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