Die brücke von Melbourne im juli 1962?

Im kältesten Monat Juli bei einer Außentemperatur von 4 Grad Celsius überquert ein 45-Tonnen-Lkw die Brücke. Im zweiten Teil sind vier Stahlträger gebrochen, aber die Brücke ist glücklicherweise dank der Stahlbetonkonstruktion nicht eingestürzt.
Das Ereignis verblüffte die Architekten und die gesamte Öffentlichkeit, da die Brücke die erst ein Jahr zuvor eingeweiht worden war.

Zu diesem Zeitpunkt standen sie vor den Problemen und versuchten zu verstehen, was die Ursachen für diese Katastrophe waren und analysierten den gesamten Prozess des Aufbaus der Struktur.

Die Konstruktion bestand aus vier parallelen Stahlträgern, die an den Enden auf vertikalen Federn 30 Meter lang waren. Die Balken wurden mit Stahlbeton verstärkt, der die Basis der Autobahn bildet. Jeder Strahl war I-förmig. Die Flügel und die Seele des Balkens wurden nach dem Schweißen separat gebaut.

Außerdem wurden alle 1,4 m vertikale Verstärkungsplatten an den Kern geschweißt. Und für eine Länge von 21 Metern wurden Verstärkungsplatten mit zwei Schweißraupen für die Zugspannungen des Unterflügels verschweißt. Die untere Platte war keilförmig und wurde manuell mit 3 Schweißperlen verschweißt.

Zwischenstand:

Der Riss begann in der unteren Schweißgrenze der Platte, wo Zugspannungen konzentriert wurden. Die 4 Strahlen wurden am südlichen Ende und nur 3 am nördlichen Ende gebrochen, immer am selben Punkt.

Eigenschaften der Materialien:

Die Materialien für den Bau der Brücke waren:

Stahlbeton

Vorgespannter Stahlbeton

Stahl BS 968, (1941) „British Standard BS 968-1941 – Hochflexible (Fusionsschweißqualität) Stahl für Brücken usw. und allgemeiner Hochbau“.

Bruchanalyse:

Eigenschaften der thermisch veränderten Zone (ZTA)
Die erste Eigenschaft, die in der ZTA beobachtet wird, ist der Unterschied in der Härte HV. Die im ZTA des Flügels gemessene Mindesthärte (255 HV) war 30% größer als die durchschnittliche Härte im unveränderten Bereich und das Maximum von 2,5 mal (485 HV). Die maximale Härte, die in einer 100% martensitischen Struktur in einem ähnlichen Stahl erreicht werden kann, beträgt nur 10 bis 20% der Härte des ZTA.

  1. Austenitischer Bereich des Grundmetalls
  2. Transformierte Fläche des Basismetalls
  3. Geschmolzener Bereich
  4. Austenitischer Bereich der Lagerstätte

Transformierte Fläche der Lagerstätte

Die ZTAs enthalten meist eine Struktur aus Bainit und Martensit, dies ist zurückzuführen auf:

  1. Schnelles Abkühlen nach dem Schweißen
  2. Geringe kritische Härtungsgeschwindigkeit.

 
Warum entsteht Martensit?

Die Legierungselemente wie Kohlenstoff, Mangan, Chrom und Nickel verringern die kritische Härtungsgeschwindigkeit und begünstigen die Martensitumwandlung bei niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten. Die meisten Schweißnähte reagieren auf die Wirkung von Legierungselementen mit der folgenden Formel:

EC- oder äquivalente Kohlenstoff- und chemische Elementsymbole stellen die prozentuale Zusammensetzung jedes Elements in der Legierung dar. Im Fall von BS968-1941-Stahl zeigte die chemische Analyse 0,26% C, 1,8% Mn und 0,25% Cr, was zu einem EC von 0,61% führte. Bei CE-Werten über 0,45% C wird die Kontrolle der Kühltemperatur entscheidend.

Schweißnähte, die mit einer Hochfrequenzelektrode an dünnen Abschnitten durchgeführt werden, haben eine niedrigere Kühlrate. Die schnellsten Abkühlgeschwindigkeiten sind in den dicken Abschnitten mit Niederfrequenzschweißungen. Dieser Effekt wird durch eine Vorwärmung der Fügezone reduziert, um den Wärmegradienten zwischen der geschweißten Fläche und der kalten Masse der Anordnung zu reduzieren.

Bruch im ZTA:

Die wahrscheinlichste Ursache für den Bruch in der ZTA ist der interkristalline Bruch (Korngrenze) bei niedriger Temperatur aufgrund von Wasserstoff oder Bruch durch Wasserstoffversprödung.

Das Lichtbogenschweißen kann gelöste Mengen von atomarem Wasserstoff enthalten (der geschmolzene Bereich der Schweißverbindung, reduziert die Feuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre und bildet folglich Eisenoxid und Wasserstoff. Der atomare Wasserstoff kann sich schnell in das Material hinein ausbreiten bestimmte Punkte, die im Falle von Martensit zu Rissen führen.

Um dieses Phänomen zu vermeiden, gibt es Elektroden mit einer geringen chemischen Wasserstoffzusammensetzung, die vor dem Gebrauch im Ofen getrocknet werden müssen.

Dies ist nicht der einzige Fall, in dem Ermüdungsbrüche von Schweißverbindungen aufgrund von Fehlern bei der Wahl der zu verwendenden Materialien oder Verfahren auftreten können. Die eng zu überwachenden Variablen sind wie folgt:

– Vor dem Schweißen die Vorheiztemperatur prüfen.

– Wählen Sie ein Material mit einem niedrigen CE, das die Bildung von zerbrechlichen Strukturen um den ZTA vermeidet.

– Schweißverfahren passend zum gewählten Material.

Bibliographie und Referenzen:

[1] Bericht der Königlichen Kommission über das Scheitern der Kings Bridge, 1962

[2] Die Kriterien für die Auswahl und Behandlung von Struktur- und Werkzeugstählen Band 4 – Diagnose metallurgischer Defekte – Cibaldi Dr. Cesare

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