19.2.2010 | Ing. Miloslava Pošvářová, Ph.D.
Rizika navrhování a provádění svarových spojů dynamicky namáhaných ocelových konstrukcí, část I.
| obr. 1
| |
V příspěvku jsou zapracovány zkušenosti z praxe, výkonu dílenských, montážních a hlavních prohlídek mostů pozemních komunikací a drážních mostů, od roku 1987 do roku 2010, výsledky výzkumných grantových projektů ministerstva dopravy ČR například 1F82C/012/910 Hodnocení zbytkové životnosti hlavních ocelových částí mostních konstrukcí z ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi a také výsledky nedestruktivních kontrol nosných svarů lamelových pásnic ocelových mostních konstrukcí. Technické poznatky jsou součástí Technických kvalitativních podmínek SŽDC TKP kapitola 19, současně TKP kapitola 19 Ocelové mosty a konstrukce, platné pro resort Ministerstva dopravy ČR. Autor příspěvku byl zhotovitelem, objednatelem i správcem mostů. Úvod Na základě získaných praktických zkušeností při provádění ocelových mostních konstrukcí je možné během desetiletí pojmenovat kritická místa konstrukce, která mají zásadní vliv na její životnost. Vyžaduje to znalost návrhu, provedení a následně stavu ocelové konstrukce při stávající údržbě. Tyto znalosti však nelze získat pouhým výjezdem na náhodně vybraný mostní objekt, konstrukci je třeba sledovat od jejího návrhu, až po realizaci a chování za provozu. Při vlastní prohlídce mostu a svarových spojů je třeba vyloučit chyby provedení svarových spojů od jeho návrhu, protože i chybně navržený svarový spoj může být za určitých okolností funkční a naopak. Jestliže však dojde ke kombinaci obou chyb – chybně navržený a současně chybně provedený svarový spoj, potom může dojít při únavovém namáhání konstrukce k jejímu porušení. Měla jsem možnost zúčastnit se projektování a správné/chybné volby spojů jako zástupce investora, současně jsem stejnou mostní konstrukci přejímala v rámci dílenské přejímky a montážní prohlídky. Následně jsem mohla porovnat stav konstrukce a svarových spojů jako inspektor, provádějící hlavní prohlídky / revizní prohlídky mostů. Protože uplynula doba více jak 20-ti let této činnosti, je možné tyto zkušenosti analyzovat. Poznatky z této činnosti jsou metodicky zapracovány v technických kvalitativních podmínkách SŽDC a ministerstva dopravy ČR, TKP kapitola 19 [1]. Základní rozdělení kritických míst konstrukce K výskytu kritických míst ocelových konstrukcí (riziková místa s ohledem na havárie) přispívají podle mého názoru nejvýznamnější měrou následujícími faktory. Pokud si je rozepíšeme podrobněji, jedná se zejména o: − nedostatečnou nebo příliš komplikovanou legislativu kvalifikace zhotovitele pro výrobu/montáž ocelové mostní konstrukce. Jak se potvrzuje v praxi, současná legislativa nezaručuje kvalitu, − přestože jsou požadovány WPQR svarů, v podstatě neexistují nebo jsou vypracovány v malém rozsahu svarových spojů, − přímé zanedbání kontrolní činnosti zhotovitele (svářečského dozoru) při výrobě a montáži, − nedostatečná nebo chybně prováděná nedestruktivní kontrola svarových spojů ve výrobně/na montáži− nedostatečná kvalita základních materiálů, přestože existují specifické atesty výrobců oceli s vyhovujícími výsledky − nedostatečná kvalita přídavných materiálů pro svařování, záměny přídavných materiálů oproti WPQR z důvodů úspor nákladů − chybějící údržba konstrukcí a problematika kvalifikovaných kontrol konstrukcí, absence nedestruktivní kontroly svarových spojů u provozovaných mostních konstrukcí, chybějící legislativa pro tyto kontroly z pozice státu Ale to je pouze globální pohled. Abychom pochopili celou problematiku, musíme se ponořit daleko hlouběji. Pro náš konkrétní případ se budeme podrobněji věnovat vlivu návrhu a provedení svarových spojů na životnost mostních konstrukcí, základní princip je uveden na obr. 1. Jestliže se snažíme objektivně hodnotit jednotlivé aspekty vlivu na kvalitu svarových spojů, dostáváme se k prorůstání oblastí, které jsou uvedeny v obr. 1. Tedy, procházíme stádiem návrhu konstrukce a spoje, stádiem výroby a montáže a stádiem údržby provozované konstrukce. V přípravné části musí být výrobcem/montážní organizací nabídnuta kvalifikace svaru v podobě WPQR s odpovídající nedestruktivní kontrolou svarového spoje. V reálném stavu výroby / montáže se setkáváme s naprosto nevyhovujícím rozsahem WPQR svarů, často se musí WPQR dodatečně vystavit, což způsobuje nemalé komplikace v průběhu stavby. Problémem stále zůstává nedestruktivní kontrola (dále NDT) svarového spoje, protože velmi často neodpovídá typu kontroly, která je pro svar vhodná. Podle ČSN EN ISO 5817 nemusí odpovídat typu spoje pouze jediný druh NDT kontroly. V případě komplikovaných svarových spojů může být vhodně použito i více druhů NDT kontroly. Všechny použité a vhodné NDT kontroly svaru musí být uvedeny ve WPQR. Je však technické veřejnosti známo, jaké NDT kontroly svarových spojů existují? Prakticky se používá pouze RT kontrola a klasická UT kontrola. Všechny další metody budou podrobně popsány při přednášce, včetně výhod a nevýhod těchto metod. Velký problém nastane v případě, že zvolená nedestruktivní kontrola svarového spoje ve WPQR je nedostatečná a zjistí se to až ve výrobně / na montáži. Potom existuje pouze možnost příplatku objednatelem za použitou NDT metodu, protože nebyla předem dohodnuta. Co však v případě, že se touto metodou zjistí vady, které jsou ve svaru nepřípustné, nebo jak postupovat v případě, že vada je neodstranitelná (jsou to případy, kdy ve svaru vznikají trhliny vlivem chybného návrhu svarového spoje). Tyto případy jsou velmi obtížně řešitelné a proto je velmi důležité, navrhovat jednoduché a technologicky proveditelné svarové spoje, které umíme běžnými NDT metodami kontrolovat. Ocelový materiál, vady volby návrhu oceli, návrhu svarových spojů, provedení a údržby Volba ocelového materiálu a typ konstrukce podmiňují dobu její životnosti. Tvar konstrukce, její charakter, způsob namáhání a způsob údržby musí být důkladně posouzen již v době návrhu konstrukce a přímo souvisí s jakostí a druhem zvolené oceli a typem svarového spoje.V poslední době se velmi rozšířilo používání patinujících ocelí pro mostní konstrukce, zejména dálničních mostů D 47, D 8 (ocel se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi podle ČSN EN 10025-5, dříve obchodní název ATMOFIX) [1]. Zabývám se analýzou chování mostních konstrukcí vyrobených z patinující oceli ATMOFIX více jak 20 let, posledních pět let jako řešitel grantového projektu výzkumu ministerstva dopravy ČR 1F82C/012/910 Hodnocení zbytkové životnosti hlavních ocelových částí mostních konstrukcí z ocelí se zvýšenou odolností proti atmosférické korozi. Zkušenosti a praktické výsledky realizovaných výzkumů u mostních konstrukcí stáří vyšší jak 30-ti let ukazují, že s ohledem na tvar konstrukcí mostů pozemních komunikací (přesahující dolní pásnice, koutové nosné svarové spoje, kouty, výztuhy, chybějící údržba z nedostatku finančních prostředků, vliv chloridů z posypových solí, nevhodné návrhy typů svarových spojů), je použití těchto ocelí nevhodné. Podmínky, jak správně navrhovat, vyhodnocovat tvorbu patiny, udržovat tyto konstrukce, volbu vhodné oceli a svarových spojů s ohledem na vliv chloridů, určují předpisy ministerstva dopravy ČR technické podmínky TP 197 Mosty a konstrukce pozemních komunikací z patinujících ocelí [2]. Drážní mosty se z této oceli dnes nevyrábějí. To však nevylučuje případy, uváděné jako vyhovující ze zahraničí (USA, Japonsko), kde se více jak 20 let používají pro mostní konstrukce jiné, vhodnější patinující oceli, které svým chemickým složením a tvarem konstrukcí pomáhají eliminovat vliv chloridů ze zimní údržby. To však není případ Evropy a standardu EN 10025-5 [2].
Obr. 1 Vliv návrhu svarových spojů na životnost mostních konstrukcí
Zdroj: sborník Železniční mosty a tunely, 15. ročník, leden 2010
|