Металл, применяемый в мостах

Металлические мосты изготовляют из стали, поэтому нередко их называют стальными. Применение для капитальных мостов легких алюминиевых сплавов, обладающих почти той же прочностью, что и сталь, но при меньшей (в 2,5 раза) массе, не получило пока распространения ввиду дефицитности. Среди различных сталей лишь некоторые соответствуют условиям службы в мостах под поездами.

Раньше строили мосты из так называемого сварочного железа.

Железо без примесей достаточно пластично; оно деформируется в известных пределах без образования трещин. Но в природных условиях в составе руды железо соединено с углеродом, серой, фосфором и другими элементами, резко изменяющими его свойства.

Первоначальный продукт переработки железных руд — чугун — в виде сплава содержит железо (до 94%), углерод (до 4%) и другие элементы. Углерод, сера и фосфор даже в ничтожном количестве сильно повышают твердость, резко снижают пластичность металла. В связи с этим чугун весьма хрупок, легко разрушается при ударах, плохо сопротивляется растяжению, 'а следовательно, и изгибу. Но зато чугун допускает очень большое сжатие. Поэтому его долгое время применяли в опорных частях мостов. Однако и здесь из-за раскалывания чугунных деталей в дальнейшем перешли на более надежные опорные части из стального литья.

Прежде чем было освоено литье стали, чугун перерабатывали в сталь не расплавляя, а лишь размягчая его. При обработке размягченного металла молотом частично удалялись шлаковые отходы — продукты окисления углерода и других нежелательных элементов; а самый металл уплотнялся, его зерна — кристаллы сваривались между собой.

Сварочное железо при прокатке становилось волокнистым со шлаковыми прослойками, а по механическим качествам уже приближалось к современной стали. Оно хорошо сопротивлялось сжатию и растяжению, но лишь вдоль проката. Поперек прослоек прочность резко снижалась.

Часть мостов из сварочного железа, строившихся в России до применения литого железа (1883—1888 гг.), эксплуатируется поныне. К ржавлению они даже устойчивее стальных.

Литое железо (или сталь) позволяет при плавке еще в большей мере, чем при проковке, избавиться от нежелательных примесей и получить однородный мелкозернистый металл, хорошо сопротивляющийся сжатию, растяжению и изгибу во всех направлениях.

Количество углерода в стали не превосходит 1,4%, уменьшено содержание и других элементов. При содержании углерода до 0,25% получается мягкая сталь, применяемая, в частности, для заклепок, гвоздей, конструкций мостов. При добавлении углерода до 0,3%—сталь повышает твердость и прочность, но снижает пластичность, может закаливаться; в таком виде ее применяют для рельсов, осей. Фосфор и сера повышают хрупкость стали. Фосфор вызывает трещины, особенно на морозе, а сера — в сильно нагретом состоянии. В мостовой стали каждая из этих примесей допускается не более 0,04—0,05%.

Примеси до 1 % некоторых иных элементов, например, марганца и кремния, повышая прочность, почти не снижают пластичности стали. Добавляя при выплавке стали эти элементы в качестве легирующих, т. е. улучшающих добавок, получают сталь повышенной прочности и необходимой пластичности. Добавка хрома, никеля, меди, кроме того, повышает сопротивление стали ржавлению. Применение такой низколегированной, стали снижает расход металла, а главное, лучше соответствуют условиям работы железнодорожных мостов с применением сварки, а также для суровых климатических зон. Поэтому наряду с длительным использованием углеродистой стали все шире внедрялась, особенно в последнее десятилетие, низколегированная сталь. Теперь она стала основной для изготовления новых мостов.

В мостах для различных конструкций и частейв зависимости от конкретных особенностей работы в сооружении, а также от способа изготовления и района назначения применяют вполне определенные марки мартеновской горячекатаной стали.

Так, пролетные строения, не подвергающиеся сварке, изготовляют из стали марки Ст.З мост, а также из низколегированной стали 15ХСНД. 3а-клепки делают из более мягкой стали марки Ст.2 (стр. 89), а при ст.15ХСНД — из стали 09Г2. Для опорных частей используют, наоборот, более твердую, кованую сталь марки ВСт.5 и стальное литье. Сварные пролетные строения изготовляют из стали М16С, так называемой спокойной выплавки (т. е. выдержанной некоторое время в ковше, с добавлением до 0,1% алюминия, после варки стали перед ее сливанием в изложницы) и из стали 15ХСНД при удовлетворении ею дополнительных требований по ударной вязкости при отрицательных температурах и после механического старения. Для районов с суровым климатом клепаные пролетные строения изготавливают из стали Ст.З мостовой спокойной и из низколегированной марок 15ХСНД и 10ХСНД в обоих случаях с выполнением дополнительных требований по ударной вязкости.

С начала 1977 г. введен новый ГОСТ на стали для мостостроения: углеродистую марки 16Д (с добавлением меди) взамен ст. М16С и низколегированные (удовлетворяющие указанным выше требованиям) марок 15ХСНД, 10ХСНД и 10Г2С1Д.

Сталь выпускают в прокатном видев форме листов (рис. 66, а), уголков (рис. 66, б), швеллеров (рис.66, в), двутавров (рис. 66, г) и других фасонных профилей стандартных размеров длиной 12—19 м. Прокатные профили толщиной не менее 8— 10 мм применяют в мостах как самостоятельные элементы или в комбинациях для получения элементов составного сечения.