CC BY
47
УДК 621.332.3: 621.315.66
В. Г. КУЗНЕЦОВ, О. М. ПОЛЯХ (ДПТ)
ВИЗНАЧЕННЯ ФАКТОР1В, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ДОВГОВ1ЧН1СТЬ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ОПОР КОНТАКТНО1 МЕРЕЖ1
Визначено фактори, що впливають на довговiчнiсть залiзобетонних опор контактно! мереж!. Розрахова-но числовi характеристики товщини опор.
Определены факторы, которые воздействуют на долговечность железобетонных опор контактной сети. Рассчитаны числовые характеристики толщин стоек опор.
The authors determined the factors, which have impact teristics of thicknesses of concrete racks are counted.
На довговiчнiсть залiзобетонних опор контактно! мереж впливають багато факторiв на pi3H^ етапах: проектування, виготовлення, транспортування, монтажу та експлуатаци.
На етат проектування можуть виникнути помилки при розрахунку внаслщок неточно розробленого техшчного завдання або помилки самого проектувальника. Метою проектування опор контактно! мережi е розробка таких конс-трукцiй, виготовлення i експлуатащя яких здш-снювалась при найменших витратах i гаранто-ваному термiну службi. Рiшення цих задач рег-ламентуеться рядом нормативних документiв [1, 2, 3]. Однак, з часом умови експлуатаци опори можуть змшитися i не вщповщати iсну-ючим нормам i правилам проектування опор контактно! мереж для яких вони проектува-лись. Наприклад:
1) поряд з затзницею побудували завод по виробництву шюдливих речовин, якi впливають на корозда бетону i арматури;
2) в наслщок деяких причин шднявся рiвень грунтових вод i таким чином змiнився хiмiчний склад грунту в якому знаходиться шдземна час-тина опори, наприклад з нейтрального на агре-сивний;
3) при змш схеми живлення, або змiнi рiвня напруги для бiльш доцiльного живлення на д> лянцi опора може опинитися в аноднш або в знакозмшнш зонi;
4) при виходу з ладу пристро!в захисту вiд електрокорози та !х несвоечасному виявленнi i усуненнi;
5) на однiй з д^нок Приднiпровсько! затз-ницi експлуатувались опори без вентиляцiйних отворiв в нижнш частинi опори i виявити, хто винен виробник чи проектувальник не вдалося. Виправляв недолiк експлуатацiйник.
Щц час масово! електрифiкацi! було розроб-
on durability of contakt lines racks. The numeric charac-
лено та встановлено близько десятка рiзновидiв опор контактно! мереж [4], яю були з проекто-ваш на термiн служби близько сорока роюв. Од-нi рiзновиди опор зарекомендували себе з позитивно! сторони, iншi - практично ва були зам-ненi на новь На сьогодшшнш день термiн експлуатаци багатьох опор майже вичерпався. 1нженерний розрахунок лише дае гарантда про ненастання того чи шшого граничного стану при деякiй ймовiрностi. Але в процесi експлуатацi! деяю чинники можуть змiнюватися так, що це не можна врахувати шдчас проектування.
На сьогоднiшнiй день прийнят розрахунковi схеми залiзобетонних опор не вщповщають фактичному характеру руйнування. Наприклад, в розрахунках на прогин (вiдрив, утворення тр> щин) розрахунковий кут руйнування не вщпов> дае експериментальним даним. Щри розрахунках за похилими до поздовжньо! осi напружена роз-тягнута арматура не враховуеться, а в конструк-тивних вимогах вказуеться лише на необхщшсть !! анкерування. Вище зазначенi розрахунки не вiдтворюють реальну роботу опор та не дозво-ляють встановити !х фактичну, а не розрахунко-ву, несучу здатшсть, що необидна не лише для рацюнального конструювання, але й для встано-влення причин руйнування (пошкоджень) опор, що знаходяться в експлуатаци.
Вказаних недолшв можна уникнути, якщо розрахунки будуть базуватись на позищях ме-хашки крихкого руйнування з використанням тако! характеристики матерiалу, як в'язкiсть руйнування бетону. Iншi характеристики мате-рiалу пов'язанi з вище зазначеною; вибiр тiе! чи iншо! характеристики не мае принципового значення. В'язкiсть руйнування бетону зале-жить вiд багатьох факторiв. Цими факторами являються: склад бетону, його вш, технологiя виготовлення, температура, волопсть та iнше.
Анатз випадюв передчасного виходу зат-зобетонних опор з ладу, що зумовлеш помил-ками на етапi проектування свщчить про на-ступнi недолши:
- включення в проект шженерних рiшень без достатньо! перевiрки, що приводить до передчасного виходу з ладу опорних конструкцш та !х замш,
- невщповщтсть розрахунково! моделi дш-сним умовам роботи опор при експлуатацл, яю змiнились в наслщок непередбачених обставин.
Еташ виготовлення. На сьогоднiшнiй день опори контактно! мережi на територп Укра!ни виготовляються згiдно до мiждержавного стандарту [3] за робочою i технологiчною докумен-тацieю. За узгодженням з замовником дозволено виготовляти затзобетонш опори, якi в^^з-няються габаритними розмiрами i розмiрами окремих деталей опор. Кожен виробник розро-бляе сво! робочi креслення шд свою вже юную-чу технолопю. Аналiз параметрiв опор, що виготовляються провщними виробниками (зат-зобетонш центрифугованi з попередньо напру-женою арматурою опори, розрахованi на нормативний згинальний момент 80 кНм), по-казуе, що нормативнi значення показниюв в усiх виробникiв схожi i вiдповiдають нормати-вним вимогам. Але суттево вiдрiзняються пере-давальною мщшстю бетону, мiцнiстю бетону на стис в проектному вщ^ типом та кшьюстю застосовано! арматури на виготовлення арматурного каркасу. Крiм того, найбiльшi вщмш-ностi мiж стояками виявлеш в геометричних параметрах та конструктивних елементах, таких як: довжина стояка, дiаметр стояка в оголовку та комл^ наявшсть та розташування отворiв для встановлення закладних деталей, товщина внутрiшнього та зовшшнього захисного шару, матерiал та вид бетонно! заглушки [5]. Кожен виробник виршуе проблему якостi свое! про-дукцп рiзними шляхами. Виходячи з цього по-трiбно привести виробництво опор до единого стандарту по вшм показникам. При цьому, не-обхщно застосовувати новi технологи вироб-ництва, а також новi технологи контролю якос-тi на кожнш технологiчнiй операцн виготов-лення опор.
Зпдно до положень нормативно! докумен-тацп [6] виробник зобов'язаний виготовляти опори термшом служби 70 рокiв. А це в свою чергу вимагае вщ проектувальниюв i виробни-юв обгрунтованих рiшень, прийняття i застосу-вання нових технологiй та матерiалiв, нового обладнання для виробництва.
Одним з найважливiших факторiв на етапi
виготовлення опори е товщина стiнки опори. Вона нормуеться ДСТУ Б.В.2.6-21-2000 (ГОСТ 19330). На кафедрi «Електропостачання залiз-ниць» Д11Ту проведено аналiз дотримання ДСТУ. Допустимi границi товщини стiнки опори знаходяться в межах -5 ... +30 мм. вщ нормативно!.
Для аналiзу взята пария опор СК 13.6-02.8жд, що надiйшла в експлуатащю на Донецьку залiзницю i була вiдправлена Ми-ронiвським ЗАТ заводом-виробником «Бетон нова». Статистичнi даш опор наведенi у табл. 1.
Таблиця 1
Bii\i.ini дан1 для анал1зу показник1в над1йност1 опор
№ опори Товщина Ввдхи-ли ввд № опо ри Тов-щина В1дхи-ли ввд
стшок, норми, стшки, норми,
мм мм мм мм
1 60/60 +10/0 33 56/60 +6/0
2 51/54 +1/-6 34 54/55 +4/-5
3 57/60 +7/0 35 48/53 -2/-7
4 58/68 +8/+8 36 50/55 0/-5
5 50/53 0/-7 37 50/55 0/-5
6 50/55 0/-5 38 49/53 -1/-7
7 55/60 +5/0 39 50/55 0/-5
8 58/61 +8/+1 40 54/60 +4/0
9 60/60 +10/0 41 60/62 +10/+2
10 58/60 +8/0 42 49/53 -1/-7
11 54/60 +4/0 43 50/55 0/-5
12 50/60 0/0 44 49/53 -1/-7
13 55/60 +5/0 45 60/60 +10/0
14 54/60 +4/0 46 50/60 0/0
15 49/54 -1/-6 47 50/54 0/-6
16 50/60 0/0 48 50/56 0/-4
17 49/52 -1/-8 49 50/61 0/+1
18 56/60 +6/0 50 54/58 +4/-2
19 48/54 -2/-6 51 49/53 -1/-7
20 49/54 -1/-6 52 48/52 -2/-8
21 47/50 -3/-10 53 50/55 0/-5
22 49/55 -1/-5 54 48/59 -2/-1
23 54/60 +4/0 55 50/55 0/-5
24 60/62 +10/+2 56 48/55 -2/-5
25 60/60 +10/0 57 49/53 -1/-7
26 50/66 0/+6 58 51/55 +1/-5
27 48/52 -2/-8 59 56/60 +6/0
28 49/53 -1/-7 60 54/62 +4/+2
29 50/55 0/-5 61 60/62 +10/+2
30 50/55 0/-5 62 54/60 +4/0
31 55/58 +5/-2 63 50/54 0/-6
32 60/65 +10/+5 64 50/55 0/-5
Прим1тка. В чисельнику приведена товщина стшки опори у вершин1, в знаменнику товщина ст1-
нки опори основи.
Введемо позначення а - товщина стшки
опори, п - об'ем вибiрки (загальна кiлькiсть членiв варiацiйного ряду). Далi зведемо у ви-глядi варiацiйного ряду, а1,а2,а3,...,ai,...,ап i занесемо в табл. 2.
Таблиця 2 Ва|)1ацшммй ряд верхнiх товщин стшок опор
47 48 48 48 48 48 49 49 49 49
49 49 49 49 49 49 50 50 50 50
50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
50 50 50 50 50 51 51 54 54 54
54 54 54 54 54 55 55 55 56 56
56 57 58 58 58 60 60 60 60 60
60 60 60 60
к « 5 • lg п .
(1)
Да!
ап - а1 к
(2)
п* ^ 4
(3)
т„
i=1
д*
7=1
ш • 7
= 2 а 7 • р;
- т„
*2
п к
7=
с =>/ д
де а; - i -й член вaрiaцiйного ряду,
(4)
(5)
(6)
В данш стaттi приведено розрахунок для верхшх товщин стшок опори. Розiб'емо вaрia-цiйний ряд на к iнтервaлiв, визначимо границ та середини а, кожного штервалу. Результати
розрaхункiв занесемо в табл. 3.
Таблиця 3
Результати обробки вариантного ряду для верхшх товщин опор
Подшимо вaрiaцiйний ряд на к iнтервaлiв за формулою
Довжина iнтервaлiв (Да) вибираеться по-стiйною.
В цьому випадку:
В кожному iнтервaлi повинно бути не мен-ше 4-5 значень, тобто повинна виконуватись умова
1нтервал Л1ва границя штер-валу, мм Права границя ш-тервалу, мм л а в р е тм .3 ^ § й в о « ул а в р е .3 | л на и д е р е о * п; * Р*
1 47 48,5 1,5 47,75 6 0,0938
2 48,5 50 1,5 49,25 10 0,4531
3 50 54,5 4,5 52,25 10 0,1563
4 54,5 56 1,5 55,25 6 0,0938
5 56 59 3 57,5 4 0,0625
6 59 60,5 1,5 59,75 9 0,1406
де п; - кшьюсть значень товщин стшок в ; -му iнтервaлi.
Ощнки математичного очшування, дисперси та середньоквадратичного ввдхилення знахо-дяться за спрощеними формулами (7):
5езультат розрахунюв за формулами (4)-(7) наступний т* = 52,133; Д* = 16,439; с*а = 4,055; Кв = 0,078; 5 = 0,953.
Розрахунок статистичних диференцшно! та штегрально! функцiй розподшення тов-щини стiнок опор.
Функщя щiльностi iмовiрностi випадково! величини визначаеться за формулою
Р
/ Ч) = Д~
' Да;
(8)
Функцiя розподiлу випадково! величини являеться iнтегрaльним законом И розподь лення i знаходиться за формулою
р ) =2 р;. /=1
(9)
Результати розрaхункiв занесемо в табл. 4.
* п,
г>* ; ...
Р, =— - статистична iмовiрнiсть знахо-
п
дження випадково! величини в ;-му штерваль
Коефiцiент вaрiaцi! товщини стшки визначаеться за формулою
с
V — : Кв = —
т„
Таблиця 4
Статистичш функцюнальш характеристики товщин ст1нок опор
Для верхшх товщин Для нижшх товщин
л стшок стшок
а в р е м * Р* Аа}-мм * / (а1) 1/мм * Р (а * Р Аа}-мм * f ( а]) 1/мм * Р (а
1 0,093 1,5 0,062 0,093 0,062 4 0,031 0,062
2 0,451 1,5 0,302 0,546 0,218 2 0,109 0,281
3 0,156 4,5 0,034 0,703 0,234 2 0,117 0,515
4 0,093 1,5 0,062 0,797 0,343 4 0,086 0,859
5 0,062 3 0,020 0,859 0,140 6 0,017 1
6 0,140 1,5 0,093 1
цiональних характеристик верхшх та нижнiх товщин стiнок опор представлеш у табл. 5.
Таблиця 5
Розрахунок теоретичних функцюнальних характеристик товщин стшок опор
ул а в р е Для верхшх товщин стшок Для нижшх товщин стшок
№ f (а) 1/мм Р (а) мм Р(а) f (а) 1/мм Р (а) мм Р(а)
1 0,0549 0,1195 0,8805 0,0624 0,0624 0,9376
2 0,0764 0,2132 0,7868 0,1501 0,1501 0,8499
3 0,0984 0,4027 0,5973 0,2945 0,2945 0,7055
4 0,0732 0,7704 0,2296 0,5817 0,5817 0,4183
5 0,041 0,9057 0,0943 0,9554 0,9554 0,0446
6 0,0168 0,9708 0,0292
Рис. 1. Диференщальна функц1я розподшу нижшх товщин стшок опор
0,12 0,10 0,03 . 0,Ой 0,04 0,02 0
\
Ъ N.
* Г \
1нтерьал
Рис. 3. Теоретична диференцшна функщя розподшу верхшх товщин стшок опор
Рис. 2. 1нтегральна функц1я статистичного розподшу нижшх товщин стшок опор
При розрахунку теоретичних функцюнальних характеристик товщин стшок опори. Висуваемо гшотезу, що закон розподшу нормальний. Користуючись (7) розраховано функцюнальш теоретичш характеристики товщини стшок опор.
Результати розрахунюв теоретичних функ-
Рис. 4. 1нтегральна функщя теоретичного розподшу нижшх товщин стшок опор
Перевiрка правдоподiбностi гшотези про вид закону розподшення за допомогою критерiю Шрсона
Розходження мiж теоретичним та статистич-ним розподiленням знаходиться за формулою (7)
2 - 2 к (р* - Р.)
Хр2озр = 2 =и• 2/ р1} ■ (Ю)
к 1-1
формулою (7)
1=1
1
Результати розрахункiв представлен! в табл. 6, 7.
Таблиця 6
Значення X. для iнтервалiв розбиття
1нтервал Для верхшх товщин стшок
р; Р1 Р - Р1 ( р* - Р )2 X.2
1 0,093 0,119 -0,026 0,001 0,006
2 0,453 0,093 0,359 0,129 1,378
3 0,156 0,189 -0,033 0,001 0,006
4 0,093 0,367 -0,274 0,075 0,204
5 0,062 0,135 -0,073 0,005 0,039
6 0,140 0,065 0,075 0,075 0,088
2 к 2 Г2 - 2 У Л розр *-1У1 1,721
X 2 крит 6,25
Таблиця 7
Значення X1 для iнтервалiв розбиття
1нтервал Для нижшх товщин стшок
Р* Р1 Р - Р (Р* - р. )2 X.?
1 0,062 0,062 0 0 0
2 0,218 0,087 0,131 0,017 0,196
3 0,234 0,144 0,09 0,008 0,056
4 0,343 0,287 0,056 0,003 0,011
5 0,140 0,373 -0,233 0,054 0,145
2 к 2 У 2 =2 У 2 У розр *-1 У1 0,408
X 2 крит ¡а кшьюстю ступешв свободи з! 4,61 аходи-
мо критичне значення X2 [7]:
Крит I
X Крит = 6,25
°скшьки хр2озр < ХКрит:
, то можна зробити
висновок, що статистична шформащя не заперечуе гшотез! про прийнятий закон розподшення.
Розрахунок дов1рчих границь для параметр1в нормального розподшення
Для визначення допустимого штервалу не-обхщно задатися допустимою в!ропдшстю Р, яку в техшчних розрахунках приймають ¿з ряду 0,8; 0,9; 0,95.
Число ступешв свободи визначаеться за
V = п -1,
(11)
де п - об'ем виб1рки.
Допустимий штервал для математичного очшування товщини стшок опори визначаеться за формулою (7):
* *
т*а - < та < + Н^ . (12)
-у/п л/п
Приймаемо Р = 0,9. Число ступешв свободи V = 64 -1 = 63 .
Знаючи допустиму в1ропдшсть та число ступешв свободи можна знайти значення кванти розподшення Стьюдента: = 1,645 .
Допустим! границ! для середньоквадрати-чного вщхилення дор!внюють:
(п -1)
X,
2 <СТа <СТа
а 2
(п -1)
X,
(13)
1-а 2
2 2 ..... де Xа 2, Xl-а| 2 - критер1! в1дпов1дност1 П1-
„ и а а
рсона для 1мов1рностей Р - — та Р - 1 - — по
числу ступен!в свободи V . Тут а = 1 -р = 1 - 0,9 = 0,1. Тод!
Р - = 0,05 та Р - 1 - — = 0,95. 2 2
Значення критер!ю в!дпов!дност! П!рсона
знаходиться за формулою [7]:
X2 = 2.(2•V-1 + ир)2, (14)
де ир - значення аргументу. Для !мов!рнос-
а а .
т1 Р - — та Р - 1--визначаються вщповщ-
22
ш !м значення функц!! !нтегралу Лапласа а поим знаходяться вщповщш значення аргументу.
Тод! ир - иау2 = 1,645 та
ир - и1-а2 =-1,645. Визначимо значення
критерпв П!рсона:
К
Xа 2 =■
63 -1 +1,645) = 82,245
)
^-а, 2 = 2 • (2-63 -1 -1,645)2 = 45,461.
Остаточш результати будуть наступними: 51,299 < та < 52,967,
3,549 <оа <4,773.
Аналопчт розрахунки проведет також для аналiзу нижнiх товщин стiнок опори, результа-ти розрахунюв наведенi в табл. 8.
Таблиця 8
Результата розрахуншв для верхшх та нижнiх товщин стiнок залiзобетонних опор
Товщини стшок
та
К*
*
Кв
5 , %
м Матема-
м тичне
'3 оч1ку-
и н вання
а р г Середньо
квадра-
'« о Д тичного в1дхи-лення
Верхш
52,13
16,44
4,055
0,078
0,953
51,3 < та < 52,9
55,8 < та < 57,3
Нижш
56,61
13,77
3,711
0,066
1,092
3,55 <ст <4,77
3,25 <ст <4,37
Висновки:
1. Проаналiзовано фактори, що впливають на довговiчнiсть залiзобетонних опор контактно! мереж1.
2. Розраховано числовi та функцiональнi характеристики товщини стшок опор для партi! опор.
3. Встановлено довiрчi iнтервали для мате-матичного очiкування та для середньоквадра-тичного вiдхилення товщини стшок опор. 51,29 < та < 52,96 мм 3,55 <оа <4,77 мм при Р = 0,9.
4. Визначено, що товщина стiнок опор роз-подiлена за нормальним законом.
5. На експлуатащю надiйшло 20 % опор, що не вщповщають ДСТУ по товщинi стiнок опор.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
1. Нормы проектирования конструкций контактной сети ВСН 141-84. Минтрансстрой. Москва 1985.
2. СНиП 2.03.01-84.
3. ДСТУ Б В.2.6-21-200 Опори зал1зобетонщ для опор контактно! мережi зал1зниць. Техшчщ умови. - К., 2000. - 25 с. (ГОСТ 19330 - 99).
4. Подольський В. И. Эволюция опорного хозяйства контактной сети электрифицированных железных дорог. Сборник докладов научно-практической конференции «Электрификация -основа технического перевооружения железнодорожного транспорта. Электрификация-75». -М.: Интекст, 2004. - С. 100-104.
5. 5. Сиченко В. Г. Техшчш характеристики опор для опор контактно! мережа: анал1з та вимоги / В. Г. Сиченко, В. А. Савченко, Д. Ю. Колесник // Сб. докладов науч.-практ. конфер.
6. Технчна вказ1вка в1д 25.12.2001 р. № ЦЕТ-1-01 «Про застосування опор контактно! мереж! 1з змшаним армуванням» // Зб. техн. вказ1вок та техн. шформацп по господарству електрифжа-ци та електропостачання. - К., Укрзал1зниця.-2003. - С. 30-31.
7. Вентцель Е. С. Теория вероятностей - М.: Наука, 1964 - 576 с.
8. Анал1з роботи електрифжаци та електропостачання в 2005 рощ. - К., 2006.
9. Правила улаштування та техшчного обслугову-вання контактно! мереж! електриф1кованих за-л1зниць № ЦШЕ0Т-0005. - К. 1998 р.
10. Вказ1вки Главку № ЦЕТ-6-03 в1д 22. 12. 02.
11. Кудрявцев А. А. Проблемы долговечности опо-рних конструкций контактной сети. Электрификация и развитие железнодорожного транспорта России. Традиции, современость, перспективы: Тезисы докладов на международном симпозиуме «ЕИгаш-2001», СПб, 23-26 окт., -СПб: ПГУПС. 2001. С. 90-91. Рус. ЯИ.
Надшшла до редакци 15.07.2007.
