Оценка дефектов и расстройств сооружений

08.06.2018
Дефектом является всё, что снижает надёжность и долговечность сооружения с учётом его назначения и местных условий, а также обременяет содержание его в эксплуатации.

Дефекты, встречающиеся в искусственных сооружениях, многообразны. Обычно различают три основные группы дефектов: конструктивные как результат неудовлетворительного проекта; строительно-монтажные, являющиеся следствием неудовлетворительного возведения сооружения, а также применения недоброкачественных материалов, и, наконец, эксплуатационные дефекты, возникающие в период службы сооружения. Последние в виде повреждений, расстройств и разрушений нередко происходят от первых двух групп дефектов или даже являются непосредственно проявлением и развитием их. Поэтому установить точные границы эксплуатационных дефектов при указанном делении в ряде случаев бывает затруднительно. Особенно тесно эксплуатационные дефекты связаны с конструктивными и строительными дефектами во временных мостах. Высокие напряжения во временных конструкциях под поездами, а также недолговечные материалы предрасполагают временные мосты к более раннему расстройству. При расстройстве различные дефекты обычно бывают взаимообусловлены. Кроме того, одни и те же дефекты (например ржавление) могут явиться следствием и конструктивно-строительных недочётов (большой шаг связующих заклёпок, невыправленные погнутости соприкасающихся элементов, применение металла, не очищенного от ржавления по разным причинам) и неудовлетворительного содержания существовавшего до разрушения сооружения или уже восстановленного.

Независимо от периода, а также причин образования дефекты, если даже не вызывают явного ослабления конструкции, являются местом сосредоточения более высоких напряжений, чем снижаются фактический запас прочности элементов и грузоподъёмность сооружения. Дефекты, как правило, служат началом расстройств и создают условия для различных повреждений.

В сооружениях капитальных, с большими запасами прочности, рассчитанных на перспективную нагрузку, многие дефекты хотя и снижают срок службы сооружения, но вначале ещё не сказываются на безопасности движения обращающихся поездов. Во временных сооружениях с малыми запасами прочности влияние дефектов ощутительнее, так что почти все дефекты сразу же существенно отражаются на степени безопасности движения поездов и сохранности самого сооружения.

Поэтому во временных мостах необходимо не оставлять без внимания ни одного дефекта, даже кажущегося на первый взгляд незначительным.

Основными дефектами являются:

а) ненадёжное заложение опор и недостаточное отверстие сооружения по отношению к фактическому расходу воды при данном характере водотока и качестве грунтов в основании;

б) пониженные прочность и жёсткость конструкции в целом и отдельных её элементов и сопряжений; осадка насыпи и неудовлетворительная трасса пути на подходах;

в) пороки и низкое качество материала, в частности: значительная сучковатость, широкослойность, отлупы, избыточная влажность древесины; закалка металла, подвергшегося пожару;

г) повреждения механические, атмосферные и биологические. К первым относятся надрывы, надрезы, пробоины; ко вторым — коррозия, солнечные трещины в древесине; к третьим — гниение древесины. В отличие от конструктивно-строительных дефектов, указанных в пп. «а—в», повреждения происходят преимущественно в период службы сооружения и частично также при возведении его или в результате применения уже дефектных материалов.

Одни из дефектов отражаются на грузоподъёмности конструкции, другие — на сохранности сооружения при воздействии на него воды, льда, атмосферы и т. п. В обоих случаях создаётся угроза безопасности и непрерывности движения поездов.

Дефекты и расстройства в самой конструкции мостов сказываются на безопасности движения поездов двояко. Одни из них снижают прочность элемента, угрожая разрушением его под поездом. Другие, нарушая нормальную устойчивость конструкции, ухудшают план и профиль пути и таким образом угрожают сходом поезда при его движении. Сход поезда с ненормального пути наиболее вероятен и опасен при большой скорости движения.

Следует иметь в виду, что плохой путь вызывает и увеличенное воздействие подвижного состава на конструкцию моста, чем снижается фактический запас прочности её. С другой стороны, в недостаточно жёсткой, мало устойчивой конструкции, например, вследствие неподтянутых болтов и неплотных сопряжений происходит перегрузка одних элементов за счёт разгрузки других. Это также уменьшает запас прочности перегруженных элементов.

Опасность дефектов в конструкции увеличивается динамическим воздействием нагрузки, которое возрастает с повышением скорости движения, а также при ненормальном прохождении поезда по мосту. Особенно вредное воздействие оказывает неспокойное прохождение поезда, в частности при пользовании толкачом, при резком торможении и рывках на мосту, а также при неудовлетворительном состоянии рельсовых стыков, ненормальном положении пути в плане и профиле и т. п.

При уменьшении скорости движения, как было уже отмечено, снижается вероятность схода поезда и опасность разрушения дефектных элементов. Однако ограничение нормальной скорости движения поездов стесняет эксплуатацию. Поэтому оно не является и не может служить способом борьбы с расстройствами. Расстройства должны быть устранены активными методами. Ограничение же скорости движения поездов — лишь вынужденная мера, вводимая исключительно на время, необходимое для ликвидации расстройств с целью снижения возникшей опасности или же по условиям производства работ.

Для деревянных конструкций следует учитывать свойство древесины снижать несущую способность при длительном непрерывном воздействии нагрузки. В связи с этим необходимо избегать остановок и длительного пребывания поезда на слабых и дефектных деревянных конструкциях, как пролётных строениях, так и опорах.

Все дефекты и расстройства необходимо своевременно выявлять и оценивать в комплексе с состоянием всего сооружения и условиями его работы и службы.

Вообще говоря, наиболее опасными являются следующие дефекты и расстройства:

1) нарастающие с течением времени особенно под действием проходящих поездов;

2) уменьшающие площадь сечения элемента или его момент сопротивления относительно действующих усилий. К таким дефектам относятся, в частности, трещины в древесине, расположенные вдоль линии действия скалывающих усилий в элементе, например, во врубках, по нейтральной оси изгибаемых элементов. К таким же дефектам относятся несросшиеся сучки в древесине, поперечные трещины и надрывы в металле и древесине растянутых элементов, а также изгибаемых элементов при расположении сучков и трещин в растянутой зоне;

3) вызывающие перераспределение усилий и перенапряжение одних элементов за счёт других (в частности, при наклонах опор, расстройстве связей);

4) нарушающие устойчивость отдельных элементов частей или всего сооружения.

Дефекты если и не отражаются существенно на снижении грузоподъёмности сооружения в их начальной стадии, то при отсутствии борьбы с ними прогрессивно развиваются сами и, кроме того, вызывают образование или способствуют развитию других дефектов. Так, например, трещины в древесине, открытые с поверхности элемента, способствуют образованию гнили как снаружи, так и изнутри элемента. Ржавление металлических деталей способствует загниванию древесины, соприкасающейся с ними.

Расстройства, сооружений обусловливаются в большинстве случаев взаимодействием ряда причин. В критический момент при перенапряжении элемента могут оказаться решающими даже мало значительные, второстепенные факторы. В связи с этим необходим всесторонний анализ дефектов и расстройств и возможно более полный учёт условий возникновения и развития их. При этом должны быть учтены не только все явные дефекты и расстройства, но и ненормальные воздействия на конструкцию со времени её изготовления, в процессе монтажа и эксплуатации. К таким воздействиям относятся: усадка при сварке и прокате, высокая температура при пожаре, пропуск тяжеловесных нагруженных кранов, транспортёров и пр.

Серьёзность дефектов и расстройств должна оцениваться в соответствии с работой повреждённого элемента, его мощностью и ответственностью. Каждый дефект и каждое расстройство должны быть оценены в связи с другими ненормальностями как в данном, так и в других элементах. Так, например, при неудовлетворительном состоянии связей в опорах или в пролётных строениях, ухудшающем план рельсового пути под поездом, возрастает значение неудовлетворительного состояния охранных приспособлений.

Дефекты соединительной решёточки сжатого раскоса, например, погнутость, ослабление заклёпок, недостаточная жёсткость более серьёзны при наличии искривления основного элемента.

Серьёзность дефектов в насадке (трещины, сучковатость и пр.) возрастает с увеличением изгиба её при эксцентриситете в опирании балок пролётного строения относительно стоек под насадкой и т. д.

Необходимость заблаговременного выявления, строгого анализа и учёта всех слабых мест и причин, могущих послужить началом образованию расстройств диктуется также тем, что не всегда разрушения происходят постепенно. Иногда разрушение проявляется внезапно, без заблаговременных видимых признаков. При этом разрушения даже одного вида в однотипных Конструкциях при одной и той же нагрузке и одинаковых, с внешней стороны, условиях могут происходить различно. Так, например, сколы древесины между шпонками в стыках нижних поясов ферм Гау в одном случае появившись тут же влекут расхождение стыка, а иногда и полный внезапный разрыв остальных брусьев пояса. В другом случае расстройство стыков происходит постепенно: сколы образуются последовательно, в течение нескольких дней или недель, возрастая численно и по величине вплоть до полного выключения шпонок, а следовательно, и стыка из работы, хотя расхождение в стыке при этом некоторое время не наблюдается.

Иногда (например, в сварных конструкциях) разрушение происходит под нагрузкой, значительно меньшей, чем нормальная эксплуатационная.

Однако большинство внезапных разрушений фактически происходит постепенно, главным образом путём развития имеющихся дефектов. Дефекты в виде надрывов, вмятин, трещин и пр., как отмечалось ранее, являются местом сосредоточения, местных наиболее высоких напряжений, хотя средние напряжения в данном сечении элемента могут быть и незначительными. От многократного загружения элемента материал в местах сосредоточения высоких напряжений при достижении ими временного сопротивления быстрее разрушается и выключается из работы. Дефект, например, волосная трещина, распространяется дальше по сечению элемента, где вновь сосредоточиваются более высокие местные напряжения, а затем и дальнейшее распространение дефекта. И так продолжается до тех пор, пока средние напряжения, увеличиваясь с уменьшением рабочего сечения, не достигают временного сопротивления, при котором происходит полное разрушение элемента.

Постепенное развитие дефекта внешне иногда бывает трудно обнаружить, вследствие чего многие разрушения представляются внезапными. В действительности же на изломе, например, прокатных балок в некоторых случаях заметны давние трещины, переходящие в свежий излом. Своевременное обнаружение этих давних трещин позволяет предотвратить полный излом балки. Поэтому для предупреждения разрушений требуется выявление как самих дефектов, так и границ их распространения. Имея в виду трудность обнаружения волосных трещин, осмотр дефектных мест должен производиться весьма тщательно, с предварительной очисткой поверхности от краски, ржавчины и пр. и с использованием в некоторых случаях лупы.

Во всех случаях образования дефектов и расстройств, угрожающих безопасности или непрерывности движения поездов или же вызывающих сомнение в этом отношении, надлежит:

1) немедленно принять меры обеспечения безопасности движения, оградив опасное место сигналами остановки или уменьшения скорости;

2) срочно известить мостового и дорожного мастеров, начальника дистанции и начальника службы пути о происшедшем и доложить о принятых и намечаемых мерах по устранению опасности;

3) детально записать в деле искусственного сооружения выявленные расстройства неосуществлённые меры, отмечая в дальнейшем все происходящие изменения.

Начальник службы пути немедленно докладывает о происшедшем Центральному управлению пути, сообщая ясное описание дефектов и расстройств, принятые и намечаемые меры устранения опасности. Одновременно с этим высылаются более подробное изложение и необходимые эскизы неисправностей и их устранения.

Дефекты и расстройства, угрожающие безопасности движения или препятствующие эксплуатации, а также и другие дефекты и расстройства, не требующие больших затрат на устранение, должны быть устранены немедленно.

По условиям плановой очерёдности производства работ может быть отложено на непродолжительное время устранение дефектов, влияние которых поддаётся надёжному определению расчётом и заведомо допустимо без последствий для безопасности движения поездов и расстройства сооружения. Также может быть отложено устранение дефектов, относящихся к недостаточности отверстия, в случаях, если позволяет срок, остающийся до ближайшего паводка.

За дефектными элементами и сооружениями на время до выполнения капитальных работ должны быть усилены надзор и уход с целью недопущения ухудшения в состоянии сооружений.