Целью обследования эксплуатируемых мостов и труб является установление их физического состояния, с тем чтобы полученные данные в последующем использовать при решении вопросов содержания искусственных сооружений.
Обследование мостов и труб выполняют дистанции пути, мосто-испытательные станции служб пути управлений дорог, Главного управления пути и сооружений МПС , научно-исследовательских и учебных институтов.
При обследованиях ведут детальный осмотр всех частей сооружения. В тех случаях, когда в этом есть необходимость, осмотр сопровождается инструментальными измерениями с применением различных приборов и аппаратуры. Работы по обследованию обычно выполняют в два этапа. На первом этапе, которому предшествует детальное изучение технической документации, производят общий осмотр. На основании данных общего осмотра выявляют детали и элементы, которые затем подвергают более тщательному осмотру с измерениями приборами и инструментом. Такие элементы и детали выбирают из числа имеющих повреждения или дефекты. По мере необходимости определяют качество материалов и их прочностные и деформативные характеристики.
Для проверки положения различных частей сооружения в горизонтальной и вертикальной плоскостях производят съемку плана и профиля.
Обследование производят по заранее разработанному плану, а его результаты регистрируют в специальных журналах с зарисовками и эскизами. Характерные дефекты рекомендуется фотографировать.
По материалам обследований мостов и труб решают вопросы оценки качества сооружений и пригодности их к дальнейшей эксплуатации, определяют грузоподъемность, разрабатывают рекомендации по ремонту и усилению отдельных частей и т. п. При этом устанавливают и условия эксплуатации.
В особо ответственных случаях материалы обследований дополняют испытаниями искусственного сооружения под нагрузкой. Особое внимание при обследовании мостов надлежит уделять оценке состояния мостового полотна.
Posts Tagged ‘испытания’
Задачи и методика обследования мостов и труб
Среда, июня 30, 2010Современный подход в развитых странах к созданию систем управления мостами
Понедельник, сентября 28, 2009Современный подход в развитых странах к созданию систем управления мостами можно сформулировать тремя основными требованиями:
- системы должны определять оптимальную стратегию эксплуатации (обслуживания) и в первую очередь содержания мостов, анализировать последствия использования неоптимальных стратегий;
- управленческий аппарат (менеджеры) должен принимать решения о рациональном распределении бюджета (фонда) на основании исследования и прогнозирования состояния мостов при как можно частом получении информации;
- системы должны базироваться на объективной базе данных, заложенной в компьютеры последнего поколения с практически неограниченными возможностями.
Таким образом, общая схема включаеттри важнейших (главнейших) параметра:
- сбор информации и ее анализ;
- определение оптимальной стратегии;
- рациональное распределение средств.Подобный подход, ? частности, характерен для современной политики в вопросе эксплуатации мостов в Германии [24]. СУМ в Германии строится на четком понимании цели (целей), в которую включены задачи определенного назначения. Формируется целевая функция, под которой понимают формальное изложение правила принятия решения [24] и в состав которой входит и функция ' приоритета, сопоставляемая с критерием оптимизации.Высшая цель «Сохранение потребительской ценности...» имеет три основные подцели, которые относятся к деятельности мостовой администрации; «Контроль состояния мостов», «Текущие мероприятия по содержанию» и «Целенаправленные ремонтные работы».
Решающее значение имеет подцель «Контроль состояния мостов», так как акты результатов осмотра и испытания сооружения являются единственным источником для систематической и периодической оценки его состояния. В рамках СУМ акты являются основанием и для оценки срочности (приоритетности) мероприятий по содержанию.
Оценка экономической целесообразности
Понедельник, сентября 28, 2009Оценка экономической целесообразности вариантов усиления пролетного строения или замены его новым по строительным стоимостям с учетом эффективности отдаления капитальных вложений является недостаточно совершенной, поскольку при этом не учитываются затраты, вызванные ограничениями движения поездов, а также дополнительные эксплуатационные расходы и др.
Исследуя этот вопрос, НИИ мостов ЛИИЖТа разработал более совершенную методику определения экономической эффективности усиления и замены металлических пролетных строений железнодорожных мостов, основанную на сравнении вариантов по приведенным затратам с учетом фактора времени. По этой методике при определении приведенных затрат, кроме строительной стоимости, учитывают дополнительные текущие эксплуатационные расходы, оборотные средства и капитальные вложения, возникающие в результате ограничения скорости движения поездов и предоставления «окон» в процессе производства работ.Из существа рассмотренной в самом общем виде методики видно, что она при всей ее несложности требует учета разносторонних параметров и факторов, часть из которых изменяется со временем по объективным причинам, а некоторые могут быть изменены с целью отыскания оптимального варианта. Решение задачи в таком плане следует делать на ЭВМ, руководствуясь принципами оптимизации.
В связи с тем что разработанная НИИ мостов методика определения экономической эффективности усиления и замены пролетных строений нуждается в дальнейших уточнениях, ее изложение дано в общем виде. Одной из причин, вызывающей необходимость реконструкции мостов, является физический износ пролетных строений и опор. Степень этого износа определяют натурными обследованиями, а в необходимых случаях — и испытаниями, выполняемыми мостообследовательски-ми станциями и лабораториями МПС, а также специальными комиссиями.
При реконструкции моста вследствие недопустимого физического износа его элементов в общем случае заменяют старые пролетные строения новыми и усиляют или переустраивают опоры. При этом разбивку моста на пролеты чаще всего сохраняют, но иногда и изменяют. Необходимость пересмотра схемы моста может быть продиктована рядом причин, например изменениями в режимах реки, невозможностью применить типовые конструкции пролетных строений взамен старых и т. п. При замене пролетных строений следует применять типовые конструкции для новых мостов или специально разработанные для замены старых, а в индивидуальных решениях максимально использовать элементы типовых конструкций.
Анализ результатов испытаний
Пятница, сентября 25, 2009Полученные в результате испытаний и обработки данные используют для оценки действительной работы конструкции. При этом на основании анализа этих данных возможно решение ряда задач: оценка принятого метода расчета конструкций; выявление характера воздействия на сооружение определенного вида нагрузки; оценка качества изготовления конструкций; выявление действительного характера напряженного состояния элементов сложной формы или соединений; выявление влияний дефектов и их развития и др. Для решения таких задач необходимо провести хорошо продуманный эксперимент, получить его результаты и соответствующим образом их обработать.Для оценки принятой методики расчета полученные по ней данные сравнивают с соответствующими результатами экспериментов. При определении расчетных данных весьма важно, чтобы расчетные нагрузки строго соответствовали испытательным (по весу и положению их на сооружении), а принятые в расчете геометрические размеры элементов и характеристики материала — действительным. Значения расчетных усилий обычно принимают по линиям влияния. Неучет отдельных факторов в расчетах приводит к тому, что расчетные данные могут отличаться от действительных. Как правило, в расчетах различные приближения задают с отклонениями в сторону запаса. Поэтому расчетные данные, связанные с силовыми воздействиями (напряжения, деформации, различные перемещения), обычно превышают действительные.Конструктивные поправки целесообразно принимать во внимание при оценке грузоподъемности.
Анализ расчетных и экспериментальных данных позволяет разработать предложения по дальнейшему совершенствованию расчетов.
Важными обобщающими характеристиками качества конструкции могут служить общие и особенно остаточные деформации. Наличие остаточных прогибов пролетного строения свидетельствует о появлении -неупругих деформаций в отдельных его элементах и узлах. Например, в клепаных пролетных строениях остаточные прогибы могут быть связаны со сдвигами в заклепочных соединениях, в сварных—с наличием высоких остаточных напряжений, в деревянных — с неплотностями и со смятием во врубках. В каждом конкретном случае необходимо установить причины остаточных деформаций и оценить их влияние на прочность и долговечность конструкции.
При исследовании эксплуатируемых мостов приходится выяснять причины различных дефектов. Для этого нередко проводятся комплексные испытания с целью выявления роли тех или иных факторов в образовании дефекта. В этом случае анализ результатов испытаний носит также комплексный характер, в результате которого выявляют параметры каждого фактора, взаимодействие различных факторов и их роль в образовании дефекта. Например, при выявлении причин усталостных разрушений необходимо проанализировать напряженное состояние в зоне зарождения трещины усталости и характер его изменения, результаты испытаний материала, интенсивность движения поездов, их виды, режимы нагруженности и др.
Всесторонний анализ результатов испытаний позволяет более глубоко понять действительный характер работы моста для оценки его надежности и долговечности, совершенствования методов расчета, проектирования и усиления. Анализ результатов испытаний в особенности для решения специальных задач должен базироваться на использовании методов математической статистики и теории вероятностей.
Обработка и оценка результатов испытаний
Пятница, сентября 25, 2009Краткие сведения о вероятностно-статистических методах обработки и оценки результатов. Результаты измерений, в том числе при испытаниях материалов, конструкций и их элементов, вследствие влияния разнообразных причин (отклонений в аппаратуре, точности снятия отсчетов и др.) носят изменчивый, случайный характер. Случайный характер имеют и испытательные нагрузки. Например, многократно измеряя деформацию одним и тем же прибором при нагружении одной и той же нагрузкой, получают отличающиеся одно от другого значения, обусловленные влиянием многих второстепенных факторов, сопровождающих операцию измерения. Ясно, что любое взятое в отдельности измерение не может представлять истинное значение определяемой величины. Измеряемая величина является случайной, принимающей в результате опыта различные неизвестные заранее значения.
Для выявления значений искомых величин используют вероятностно-статистические методы, основы которых заключаются в следующем.
Результаты измерения в каждом случае принято называть событием. Событие, которое при данных условиях произойдет или может не произойти, является случайным. Оценкой возможности реализации случайного события служит его вероятность—объективная математическая оценка этого события. Вероятность (частота события) определяется отношением числа случаев, при которых повторяются эти события, к числу всех возможных при этом случаев. Оценивается вероятность положительным числом, не превышающим единицу.Суммарная вероятность распределяется между отдельными значениями по определенному закону. Законом распределения случайной величины называют всякое соотношение, устанавливающее связь между возможными значениями случайной величины и соответствующими им вероятностями. Принято считать, что случайная величина подчинена данному закону распределения.
Среди многих законов распределения случайной величины наиболее широкое распространение имеет нормальный закон. Ему хорошо подчиняются механические характеристики металла и других материалов, отклонения измерений различных величин и др.При практическом использовании методов теории вероятностей для оценки случайных величин приходится решать целый ряд задач: определять закон распределения случайной величины по статистическим данным, полученным из опыта; проверять правдоподобие гипотез о подчинении результатов эксперимента тому или иному закону распределения; находить параметры распределения.
Предположим, что в результате опыта получены различные значения случайной величины X (например, предела прочности стали). Совокупность этих значений называют простой статистической совокупностью, или простым статистическим рядом, и обычно оформляют в виде таблицы, в первой колонке которой показывают номер опыта, а во второй — полученные значения случайной величины.
Ультразвуковые колебания
Пятница, сентября 25, 2009Ультразвуковыми называют колебания с частотой более 20 кГц. Распространение ультразвуковых волн происходит вследствие внутренних сил упругости бетона. Колебания могут быть продольными, совпадающими с направлением ультразвука, и поперечными, перпендикулярными к этому направлению,В общем случае скорость распространения ультразвука является функцией продольной, сдвиговой и поперечной упругости, плотности и геометрической формы. Эта зависимость заложена в основу рассматриваемого метода испытания материалов.
Отсутствие прямой связи между прочностью (упругими характеристиками) материала и скоростью прохождения через него ультразвука существенно осложняет оценку прочности.
При испытании бетона ультразвуком необходимо учитывать факторы, влияющие на зависимость между скоростью распространения ультразвука и прочностью (характеристики заполнителей, их содержание в бетоне, технология изготовления, температура и пр.). Для учета влияния отмеченных факторов строят тарировочные кривые зависимости скорости ультразвука от прочности бетона по испытанию кубиков (рис. 79).В настоящее время разработано и эксплуатируется много ультразвуковых приборов для определения прочности бетона, работающих по принципиальной схеме электронного осциллографа со ждущей разверткой. На рис. 80 показана принципиальная блок-схема ультразвукового импульсного прибора. Импульсы тока, возбуждаемые высокочастотным генератором 1, периодически подаются на излучатель 10, в котором они преобразуются в ультразвуковые, а затем посылаются в испытуемый элемент. Одновременно поступает электрический сигнал в блок ждущей развертки 3 и происходит ее запуск. Пройдя через испытуемый элемент, ультразвуковые импульсы попадают в приемник 9, в котором снова преобразуются в электрические и поступают на усилитель 7, а с него — на электроннолучевую трубку, вызывая вертикальное отклонение электронного луча. Моменты посылки ультразвукового импульса в бетон и приема его на экране электроннолучевой трубки отмечаются «всплесками» на осциллограмме 5. Расстояние между ними в определенном масштабе соответствует времени t прохождения импульса через испытуемый элемент.
Прочность бетона
Пятница, сентября 25, 2009Определить прочность бетона эксплуатируемых железобетонных конструкций весьма сложно, так как бетон является неоднородным материалом, прочность которого зависит от многих факторов и даже может значительно различаться в пределах одного элемента.
Для лабораторных испытаний требуется вырубать из конструкции керны для изготовления кубиков. Наиболее удобный способ взятия проб — выбуривание цилиндров диаметром 70—150 мм. В связи со значительными размерами проб взятие их из элементов железобетонных конструкций затруднительно. При таком методе оценки прочность бетона определяют лишь в отдельных зонах.
В настоящее время все более широкое применение находят так называемые неразрушающие методы, дающие возможность оценки прочности бетона без разрушения. Неразрушающие методы (по подготовке к испытаниям) можно разделить на две группы: требующие предварительной подготовки к испытаниям в процессе бетонирования и не требующие такой подготовки. К первой группе относятся способы, в которых прочность бетона определяют по величине усилия, выдергивания заранее забетонированных в тело бетона стержней. Прочность способами второй группы определяют: а) по отпечаткам на поверхности от удара молотком, зубилом, шариком или другим бойком; б) по величине отскока бойка или шарика при ударе по бетону; в) по величине измеренной общей деформации, полученной при нагружении элемента; г) по скорости прохождения ультразвука и др. Следует отметить, что неразрушающие способы (а, б) позволяют оценивать прочность бетона в поверхностных слоях и дают существенную погрешность при определении осредненной прочности бетона. Более надежные результаты дают способы, основанные на использовании физических характеристик, отражающих механические свойства бетона по всему сечению, например акустические способы.
Сравнительно просто прочность бетона можно определить при помощи шариковых приборов различных конструкций. В качестве примера на рис. 78 представлен шариковый молоток конструкции Кима. Молоток состоит из бойка 6, в котором закреплен стальной шарик 7 диаметром 18 мм. Боек свободно входит в цилиндрический корпус 5, приваренный к рукоятке 8 длиной 200 мм. Корпус в нижней части имеет кольцевой выступ, поддерживающий боек снизу. Перемещению бойка вверх препятствует пружина 1, которая упирается в крышку 4 корпуса. В центре крышки корпуса имеется отверстие со специальным резиновым сальником 2, через которое проходит фиксирующий стержень 3. Нижний конец фиксирующего стержня свободно упирается в боек. Этот стержень служит для определения силы удара: чем сильнее удар, тем больше стержень выходит из крышки корпуса.
Определение механических характеристик материалов
Пятница, сентября 25, 2009Для оценки грузоподъемности мостов необходимо знать механические характеристики материала. При отсутствии технической документации на материал или в случае явного несоответствия его качества проектным данным основные механические характеристики, а иногда и химический состав материала определяют в процессе обследования и испытания моста.
Оценку прочностных характеристик и качества материала можно производить в полевых и лабораторных условиях. Лабораторные исследования дают наиболее полные и надежные результаты. Однако для их проведения требуется больше времени, а также взятие проб материала, что нередко связано с повреждениями конструкции. Полевые методы контроля позволяют быстро получить прочностные характеристики материала, но являются менее полными и точными. Дальнейшее совершенствование полевых методов оценки качества материалов возможно на основе использования новейших достижений физики.
В эксплуатируемых мостах можно встретить элементы, изготовленные из различного материала: чугуна (опорные части), сварочного железа, литого железа и современных сталей (малоуглеродистые, низколегированные и др.). В каждом случае важно установить род металла. Предварительно это можно сделать по виду свежего излома снимаемой зубилом стружки. Для литого железа характерна светлая мелкозернистая структура в изломе. Аналогичный вид излома имеют и современные стали. В изломе сварочного железа хорошо наблюдается слоистая структура серого цвета. Стружка чугуна легко ломается и в изломе имеет крупнозернистую структуру серого цвета. В сомнительных случаях род металла определяют металлографическими исследованиями образцов в лаборатории.
Для определения основных механических характеристик и химического состава металла в лабораторных условиях из элементов пролетных строений вырезают пробы (заготовки), из которых изготовляют образцы для испытаний. Вырезку проб производят ножовкой, высверливанием, газовой резкой так, чтобы не сильно ослабить рабочую часть сечения. Ослабленные части при необходимости перекрывают накладками. Следует помнить, что при изготовлении образцов из заготовки, вырезанной газовой резкой, рабочая поверхность образца от кромки-реза должна быть удалена не менее чем на 10 мм.
Для определения предела прочности, предела текучести, относительного удлинения, относительного сужения изготовляют стандартные образцы по ГОСТ 1497—61. Наиболее часто указанные механические характеристики определяют на пятикратных гагаринских образцах (рис. 76, а), а для определения ударной вязкости изготовляют специальные образцы с надрезом (рис. 76, б). Число образцов каждого типа должно быть не менее трех. Для изготовления образцов необходимо иметь заготовку размерами 130 х 40 х 10 мм. Из этой же заготовки можно получить пробы и для химического анализа: 50 г стружки или кусочек с плоской поверхностью не менее 2 см2 (для спектрального анализа).
Прокатный металл имеет различные механические характеристики вдоль и поперек прокатки. Поэтому образцы должны быть строго ориентированы по направлению прокатки или направлению передачи усилия. Эти направления показывают на заготовках.
Напряжения в арматуре
Пятница, сентября 25, 2009Напряжения в арматуре можно измерять приборами, применяемыми при испытаниях металлических конструкций.
При испытаниях конструкций из обычного железобетона, как правило, измеряют напряжения, вызываемые внешней нагрузкой, а в конструкциях из предварительно напряженного железобетона, кроме того, важно определить величину предварительных напряжений в бетоне и в арматуре.
Процесс измерения в арматуре напряжений от внешней нагрузки не представляет больших затруднений и выполняют его обычным способом: после установки тензометров по ним снимают отсчеты как в нагруженном, так и ненагруженном состояниях конструкций.
Для измерения же предварительных напряжений в арматуре приходится применять более сложные способы.
Один из этих способов заключается в том, что на отдельные проволоки пучка наклеивают датчики и берут по ним отсчет. Затем эти проволоки перерезают, т. е. снимают предварительное натяжение, и берут новый отсчет. По разности отсчетов определяют величину предварительного напряжения. Поскольку рассматриваемый способ связан с частичным повреждением конструкции, такие измерения возможны лишь в исключительных случаях и в ограниченном числе проволок в местах с небольшими напряжениями от эксплуатационных нагрузок.
Измерения по данному способу могут давать погрешности в оценке предварительного напряжения арматуры, так как проволоки в пучках, как известно, напряжены неравномерно.
Другой способ представляет собой последовательный контроль за натяжением арматуры с момента изготовления конструкции. Последовательное снятие отсчетов по датчикам, наклеенным на арматурные стержни или проволоку, до натяжения арматуры, после ее натяжения, после спуска натяжения и в процессе эксплуатации дает возможность проследить за изменениями напряженного состояния в арматуре в течение длительного времени. Недостатком этого способа контроля, широко применяемого при специальных научных исследованиях, является трудность установления связи между снимаемыми отсчетами на различных этапах наблюдения, главным образом из-за некоторой неопределенности в устойчивости работы электроизмерительного устройства в течение длительного времени (сохранение «нулей»). Для устранения этого недостатка прибегают к корректировке «нулей» по контрольным датчикам, наклеенным одновременно с рабочими на ненапряженные участки арматуры.
В тех случаях, когда есть возможность оголить пучок арматуры на длине 1—2 м, для определения напряжений (усилия) в арматуре испытуемой конструкции можно воспользоваться способами, обычно применяемыми для проверки натяжения пучков при изготовлении предварительно напряженных конструкций. Одним из них является способ подвешивания груза, основанный на измерении величины провисания натянутой проволоки при воздействии сосредоточенной силы заданной величины или сосредоточенной силы, необходимой для создания заданного провисания. По провисанию проволоки на известной базе и величине сосредоточенной силы, пользуясь схемой действия сил при подвешивании груза к нити, опертой в двух точках (рис. 73), определяют расчетом величину натяжения арматуры.
Испытания железобетонных конструкций
Пятница, сентября 25, 2009При испытании железобетонных конструкций напряжения измеряют как в бетоне, так и в арматуре. Измерение напряжений в бетоне выполняют также по методу непосредственного тензометрирования, что связано с рядом трудностей. Одной из них является сложность определения действительного модуля упругости бетона испытуемой конструкции, поскольку эта характеристика зависит от многих факторов и изменяется в довольно широких пределах. Другая трудность заключается в том, что бетон как материал имеет неоднородную структуру, нередко с раковинами и трещинами, в связи с чем силовые деформации в нем распределяются неравномерно. Это может приводить к погрешностям при определении напряжений по измеренным деформациям. Для снижения влияния указанного фактора деформации необходимо измерять на больших (более 10 см) базах.
Напряжения (деформации) в бетоне при статических испытаниях обычно измеряют механическими тензометрами, проволочными датчиками сопротивления, индикаторами и деформометрами различных конструкций, а при динамических, как правило, проволочными датчиками сопротивления.
Рычажные тензометры используют с удлинителями. Для предохранения ножей приборов от затупления в местах их установки на бетон наклеивают тонкие металлические пластинки размером примерно 5 х х 5 мм.
Проволочные датчики наклеивают непосредственно на бетон, обращая особое внимание на то, чтобы поверхность последнего в местах наклейки датчиков была ровной, без раковин и пор.
Индикаторы при измерении напряжений можно наглухо прикреплять к бетону, используя для этого специальный клей. В таких случаях подвижной шток индикатора соединяют с удлинителем, закрепленным в конце базы измерения.
В большинстве же случаев при измерении напряжений в бетоне индикаторы используют как съемные приборы, устанавливаемые только на время снятия отсчетов. Для этого в точках, между которыми требуется измерить деформации, заделывают в бетон или приклеивают к нему специальные марки, представляющие собой стальные стержни длиной около 20 мм и диаметром 10 мм. На внутренних вертикальных гранях марок специальным керном в виде трехгранной пирамиды делают углубления. В эти углубления через шарики упирают с одной стороны подвижной шток индикатора, а с другой — его корпус.
Для измерения напряжений в бетоне можно также использовать щелемеры, устанавливаемые на марках. В этом случае, как и в предыдущем, одним прибором можно последовательно измерять деформации во многих местах.