Исследование и диагностика технического состояния мостов арочных конструкций Золтан Орбан

Введение к работе

Арочные мосты из кирпичей и камня составляют значительную долю общего количества мостов в Европе и во всём мире. Арочные мосты являются самыми старыми конструкциями мостов, тысячи из которых в настоящее время находятся в эксплуатации, несмотря на то, что характер их нагрузки значительно изменился со времени их постройки. Возросшие нагрузки и тенденция к их дальнейшему увеличению, таким образом, выдвигают на первый план вопросы: оценка надёжности арочных мостов с учетом их современного технического состояния и существующей в настоящее время тенденции возрастания нагрузки, которой они подвергаются; прогнозирование устойчивости к нагрузкам в будущем; определение ожидаемого срока службы мостов арочной конструкции с учётом изменившихся условий нагрузок и ускоренного ухудшения их состояния; экономическая целесообразность дальнейшей эксплуатации арочных мостов в сложившихся условиях и т.д. Для решения задач, связанных с вышеприведёнными вопросами, а также урегулирования проблем эксплуатации арочных мостов по инициативе автора и под его руководством был создан международный проект, направленный на проведение системных научных исследований мостов арочной конструкции. Некоторые результаты выполнения упомянутого проекта приводятся в данной работе.

Актуальность исследования. Необходимость повышения срока эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции, имеющих широкое распространение в России и Европе, и нуждающихся в постоянном мониторинге с применением эффективных расчетно-экспериментальных методов контроля эксплуатационной надежности, определяет актуальность проводимых исследований. Применение изложенных в работе теоретических положений и технических решений позволяет обеспечить формирование с системных позиций методического обеспечения комплексной системы оценки пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции, включая мосты со значительными сроками эксплуатации. В ряде случаев такой подход позволяет гарантированно повысить эксплуатационную нагрузку, что соответствует наметившейся в последнее время тенденции в эксплуатации железнодорожного транспорта.

Цель работы. Разработка многоуровневого алгоритма оценки пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции и формирование рекомендаций по их дальнейшей эксплуатации с учетом выявленного состояния.

Для достижения поставленной цели в работе рассматриваются и решаются следующие задачи:

1. Анализ состояния железнодорожных мостов арочной конструкции, эксплуатирующихся в настоящее время в Европе, с учетом особенностей их конструирования, технологии строительства и условий эксплуатации.

2. Поиск и развитие расчётных методов, обеспечивающих анализ структурного поведения и определение несущей способности мостов арочной конструкции, проведение исследований их структурного поведения с учетом влияния определяющих факторов.

3. Разработка комплексного метода, обеспечивающего проверку пригодности к эксплуатации мостов арочной конструкции с учетом наблюдающихся разрушений их конструкции, и определение уровня эксплуатационных нагрузок, обеспечивающих возможность дальнейшей эксплуатации под воздействием многократно повторяющихся нагрузок.

4. Поиск и экспериментальное исследование эффективности методов, обеспечивающих неразрушающий контроль или контроль с минимальным уровнем разрушения, которые позволяют получить необходимые характеристики конструкции и использованных материалов, разработка практических рекомендаций по их применению.

5. Систематизация результатов проведенных исследований и разработка многоуровневого алгоритма, обеспечивающего оценку пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции и формирование практических рекомендаций по их дальнейшей эксплуатации.

Объектом исследования являются железнодорожные мосты арочной конструкции, предметом исследования, соответственно, являются критерии и методы оценки состояния и пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции.

Методы исследования. В работе использованы положения системного анализа, методы теории систем, математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.

На защиту выносятся следующие положения:

метод выявления стохастической чувствительности входных параметров, применяемых в ходе расчётов несущей способности арки моста, позволяющий определить, каким образом их статистические характеристики влияют на статистические характеристики сопротивления конструкции;

метод проверки эксплуатационной пригодности арочных мостов путем сопоставления проектировочных величин нагрузки и сопротивления, который обеспечивает необходимую точность оценки, а также метод расчета для контроля пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов, основанный на применении принципа допустимых напряжений;

многоуровневый алгоритм оценки несущей способности моста арочной конструкции, предусматривающий три уровня оценки несущей способности арочного моста в соответствии с его состоянием;

методика диагностики состояния мостов арочной конструкции с применением средств радиоволнового, теплового и визуального видов неразрушающего контроля, в частности георадара, тепловизора, бороскопа и эндоскопа.

Научная новизна. В ходе исследований получены следующие новые научные результаты:

1. На основании системного анализа конструкций мостов, проведенного с применением метода неподвижного блока и модели дискретных элементов, выявлены факторы, имеющие наибольшее влияние на несущую способность арочных мостов с арками полукружной формы или формы кругового сегмента, определен характер их воздействия в определенных диапазонах численных значений.

2. Разработан метод, позволяющий оценить стохастическую чувствительность входных параметров, применяемых при расчёте несущей способности арки. Предложены методы проверки надёжности на основе сопоставления проектировочных величин нагрузки и сопротивления, обеспечивающие необходимый уровень точности, а также метод расчета для контроля пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов, основанный на применении принципа допустимых напряжений. Сформирована система критериев, предназначенная для предотвращения усталостного разрушения конструкции в связи с нагрузками сжатия.

3. Впервые разработан и предложен алгоритм многоуровневой оценки несущей способности моста арочной конструкции, предусматривающий три уровня оценки несущей способности арочного моста в соответствии с его состоянием.

4. На основе анализа результатов выполненного комплекса экспериментальных исследований проведена систематизация методов неразрушающего контроля с точки зрения их применимости для оценки факторов, влияющих на пригодность к эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции.

5. Доказана эффективность использования ряда методов неразрушающего контроля для оценки внутреннего состояния и структуры мостовых конструкций, разработаны методики: исследования кирпичной кладки с применением георадара, диагностики состояния мостов арочной конструкции с применением приборов и устройств, фиксирующих инфракрасное излучение, и визуального контроля с использованием средств эндоскопии и бороскопии.

6. С использованием модельных экспериментов найдены диапазоны частот георадара, на которых наиболее достоверно выявляются те или иные дефекты и структурные неоднородности конструкции моста.

Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в использовании алгоритма оценки пригодности к эксплуатации железнодорожных мостов арочной конструкции для определения эксплуатационного состояния действующих арочных мостов. Создан комплекс неразрушающих методов исследования параметров и характеристик арочных мостов, влияющих на их пригодность к эксплуатации, который обеспечивает методическую поддержку разработанного многоуровневого алгоритма. Разработаны практические методики применения определенных методов неразрушающего контроля, которые обеспечивают эффективное их применение для контроля и оценки состояния конструкции и эксплуатационного состояния арочных мостов, расположенных на железнодорожных магистралях Венгрии. Предложенные методики могут быть использованы для анализа состояния конструкций строительных сооружений.

Апробация работы. Содержание и основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях:

1. Информационные технологии в инновационных проектах. 4-я международная конференция (Ижевск, 29-30 мая 2003 г.);

2. ARCH 04: 4^th International Conference on Arch Bridges (Barcelona, 2004);

3. Savremena Gradevinska Praksa (Novi Sad, Serbia, 15-16 March, 2006);

4. 6^th International PhD Symposium in Civil Engineering, Zurich, Switzerland (23-26 August, 2006);

5. International Conference on Railway Engineering-2007 (London, 13-14 June 2007);

6. ARCH 07: 7^th International Conference on Arch Bridges (Madeira, Portugal, 12-14 September 2007);

7. Sustainable Bridges – Assessment for Future Traffic Demands and Longer Lives (Wroclaw, Poland, 14-16 October 2007).

Выступления на научных и научно-методических семинарах и конференциях ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет».

Публикации. Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в 13 печатных работах, из них 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ, 11 публикаций в зарубежных изданиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (102 наименования источников) и 7 приложений. Диссертация содержит 127 страниц, 33 таблицы и 60 иллюстраций.

Похожие диссертации на Исследование и диагностика технического состояния мостов арочных конструкций

Теоретические и методологические основы рационального зубного протезирования и исследования влияния материалов и конструкций на клинико-лабораторные показатели состояния слизистой оболочки полости ртаШиряева Лия Раифовна

Разработка и исследование методов статистической диагностики технологических объектов Усенко Ольга Александровна

Исследование тестовых методов диагностики и разработка на их основе алгоритмов обработки океанологической информации для задач рыбопромыслового прогнозирования Шер Арнольд Петрович

Исследование, рациональное управление процессом диагностики и лечения хронических болезней органов пищеварения на основе моделирования и прогнозированияПросветова Людмила Николаевна

Исследование, моделирование и алгоритмизация диагностики и рационального лечения патологии беременных у женщин с хроническим токсоплазмозомЕнькова Елена Владимировна

Разработка и исследование методов и средств прогнозирования, диагностики и управления комплексной профилактикой и терапией псориазаДемченко Ольга Алексеевна

Разработка и исследование методов идентификации в задачах диагностики : (На примере технической диагностики электрокомпрессорной станции АЭКС 7,5)Черников, Сергей Николаевич

Разработка, исследование и оптимизация средств автоматизированной диагностики материалов спектральным методом анализаАлтынцев Михаил Поликарпович

Исследование надежности технических систем с диагностикойКорелин Олег Николаевич

Исследование и анализ процесса пренатальной диагностики нарушений развития плода на основе эхографии и компьютерных технологийСоболева Ирина Арнольдовна