Результат интеллектуальной деятельности: Способ усиления имеющего трещину металлического элемента пролетных строений мостов

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.

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.

Недостатком данного способа является то, что отверстия под высокопрочные болты ослабляют сечение элемента.

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.

Недостатком данного способа является то, что конические отверстия под болты или заклепки ослабляют сечение элемента.

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.

Недостатком данного способа является то, что отверстие под втулку ослабляет сечение элемента.

Технической задачей является повышение эксплуатационной надежности пролетного строения с трещиной в стенке главной балки, распространяющейся преимущественно от шва крепления к ней ребра жесткости.

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.

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.

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.

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.

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.

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.