Пояснительная записка (Анализ причин преждевременного снижения несущей способности железобетонных опор контактной сети в условиях резкоконтинентального климата), страница 9

1 – ультразвуковой тестер УК 1401; 2 – датчик излучающий ультразвуковую волну; 3 – датчик принимающий отраженную ультразвуковую волну; 4 – трещины; 5 – тело стойки; 6 – путь прохождения ультразвуковых волн между ультразвуковыми преобразователями.

Рисунок 6.1 – Прозвучивание между трещинами прибором УК1401

Ультразвуковой метод применим для оценки прочности бетона и несущей способности эксплуатируемых центрифугированных опор контактной сети.

Основным преимуществом средств неразрушающего контроля, основанных на использовании ультразвуковых методов оценки прочности бетона, является существование устойчивой зависимости параметров распространения ультразвуковых колебаний в бетоне от состояния его структуры, наличия и накопления в нём тех или иных дефектов и повреждений. Возникновение в структуре бетона любых дефектов, уменьшающих его прочность, соответствующим образом изменяет скорость и время распространения ультразвука в бетоне.

Ультразвуковой метод не распространяется на случаи оценки несущей способности, когда снижение несущей способности стоек происходит вследствие коррозии арматуры конструкций.

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. При отсутствии повреждений в бетоне для обследуемой группы опор данный метод позволяет пер­вично оценить качество и прочность бетона.

– П2, являющийся основным и, как бы­ло указано, представляющий собой отно­шение времени распространения ультра­звука поперек опоры ко времени его рас­пространения вдоль опоры.

Он характеризует объем повреждений в кон­кретной области. Вследствие того, что он является величиной относительной, исключается влияние температуры и влаж­ности бетона при проведении измере­ний. Физически показатель П2 характеризует степень насыщения бетона микроповреждениями и является основным при оценке состояния стоек и их отбраковке.

– ПЗ, представляющий собой время рас­пространения переднего фронта ультра­звуковой волны и определяемый от места с нулевой амплитудой до места пикового значения первой волны.

Этот показатель важен с точки зрения оценки состояния структуры бетона. Он позволяет также выявлять причины возникновения значительных величин показателя П1. При наличии микротрещин в бетоне время переднего фронта значительно возрастает.

Показатели П1 и П2 при оценке прочности бетона и несущей способности опор применяются совместно.

Помимо прибора УК-1401 существует ряд устройств для измерения прочности бетона. К ним можно отнести УКС-МГ4, ПУЛЬСАР-2.1, ПУЛЬСАР-2М.

Тестер бетона УКС-МГ4 предназначен для контроля дефектов, определения прочности бетона в сборных и монолитных бетонных и железобетонных изделиях и конструкциях на основе измерения времени распространения импульсных ультразвуковых колебаний. При работе с УКС-МГ4 используется поверхностный метод прозвучивания.

Основными функциями данного прибора являются:

• Измерение времени и скорости распространения ультразвука в материалах при сквозном и поверхностном прозвучивании;

• Возможность установки индивидуальных градуировок для различных видов материалов;

• Определение глубины трещин;

• Поиск дефектов по аномальному уменьшению скорости распространения ультразвука;

• Передача информации, полученной в результате измерений, на ПК.

Электронный блок прибора совмещен с преобразователями для поверхностного прозвучивания, что обеспечивает удобство в работе, малые габариты и вес. Внешний вид ультразвукового тестера бетона УКС-МГ4 приведен на рисунке 6.2.

Принцип действия приборов основан на измерении времени распространения ультразвуковых колебаний в твердых материалах при сквозном и поверхностном прозвучивании на установленной базе прозвучивания. Возбуждение УЗК в исследуемом материале производится при помощи импульсных излучающих пьезоэлектрических преобразователей, работающих на резонансной частоте. Регистрация, прошедшего через исследуемый материал импульса УЗК, и преобразование его в электрический сигнал осуществляется приемными ПЭП. По известной базе прозвучивания рассчитывается скорость распространения УЗК в исследуемом материале, а по предварительно установленной градуировочной зависимости его прочность.

Рисунок 6.2 – Ультразвуковой тестер

бетона УКС-МГ4

Еще одним прибором для определения прочности бетона является ультразвуковой прибор для контроля прочности ПУЛЬСАР-2.1 и его модификации. Общий вид прибора приведен на рисунке 6.3.

Измеритель времени и скорости распространения ультразвука ПУЛЬСАР-2 предназначен для оценки свойств и дефектоскопии твердых материалов по времени и скорости распространения, принимаемых ультразвуковых импульсов при поверхностном и сквозном прозвучивании.

Прибор позволяет выявлять дефекты, определять прочность, плотность и модуль упругости материалов, а также звуковой индекс абразивов по предварительно установленным градуировочным зависимостям данных параметров от скорости распространения ультразвуковых импульсов.

а )

б)

Рисунок 6.3 – Ультразвуковой прибор для контроля

прочности ПУЛЬСАР-2: а – модификация ПУЛЬСАР-2.1;

б – модификация ПУЛЬСАР-2М.

1. Мероприятия по сохранению несущей способности железобетонных опор контактной сети

Диагностика железобетонных опор контактной сети позволяет получить сведения о различных дефектах стоек и фундаментов, которые в свою очередь непосредственно влияют на несущую способность всех конструкции. Благодаря наблюдениям за изменение состояния опоры можно дать прогнозную оценку оставшегося времени ее эксплуатации, то есть остаточного ресурса.

Замена железобетонных стоек, потерявших свою несущую способность, требует значительных экономических затрат и человека-часов, поэтому необходимо стремить продлить срок эксплуатации опор на как можно большее время.

Из статистического анализа можно увидеть, что главной проблемой в условиях резкоконтинентального климата является наклон опор контактной сети от вертикального положения. Опоры с наклоном подлежат выправке работниками ЭЧК. Частая выправка опоры может способствовать развитию дефектов, находящихся на теле стойки, тем самым снизить ее несущую способность. Поэтому необходимо знать предельную величину выправочного усилия, связав его определение с наличием дефектов в бетонной части, сроком эксплуатации опоры в определенных климатических условиях и глубиной откопки [14].

Для начала необходимо определить величину выправочного усилия при условии отсутствия дефектов в бетонной части. Величина усилия находится по формуле:

, (6.1)

где  – нормативный изгибающий момент для стойки определенного типа;  – рассчитываемый изгибающий момент для определенных климатических условий (ветер, гололед), состава проводов, типа арматуры (консоли, кронштейны, изоляторы); h – расстояние от УОФ до места приложения выправочного усилия.

Важным моментом является определение степени дефектности опоры. При определении дефектности опоры допустимо определить суммарную ширину раскрытия трещин. При суммарной ширине раскрытия трещин в 6 мм, ресурс опоры считается исчерпанным.

Далее строится номограмма для определения допустимого выправочного усилия на опору в зависимости от срока эксплуатации, ширины раскрытия трещин и плеча приложения выправочной нагрузки при допущении прямолинейной зависимости изгибающего момента от ширины раскрытия трещин и морозостойкости. Номограмма выправочных усилий приведена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 – Номограмма для определения выправочного усилия

Для определения выправочного усилия сначала необходимо определить суммарную ширину раскрытия трещин.

Восстанавливается перпендикуляр до пересечения с кривой дефектности, получим точку 1. Далее из точки 1 проводится горизонтальная линия до пересечения с кривой мо­розостойкости, получим точку 2. После этого необходимо провести вертикальную линию до пересечения с кривыми выправочных усилий, соответствующих определенным высотам выправки. Проведя горизонталь из точки 3 до пересечения с координатной осью, получим точку 4, соответствующую величине выправочного усилия по рисунку.

В случае отсутствия продольных трещин необходимо воспользоваться осью срока эксплуатации опоры. В нашем примере суммарная ширина раскрытия трещин 3 мм соответствует 16 годам эксплуатации.

При использовании ультразвуковой диагностики, а именно прибора УК-1401 дефектность опоры можно определить по показателю П2.

Одной из рекомендаций при выправке опор контактной сети является ее предварительная откопка. При откопке опоры на достаточную глубину, усилие выправки можно увеличить в 2 раза, при этом это никак не отразиться на снижении несущей способности опоры.

Для различных климатических условий необходимо производить корректировку данной номограммы.

Для предотвращения повторного отклонения опоры необходимо проводить мероприятия по надежному ее закреплению в теле земляного полотна.

Таким образом, диагностика железобетонных опор контактной сети позволяет выявлять дефекты, которые не удается обнаружить при визуальных осмотрах. Используя приборы основанный на ультразвуковых методах можно иметь представление об изменении несущей способности железобетонных стоек. При выправке опор контактной сети с наличием дефектов необходимо соблюдать допустимые величины выправочных усилий.

1. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СОХРАНЕНИЮ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ОПОР КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Технико-экономическая оценка эффективности технических или технологических решений выполняется для проектов, требующих существенных инвестиционных вложений. Основная цель этой оценки – экономическое обоснование целесообразности и эффективности вложения финансовых ресурсов в разрабатываемый или существующий инвестиционный проект.

1. Общие положения экономической эффективности внедрения новой техники

При разработке мероприятий, требующих инвестиционных вложения для производственного развития отрасли возникают ситуации, связанные с разработкой и внедрением существенных проектных решений, которые обеспечивают реконструкцию и техническое перевооружение предприятий. Но наряду с этим могут внедряться технические разработки, улучшающие технический или технологический уровень отдельных отраслевых процессов. Такие разработки, как правило, не требуют существенного вложения средств. Тем не менее, любое техническое решение, требующее существенных или незначительных вложений средств для их реализации, должно иметь технико-экономическое обоснование, подтверждающее хозяйственную обоснованность его внедрения.

Каждое из технико-экономических решений на предприятиях имеет свою специфику. Но методы экономического обоснования, расчета экономической эффективности внедрения этих решений имеет общие принципиальные подходы.

Инвестиции, как экономическая категория представляют собой денежные средства или капитал, вложенный в техническое, технологическое, социальное, культурное или интеллектуальное развитие общества. Объектом инвестиций могут быть предприятия (строящиеся, реконструируемые или расширяющиеся) как в целом, так и отдельные виды его основных средств: здания, сооружения.

В общей теории эффективности инвестиционного вложения средств различают понятия коммерческая эффективность, бюджетная эффективность и экономическая эффективность. Каждая из этих категорий характеризуется определенной системой показателей и имеет конкретное целевое использование.

Наиболее обобщенную оценку, эффективности вложения средств в техническое или технологическое развитие предприятий или оценку целесообразности внедрения новой техники дает экономическая эффективность, которая учитывает все стоимостные экономические факторы целесообразности капитальных вложений.

Методы расчета экономической эффективности различны. Они зависят от целей и задач экономического обоснования, а также условий и направлений вложения средств.

Технико-экономическое обоснование целесообразности технического или технологического совершенствования отраслевого развития требующих инвестиционных вложений, основывается на системе показателей, которые можно объединить в две группы: натуральные и стоимостные показатели.

Натуральные показатели характеризуют технические или технологические достоинства и преимущества проектного решения. Это могут быть чисто технические параметры проекта: скорость, надежность, срок службы объектов, их мощность и другие. Или параметры, имеющие важные эксплуатационные характеристики: сокращение периодичности ремонта технических средств, экономия материальны ресурсов в процессе эксплуатации объектов, повышение производительности труда.

К стоимостным показателям, обычно рассматриваемым при экономическом, обосновании капитальных вложений относятся: суммы инвестиций или капитальных вложений, требуемых для реализации проектного решения; годовые текущие издержки, возникающие в процессе внедрения проекта и тем его реализации; приведенные строительно-эксплуатационные расходы; доходы или прибыль, получаемы от внедрения проекта.