Технология диагностики железобетонных опор

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