Способ ремонта элементов конструкции

 

Использование: ремонт и восстановление металлоконструкций, изготовленных из металлопроката и литья толщиной не более 40 мм, в том числе строительных конструкций мостов, элементов и узлов подъемно-транспортных и дорожно-строительных машин. Сущность изобретения: способ заключается в том, что в конце трещины сверлят отверстие, после чего производят разделку трещины и ее заварку, при этом отверстие сверлят на расстоянии от конца трещины, равном 0,4 - 0,5 его диаметра, в направлении по касательной к радиусу кривизны участка дуги вблизи конца трещины, а разделку трещины производят под углом 50^o≅α≅75^o. После заварки трещины отверстие рассверливают до диаметра, зависящего от толщины элемента конструкции. После заварки трещины производят также многократное, но не менее трех, нагружение конструкции с превышением напряжения в элементе на 25% от номинального и однократное нагружение конструкции до номинального уровня напряжений в элементе. Разделку трещины производят с переменным углом разделки по ее длине. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ремонта конструкций, изготовленных из металлопроката и литья толщиной не более 40мм, в том числе строительных конструкций мостов, элементов и узлов подъемно-транспортных и дорожно-строительных машин.

Известен способ ремонта элементов конструкции толщиной 5 25 мм в случае появления трещин, заключающийся в том, что ограничивают распространение трещины путем сверления отверстия вблизи конца трещины, после чего кромки трещины разделывают под сварку и трещину заваривают по всей длине, причем выполненное отверстие не заваривают. Конец и начало выполненного шва зачищают любым механическим способом [1] Недостатком данного способа является то, что не указаны правила выбора диаметра выполняемого отверстия в зависимости от толщины элемента и не учитывается уровень и характер распределения остаточных сварочных напряжений, величина которых при определенных условиях может достигать на определенных участках шва предела текучести, что может привести к значительному снижению усталостной прочности элемента конструкции.

Известны также способы ремонта элементов конструкции, заключающиеся в том, что ограничивают распространение трещин засверливанием их конца с последующей установкой в выполненное отверстие болта [2] или группы болтов вблизи конца трещины [3] с последующей их затяжкой с целью создания поля (полей), сжимающих напряжений. К недостаткам данных способов можно отнести то, что они приемлемы только для очень ограниченного количества металлоконструкций, т. к. требуют свободного доступа к дефектным участкам элементов с обеих сторон, а для полного восстановления несущей способности элементов металлоконструкций установка усиливающей накладки (пластины) на дефектное место невозможна.

Целью настоящего изобретения является повышение качества ремонта и восстановление несущей способности элементов конструкции и увеличение их срока службы.

Для достижения поставленной цели отверстие сверлят на расстоянии от конца трещины, равном 0,4 0,5 его диаметра, в направлении по касательной к радиусу кривизны участка дуги вблизи конца трещины, а разделку трещины производят под углом 50^o≅α≅75^o, причем после заварки трещины отверстие рассверливают до диаметра, зависящего от толщины элемента конструкции. После заварки трещины производят многократное, но не менее трех, нагружение конструкции с превышением напряжения в элементе на 25% от номинального и однократное нагружение конструкции до номинального уровня напряжений в элементе. Разделку трещины производят с переменным углом разделки по ее длине.

На фиг. 1 изображен участок элемента конструкций с трещиной; на фиг. 2 разделка трещины в сечении А А на фиг. 1; на фиг. 3 то же, в сечении Б-Б.

Способ ремонта элементов конструкции, изготовленной из металлопроката, осуществляется следующим образом. В разгруженном элементе 1 конструкции с трещиной 2 в направлении ее распространения по касательной 3 к радиусу кривизны R участка дуги вблизи конца трещины 2 сверлят отверстие 4 диаметром d₁ 10 12 мм с центром на расстоянии (0,4 0,5)·d₁ от выявленной визуальным способом конца трещины 2 (фиг. 1). Кромки засверленной трещины разделывают под сварку любым механическим способом (фиг. 2, 3) вплоть до выполненного ранее отверстия d₁, причем для обеспечения более благоприятного распределения остаточных сварочных напряжений после заварки трещины 2 угол a разделки кромок может выполняться переменным для элементов конструкции 1 толщиной не более 16 мм: от a 50^o±5^o у свободной кромки 5 элемента 1 (фиг. 1) до a 75^o±5^o (фиг. 3) вблизи конца трещины 2 (фиг. 1) с плавным измерением по ее длине или a 50^o±5^o на длине (0,3 0,4)·l_тр. от свободной кромки 5 элемента 1 и a 75^o±5^o на длине (0,7-0,6)·l_тр. или постоянной для элементов 1 толщиной 16 40 мм и равный a 50^o±5^o, где l_тр. максимальная длина выявленной визуальным или другим способом трещины.

Заварка трещины производится любым доступным способом с обеспечением необходимых прочностных и пластических характеристик соединений. Для уменьшения остаточных напряжений после сварки и удаления возможных дефектов в зоне окончания выполненного шва необходимо: 1. произвести нагружение всей конструкции таким образом, чтобы напряжения в элементе 1 с заваренной трещиной 2 превысили номинальные на 25% 2. после трехкратного нагружения элемента металлоконструкции в процессе четвертого нагружения до уровня номинального напряжения, незаваренное отверстие 4 диаметром 10 12 мм рассверлить до соответствующего диаметра d₂, определяемого толщиной элемента 1 с трещиной 2 (фиг. 1): d₂ 16 мм при d < 8 мм; d₂ 0,033·δ² + 14 мм при 16≥d≥8; d₂=24 при 40≥d>16 мм с последующей проверкой условий прочности; 3. рассверленное отверстие 4 не заваривают, а его кромки обрабатывают механическим способом для снятия заусенцев и тому подобных дефектов с целью повышения усталостной прочности элементов металлоконструкции.

После выполнения прочностного расчета, в случае необходимости, производят усиление элемента конструкции, например путем установки пластин, перекрывающих трещину. Если выявленная трещина имеет максимальную длину l_тр., не превышающую (5 10)·d, где d толщина элемента конструкции, то после заваривания трещины последующее рассверливание отверстия 4 диаметром d₁ до диаметра d₂ может быть проведено без предварительного нагружения элемента конструкции 1.

Вышеописанный способ ремонта элементов конструкции эффективен в работе. Он позволяет практически полностью восстановить несущую способность конструкции с повышением ее долговечности не менее чем на 30% по сравнению с известными, используемыми в настоящее время, способами ремонта конструкций с трещинами.

Формула изобретения

1. Способ ремонта элементов конструкции, изготовленной из металлопроката, заключающийся в том, что в конце трещины сверлят отверстие, после чего производят разделку трещины и ее заварку, отличающийся тем, что отверстие сверлят на расстоянии от конца трещины, равном 0,4-0,05 его диаметра, в направлении по касательной к радиусу кривизны участка дуги вблизи конца трещины, а разделку трещины производят под углом 50° ≅α≅ 75° причем после заварки трещины отверстия рассверливают до диаметра, зависящего от толщины элемента конструкции.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после заварки трещины производят многократное, но не менее трех, нагружения конструкции с превышением напряжения в элементе на 25% от номинального и однократное нагружение до номинального уровня напряжений в элементе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделку трещины производят с переменным углом разделки по ее длине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3