Пояснительная записка (1190104), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Ветровые воздействия характеризуются давлением воздуха на поверхность опоры, которые приводят к выветриванию поверхностного слоя железобетонной опоры. Степень таких воздействий определяется скоростью и направлением ветра.

Атмосферные осадки, такие как дождь, приводят к увеличению влажности воздуха, резкому перепаду температуры по периметру и толщине опоры, попеременному высыханию и увлажнению опоры, циклическому замерзанию и оттаиванию. Последствиями таких воздействий является оголение арматуры железобетонных опор и ее коррозия [1, 4].

Агрессивные также как и атмосферные проявляются в течение всего срока эксплуатации опор контактной сети. Они в значительной степени изменяют физико-механические свойства материала опор и вызывают преждевременное их старение [4].

Например, состав воды определяет степень растворения и вымывания цементного камня, содержание солей – степень их кристаллизации.

Ионизирующее воздействие вызвано движущимся подвижным составом, а также перевозкой радиационных грузов. Результатом агрессивных воздействий является образование сетки трещин на поверхности железобетонных опор.

Конструкционные факторы, такие как структура бетона и технология изготовления, закладываются на стадии производства опорных конструкций. Они обусловлены химическим составом бетона и его усадкой, неоднородностью по толщине стенки опоры, обжатием и термовлажной обработкой бетона, временем изготовления и условиями хранения опор. Воздействие таких факторов приводит к образованию продольных и поперечных трещин, а также и сетки трещин [1].

Значительное влияние на целостность опор контактной сети оказывают технологические факторы, которые определяются конструктивной особенностью исполнения контактной сети, токами утечки, а также динамическими воздействиями, передаваемыми от проходящего подвижного состава [1].

На участках железных дорог, электрифицированных по системе постоянного тока, особое внимание уделяют электрокоррозионным повреждениям опор контактной сети. Они вызваны протеканием токов утечки через цепь заземления на рельс и токами, протекающими между опорами при групповом заземлении. Протекание этих токов сопровождается выносом металла, в результате чего происходит уменьшение сечения арматуры, а вследствие этого и снижение несущей способности опоры контактной сети [4, 5].

В результате механических воздействий на железобетонные опоры образуются местные выколы бетона с обнажением арматуры, сквозные отверстия в стенке опор и сколы.

Статические нагрузки вызваны собственным весом конструкции контактной подвески, которая определяется в большей степени типом и количеством проводов, размещённых на опоре, а также другими поддерживающими устройствами. Воздействие статических нагрузок приводит к возникновению изгибающего момента опоры. Кроме этого, при появлении гололёда возникает дополнительная нагрузка, которая увеличивает общую статическую и, как следствие изгибающий момент. На основе значений результирующей статической нагрузки рассчитывается изгибающий момент, по величине которого определяется требуемая несущая способность опоры контактной сети, её конструктивное исполнение и стоимость.

Сверхнормативное значение изгибающего момента приводит к образованию поперечных трещин.

Воздействие подвижного состава складывается из двух факторов: колебания контактного провода и колебания грунта, окружающего опору. Последствиями таких воздействий является образование сетки продольных трещин.

1. Сущность железобетона как материала опор контактной сети

На электрифицированных железных дорогах постоянного и переменного тока широкое распространение получили железобетонные опоры контактной сети. Общий вид таких опор приведен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Общий вид

железобетонной

опоры контактной сети

Железобетон, как показывает само название, представляет собой сочетание двух различным по своим механическим и физическим характеристикам материалов – железа (стали) и бетона для совместной работы в конструкции как одно монолитное целое. Такое сочетание объясняется тем, что бетон, как всякий естественный или искусственный камень, хорошо сопротивляется сжатию и в значительно меньшей степени – растяжению. Следствием этого является то обстоятельство, что для обеспечения прочности изгибаемых и растянутых элементов из бетона требуется назначение весьма больших поперечных сечений. Они определяются из условия, что возникающие напряжения не должны превосходить прочность бетона на растяжение. При выполнении этого условия в конструкциях в большой степени оказывается недоиспользованной прочность бетона на сжатие. Для уменьшения размеров поперечного сечения конструкций, более полного использования прочностных свойств бетона на сжатие целесообразным оказывается введение в растянутую зону конструкций материалов, обладающих более высокими прочностными свойствами на растяжение. Таким материалом уже на протяжении длительного времени является железная или стальная арматура.

Эффективная совместная работа стальной арматуры и бетона является возможной и выгодной благодаря следующим их свойствам:

• бетонная смесь при твердении и превращении в бетон прочно сцепляется со сталью совместно. Вследствие этого сталь, как более прочный материал, при одинаковой совместной деформации воспринимает большую величину внутренних усилий по сравнению с бетоном. Следовательно, при относительно небольшом сечении включенной в бетон стали ее эффективность будет существенной. Наличие хорошего сцепления между сталью и бетоном является основным условием их совместной работы;

• сталь и бетон обладают близкими по величине коэффициентами линейного температурного расширения, вследствие чего при изменениях температуры в составном материале возникают лишь незначительные внутренние напряжения, исключающие появление опасных деформаций. Являясь плохим проводником тепла, бетон одновременно защищает сталь от резких изменений температурной среды;

• бетон защищает заключенную в нем сталь от коррозии. При твердении бетона в нем образуется щелочная среда, способствующая формированию на поверхности стальной арматуры пассивной пленки. Однако способность бетона защищать сталь от коррозии с течением времени и в зависимости от условий контактирования конструкций со средой может в ряде случаев нарушаться, и сталь может подвергаться коррозионному разрушению.

Таким образом, в железобетоне при обеспечении защищенности стали от коррозии достигается выгодное использование прочностных свойств обоих материалов, причем бетон эффективно работает на сжатие, а сталь – на растяжение.

Применяемый в железобетоне бетон представляет собой сложный материал, свойства которого зависят от составляющих его материалов и технологии его изготовления. По современным воззрениям, бетон является трехфазной системой, включающей твердую, жидкую и газообразную фазы. Твердая фаза бетона, определяющая его основные свойства, включает три структурных элемента: цементный камень, заполнитель и контактный слой между ними.

1. Оценка влияния прочности бетона на несущую способность опор контактной сети

Бетон в процессе эксплуатации испытывает различные воздействия, в результате которых его прочность изменяется во времени. Это изменение может происходить в трех направлениях:

• при благоприятных температурно-влажностных условиях вследствие продолжающейся гидратации цемента прочность бетона может возрастать;

• под влиянием окружающей среды в бетоне появляются микроразрушения структуры, однако продолжающаяся гидратация цемента компенсирует снижение прочности от этих микроразрушений, и в целом прочность бетона остается постоянной;

• под влиянием окружающей среды в структуре бетона идет интенсивное накопление микроразрушений, гидратация цемента из-за неблагоприятных температурно-влажностных условий или вовсе отсутствует, или идет крайне медленно, и вследствие этого идет устойчивое снижение прочности бетона.

Первый случай наблюдается в подземной части опоры, где имеются соответствующие условия для продолжения гидрации цемента и роста прочности бетона. Второй случай характерен для небольшой переходной зоны грунта в надземную часть конструкции или для теплых влажных районов эксплуатации опор. И наконец, третий случай является доминирующим для надземной части всего парка опор, эксплуатирующихся на сети электрифицированных железных дорог.

Снижение прочности бетона является одним из факторов уменьшения несущей способности опор в процессе их эксплуатации и, соответственно, снижения их надежности и уровня безопасности. Однако снижение прочности неодинаково влияет на уменьшение несущей способности различных типов опор. Наиболее чувствительными к изменению прочности бетона на сжатие являются предварительно напряженные опоры, армированные высокопрочной проволокой. У таких опор даже небольшое уменьшение прочности бетона на сжатие приводит к ощутимому снижению несущей способности (рисунок 3.3, кривая 1).

Рисунок 3.3 – Изменение несущей способности опор при уменьшении прочности бетона: 1 – опоры с предварительно напряженной проволочной арматурой; 2 – опоры с ненапряженной арматурой; 3 – опоры со смешанным армированием

Анализ показывает, что отмеченная степень влияния прочности бетона на несущую способность предварительно напряженных опор связана прежде всего с применением высокой степени натяжения высокопрочной проволоки. При такой арматуре степень ее натяжения для полного использования прочностных свойств достигала величин порядка 800-950 МПа. При таком натяжении в предельном состоянии напряжения выжатой зоне оказываются непогашенными и несущая способность конструкции определяется исключительно прочностными свойствами бетона. Более того, при понижении прочности бетона под влиянием предварительного напряжения уровень микротрещинообразования превышается, а в стадии, близкой к предельной, процесс микротрещинообразования приобретает лавинный характер, в результате чего бетон теряет прочность полностью. Иной характер влияния уменьшенной прочности бетона на несущую способность наблюдается у опор с ненапряженной арматурой. У этих опор решающее значение для несущей способности имеет состояние и количество стержневой арматуры. Даже при значительном снижении прочности бетона несущая способность конструкций изменяется незначительно. Она не может понизиться ниже определенного уровня из-за наличия ненапряженной стержневой арматуры.

1. Влияние морозного разрушения бетона на несущую способность железобетонных опор контактной сети

В условиях Забайкальского региона с резкоконтинентальным климатом, при котором наблюдается резко переменное температурное поле как в течении года, так и суток (рисунок 3.4), особое внимание надо уделять состоянию бетонной части, подверженной попеременному замораживанию и оттаиванию. Главная особенность региона – морозное разрушение бетона.

а)

б )

Рисунок 3.4 – Изменение температурного поля Сковородинского района Забайкальского края: а – в течении года; б – в течении суток (май).

На скорость и механизм морозного разрушения бетона оказывает влияние степень водонасыщения пор бетона.

Для каждой марки бетона в зависимости от его структуры и температурных условий эксплуатации может быть определено свое критическое водонасыщение, при котором обнаруживается снижение прочности. Значение этой величины колеблется в пределах 0,6-0,9 полного водонасыщения бетона.

Характерным для морозного разрушения бетона является то, что количество разрывов между сростками цементного камня увеличивается постоянно по мере нарастания количества циклов замораживания и оттаивания. В каждом единичном цикле разрушение микроструктуры происходит в ограниченных пределах, так как с развитием трещин между сростками резко падает давление в объеме воды из-за малой ее сжимаемости.

Многообразие воздействий проявляется в различных формах морозного разрушения бетона. Среди них необходимо выделить:

• поверхностное разрушение, начинающегося в виде шелушения поверхности бетона и развивающегося в дальнейшем в виде отслаивания;

• постепенное разрыхление бетона, которое сопровождается увеличением его объема, повышением водопоглощения, снижением прочности и модуля упругости.

К числу морозных разрушений бетона следует отнести также наблюдаемые в некоторых случаях «выветривания» цементного калия. Происходит это из-за попеременного замораживания и оттаивания бетона, намокающего в результате выпадения атмосферных осадков. Но этот вид разрушения, хоть и встречается довольно часто, серьезной опасности не представляет.

1. Морозостойкость железобетонных опор контактной сети

Морозостойкость бетона – это способность материала выдерживать повторное замораживание и оттаивание, сохраняя при этом свои физико-механические свойства. Этой характеристикой должны обладать смеси, предназначенные для возведения фундамента, укрепления массивных конструкций и строительства гидротехнических сооружений. Невысокое значение морозостойкости приводит к понижению несущих способностей и повышению износа поверхности. Марка и класс бетона по морозостойкости обозначают буквой F и согласно стандартам, бывают от 25 до 1000 (таблица 3.1). Цифра обозначает количество циклов замораживания и оттаивания.

Таблица 3.1 – Классификация бетона по группам морозостойкости

Морозостойкость бетона является одной из основных характеристик, определяющих долговечность опор. Ее надо рассматривать в двух аспектах: морозостойкость изделия как замкнутого кольцевого сечения, подвергнутого предварительному сжатию, и непосредственно морозостойкость центрифугированного бетона опор. Согласно [6] стойки железобетонные следует изготовлять из тяжелого бетона. Материалы, используемые для изготовления тяжелого бетона, должны удовлетворять требованиям [7]. Также согласно [6] марка бетона по морозостойкости должна быть не менее:

Характеристики

Список файлов ВКР