CC BY
54
УДК 624.21.012.45
А. В. ГАРМАШ, В. I. СОЛОМКА, О. В. ГОРБОВА (ДПТ))
ОЦ1НЮВАННЯ ТЕХН1ЧНОГО СТАНУ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ЗАЛ1ЗНИЧНИХ МОСТ1В
У CTarri розглядаються методи оцiнювання техшчного стану з^зобетонних залiзничних моспв: метод класифшаци, бально! оцiнки та метод теори ймовiрностi. Для отримання максимально точно! оцшки запро-поновано використовувати комплексний шдхвд, що включае в себе Bci три методи.
Ключовi слова: техшчний стан, надiйнiсть, дефектнiсть, ввдмова, прогонова будова
В статье рассматриваются методы оценки технического состояния железобетонных железнодорожных мостов: метод классификации, бальной оценки и метод теории вероятности. Для получения максимально точной оценки предложено применять комплексный подход, который включает в себя все три метода.
Ключевые слова: техническое состояние, надежность, дефектность, отказ, пролетное строение
Methods of technical state estimation, such as method of classification, mark estimation and law of probability method, are considering in this article. In order to receive maximal precise estimation it is proposed to use the complex way, which includes all three methods.
Keywords: technical estimation, reliability, presence of defects, superstructure
Постановка проблеми
Переважна кшьюсть моспв, що експлуату-ються на з^зницях Укра!ни, е залiзобетонни-ми. З практичного досвщу можна вщзначити шдвищення надшност i подовження довговiч-ностi мостiв завдяки своечасно виконанш оцш-цi техшчного стану та проведеним ремонтним роботам. Вартють цих робiт значно нижча вiд вартостi робiт з каштального ремонту чи замiни прогонових будов моста, тому науково обгрун-тована оцшка технiчного стану та прогнозуван-ня поведiнки споруди в довгостроковш перспе-ктивi упродовж всього життевого циклу моста може гарантувати ютотну економiю витрат на утримання i експлуатацiю.
На даний час бшьша частина залiзобетонних балкових залiзничних моспв досягла вiку бли-зького до вичерпання фiзичноi або морально! довговiчностi. Встановлено, що бiльш впливо-вим на техшчний стан споруди е фактор поточного утримання. Тобто через неефективну дiя-льшсть людей знижуються експлуатацiйнi характеристики споруд, скорочуеться строк !х служби та зменшуеться надiйнiсть всiеi конс-трукци. Для того щоб пiдтримувати споруди у належному станi необхiднi своечасш мiри по !х ремонту та експлуатаци, а також наявнiсть ке-рiвництва по оцiнцi !х техшчного стану. Щоб отримати реальну ощнку технiчного стану не-обхiдно володгги вичерпною iнформацiею про конструктивнi та експлуатацшш характеристики споруд, що знаходяться в експлуатаци.
Проблема оцшки техшчного стану набула значно! актуальносп через необхщшсть вико-нання науково обгрунтованих ремонтних робiт при обмеженому !х фiнансуваннi.
Постановка завдання
Метою дослщження е визначення дiйсного техшчного стану залiзобетонних балкових прогонових будов залiзничних мостiв за допомо-гою комплексного пiдходу. Порiвняння резуль-татiв, отриманих рiзними методами. Визначення надшност споруд та прогнозування !х пове-дiнки у чась
Виклад основного матерiалу дослiджень
На основi [1] та фактичних даних, отрима-них з карток штучних споруд, виконавчих кре-слень i звiтiв про суцшьш огляди, методом кла-сифшаци виконано визначення фактично! ван-тажошдйомносп залiзобетонних балкових по-передньо напружених прогонових будов двох мостiв, що експлуатуються на Приднiпровськiй залiзницi.
При визначенш вантажопiдйомностi балкових залiзобетонних прогонових будов врахо-вуються таю показники:
- фактична мщшсть бетону та арматурно! сталi, з яких виготовлена прогонова будова;
- фiзичний стан (наявнiсть дефектiв, по-шкоджень, що з'явилися у процесi експлуатаци; вплив атмосферних опадiв, шших факторiв, що знижують вантажопiдйомнiсть будови);
© Гармаш А. В., Соломка В. I., Горбова О. В., 2011
33
- фактична товщина шару баласту шд шпалою на прогоновш будовi;
- поведшка прогонових будов пiд час проходження по!здiв;
- якiсть заводського виготовлення i монтажу прогонових будов, а також !х шдсилення або ремонту;
- фактичне змiщення осi коли вщносно осi прогоново! будови;
- конструкщя прогоново! будови i окре-мих 11 деталей.
Визначення вантажошдйомносп залiзобе-тонних балкових прогонових будов методом класифшаци здiйснюeться за граничними станами першо! групи на мщшсть та витривалiсть, а також у разi потреби за граничними станами друго! групи на трщиностшюсть.
Принцип перерахунку прогоново! будови методом класифшаци полягае в тому, що для кожного !! елемента визначають максимальну iнтенсивнiсть тимчасового рiвномiрно розпод> леного навантаження, яке не викликае виник-нення граничного стану за нормально! експлуа-тацi! споруди. Iнтенсивнiсть навантаження, розрахована таким чином, у подальшому нази-ваеться допустимим тимчасовим навантажен-ням.
Допустиме тимчасове навантаження к ви-значають у одиницях еталонного навантаження ке( з урахуванням вiдповiдного динамiчного
коефiцiента (1 + ц). Кiлькiсть одиниць еталон-
ного навантаження i е класом елемента прогоново! будови за вантажошдйомшстю i визнача-еться за формулою:
К =
ук
К (1+ц)
Значення к та к^ обчислюють для однiе! i тiе! ж лшп впливу в залежностi вiд !! довжини X та положення вершини а .
За клас прогоново! будови приймаеться най-менший iз класiв !! елементiв.
Порiвняння класу К будь-якого елемента прогоново! будови за мщшстю з вщповщним класом рухомого складу К0 [2], який оберта-еться на дiлянцi або плануеться до введення в обертання, дозволяе зробити висновки про те, чи задовольняе це навантаження даний елемент або вся прогонова будова в щлому за своею розрахунковою несучою здатнiстю.
В данiй роботi виконано визначення вантажошдйомносп методом класифшаци для двох мостiв з залiзобетонними балковими попере-
дньо напруженими прогоновими будовами по-вною довжиною 16,5 м i 23,6 м.
Для прогонових будов довжиною 16,5 м отримане допустиме вертикальне навантаження становить 249,9 кН/м. Клас прогоново! будови - 8,87.
Для прогонових будов довжиною 23,6 м -227,0 кН/м. Клас прогоново! будови - 8,47.
Е^валентне навантаження вщ електровозiв сери ВЛ8, що обертаються на дшянщ, стано-вить:
для прогоново! будови довжиною 16,5 м -74,646 кН/м. Клас навантаження - 3,82.
для прогоново! будови довжиною 23,6 м -80,575 кН/м. Клас навантаження - 4,15.
При порiвняннi клашв умова К0 < К вико-нуеться i пропуск рухомого складу можливий без обмеження по швидкосп.
Другий метод, що застосовувався для оцшки технiчного стану розглядуваних споруд це метод бально! оцшки [3]. Цей метод вщноситься до експертних, коли ощнка технiчного стану виконуеться на основi вiзуального огляду.
В даному методi враховуються тiльки дефе-кти i пошкодження споруди, тому метод може слугувати для попереднього ощнювання i по-требуе уточнення.
У данш роботi для двох обраних моспв при оцiнцi технiчного стану методом бально! оцшки використовуються результати останшх су-цiльних оглядiв. Останнш огляд мосту №1 був проведений у 2006 рощ, а мосту №2 - у 2005 рощ. У звгах наведеш наявш дефекти та пошкодження у табличнш форм^ е фотографi! та есюзи цих дефектiв, а також наведеш рекомен-дацi! щодо строкiв та способу !х усунення.
За результатами останшх обстежень отри-манi наступш оцiнки:
- бальна оцiнка стану для всього мосту №1: КЙ6М = 2,78 (задовшьно);
- бальна ощнка стану для прогонових будов мосту №1: КЙ6М = 3,98 (добре);
- бальна ощнка стану для мосту №2: КЙ(Ж = 2 (незадовшьно);
- бальна ощнка стану для прогонових будов мосту №2: КЙ6М = 2 незадовшьно)
У першому випадку ощнка прогоново! будови вища за ощнку всього мосту, а в другому випадку оцшки не вiдрiзняються. Для першого мосту прогонова будова перебувае у доброму сташ, а при врахуванш дефектов ушх елеменпв мосту бальна оцiнка для споруди знижуеться через наявнiсть елеменпв у гiршому станi.
Для другого мосту бальна ощнка прогоново! будови визначае бальну оцiнку вше! споруди.
Трепм методом, що застосовуеться для ощ-нки технiчного стану затзобетонних балочних попередньо напружених прогонових будов е метод теори ймовiрностi [4, 5]. Для цього на основi зiбраноl шформаци, взято! iз звiтiв су-цiльних обстежень та ремонпв споруд за рiзнi роки, починаючи з моменту вводу споруди в експлуатащю i до тепершнього часу, методами теори ймовiрностi визначаеться iнтенсивнiсть вiдмов, ймовiрнiсть знаходження споруди в бездефектному сташ та ймовiрнiсть появи рiз-них груп дефекпв. Усi ймовiрностi представле-нi у виглядi графiкiв ймовiрностей як функцш часу.
На основi даних про дефекти складаеться часова дiаграма стану прогонових будов. Вид> ляеться два стани споруд: дефектний (коли на прогонових будовах моста зафшсовано один або декшька дефекпв) та бездефектний (коли на прогонових будовах моста наявшсть дефекта не зафшсована). Розрахунок ймовiрностi появи дефектiв та переходу в шший дефектний стан розраховуеться на основi iнтенсивностi вщмов (X). Iнтенсивнiсть вщмов знаходиться у межах вiд 0 до 1.
При розглядi груп дефекпв визначенi 15 станiв дефектносп для групи споруд iз двох моспв. Стан споруди, коли одночасно зафшсо-вана наявнiсть декiлькох груп дефекпв, позна-чаеться через Xi, ймовiрнiсть появи дефектiв одше! групи в рiзних станах позначаеться через Qi. При цьому бездефектний стан споруди позначаеться через Х2. Стан споруд (Х{) складаеться з груп дефекпв та !х комбшацш.
Для вiдображення зв'язкiв мiж станами споруд будуються структуры схеми. Структурнi схеми представленi у виглядi графiв (рис. 1 i 2).
25
Рис. 2. Граф переходу i3 стану в стан для прогонових будов мосту №2.
Для визначення в!ропдносн знаходження споруд в бездефектному сташ (X2) та сташ дефектносп (X3...X14) складаються диференцшш р1вняння:
— = g Vr( , де j =n •
Р1вняння виршеш за допомогою комп'ютерно! програми Maple V Release 4.
Одержан1 результати представлен! в вигщщ графшв ймов1рност1 одночасно! появи р1зних груп дефекпв (рис. 3 i 4), тобто сташв моспв
( x )
Рис. 1. Граф переходу iз стану в стан для прогонових будов мосту №1
Рис. 3. Граф1к ймов1рносп знаходження прогонових будов мосту №1 у бездефектному сташ
З графшв ймовiрностi знаходження споруди в бездефектному сташ графiчним методом для кожного з моспв визначаеться ймовiрнiсть появи дефекпв (вщмови).
Рис. 4. Графш ймовiрностi знаходження прогонових будов мосту №2 в бездефектному сташ.
Для першого мосту - 0,005.
Для другого мосту - 0,011.
За формулою Ру = 1 - Ру , згщно [6], визна-чаеться показник надшност для обох моспв.
Для першого мосту: Р^ = 1 - 0,005 = 0,995 .
Для другого мосту: Р^ = 1 - 0,011 = 0,989 .
Отримаш показники надшност вщповща-ють наступним експлуатацшним станам.
Для першого мосту: «Працездатний».
Для другого мосту: «Обмежено працездатний».
На основ! розрахунюв встановлено, що ме-тоди бально! ощнки та теорп ймов!рносп дають схожi результати, як вщр!зняються вщ результат методу класифшаци. Якщо в перших двох методах враховуються вс наявш на споруд! дефекти, то в метод! класифшаци тшьки дефек-ти, що знижують вантажошдйомшсть: трщини в нижньому пояс!, похил1 трщини у вертикаль-них стшках, трщини, що вщдшяють плиту вщ ребра, пошкодження арматури. При розрахун-ках прогонових будов методом класифшацп визначаються внутршш сили, а методи бально! ощнки та теори ймов1рност1 робляться тшьки на основ! в1зуальних обстежень та випробу-вань. Отже комплексне застосування цих мето-д1в е одним ¿з способ1в визначення правильно! ощнки техшчного стану зал1зобетонних зал1з-ничних моспв.
Висновки
На основ! пор1внянь отриманих результапв розрахунюв можна зробити висновок, що окре-мо жоден з використаних метод1в не дае чггко! вщповщ на основне питання ще! роботи. Недолгом кожного методу е використання у роз-рахунках ¿деал1зованих та спрощених моделей,
у яких не можливе урахування вс1х ддачих на конструкщю силових фактор1в, дефекпв та по-шкоджень. Проте можна сказати, що вс юную-ч! методи з ощнки техшчного стану е ефектив-ною базою для розробки бшьш досконалого способу визначення стану споруд.
Розробка ! впровадження комплексного методу ощнки техшчного стану моспв, що знахо-дяться в експлуатацп, дозволить отримувати р1зносторонню ! ч1тку картину про стан обрано! споруди. Розвиток комплексного тдходу в по-дальшому дасть можливють для створення на-станов з ощнювання ! прогнозування техшчно-го стану зал1зничних моспв, що будуть мютити обов'язков! норми та регламентован! положен-ня з даного питання. Це дозволить пришвидши-ти строки ощнювання, полшшити яюсть ! точ-шсть ощнювання, робити бшьш вщповщш р> шення в плануванн! ремонтних робгг та утри-мання споруд взагал!, визначати найбшьш прюритетш напрямки спрямування кошнв та способи !х економи.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Правила визначення вантажошдйомносп балко-вих залiзобетонних прогонових будов залiзнич-них мостiв [Текст] / В.1. Борщов та ш. - Д.: Вид-во Днiпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна, 2003. - 404 с.
2. 1нструкщя з визначення умов пропуску рухомо-го складу по металевих та залiзобетонних залiз-ничних мостах [Текст]: ЦП-0093: затвердж. Наказом Укрзалiзницi № 354-Ц ввд 10.06.2002. -К.: Головн. управл. Колiйного госп-ва Укрзаль знищ, 2002. - 301 с.
3. Положение по оценке состояния и содержания искусственных сооружений на железных дорогах Союза ССР [Текст]: главн. управл. пути МПС СССР. - М.: Транспорт, 1991. - 28 с.
4. 4. Соломка В.1. Експлуатацшна надшнють бало-чних залiзобетонних прогонових споруд залiз-ничних мостiв. Дншропетровськ, 2003.
5. Соломка, В. И., Горобец, В. Л., Борщов, В. И. Оценка технического состояния железобетонных пролетных строений мостов и определение объема и структуры их текущего содержания [Текст] / В. И. Соломка, В. Л. Горобец, В. И. Борщов // Вюник Дшпропетр. нац. унту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - 2005. - Вип. 6. -Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2005. - С. 180-186.
6. ДсТУ-Н Б В.2.3-23:2009. Настанова з ощнювання i прогнозування техшчного стану автодо-рожшх мостiв. - К.: 2009.
Надшшла до редколег!!' 20.05.2011.
Прийнята до друку 27.05.2011.
