Влияние тепловых ударов на стойкость бетона опор

Под влиянием выпадающих осадков и холодных ветров с повышен­ной скоростью происходит тепловой удар на поверхности опор, и на этом участке появляются значительные растягивающие напряжения (рис. 3.3). Как показывают расчеты, при разности температур поверхно­сти опор и осадков в 8 —10 °С величина поверхностных растягивающих напряжений может достигать величины

= 14-И8 МПа. Однако не­обходимо иметь в виду, что напря­жения такой величины в началь­ный период воздействия осадков и ветров действуют в относитель­но тонком слое бетона и не могут вызвать образования продольных трещин. Эти напряжения, скорее всего, ответственны за насыще­ние поверхностных слоев бетона микротрещинами и выветрива­ние поверхностных слоев бетона. Механизм поверхностного выве­тривания можно представить сле­дующим образом. Под действием солнечной радиации и вследствие различий в коэффициентах линей­ного температурного расширения цементного камня и крупного за­полнителя в тонкой защитной кор­ке цементного камня возникают сжимающие напряжения, а в кон­тактной зоне — растягивающие напряжения (рис. 3.4). Последние снижают прочность контактного слоя, и в нем постепенно при ци-

58

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

клических нагревах и охлаждениях появляется микротрешина. Затем при тепловом ударе осадков и холодных ветров в тонкой корке цемент­ного камня возникают растягивающие напряжения, которые приводят к образованию микротрещины по периметру цементной корки над за­полнителем, отслоению этого участка цементного камня и оголению крупного заполнителя (рис. 3.5). При увеличении продолжительности воздействия осадков и холодных ветров температура по толщине стенки постепенно выравнивается и одновременно уменьшаются действующие на поверхности опор растягивающие напряжения.

Такое же влияние на опоры, как и воздействие осадков и холодных ветров, оказывает движущийся подвижной состав. Его влияние заклю­чается в том, что при движении, особенно с большой скоростью, под­вижной состав обдувает поверхность опор и тем самым резко изменяет условия теплообмена опор со средой. При обдувании опор проходящим подвижным составом в значительной степени увеличивается коэффи­циент теплоотдачи бетона опор. Непосредственные измерения, расче­ты теплообмена различных конструкций показывают, что этот коэф­фициент в зависимости от скорости поездов увеличивается примерно в 10 - 20 раз. Такое увеличение существенно интенсифицирует процесс теплообмена опор со средой и приводит к возрастанию температурных перепадов по толщине стенки и, соответственно, к увеличению темпе­ратурных напряжений в бетоне. В частности, при отсутствии поездов и температуре поверхности опор, превышающей вследствие солнечной радиации температуру окружающей среды на 10 °С, перепад темпера­тур по толщине стенки составляет всего лишь около 2 °С. С повышени­ем коэффициента теплоотдачи, происходящего при движении поездов, отмеченная разность температур наружной и внутренней поверхностей непрерывно увеличивается. При увеличении этого коэффициента в 20 раз, что соответствует времени прохода поезда 4 мин, разность темпера­тур наружной и внутренней поверхностей достигает величины порядка 8 °С. Такой перепад температур влечет за собой появление на поверхно­сти опор дополнительных растягивающих напряжений величиной око­ло   = 0,25 МПа. При этом следует отметить, что изменение условий теплообмена и повышение растягивающих

напряжений проис­ходит на участке боковой поверх­ности опор, непосредственно вос­принимающей воздушный поток от поезда. На этом участке боко­вой поверхности опор из-за нали­чия отмеченных напряжений идет также более интенсивное насыщение бетона микротрещинами, что

59

Глава 3. Эксплуатационные воздействия и работоспособность опор

и подтверждается ультраз-вуковы­ми измерениями. Ультразвуковые измерения времени распростра­нения сигнала в бетоне на боко­вой поверхности опор со стороны движения поездов и с противопо­ложной стороны показывают, что время распространения ультразву­ка со стороны движущихся поездов в определенной степени превыша­ет время его распространения в бетоне

с противоположной сторо- стороны. Эта разность при измерениях на базе 150 мм достигает нескольких микросекунд, что соответственно может быть объяснено только более плотным насыщением микротрещинами отмеченного участка поверхности опор (рис. 3.6).