Показатели состояния бетона. В целях повышения надежности и достоверности диагностики прочности опор целесообразно использовать комплекс показателей состояния бетона. К ним следует отнести показатели:
П1, представляющий собой время распространения ультразвука поперечно к направлению расположения предварительно напряженной арматуры. Хотя этот показатель представляет собой абсолютное время, которое зависит от состава бетона, его температуры и влажности и может характеризовать его прочность, тем не менее он является весьма информативным показателем с точки зрения оценки качества бетона. При отсутствии повреждений в бетоне для обследуемой группы опор он позволяет первично оценить качество и прочность бетона. На основании массовых испытаний опор установлено, что при П1 < 36 мкс бетон опор, как правило, имеет прочность, соответ-ствующую проекту;
П2, являющийся основным и, как было указано, представляющий собой отношение времени распрост-ранения ультра звука поперек опоры ко времени его распространения вдоль опоры (рис. 5.3). Он характери-зует объем повреждений в кон
кретной области. Вследствие того что он является величиной относи-тельной, исключается влияние температуры и влажности бетона при проведении измерений;
|
|
П3, представляющий собой время распространения переднего фронта ультра звуковой волны (рис. 5.4) и определяемый от места с нулевой амплитудой до места
пикового значения первой волны.
Этот показатель важен с точки зрения оцен-
133
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
ки состояния структуры бетона. Он позволяет также выявлять причины возникновения значительных величин показателя Ш. При отсутствии микротрещин в бетоне показатель ПЗ независимо от прочности бетона мал и находится в пределах 2 — 5 мкс. Однако при наличии микротрещин в бетоне время переднего фронта значительно возрастает. В этом случае большие величины показателя П1 могут быть объяснены насыщением бетона микротрещинами, что учитывается при определении показателя П2. Если же П1 имеет большое значение, но показатель ПЗ находится в обычных пределах, появление больших значений П1 может быть обусловлено составом бетона.
Прибор диагностики. Для диагностики прочности бетона и несущей способности железобетонных опор ВНИИЖТом и фирмой АКС разработан прибор УК-1401м (рис. 5.5). Прибор имеет фиксированную базу измерений, равную 150 мм. Рабочая частота ультразвуковых Рис. 5.5. прибор У К-1401м колебаний составляет 60 кГц, а глубина про-
Таблица 5.1
134
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
|
|
никновения ультразвуковых колебаний в бетон находится в пределах 35 мм. Прибор позволяет измерять время распространения ультразвуковых колебаний в бетоне при одностороннем доступе к поверхности опор, а также определять время распространения переднего фронта волны. Прибор выполнен в портативном исполнении и не имеет проводов. Передача в бетон и прием из бетона ультразвуковых сигналов осуществляются с применением сухого акустического контакта. Питание прибора происходит от автономного источника энергии в виде батареек или аккумуляторов. Масса прибора колеблется в пределах 250-300 г (табл. 5.1).
Условия диагностики. Диагностика прочности бетона и несущей способности опор должна осуществляться при установившихся положительных температурах воздуха и воздушно-сухом состоянии бетона. Измерения, выполненные при отрицательных температурах, вследствие проявления значительной температурной несовместимости различных слоев бетона и появления внутреннего напряженного состояния в опорах могут содержать большие погрешности и не характеризуют фактическое состояние бетона. В связи с этим таких измерений в практике обслуживания опор контактной сети следует избегать.
Нежелательны также измерения на участке с опорами, подвергшимися непосредственному сильному нагреву солнечной радиацией. В этом случае из-за неравномерного нагрева поверхности опоры имеется опасность закрытия внутренних структурных микротрещин и, соответственно, уменьшения времени распространения ультразвука. Наиболее рациональными условиями проведения измерений следует считать установившийся температурный режим воздуха в пределах от +5 до +30 °С и при сухой погоде.
Важным моментом является также выбор участков на поверхности опоры для проведения измерений. Наиболее приемлемым для точности измерений и достоверности диагностики следует считать участки, расположенные в сжатой зоне опор. Это связано с тем, что, во-первых, в оценке несущей способности опор основную роль играет состояние бетона, прежде всего в сжатой зоне сечения. Во-вторых, при измерениях в растянутой зоне вносятся ошибки в результаты измерений, связанные с тем, что в растянутой зоне раскрываются поры и микротрещины, увеличивающие время распространения ультразвука в бетоне вдоль опоры. Кроме того, в растянутой зоне могут находиться невидимые глазу, но фокусируемые ультразвуковым прибором поперечные трещины. В связи с этим перед измерениями следует определить сжатую и растянутую зоны сечения опор и затем проводить измерения.
Наконец, следует отметить влияние на результаты диагностики и измерений наличия арматуры в бетоне. Во многих источниках обращается внимание на то, что при проведении ультразвуковых измерений вдоль
135
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
арматуры могут возникнуть ошибки из-за того, что ультразвуковые сигналы проходят не по бетону, а по арматуре (скорость распространения их по металлу больше, чем по бетону). С этим в принципе можно согласиться, если измерения проводятся на больших базах и при больших диаметрах арматуры. При измерениях на небольших базах, как в случае с прибором УК-1401м, влияние арматуры на результаты измерений переоцениваются. Длительные измерения и испытания прибора УК- 1401м при базе измерений 150 мм показали:
• спиральная и проволочная рабочая арматура не оказывает существенного влияния на результаты измерений при любом направлении прозвучивания;
• при прозвучивании вдоль стержневой арматуры диаметром свыше 10 мм на базе 150 мм целесообразно устанавливать датчики на расстоянии не менее 25 мм от края стержней.
|
|
•
Технология диагностики опор. Технология диагностики ультразвуковым методом включает три этапа. На первом этапе осуществляются полевые измерения показателей прочности бетона и несущей способности опор. Здесь при снятии отмеченных показателей необходимо учитывать состояние опор и наличие повреждений. При этом возможны следующие случаи:
• на опоре не имеется дефектов и повреждений. В этой ситуации производятся необходимые измерения в сжатой зоне сечения опор на высоте 1,5 — 1,7м от уровня грунта. При этом не рекомендуется измерять время распространения ультразвука в поперечном направлении в случае расположения в базе прибора шва полуформ. При таком расположении прибора могут возникнуть ошибки, связанные с тем, что в шве полуформ может оказаться бетон меньшей плотности из-за выноса цемента при центрифугировании или даже трещина;
• на опоре имеются отдельные продольные трещины. В этом случае в сжатой или нейтральной зоне выбирается участок, где расстояние между трещинами позволяет произвести измерения показателей на целом бетоне. При этом желательно, чтобы датчики прибора находились на расстоянии 20 - 30 мм от края трещин;
• на опоре имеется сетка трещин, под которой понимается множество параллельно расположенных продольных трещин небольшого раскрытия. Поскольку эта сетка является наиболее опасным повреждением и влечет наибольшее расстройство структуры бетона, то измерение показателей следует производить в месте наибольшей концентрации плотности трещин, т.е. в базу прибора при поперечном измерении должно попадать максимальное число трещин. При продольном измерении датчики должны располагаться между трещинами. При этом измерения должны вестись прежде всего на участке сетки трещин, расположенном в сжатой части сечения опор;
136
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
• на опоре имеется множество продольных трещин наибольшего раскрытия, но с шагом, при котором в базу прибора попадает только несколько трещин. В этом случае измерения показателей необходимо вести по той же технологии, что и в предыдущем случае при наличии сетки трешин.
|
|
Во всех перечисленных случаях на каждом участке необходимо производить не менее трех измерений, добиваясь устойчивых значений показателей. В том случае, если обнаруживается значительный разброс значений, необходимо увеличивать количество измерений как в отдельном месте, так и по длине конструкций. Отдельные случайные большие значения показателей П1 и П2 необходимо отбрасывать и не учитывать.
На втором этапе по данным измерений осуществляется оценка несущей способности опор и прочности бетона. При этом могут использоваться две методики оценки несущей способности опор: упрощенная и более точная.
При упрощенной методике несущая способность опор определяется только в зависимости от значения показателя П2. В табл. 5.2 приведена такая зависимость для предварительно напряженных железобетонных опор.
Приведенная упрощенная методика оценки несущей способности опор имеет запас примерно 30%. В ряде случаев для повышения уровня выра-ботки ресурса конструкций и при наличии трудностей по замене опор целесообразно испо-льзовать более точную методику оценки их несу-щей способности. Она состоит в следующем. Используется установленная с помощью эксперимента-льных данных зависи-мость между прочностью неповрежденного центри-фугированного бетона и временем прохождения в нем ультразвука. При использовании прибора УК-1401м эта зависимость представлена в табл. 5.3.
При показателях П1 менее 31,2 мкс, как установлено эксперимен-тами, прочность бетона мало зависит от времени распространения уль-
137
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
тразвука, и поэтому уу в этом случае необходимо принимать одинаковой и равной 72,4 МПа.
Для установления прочности неповрежденного бетона опор в качестве контрольного целесообразно использовать участок опоры в переходной зоне, где, как указывалось ранее, прочность бетона не изменяется с течением времени. Эта зона, по опытным данным, находится на глубине 20 - 40 см от поверхности грунта. Для получения значения прочности неповрежденного бетона опора должна быть откопана на указанную глубину и бетон подсушен до естественной влажности, на что обычно требуется 2 - 3 дня в зависимости от влажности грунта.
На основании измерения показателя П1 в подземной части по табл. 5.2 определяется прочность неповрежденного бетона. Затем в надземной части по приведенной выше технологии определяются показатель П2 и прочность бетона в надземной части опоры. Данные, полученные с помощью формулы (5.1), приведены в табл. 5.4.
Используя данные табл. 5.4, по величине прочности поврежденного бетона можно определить фактическую несущую способность опор. Такие данные для некоторых типов опор приведены в табл. 5.5.
Оценка результатов диагностики опор. В соответствии с требованиями стандартов коэффициент безопасности по прочности для центрифугированных опор должен составлять не менее 1,6. На основании этого все опоры, у которых соотношение между фактической несущей способностью и фактической нагрузкой более 1,6, могут экс-
Таблица 5.4
138
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
плуатироваться без огра-ничений. Если это условие не выполняется, то производится замена опор или их разгрузка.
Проверка приведен-ных методов показала, что отклонение измерен-ной несущей способнос-ти по результатам диаг-ностики от фактической при использовании упро-щенной методики не превышает 30%. В случае использования уточненной методики точность оценки несущей способности достигает 10 - 12%, что выше, чем допускается стандартом на ультразвуковой контроль.
Диагностика несущей способности ненапряженных центрифугированных опор. В центрифугированных ненапря-женных опорах вследствие их конической формы и замкнутого поперечного сечения при действии температурно-влажностных факторов возникает напряженное состояние, при котором доминирующими являются тангенциальные напряжения. Теоретически эти напряжения в два раза превосходят напряжения, направленные вдоль образующей опор, и поэтому в этих опорах появление и накопление повреждений происходит в основном по площадкам, параллельным образующей поверхности опор. По этой причине для ненапряженных центрифугированных опор остаются справедливыми те же закономерности в оценке прочности бетона, что и в оценке прочности предварительно напряженных опор. Однако у этих опор имеется особенность, связанная с тем, что в них в результате усадки бетона могут появиться и поперечные микротрещины, расположенные перпендикулярно к направлению арматуры. Следствием этого является то, что показатель П2 у ненапряженных опор может иметь значение меньше единицы. Для уменьшения ошибок от влияния отмеченных микротрещин измерения времени распространения ультразвука в бетоне следует вести таким образом, чтобы прибор находился преимущественно между стержнями арматуры. Во всяком случае, следует устанавливать прибор на расстоянии не менее 25 - 30 мм от стержней.
Ранее было отмечено, что в ненапряженных железобетонных центрифугированных опорах влияние изменения прочности бетона на несущую способность в целом несущественно. По этой причине показатели прочности бетона и несущей способности опор оказываются более льготными, чем у предварительно напряженных опор. В частности,
139
Глава 5. Ультразвуковая диагностика прочности бетона
для этих опор показатель П1 при исправном состоянии может достигать 48 мкс, а показатель П2 в момент выработки ресурса опорой может составлять 1,6. Показатель ПЗ по значению, в принципе, должен совпадать с таким же значением показателя предварительно напряженных опор.
Методически измерения показателей в ненапряженных центрифугированных опорах осуществляются так же, как и в предварительно напряженных. При этом необходимо помнить, что ультразвуковой метод диагностики является косвенным и что при проведении измерений и оценке результатов следует вести их анализ, устанавливать причины отклонений от установленных норм и правил.
Ультразвуковой метод контроля прочности бетона и несущей способности опор прошел достаточно полные испытания и широко используется на сети дорог. Правильное его применение исключает случайные отказы опор по причине снижения прочности бетона.
140
Заключение
Как уже было отмечено, опоры представляют собой один из наиболее ответственных элементов контактной сети. От их состояния во многом зависит безопасность и бесперебойность движения поездов. Выход из строя даже одной опоры может привести к длительным перерывам в движении поездов или даже к серьезной аварии.
В настоящее время основную долю (до 95%) парка эксплуатируемых опор составляют железобетонные опоры. Причем подавляющая часть этого парка приходится на предварительно напряженные железобетонные опоры, армированные высокопрочной проволочной арматурой. Опыт показывает, что эти опоры, несмотря на высокую начальную безотказность по прочности, в процессе эксплуатации под воздействием эксплуатационных факторов интенсивно снижают свои исходные характеристики и, соответственно, свою надежность. Наиболее жесткими воздействиями, которые испытывают опоры в процессе эксплуатации, являются токи утечки на участках постоянного тока, вызывающие электрокоррозию арматуры и анкерных болтов в подземной части конструкций, и влажностные деформации при отрицательных температурах (особенно низких), разрушающие структуру бетона.
Безопасность движения поездов и экономика перевозок требуют, чтобы эксплуатационная надежность опор была высокой в течение всего расчетного срока их службы. Такое требование может быть выполнено с использованием двух обязательных элементов:
• оптимального конструирования опор и фундаментов;
• применения средств диагностики прочности и состояния материалов конструкций.
Уже указывалось, что при конструировании железобетонных опор контактной сети на начальном этапе массовой электрификации в 1960-е годы в основном применялся принцип экономической ответственности, или экономической эффективности конструкций. Спроектированные по такому принципу опоры, имевшие высокую начальную безопасность, оказались крайне чувствительными к воздействию токов утечки на участках постоянного тока. Эти опоры не имели спе-
141
Заключение
циальной изоляции по ограничению утечки этих токов с арматуры и, по сути дела, не допускали стекания с арматуры тока. Также чувствительными оказались эти опоры и к структурным изменениям бетона, уменьшающим его прочность. Все это привело к тому, что конструируемые по отмеченному принципу опоры оказались с низкой эксплуатационной надежностью.
В последние десятилетия принят новый принцип конструирования опор и фундаментов. В соответствии с этим принципом опоры относятся к конструкциям, отказ которых влечет большие материальные потери и создает угрозу жизни людей. Сконструированные исходя из этого принципа опоры могут допускать повреждения. При этом размер и объем повреждений должны быть такими, чтобы они могли быть обнаружены на стадии, не угрожающей безопасной эксплуатации опор.
На базе нового принципа конструирования в железобетонные предварительно напряженные центрифугированные опоры внесен ряд изменений и усовершенствований, позволивших значительно повысить эксплуатационную надежность опор. Прежде всего, в опорах применены специализированные элементы, устанавливаемые при изготовлении опор для изоляции закладных деталей от арматуры. Установка таких деталей совместно с монтажной изоляцией позволяет получить высокое сопротивление цепи заземления опор, гарантирующее защиту опоры от воздействия токов утечки. Кроме этого, применено смешанное армирование в опорах с рабочей арматурой из высокопрочной проволоки, обеспечивающее снижение чувствительности опор как к токам утечки, так и к уменьшению прочности бетона из-за его деструкции. Использовано также предлагавшееся ВНИИЖТом стержневое армирование, причем уровень натяжения арматуры принят таким, чтобы в предельной стадии предварительные напряжения полностью погашались и опора работала в этой стадии, как если бы она была с обычной напряженной арматурой.
Следует подчеркнуть, что из всех имеющихся в настоящее время типов предварительно напряженных опор наиболее надежными являются опоры со смешанным армированием. У этих опор имеется самая развитая поверхность арматуры в подземной части конструкций, что в значительной степени снижает риск повреждения опор при кратковременном попадании тока на арматуру. Кроме того, электрохимические потенциалы проволочной и ненапряженной арматуры отличаются между собой. По этим потенциалам проволочная арматура имеет более положительный потенциал по сравнению с потенциалом стержневой арматуры и катодно защищается последней.
Наконец, опоры со смешанным армированием имеют более высокую трещиностоикость по сравнению с опорами со стержневой арматурой,
142
Заключение
что в значительной степени обусловлено различным уровнем натяжения проволочной и стержневой арматуры.
В целом, что касается конструктивных решений предварительно напряженных железобетонных опор, то возможности совершенствования этих опор практически исчерпаны. Замена одной металлической арматуры на другую не меняет существа дела. Бетон в силу принятой технологии изготовления опор и связанной с ней операцией уплотнения практически достиг области оптимальной прочности, плотности, морозостойкости. Вариации в его составе не дают качественных изменений его характеристик. Нецелесообразным является также повышение прочности бетона. Во-первых, это приведет к значительному возрастанию стоимости опор, и, во-вторых, высокопрочный бетон не оправдал прогнозов по стойкости к агрессивным воздействиям и защите арматуры от коррозии.
Отдельно следует отметить вопрос использования неметаллической арматуры в опорах контактной сети. Этот вопрос постоянно поднимается в связи с необходимостью борьбы с электрокоррозией арматуры опор на участках постоянного тока. В качестве такой неметаллической арматуры в настоящее время может рассматриваться стеклопластиковая и углепластиковая арматура. Однако замена металлической арматуры на неметаллическую встречает ряд принципиальных трудностей. В частности, стеклопластиковая арматура, являясь электронепроводящим материалом и имея высокую прочность, в то же время обладает труднопреодолимым недостатком - повышенной ползучестью, не говоря уже о необходимости ее защиты от щелочной среды бетона. Повышенная ползучесть такой арматуры ведет к быстрому возрастанию деформаций опор под нагрузкой и образованию в них широко раскрытых поперечных трещин. В качестве примера можно привести результаты испытаний предварительно напряженных двутавровых опор контактной сети со стеклопластиковой арматурой. Имея начальную жесткость и трещиностойкость, сравнимые с жесткостью и трещиностойкостью опор со стальной арматурой, эти опоры уже через два года получили значительные прогибы под нормированной нагрузкой, и на них в растянутой зоне образовалось большое количество широко раскрытых трещин. На основании результатов проведенных испытаний дальнейшие работы по применению стеклопластиковой арматуры были прекращены. В современных условиях стеклопластиковая арматура используется в основном в качестве нерабочей, конструктивной арматуры.
Что касается углепластиковой арматуры, то следует отметить следующее. Углепластиковая арматура обладает высокой прочностью, сравнимой с прочностью проволочной. Однако, во-первых, она является электропроводящей, что при использовании ее в опорах контактной
143
Заключение
сети потребует проведения мероприятий по обеспечению работы рельсовых цепей. Во-вторых, эта арматура имеет небольшой коэффициент трения по бетону, что также создает проблемы. В-третьих, углепласти-ковая арматура имеет очень небольшой коэффициент линейного температурного расширения, а это создает в бетоне и арматуре при колебаниях температуры воздуха значительные дополнительные напряжения. И наконец, углепластиковая арматура очень дорога, более чем на порядок выше стоимости стали.
Таким образом, можно отметить, что на ближайшую перспективу основным материалом арматуры для железобетонных опор контактной сети будет сталь. Поэтому вопрос защиты ее от электрокоррозии и совершенствования изоляции опор, безусловно, требует дальнейшего внимания.
Отдельно необходимо рассмотреть вопрос конструкции фундаментов опор. Исторически сложилось так, что все фундаменты выполнялись из ненапряженного железобетона. Небольшой период времени применялись блочные фундаменты под железобетонные и металлические опоры, но основной конструкцией являлись стаканные фундаменты. Последние имели фундаментную часть сначала в виде двутавра, а затем базовой стала конструкция с трехлучевой фундаментной частью.
Стаканные фундаменты имеют ряд преимуществ и в то же время ряд недостатков. Прежде всего, необходимо отметить, что в стакане происходит разрыв рабочей арматуры стойки и фундамента. При отсутствии воды в стакане это дает существенный эффект в повышении электрического сопротивления опоры. Даже при отсутствии специальной изоляции стойки сопротивление опоры в этом случае поднимается до 8 - 10 кОм, т.е. практически до безопасного уровня. Однако, когда стакан заполнен водой, ситуация резко меняется. В этом случае происходит перетекание на арматуру фундамента тока, стекающего с арматуры стойки. Вследствие небольшой глубины стакана площадь стекания тока с арматуры стойки оказывается значительно меньше, а плотность тока значительно больше, чем если бы ток стекал со всей подземной части опоры. По этой причине арматура стойки разрушается более интенсивно, чем арматура фундамента. При этом разрушение стойки происходит быстрее, чем разрушение фундамента. Это в определенной степени освобождает от необходимости контроля арматуры в подземной части фундамента, но требует более тщательной диагностики состояния арматуры стойки в стакане.
Кроме ухудшения условий стекания тока, вода в стакане (а она в старотипных фундаментах присутствует всегда) приводит к растрескиванию его бетона, расстройству стыка между стойкой и фундаментом при циклическом замерзании и оттаивании воды в стакане. Для исключения этого явления в современных стаканных фундамен-
144
Заключение
тах укорочена его длина, образованы отверстия для вентиляции стакана и стойки, а также изменена привязка верха фундамента к головке рельса. Эта привязка должна быть исполнена таким образом, чтобы вентиляционные отверстия находились над поверхностью грунта, обеспечивая вентиляцию и отсутствие влаги в стакане фундамента. В таком состоянии исключается трещинообразование в бетоне стакана, а электрическое сопротивление опор оказывается в области безопасных значений.
В целом конструкция трехлучевого фундамента отработана и исчерпала в значительной степени возможности совершенствования. Однако необходимо отметить, что фундаменты опор работают в значительно более тяжелых условиях, чем стойки, хотя для их изготовления используется вибробетон, имеющий более низкие характеристики стойкости, чем центрифугированный.
Фундаменты находятся в двух средах: в грунте и воздушной среде. Вследствие этого путем капиллярного поднятия происходит перемещение влаги в наружную часть, где она накапливается. Это, в свою очередь, приводит к тому, что в надземной и подземной частях вследствие различной влажности создаются разные потенциальные условия и возникает опасность коррозии арматуры в бетоне надземной части. Кроме того, накопление влаги в надземной части приводит при циклических замерзаниях и оттаиваниях к интенсивному исчерпанию морозостойкости бетона. Это особенно характерно для фундаментов, находящихся в суровых климатических условиях и установленных во влажных болотистых местах. Повысить марку бетона фундаментов по морозостойкости за счет подбора состава бетона крайне проблематично. В связи с этим для обеспечения высокой стойкости и сроков службы фундаментов, сравнимых со сроками службы устанавливаемых в них стоек, целесообразно совершенствование и применение фундаментов осуществлять с учетом следующих соображений:
• при благоприятных температурных условиях (расчетная зимняя температура до - 25 °С) применять стаканные фундаменты с вентилируемым стаканом. При этом обеспечить положение вентиляционных отверстий выше уровня поверхности грунта;
• при неблагоприятных температурных условиях (расчетная зимняя температура от - 25 до - 40 °С) применять железобетонные фундаменты, у которых морозостойкость дополнительно обеспечивается путем устройства металлической обоймы на участке, находящемся над поверхностью земли. Такой прием обеспечения морозостойкости бетона используется в районах вечной мерзлоты. В этих же районах арматуру фундаментов следует подвергать термодиффузионному цинкованию либо применять в отмеченных районах металлические фундаменты;
145
Заключение
• в районах с вечной мерзлотой, сильным сезонным промерзанием грунта, высокой пучинистостью, а также с расчетными зимними тем пературами ниже - 40 °С следует использовать металлические винтовые сваи.
Свайные железобетонные фундаменты из-за специфики железных дорог целесообразно исключить из применения, так как они требуют больших затрат на погружение, имеют низкую стойкость как к отрицательным температурам, так и к токам утечки.
Вторым элементом, обеспечивающим надежность опор, является обязательное проведение диагностики с контролем состояния конструкций. Заявления о том, что необходимо разрабатывать и использовать конструкции, не требующие контроля, являются необоснованными. Надо иметь в виду, что конструкцию, которая не подвергается проверкам, как правило, нельзя считать надежной. Однако необходимо иметь в виду, что даже плохо спроектированные и плохо изготовленные конструкции можно сделать надежными, если подвергать их интенсивной диагностике, проверке, контрольным испытаниям. Для осуществления этих проверок и испытаний должны использоваться методики, которые будут учитывать следующие факторы:
• доступность применения;
• чувствительность методики и минимальный размер повреждения, при котором применение данной методики позволяет обнаружить это повреждение;
• частота проведения проверок.
В предыдущих главах были рассмотрены существующие методы и приборы, применяемые при диагностике железобетонных опор контактной сети. К числу этих методов относится ультразвуковой метод контроля прочности бетона и несущей способности центрифугированных опор. Применение этого метода позволяет обнаружить опоры в предотказном состоянии, способствует более полному использованию ресурса несущей способности опор, позволяет осуществлять их техническую эксплуатацию по состоянию.
Резонансный способ диагностики при его широком применении позволит значительно увеличить достоверность диагноза состояния стальной арматуры опор, частично без откопки. При этом данный способ может использоваться при оценке состояния арматуры независимо от места ее нахождения и вида конструкции.
Однако, несмотря на определенный прогресс в разработке средств диагностики опор, проблема эта остается актуальной. Нельзя решить ее один раз и навсегда. Процессы повреждения опор и их материалов идут по неизвестным закономерностям, причем с течением времени обнаруживаются новые явления. Для своевременной оценки их опасности требуются соответствующие средства диагностики, которые должны по-
146
Заключение
стоянно совершенствоваться. Причем это совершенствование должно идти в направлении повышения достоверности диагностики, расширения функциональных возможностей приборов, снижения затрат труда на проверки. Правильная постановка работ, разработка новых методов и приборов диагностики, а также организация их оптимального использования позволят обеспечить безопасность движения поездов и сэкономить эксплуатационные расходы.
147
Список литературы
1. Шилкин П.М., Порцелан А.А., Котельников А. В. Защита контактной сети постоянного тока при различных способах заземления опор. М.: Транспорт, 1977. 105 с.
2. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. М.: Стройиздат, 1979. 344 с.
3. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В.М. Москвин, Ф. М. Иванов, С.Н.Алексеев, Е.А. Гузеев. М.: Стройиздат, 1980. 536 с.
4. Невиль А. М. Свойства бетона. М.: Стройиздат, 1972. 344 с.
5. Шестоперов СВ. Контроль качества бетона транспортных сооружений. М.: Транспорт, 1975. 248 с.
6. Горчаков Г.И., Лифанов И.И.,Терехин Л.Н. Коэффициенты температурного расширения и температурные деформации строительных материалов. М.: Из-во Комитета стандартов, мер и измерительных приборов, 1968. 168 с.
7. Горчаков Г. И., Капкин М.М.,Скрамтаев Б. Г. Повышение морозостойкости бетона. М.: Стройиздат, 1965. 150 с.
8. Ламб Г. Теоретическая механика. Т. III. ОНТИ. НКТП СССР, 1936. 292 с.
9. Аквердов И.Н. Железобетонные напорные центрифугированные трубы. М.: Стройиздат, 1967. 164 с.
10. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Госстройиздат, 1961.
11. Леонгардт Ф. Предварительно напряженный железобетон. М.: Стройиздат, 1983.245 с.
12. Александровский СВ. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на температурно-влажностные изменения (с учетом ползучести). М.: Стройиздат, 1966.443 с.
13. Рост прочности бетона при пропаривании и последующем твердении / Под ред С. А. Миронова. М.: Стройиздат, 1973. 96 с.
14. Подольский В.И. Температурные напряжения в опорах контактной сети в период эксплуатации //Труды ВНИИЖТ, вып. 503. М.: Транспорт, 1973. С. 31-43.
15. Запорожец И.Д., Окороков С.Д., Нарийский А. А. Тепловыделение бетона. М.: Стройиздат, 1966.
16. Подольский В. И. Усадочные деформации в бетоне центрифугированных опор контактной сети//Труды ВНИИЖТ, вып. 503. М.:Транспорт, 1973. С 44-55.
17.Берг О.Я., Щербаков Е. Н. Напряженное состояние в зоне расположения предварительно напряженной арматуры // Транспортное строительство. 1964. №11. С 42-44.
18.Милованов А.Ф.,Тупов Н.И. Прочностные и упругопластичные свойства бетона при нагреве до 20 °С. Тепломонтажные работы. Вып. 3 (47) / ЦБТИ, 1965.
19.Стойкость бетона и железобетона при отрицательной температуре / В.М. Москвин, М. М. Капкин, Б. М. Мазур, А. М. Подвальный. М.: Стройиздат, 1967. 132 с.
20.Шестоперов СВ. Долговечность бетона. Изд. 2-е. М.: Автотрансиздат, 1960.
148
21.Бетон для строительства в суровых климатических условиях / В.М. Москвин, М.М. Капкин, А.Н. Савицкий, В. Н. Ярмаковский. Л.: Ленинградское отделение Строй-издата, 1973. 169 с.
22. Некрасов К.Д,, Жуков В. В., Гуляева В.Ф. Тяжелый бетон в условиях повышенных температур. М.: Стройиздат, 1972. 128 с.
23. Тимошенко СП. Курс теории упругости. Киев: Наукова думка, 1972. 508 с.
24. Поль Б. Макроскопические критерии пластического течения и хрупкого разрушения. - В кн.: Разрушение. Т. II. М.: Мир, 1975. С. 336-520.
25. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений / Под ред. Ю. Маратами. Т. I. М.: Мир, 1990.
26. Определение критического коэффициента интенсивности напряжений бетона и железобетона при поперечном сдвиге / К. А. Пирадков, Е.Л. Гузеев, Т.Л. Мамаев, К. Ч. Абдуллаев // Бетон и железобетон. 1995. № 5. С. 18 — 20.
27. Подольский В. И. Эксплуатационные воздействия на опоры контактной сети электрифицированных железных дорог и повышение их надежности: Дис. на соиск. уч. степ, д-ра техн. наук. М., 1996. 303 с.
28. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений / Под ред. Ю. Маратами. Т. II. М.: Мир, 1990. С. 481-482.
29. Фрейденталь А.М. Статический подход к хрупкому разрушению. — В кн.: Разрушение. Т. II, М.: Мир, 1976. С. 616-645.
30. Новое о прочности железобетона / Под ред. К. В. Михайлова. М.: Стройиздат, 1977.272 с.
31. Котельников А. В., Наумов А. В. Коррозия и защита сооружений на электрифицированных железных дорогах. М.: Транспорт, 1974. 120 с.
32. Старосельский А. А. Электрокоррозия железобетона. Киев: Будивельник, 1978. 169 с
33. Черепанов Г.Е., Ершов Л.В. Механика разрушения. М.: Машиностроение, 1974.230 с.
34. Селедцов Э.П., Баранов Е.А. Эксплуатация опор контактной сети. М.: Транспорт, 1970. 96с.
35. Котельников А.В. Блуждающие токи электрифицированного транспорта, М.: Транспорт, 1986.278 с.
36. Практика эксплуатации глубинных анодных заземлений (обзор зарубежной литературы). М.: ВНИИЖТ, 1976.36 с.
37. Гуков А. И. Вибрационный и электрохимический методы диагностики // Электрическая и тепловозная тяга. 1981. №4. С. 38 — 40.
38. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях / С. Н. Алексеев, В. Б. Ратинов, Н. К. Розснталь, Н. М. Кашурников. М.: Стройиздат, 1985. 272 с.
39. Соп7.а1ег.1. А., М\тапда. 1. М., РеПи 8. СопзнЗегаИопк оГ гергоаЧгсПэПиу оГ ро1еп11а1 апа соггозюп га1с теазигетешз т гетГогсес! сопсге1е. Соггоз. 8а, 2004. 46. №4. С. 2467-2485.
40. Голоскоков Е.Г., Филиппов А. П. Нестандартные колебания деформируемых систем. Киев: Наукова думка, 1977. 340 с.
41. Подольский В.И. Диагностика железобетонных опор контактной сети ультразвуковыми приборами. Электроснабжение железных дорог // Экспресс-информация, вып. 2, 1993. С. 14-26.
42. Костюков В.Д. Надежность морских причалов и их реконструкция. М.: Транспорт, 1987. 224с.
149
Оглавление
Предисловие................................................................................................................... 3
Введение.......................................................................................................................... 4
Глава 1. Эволюция опорного хозяйства контактной сети........................................ 6
1. Эволюция конструктивных решений по опорам контактной сети..... 6
2. Развитие системы технического обслуживания опор контактной сети 16
Глава 2. Железобетонные опоры............................................................................... 20
1. Предварительные данные о железобетонных опорах контактной сети 20
1.1. Сущность железобетона как материала опор контактной сети..... 20
1.2. Цементный камень бетона и его свойства............................................. 21
1.3. Влияние заполнителя на свойства бетона............................................ 25
1.4. Контактный слой и его влияние на свойства бетона......................... 28
2. Основные положения технологии изготовления опор контактной сети 30
2.1. Сущность центрифугирования как способа уплотнения бетонной смеси 30
2.2. Состав и подвижность бетонной смеси для центрифугированных опор 31
2.3. Укладка и уплотнение бетонной смеси................................................. 32
2.4. Неоднородность распределения бетонной смеси при центрифугировании 34
2.5. Влияние коничности форм и режимов центрифугирования
на качество укладки и уплотнения бетонной смеси................................ 36
2.6. Влияние арматуры на процесс укладки и уплотнения бетона....... 40
2.7. Тепловлажностная обработка бетона опор......................................... 42
3. Прочность центрифугированного бетона и конструктивные особенности
центрифугированных опор.............................................................................. 43
3.1. Прочность центрифугированного бетона на сжатие........................ 43
3.2. Прочность центрифугированного бетона на растяжение................ 44
3.3. Особенности армирования центрифугированных опор контактной сети 45
3.4. Влияние предварительного напряжения арматуры на стойкость центрифугированных опор 47
Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор.................. 53
1. Температурно-влажностные воздействия на опоры в процессе эксплуатации 53
1.1. Виды температурных напряжений в опорах.................................................... 53
1.2. Температурные напряжения в опорах при периодических колебаниях температуры воздуха 54
1.3. Влияние солнечной радиации на температурные напряжения в опорах 57
1.4. Влияние тепловых ударов на стойкость бетона опор....................... 58
1.5. Влажностные напряжения в бетоне опор.............................................. 60
1.6. Влияние распределения температуры и влажности вдоль опор
на их напряженное состояние........................................................................ 64
1.7. Влияние предварительного обжатия бетона арматурой
на трещиностойкость опор.............................................................................. 65
2. Воздействие отрицательных температур на опоры контактной сети 69
2,1. Характер воздействия отрицательных температур на бетон............................ 69
150
2.2. Увлажнение и деформации центрифугированного бетона
при отрицательных температурах........................................................................... 71
2.3. Напряженное состояние центрифугированного бетона при замерзании 74
2.4. Механизм снижения прочности бетона в процессе эксплуатации. 76
3. Несущая способность опор с продольными трещинами..................... 79
3.1. Приближенная модель оценки изменения прочности бетона при появлении трещин 79
3.2. Несущая способность опор с одиночной продольной трещиной... 86
3.3. Несущая способность опор с сеткой трещин в сжатой зоне бетона 91
4. Коррозионная стойкость железобетонных опор и фундаментов....... 94
4.1. Изменение свойств арматуры и бетона при электрокоррозии......... 94
4.2. Развитие трещинообразования в бетоне при электрокоррозии арматуры ………………………………………………………………………….98
4.3. Сохранность защитных свойств бетона по отношению к арматуре 102
4.4. Влияние хлоридов на коррозионную стойкость арматуры опор. 104