Автореферат (1151674), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Численные решения, характеризующие работоспособность в виде графиков и эпюр интенсивностинапряжений и абсолютных перемещений элементов сооружения, вызванных различными дефектами (образование трещин, разрушение зоны опирания и т.д.), были получены на отечественных программных продуктах – SCAD office иSolidWorks, в соответствии с действующей нормативно-правовой базой. Использующиеся в расчетах твердотельные модели сооружений разработаны по даннымнатурных и лабораторных опытов автора.В процессе эксперимента определялась идентичность моделей путем сравнения полученных результатов с проектными расчетами и данными существующихнатурных испытаний.
Рассчитывались максимально допустимые геометрическиеразмеры дефектов, отмечающихся на сооружениях, рассматривались ситуации сналичием двух и более неисправностей на сооружении. По результатам расчетовформировались эпюры напряжений и перемещений элементов сооружения, на основании которых строились графики и определялись регрессионные зависимостидля расчета напряжений конструкций сооружений.На моделях магистральных и межхозяйственных каналов имитировались ситуации различной работоспособности, как нового сооружения, так и длительноэксплуатируемого при наличии различных неисправностей и их сочетаний (образование трещин, разрушение зоны опирания облицовки, просадка грунтового основания и т.д.).
Определялись предельно допустимые геометрические размерынеисправностей, не снижающие работоспособность сооружения, критерием которой принималось значение напряжений не превышающее критического. Результаты расчетов в виде графиков напряжений (Gvэ) бетонной облицовки дна и откосовканала и элементов облицовки, характеризующих их техническое состояние,представлены на рисунках 8, 9. Очевидно, что наиболее подвержены избыточному напряжению зоны Г – с просадкой и потерей устойчивости облицовки на днеканала и В – с перемещением облицовки на откосе канала.22Рисунок 8 – График интенсивностинапряжений облицовки магистральных и межхозяйственных каналовпри моделировании неисправностейсооружений, дифференцированныйпо зонам: А – элементы без дефектов;Б – наличие разуплотнения грунтового основания под облицовкой дна;Г – просадка и потеря устойчивостиоблицовки на дне канала.- -28.46- -14.27- -6.52- -26.24- -11.18- -1.04- -24.54-- -0.02-9.42Рисунок 9 – Эпюра абсолютныхперемещений: зона В – характеризуемаяперемещением облицовки на откосеканала, мм.Получены эмпирические зависимости для расчета напряжений элементов попериметру облицовки поперечного разреза канала (GVЭ): для элементов без неисправностей (5); с разуплотнением грунтового основания (6); для элементов приналичии перемещений облицовки по откосу (7) и дну канала (8).GVЭ=-0,0151а2+0,517а+0,0183; R2=0,99;(5)22GVЭ=-0,00758а +0,343а-0,179; R =0,89;(6)22(7)GVЭ=-0,0137а +0,431а-0,408; R =0,85;22GVЭ=-0,00183а +0,231а-0,135; R =0,84;(8)2где GVЭ – значения напряжений, Н/м ; а – кратчайшее расстояние от оси канала доэлемента, м; R 2 – коэффициент корреляции.Изучение надежности внутрихозяйственной водопроводящей сети, представленной облицованными каналами и лотками, так же проводилось для условий ненарушенных сооружений и сооружений с наличием неисправностей в облицовкедна и откосов канала и поражений бетона дна и боковой поверхности лотка: тре-23щин, сколов, истирания, фильтрации, потерей устойчивости отдельных элементов.
На рисунках 10, 11 приведены результаты моделирования различных ситуации работоспособности лотковых каналов, определяющих предельно допустимыеразмеры неисправностей (зона опирания, продольная трещина, просадка грунтового основания и т.д.), их сочетаний, показавшие, что потеря устойчивости зоныопирания при критических напряжениях приводит к перемещению одного элемента относительно другого.Рисунок 10 – График интенсивности напряжений элементов, при моделировании неисправностей лотковых каналов,дифференцированный по зонам:А − элементы лотка без дефектов;Б – с продольной трещиной; В – с разрушением зоны опирания опоры.Рисунок 11 – Эпюра интенсивности напряжений: зона Г – элементс разрушением зоны опирания опорыи продольной трещиной.Разработаны эмпирические зависимости для расчета напряжений, возникающих вдоль дуги по периметру лотка в поперечном разрезе: без неисправностей, с продольной трещиной, с разрушением зоны опирания опоры лотка и с сочетанием разрушения зоны опирания опоры лотка и продольной трещины.
Зависимости используются для оценки работоспособности элементов сооружений впроцессе диагностики их технического состояния и имеют вид соответственно (9),(10), (11) и (12):GVЭ=0,353-0,011а+0,001а2; R2=0,96;GVЭ=0,431-0,011а+0,002а2; R2=0,92;GVЭ=0,202+0,041а+0,002а2; R2=0,95;GVЭ=0,298-0,079а+0,002а2; R2=0,94;(9)(10)(11)(12)242где GVЭ – значения напряжений вдоль дуги лотка в поперечном разрезе, Н/м ;α0 – градусы вдоль дуги лотка; R 2 – коэффициент корреляции.В процессе численных экспериментов изучалась работоспособность мостовых переездов и акведуков при различных сочетаниях нагрузок от образующихсядефектов. Характеристика напряжений элементов сооружения на примере мостового переезда приведена на рисунке 11. Сравнения напряжений несущих элементов, вычисленных по сечениям вдоль и поперек несущих элементов сооружениябез неисправностей, выявили незначительные внутренние изменения.0000000-0,17-0,17-0,18-0,18-0,17-0,17-0,18-0,18-0,17-0,17-0,17-0,180000-0,37-0,37-0,4-0,41-0,37-0,37-0,4-0,41-0,37-0,37-0,38-0,38000000000 00 000-0,16-0,16-0,18-0,17-0,16-0,16-0,18-0,17-0,16-0,16-0,16-0,160 00 0000 00 000 00 00 00 0Рисунок 11 – График интенсивностинапряжений элементов при моделировании неисправностей мостового переезда, дифференцированные по зонам: А – зона без дефектов.000-0,15-0,15-0,15-0,15-0,15-0,15-0,15-0,15-0,14-0,14-0,15-0,140 00 00 00 0-8.23-6.28-4.1300-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,14-0,1400-0,16-0,16-0,15-0,15-0,16-0,16-0,15-0,15-0,14-0,14-0,15-0,15-0,16-0,17-0,15-0,15-0,16-0,17-0,15-0,15-0,15-0,15-0,15-0,1500 00 0--2.04--0.38--1.38--0.12--0.85--0.05Рисунок 12 – Эпюра абсолютныхперемещений: Б – зона с потерейнесущей способности в результатеразрушения колонны, мм.Отмечается влияние на напряжение положения горизонтальных элементов,а также смещения оголовков колонн вследствие приложенных нагрузок.
Наибольшие напряжения, на четверть превышающие напряжения в других элементахмостового переезда, отмечены по вертикали несущих элементов мостового переезда на крайних колоннах и горизонтальных балках, опертых на них, что свидетельствует о возникновении критических ситуаций в крайних колоннах. В целом,проведенное моделирование свидетельствует о наличии существенного запасапрочности элементов мостовых переездов. Эмпирические зависимости для расчета напряжений на мостовых переездах (13), (14) получены, соответственно, дляэлементов без неисправностей и для элементов с потерей несущей способности:25GVЭ=0,000311а2+0,0422а-0,131; R2=0,97;(13)22GVЭ=0,00148а +0,0295а-0,0479; R =0,98;(14)2где GVЭ – определения напряжения по высоте колонны, Н/м ; а – расстояние повысоте колонны, мм; R 2 – коэффициент корреляции.В результате численного эксперимента на модели фрагмента дюкера с цельюопределения напряженно-деформированного состояния сооружения были установлены предельно допустимые геометрические размеры повреждений сооружения, не снижающие его работоспособность ниже нормативной.
Сравнение эпюрэквивалентных напряжений элементов дюкера с потерей толщины металла вследствие коррозионных процессов с эпюрами элементов при запроектированнойтолщине металла показало увеличение напряжений по периметру сооружения впоперечном разрезе в полтора раза, что превышает предельно допустимые значения (рисунок 13). 50 04 0 603 070208010 100 230 110 220 120 210 130 140 19 0 150 018170 16Рисунок 13 – График интенсивности напряжений при моделированиинеисправностей дюкера: зона А − элементы без дефектов; Б – элементы дюкера суменьшением толщины металла на 25 %;В − элементы дюкера с уменьшениемтолщины металла на 50 %.0,01 350,010,02 360,010,030,02 370,02 380,03 0,02 390,030,02 400,030,02 580,030,03 590,030,030,030,040,04 600,04 610,03 620,03 630,050,04 640,050,050,020 570,030 340,01 0 560,020 330,010,020 53545200,010,01 0,01 550 320090 240 200 029300 2800 310 77787600,020,02 790,030,01 80 0 810,040,03 830,040,04 840,030,050,04 850,04 860,04 870,060,04 880,050,060,01 1030,01 1060,02 1070,030,030,040,050,03 1080,03 1090,03 1100,03 1110,050,03 1120,040,060,020,040,01 1320,02 1330,02 1340,02 1350,030,02 1360,030,04-0.011.458.15-0.073.9210.28-0.226.4112.530 15400 1310,020 1520 15300 1300,020 1490 1480 1500 15100 1290,020,0300 1280,020 1050,041250 01240 1260 12700 1040,030,040,02 820,040,040,0110010110200,010,020 15500 15600 15700 158000 1591600 16100Рисунок 14 – Эпюра абсолютныхперемещений элементов дюкера призагрузке: зона Г − элементы дюкерас уменьшением толщины металлана 75 %, мм.Результаты моделирования, в части местоположения и размеров наиболеезначимых дефектов, хорошо согласуются с визуальными наблюдениями повреж-26дений длительно эксплуатируемых дюкеров, подтверждающими образование дефектов, ведущих к разрушению сооружения, в идентичных зонах.
Установлено,что максимальную опасность представляет снижение фактической толщины металла в элементе дюкера более чем на треть проектной, связанное с недопустимым перемещением зоны ослабленного элемента при загрузке дюкера, котороеприводит к выходу из строя рассматриваемого фрагмента сооружения. При потерях толщины металла менее трети на эпюрах перемещений характерно отражаются допустимые значения, не превышающие 3,92 мм (рисунок 14). Результаты расчетов в виде графиков напряжений дюкера в зависимости от толщины метала ослабленных элементов, характеризующих работоспособность сооружения, представлены на рисунке 13.Получены эмпирические зависимости для расчета напряжений по периметрупоперечного разреза дюкера (GVЭ): для элементов без неисправностей (15); приуменьшении толщины металла до 25 % (16); до 50 % (17); до 75 % (18):GVЭ=0,000141а2+0,0131а+3,385; R2=0,97;GVЭ=-0,3074а2+38,125а-218,7; R2=0,98;GVЭ=-0,657а2+41,565а-559,8; R2=0,95;GVЭ=-0,085а2+16,351а-238,1; R2=0,94;2где GVЭ – значения напряжения на стенках дюкера, Н/м ; α0 – градусы вдольдюкера; R 2 – коэффициент корреляции.(15)(16)(17)(18)дугиУстановленные на основе математического моделирования оценки надежности водопроводящих сооружений позволили сформировать базу данных для программно – технического комплекса диагностики их работоспособности и подготовить рекомендации службе эксплуатации по проведению обследования.
Наличие инструктивно – методической документации и информационной поддержкирешений обеспечивает сокращение срока обследования при целенаправленномего проведении и повышение качества управляющих воздействий.В пятой главе «Диагностика технического состояния и оценка остаточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений оросительныхсистем» представлена методология диагностики технического состояния, включающая принципы проведения, методы выявления и оценки нарушений и дефектов по элементам сооружения, способы сбора информации и этапы выполненияконтроля и оценки технического состояния и остаточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений.В соответствии с требованиями сферы использования технической диагностики сформулированы основополагающие принципы ее проведения и оценки ос-27таточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений оросительнойсистемы, учитывающие результаты анализа методических подходов к организации диагностики сооружений в различных областях знания.Реализованы принципы:- целостности, обеспечивающей неразрывность процесса управления: диагностика, прогноз, планирование, воздействие, контроль;- оперативности, заключающейся в оперативности переработки и выдачи информации по результатам диагностики и принятия управленческих решений на ихоснове, что особенно важно в нестандартных и чрезвычайных ситуациях;- соответствия целей диагностики средствам ее реализации;- прогностичности, характеризующей возможность прогнозирования дальнейшего развития исследуемой системы по результатам диагностики;- полноты, гарантирующей комплексный характер контроля и оценки всехобъектов исследуемой системы (хотя бы в перспективе).Для проведения диагностики технического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем разработан программно-технический комплекс,обеспечивающий обнаружение дефектов, как элементов сооружения, так и подстилающего грунтового основания, определение месторасположения и геометрических параметров неисправностей каждого элемента сооружения акустическим игеорадиолокационным способами неразрушающего приборного контроля.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
