CC BY
12
УДК 621.332.3: 621.315.66
О. М. ПОЛЯХ (ДПТ)
ВИЗНАЧЕННЯ ВЕЛИЧИНИ В1ДСОТКА ВИНОСУ МЕТАЛА П1ДЗЕМН1Й ЧАСТИН1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ОПОР
Дослщження впливу виносу металу у pa3i електрокорозй' на частоту власних коливань залiзобетонних опор контактно! мереж! Отримаш зaлежностi, грaфiки та номограми.
Исследование влияния выноса металла при электрокоррозии на частоту собственных колебаний железобетонных опор контактной сети. Получены зависимости, графики и номограммы
Research of carrying out of metal on the frequency of own fluctuations of ferro-concrete supports of the catenary. Dependencies, charts and nomograms have been received.
На електрифшованих залiзницях, працюю-чих на постшному струм^ юнуе проблема ви-значення величини виносу метала у попере-дньо напружених центрифугованих залiзобе-тонних опорах контактно! мережь Арматура у таких конструкщях знаходиться тд шаром бетону, що ускладнюе, а у деяких випадках робить практично неможливим визначення виносу металу. Iснуючi методи дiагностики [1] мають ряд недолтв.
Вiзуальний метод. Потребуе встановлення тимчасових розтяжок. Важко визначити дефекти, у початковому перiодi електрично! корозi!, тому на практищ необхщно знайти яюсь iншi ознаки корозi! - наявнiсть глухого звуку тд час просту-кування, бурi плями на поверхнi бетону. Така ощнка дуже умовна, бо не дозволяе знайти винос металу на внутршшх частинах залiзобетонних опор. Суб'ективний характер вiзуального контролю залежить тiльки вiд професiйно! квалiфiка-цi! експерта, що може призвести до недооцiнки небезпеки подальшо! експлуатацп або передчас-но! замiни опори. Метод не дозволяе отримати кшьюсну оцiнку розвитку дефектiв, i е мютким як за часом, так i за працею.
1ндуктивний метод [2; 3]. Прилад складаеть-ся з трьох датчиюв, що е недолгом, крiм того достатньо висока похибка (10 %) i можливють неправдивих показникiв у разi непостшно! то-вщини захисного шару бетону та змщення арматурного каркаса, але найбiльший вплив здш-снюе наявнiсть монтажних кiлець та стрально! арматури. Прилад 1ДА-2 стiйко працюе лише при температурах вiд 0 до 30° С.
Недолгом ультразвукового методу [4] е не-обхщшсть безпосереднього доступу до поверх-ш бетону в пiдземнiй частинi. Не можна прово-дити вимiрювання в дощ i зимову пору року, метод не поширений на випадки ощнки несу-
чо! здатностi, коли !! зниження вiдбуваеться унаслiдок корози арматури конструкцi!. Необ-хiдно враховувати вщомосп додаткових об-стежень. Результати дослщжень залежать вiд суб'ективних якостей, уважност контролерiв, що ведуть шдрахунки.
Усi вищезгаданi методи потребують вщкопу-вання опор, як мiнiмум на один метр нижче рiвня грунту, що значно шдвищуе трудовитрати.
Електрохiмiчний метод оцiнки стану арматури без вщкопування опори, достатньо трудомют-кий, на нього впливають перешкоди зi сторони зовнiшнього електричного поля вщ блукаючих струмiв. Це призводить до високого рiвня перебраковки, ^м того, можливо пропустити небез-печнi опори у випадку повного руйнування арматури та втрати електричного зв'язку з арматурою в шдземнш частинi. Струм поляризаци значний i джерело поляризацi! мае велику ма-су (8... 10 кг), що незручно пiд час користування на перегонi. Нема можливостi дiагностувати опори, об'еднанi груповим заземленням.
Вiбрацiйний метод дiагностування мае ряд недолшв. Декримент коливань у великiй мiрi залежить вiд параметрiв грунту, способу закла-дення опори, вiдхилень технологи виготовлен-ня опори, якостi бетону. Пом^ний вплив вияв-ляеться лише при значному проявi процесу руйнування опори. Виникають труднощi з дiаг-ностикою опор iз жорсткою i гнучкою поперечинами. Суттевим недолгом е тривалiсть процесу збудження коливань у опор!
Враховуючи ус недолiки iснуючих методiв дiагностики для ршення питання визначення величини виносу метала у залiзобетонних опорах, приймаеться акустичний метод дiагности-ки. Техшчний стан опори, при цьому методi визначае власна частота коливань.
Якщо пружна система буде виведена з по-ложення рiвноваги яким-небудь iмпульсом i далi надана самiй соб^ то вона може робити лише цшком певнi перiодичнi коливання, частота яких залежить лише вщ пружностi i маси системи. Ц коливання називаються власними або вшьними коливаннями.
За розрахункову модель залiзобетонно! опори приймаемо балку з одним затисненим кш-цем, а другим вшьним (рис. 1).
Рис. 1. Розрахункова модель опори для визначення власно! частоти
Частота власних коливань [5] для такого випадку опорного закршлення знаходиться за формулою
.2
а
V = -
2п ^
EJ
mnl
4
(1)
де l - довжина опори; EJ - жорстюсть опори на згин; тп - погонна маса.
Величина а приймасться Í3 рiвняння частот. Для балки з одним затисненим кшцем рiвняння частот мае вигляд:
cha • cos а +1 = 0 . (2)
Вирiшуючи це рiвняння для нульово! та першо! гармонiки, маемо a0 =1,875, a1 = 4,6944. Щоб знайти а для i - i' гармошки потрiбно скористатися формулою:
а
= п • (i + 0,5),
(3)
де i - номер гармошки, i > 1.
Для кошчних залiзобетонних стояюв з на-пруженою та ненапруженою арматурою piв-няння для визначення власно' частоти для i -то' гармошки мае вигляд
а,
V = -
2п
E J
ср
тп1з
(4)
Погонна маса розраховуеться за формулою: т
тп =
l • g
(5)
де т - маса стояка, кг; g - прискорення вшьно-го падiння, см/с2; l - довжина опори, см.
Середньоарифметичний момент шерцп зна-ходиться
Jв + Jз
Jcp = 2
(6)
Де JE - зведений момент шерцп у вершинi опори; J^ - зведений момент шерцп у мющ жорсткого закрiплення.
Зведений момент шерцп для обох випадюв знаходиться:
J = П(d4 _ d4 )
пр " 64^ ПР в(н)/:
(7)
де dnp - зведений до площi бетону зовшшнш дiаметp розрахункового пеpеpiзу стояка, см; dE(H) - внутpiшнiй дiаметp розрахункового пе-
pеpiзу стояка, см.
Зведений дiаметp опори знаходимо так:
пр
(8)
де Апр - зведена площа розрахункового перер>
зу стояка, см2.
Зведена площа розрахункового пеpеpiзу стояка знаходиться
Ар = АЪ +("a _ 1)Aa +( _ 1)As , (9)
де na - вщношення модулiв пpужностi поздовжньо! не напружено! арматури та бетону; ns - вщ-ношення модулiв пpужностi поздовжньо! напружено! арматури та бетону; Аъ - площа розрахункового пеpеpiзу бетону, см2; Aa - площа пеpеpiзу поздовжньо! ненапружено! арматури, см2; As -площа пеpеpiзу напружено! арматури, см2;
Вщношення модулiв пpужностi поздовжньо! не напружено! арматури та бетону визначають:
Ea ЕЪ
(10)
де Еъ - зведений модуль пружносп бетону (для розрахунку модуль пружносп арматури приве-демо до бетону [7]); Jep - зведений середньоарифметичний момент шерцп; 1з - довжина опори до жорсткого закршлення в групп.
Вщношення модулiв пpужностi поздовжньо! напружено! арматури та бетону визначають:
Е
Еъ
(11)
п
na =
ns =
Визначення власно! частоти для еталонно! е визначення залежностi вiдсоткового виносу опори з напруженою арматурою (наприклад, для металу залiзобетонно! опори вiд власно! частоти. опори типу С136.6-1). Цшлю даного розрахунку Вихiднi данi для розрахунку наведет у табл. 1.
Таблиця 1
Bii\i.ini дан1
Назва одинищ Величина
Модуль пружносп бетону В 30, кг/см2 332 000,0
Модуль пружносп арматури ВР-II, кг/см2 1 800 000,0
Маса стояка, кг 2 100,0
Маса арматури, кг 65,0
Зовшшнш д1аметр опори в вершиш опори, см 29,0
Внутршнш д1аметр опори в вершиш опори, см 17,0
Зовшшнш д1аметр опори на р1вш жорсткого закршлення опори, см 45,2
Внутршнш д1аметр опори на р1вш жорсткого закршлення опори, см 33,2
Юльшсть стержшв арматури, од. 24,0
Д1аметр арматури, см 0,5
Висота опори, см 1360,0
Розрахунок починаемо з визначення висоти 1з. Як вiдомо, опора С 136.6-1 жорстко закрш-люеться на 1/3 закопано! довжини вщ рiвня грунту, тобто довжина опори до жорсткого за-крiплення складае:
1з = 960 + 400 •1 = 1093,3, см. з 3
Знайдемо вiдношення модулiв пружностi по-здовжньо! арматури та бетону за формулою (10)
1800000 332000
= 5,422.
A =
nd2
(12)
де ds - дiаметр одного стержня напружено! арматури, см; n - кшьюсть стержнiв арматури.
З урахування вщсоткового виносу металу з поперечного перерiзу арматури формула (12) прийме вигляд
л nds
As =—-n
(1 - k ),
(13)
де k - коефiцieнт, що характеризуе вiдсоток виносу металу.
Щцставляючи числовi дат, розрахуемо площу поперечного перерiзу арматури без впливу корозшно! дн:
Загальна площа поперечного перерiзу напружено! арматури розраховуеться за формулою
As =
п0,52
-• 24 = 4,71, см2
Тепер розрахунок птсщ поперечного перерiзу з урахуванням виносу металу зводимо в табл. 2.
Таблиця 2
Площi поперечного nepepiîy з урахуванням виносу металу
Показник
Вщсоток виносу метала k
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
Ap, см2 0,47 0,94 1,41 1,89 2,36 2,83 3,29 3,77 4,24 4,71
Примака. Максимальный винос металу у тдземнш частит складае 19 кг,
Знаходимо погонну масу стояка 2035+65
1360•981
= 0,001574, кг с/см2
Аналогiчно знаходимо погонну масу стояка, з урахуванням виносу метала i зводимо в табл. 3.
Розрахуемо зведену площу бетону (9), зведе-ний дiаметр (8) та зведений момент шерцл в вер-шинi опори без впливу корозiйно!' дi!:
na =
тп =
Апр = 660,52 + (5,422 -1)4,71 = 681,36, см2;
4-1625,4 _ ^пр = Х/-= 45,493 см,
4-681,36 „л лгл апр = х/-^ = 29,454, см;
Jв = —(29,4544 -174) = 32843,8, в 64 ^ >
4
см .
За аналопчними формулами розрахуемо зведену площу бетону, зведений дiаметр та зведений момент шерцп на рiвнi жорсткого за-крiплення опори без впливу корозшно! ди, а у табл. 4 заносимо результати розрахунку з ура-хуванням корози арматури
Апр = 1604,6 + (5,422 -1)4,71 = 1625,4 см2,
Jн = —(45,4934 - 33,24) = 150609,3 см4. н 64
Розрахуемо середньоарифметичний момент шерцп
32843,8 +150609,3 91726 _ 4
Jср =-= 91726,5 см .
ср 2
Значення Jср з врахуванням виносу металу
зводимо в табл. 5.
Розраховуемо власну частоту опори для а0 за формулою (4). Результати (з врахуванням виносу металу) приведемо в табл. 6.
Таблиця 3
к 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
тт кгс2/см2 0,00153 0,001535 0,00154 0,001545 0,00155 0,001555 0,001559 0,001564 0,001569 0,001574
Таблиця 4
к 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
Апр .™2 1606,7 1608,8 1610,9 1612,9 1615 1617,1 1619,2 1621,3 1623,4 1625,4
йПр, см 45,229 45,259 45,288 45,317 45,346 45,376 45,405 45,434 45,463 45,493
т 4 J н, см 145785,9 146319,1 146852,9 147387,5 147922,7 148458,7 148995,3 149532,6 150070,6 150609,3
Таблиця 5
к 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
4 ^, см 89314,85 89581,45 89848,35 90115,65 90383,25 90651,25 90919,55 91188,2 91457,2 91726,5
Таблиця 6
к 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
V , с-1 2,049 2,05 2,051 2,052 2,053 2,054 2,056 2,057 2,058 2,059
Для порiвняння, при аю , ^0 частота 1 275 с-1 а при а10, к09 частота 1 258 с-1, рiзниця складае 17 с-1.
Методом регресивного аналiзу з'ясуемо за-лежнiсть власно! частоти опори при а0 вiд виносу металу для опори С136.6-1.
( 2 V1 V
А =
1 У1
2 V2
2
3 ^
1
Л
(К^
В =
К
ЧК3 у
С = Л-7 - В.
Звiдси отримуемо залежшсть виносу металу вiд власно! частоти для опори
к = Л - V2 + В - V + С.
Висновок:
1. Дослщжена залежшсть виносу метала на власну частоту опори.
2. Визначеш регресивш рiвняння. Отриманi графши i номограми.
3. Запропонована методика визначення виносу метала на раншх стадiях розвитку еле-ктрокорозi!.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Сердинов С. М. Повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог. - М, Транспорт, 1985.
2. Вайнштейн А. Л. Коррозионные повреждения опор контактной сети / А. Л. Вайнштейн, А. В. Павлов. - М.: Транспорт, 1988.
3. Вайнштейн А. Л. Совершенствование методов оценки коррозионного состояния железобетонных опор. - М. 1990.
4. Указания по техническому обслуживанию опорных конструкций контактной сети К-146-96. -М.: Трансиздат, 1996.
5. Ананьев И. В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем. - М.: ОГИЗ, 1946.
6. Крылов Н. А. Радиотехнические методы контроля качества железобетона. Л, СИ, 1966.
7. СНИП 2.03.01.84.
Надшшла до редколегп 11.12.2006.
