego inicjacji (karb konstrukcyjny, technologiczny lub strukturalny) i przedstawiono główne czynniki decydujące o wytrzymałości zmęczeniowej spoin czołowych. Omówiono także wytrzymałość i trwałość eksploatacyjną stalowych mostów kolejowych. Problem wytrzymałości przedstawiono w świetle przepisów normowych (dawnych i aktualnych), natomiast problem trwałości - w świetle normy Eurocod 3. Następnie przedstawiono stan wadliwości złączy doczołowych zbadanych radiograficznie w 155 mostach kolejowych (125 mostów blachownicowych i 30 mostów kratowych). Zbadane przez pracowników Zakładu Konstrukcji Metalowych Politechniki Szczecińskiej mosty znajdują się na terenie całego kraju. Szczegółowo omówiono konstrukcje i wyniki badań pierwszych spawanych mostów w Polsce, wybudowanych w latach 1929-1939 oraz wyniki badań mostów usytuowanych na 3 magistralach PKP. Są to linie: Kunowice-Warszawa-Terespol (E20), Centralna Magistrala Kolejowa (CMK) i Katowice-Tczew. W złączach doczołowych 34 mostów wykryto pęknięcia. Dokonana systematyka zbadanych złączy z pęknięciami pozwoliła ustalić kilka grup podobnych złączy. Fakt ten stanowił podstawę do podjęcia decyzji co do kształtów reprezentatywnych próbek laboratoryjnych, dla których ustalono krzywe zmęczeniowe. Oprócz badań zmęczeniowych czterech grup próbek, wykonano badania wytrzymałości materiału i badania jego udarności oraz badania składu chemicznego. Na podstawie tych kompleksowych badań można oszacować spawalność metalurgiczną materiału, jego wytrzymałość zmęczeniową przy różnym poziomie wytężenia, a także odporność na kruche pękanie. Istotną nowością jest tu zbadanie złączy doczołowych z pęknięciami ukrytymi i badania próbek zestarzonych naturalnie w czasie 45 lat eksploatacji. Próbki zestarzone zostały wycięte z blachownicy pewnej estakady podsuwnicowej. Dla krzywych zmęczeniowych poszczególnych typów badanych próbek wyznaczono punkty charakterystyczne krzywej zmęczeniowej wg zaleceń normy europejskiej Eurocod 3. Wykorzystując wyniki wykonanych badań zmęczeniowych poprzecznych złączy doczołowych podano praktyczny przykład wyznaczenia trwałości eksploatacyjnej dźwigara blachownicowego jednego z badanych mostów, zawierającego pęknięcia w styku doczołowym środnika. Uzyskano dużą zgodność okresów dalszej bezpiecznej eksploatacji mostu określonych na drodze teoretycznej i według własnych badań laboratoryjnych.

EN

The problems of quality and in consequence the service life of steel bridges' welded butt joints have a fundamental importance in bridge engineering. The related work deals with fatigue strength of welded butt joints exhibiting welding defects, whose structural solutions are as found in the main girders of railway bridges in service. Firstly, technological defects have been outlined, dividing them into globular and flat subcategories. The description of the latter (as more dangerous) has been supplemented with the metallurgical criteria for their arising. The process of fatigue with regard to the place of its initiation (constructional, technological and cellular structure "notch") and main factors influencing the fatigue strength of butt joints are also described. Strength and service life of steel railway bridges are discussed as well. The problem of strength is presented in the light of standard regulations (former and current) whereas the problem of service life - in the light of Eurocode 3 standard. Next, the defectiveness analysis of butt joints inspected using X-rays on 155 railway bridges (125 plate girder bridges and 30 truss bridges) is presented. The bridges having been examined by scientists from Metal Structures Section of the Technical University of Szczecin are scattered all over the country. Detailed analysis is given to the structures of the oldest welded bridges in Poland (built in the period 1929 - 1939) and to the results of their inspection, and also to the bridges serving the three railway system trunk lines: Kunowice-Warszawa-Terespol (E20), Centralna Magistrala Kolejowa (Central Railway Trunk Line), and the Katowice-Tczew. On 34 bridges cracks have been discovered in butt joints. Analysis of joints with cracks allowed for dividing them into groups of similar cases. This formed a basis for the selection of right (representative) shapes of laboratory samples, which were then used for working out the S - N curves. Apart from fatigue testing of four groups of the samples, other properties also tested were material's strength, impact resistance, and chemical analysis. The above complex tests make it possible to assess the local weldability of the material, its fatigue strength at varying effort levels, and also resistance to brittle cracking. Examination of butt joints with hidden cracks and the joints that have been naturally aged during 45 years of service is a significant novelty. Aged samples have been cut from a plate girder of a certain trestle supporting a traveling crane. S - N curves obtained for particular types of inspected samples were used to find their characteristic points in compliance with Eurocode 3. Using the results of completed fatigue tests of transverse butt joints, there is shown a practical example of determining the service life for a plate girder located in one of inspected bridges where cracks have been found in the web butt joint. Good correlation of theoretical service life prediction with the results of executed laboratory testing has been achieved.

Słowa kluczowe

PL

most kolejowy; konstrukcja stalowa; połączenie spawane; wytrzymałość zmęczeniowa

• Wydawca: Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej. Katedra Teorii Konstrukcji
• Rocznik: 2002
• Tom: Nr 572 (1)
• Strony: 3--203
• Opis fizyczny: Bibliogr. 220 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wichtowski B.