ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОСОБЕННОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ПРИМЕРЫ ИХ РАЗРУШЕНИЙ

1.1.

ПРИМЕРЫ АВАРИЙ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В курсах по проектированию и производству сварных конструк­ций, а также технологии сварки рассматривались основные типы сварных конструкций, стандартные нормы расчета на прочность, правила конструктивного оформления сварных узлов, технология их сборки и сварки. В общем случае изученные приемы гарантиру­ют прочность и работоспособность сварных конструкций. Однако даже при строгом соблюдении всех изученных норм проектирова­ния и стандартных технологических правил бывают сравнительно редкие исключения и сварные конструкции внезапно разрушают­ся. Приведем некоторые примеры.

1.1.1.

СВАРНЫЕ МОСТЫ

В 8 часов 20 минут 14 марта 1938 года при температуре воздуха -2°С жители города Хассельт (Бельгия) услышали звук, свидетель­ствующий о громком ударе. Немногочисленные свидетели обратили внимание на появившуюся трещину в нижнем поясе фермы между третьей и четвертой стойками городского моста. Шесть минут спус­тя мост разломился на три части (рис. 1.1). Немногочисленные про­хожие успели за эти 6 минут сбежать с моста. Никто не пострадал.

Таким было первое в истории хрупкое разрушение крупной сварной конструкции. Постройка этого городского моста, рассчи­танного на автомобильное и трамвайное движения, длилась с 1935 по 1936 год, сдача в эксплуатацию состоялась в январе 1938 года, т. е. мост прослужил только 3 месяца.

Мост был изготовлен из стали с пределом прочности 42 кГ/мм2 (типа СтЗ): сталь бельгийская бессемеровская неуспокоенная с пределом прочности между 365 и 435 МПа в состоянии после про­ката. Химический состав (табл. 1.1) в общем соответствовал ожи-

даемому, однако было отмечено повышенное содержание серы и фосфора на верхних границах полос разброса экспериментальных данных. На ряде образцов отмечалась пониженная ударная вяз­кость при комнатной температуре.

Несущая конструкция состояла из двух вертикальных безрас - косных ферм с пролетом 75 м высотой около 11м, расположен­ных на расстоянии 10,4 м друг от друга (рис. 1.2).

л

По нижнему поясу фермы соединялись поперечными балками с шагом примерно 3 м. На эти балки укладывался настил проез­жей части моста и трамвайные пути. По верхнему поясу в цен­тральной части фермы соединялись горизонтальными связями у каждой стойки (см. вид по А-В).

Поперечные сечения поясов и стоек ферм показаны на рис. 1.3.

Нижний пояс фермы с поперечным сечением около 1x1,3 м об­разован из двух сварных двутавров, соединенных друг с другом вертикальными диафрагмами из листа толщиной 10 мм. Корот­кие диафрагмы имели высоту 200 мм. Длинные диафрагмы по высоте были равны стенкам двутавров (1,2 м). Для пропуска пояс­ных швов у диафрагм на углах везде сделаны скосы 50x50 мм. Дву­сторонние поясные швы имели катет 20 мм. Диафрагмы к двутав­рам приварены швами с катетом 7 мм.

Изогнутый верхний пояс имел П-образное сечение с габарита­ми около 1x1 м. Стенки соединялись диафрагмами трех типов с высотами 200, 800 и 1000 мм. Для обеспечения жесткой связи ме­жду вертикальными стенками в продольном направлении к диа­фрагмам были приварены горизонтальные планки, которые мож­но видеть на поперечных сечениях как верхнего пояса (снизу), так и нижнего пояса (сверху). Поперечное сечение стоек состоит из

двух двутавров, соединенных посередине листом. Пояса всех эле­ментов фермы имеют одинаковую ширину 300 мм. По этой ши­рине полки двутавров стоек в узлах фермы приварены к полкам двутавров нижнего и верхнего пояса фермы в каждом узле. Вид соединения представлен в верхнем правом углу рис. 1.3. Из ри­сунка видно, что конструктор предусмотрел меры для снижения концентрации напряжений в этом месте. Чтобы исключить пере­сечение сварных швов, стенка стойки оборвана и скруглена. На поясе фермы в месте его соединения с поясом стойки сделана пред­варительная наплавка. К ней на монтаже приваривается пояс стой­ки стыковым швом, поперечное сечение которого затемнено.

Первичная трещина, которая привела к обрушению моста, воз­никла в корне этого стыкового шва (точка «а» рис. 1.3). Она рас­пространилась по верхней полке нижнего пояса фермы, пересек­ла поясной шов с катетами 20 мм. На поясном шве разветвилась под влиянием продольных сварочных напряжений. Одна из тре­щин остановилась в точке «Ь». Вторая прошла через нижний пояс двутавра к точке «с» и полностью разрушила поперечное сечение этого двутавра нижнего пояса фермы.

Вначале причину разрушения связали с концентрацией напря­жений в точке «а». Однако через некоторое время разрушился ана­логичный мост. Разрушение нижнего пояса произошло на значитель­ном расстоянии от узла соединения со стойкой. Трещина возникла в поясном шве двутавра нижнего пояса в гладкой его части.

Можно было бы предположить, что все мосты данной конструк­ции из этой стали дефектны. Но через канал Альберта в Бельгии было построено около 50 аналогичных мостов. Из них разрушились только 2. Почему остальные надежно работали, и чем разрушив­шиеся мосты отличались от остальных, так и осталось загадкой.

Изломы металлоконструкций мостов были хрупкими, так ло­мается чугун. Никаких признаков пластической деформации ме­талла не видно. Излом кристаллический, и сколько бы ученые ни пытались получить такой излом этой же стали в лабораторных ус­ловиях, ничего не выходило. Об­разцы разрушались с пластиче­ской деформацией.

Разрушений мостов было до­статочно много. На рис. 1.4 по­казан еще один пример (видны люди, идущие по льду в обход моста).