ТОШКЕНТ АВТОМОБИЛЬ ЙЎЛЛАРИНИ ЛОЙИҲАЛАШ, ҚУРИШ ВА
ЭКСПЛУАТАЦИЯСИ ИНСТИТУТИ ҲАМДА ТОШКЕНТ ШАҲРИДАГИ
ТУРИН ПОЛИТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ
ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ DSc.27.06.2017.Т.09.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ
КЕНГАШ
ТОШКЕНТ АВТОМОБИЛЬ ЙЎЛЛАРИНИ ЛОЙИҲАЛАШ, ҚУРИШ ВА
ЭКСПЛУАТАЦИЯСИ ИНСТИТУТИ
МАМАЖАНОВ РУСТАМ РАХИМЖАНОВИЧ
ТЕМИР ЙЎЛ КЎПРИКЛАРИ ОРАЛИҚ ҚУРИЛМАЛАРИ РЕСУРСИНИ
ҲИСОБЛАШ УСУЛЛАРИНИ ТЕХНИК ДИАГНОСТИКА
НАТИЖАЛАРИ АСОСИДА ТАКОМИЛЛАШТИРИШ
05.09.02 – Асослар, пойдеворлар ва ер ости иншоотлари.
Кўприклар ва транспорт тоннеллари. Йўллар ва метрополитенлар
ТЕХНИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)
ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2017
УЎК: 624.21.014.2
Техника фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертацияси
автореферати мундарижаси
Оглавление автореферата диссертации доктора философии (PhD) по
техническим наукам
Contents of dissertation abstract of doctor of philosophy (PhD)
on technical sciences
Мамажанов Рустам Рахимжанович
Темир йўл кўприклари оралиқ қурилмалари ресурсини ҳисоблаш
усулларини техник диагностика натижалари асосида такомиллашти риш
............................................................................................................... 3
Мамажанов Рустам Рахимжанович
Совершенствование методов расчета ресурса металлических пролет ных
строений железнодорожных мостов по результатам технической
диагностки .................................................................................................. 25
Mamajanov Rustam Rahimjanovich
Improvement of calculation methods of the metal superstructures resource of
railway bridges on the technical diagnostics results ................................ 47
Эълон қилинган ишлар рўйхати
Список опубликованных работ
List of published works ................................................................................ 51
ТОШКЕНТ АВТОМОБИЛЬ ЙЎЛЛАРИНИ ЛОЙИҲАЛАШ, ҚУРИШ ВА
ЭКСПЛУАТАЦИЯСИ ИНСТИТУТИ ҲАМДА ТОШКЕНТ ШАҲРИДАГИ
ТУРИН ПОЛИТЕХНИКА УНИВЕРСИТЕТИ ҲУЗУРИДАГИ ИЛМИЙ
ДАРАЖАЛАР БЕРУВЧИ DSc.27.06.2017.Т.09.01 РАҚАМЛИ ИЛМИЙ
КЕНГАШ
ТОШКЕНТ АВТОМОБИЛЬ ЙЎЛЛАРИНИ ЛОЙИҲАЛАШ, ҚУРИШ ВА
ЭКСПЛУАТАЦИЯСИ ИНСТИТУТИ
МАМАЖАНОВ РУСТАМ РАХИМЖАНОВИЧ
ТЕМИР ЙЎЛ КЎПРИКЛАРИ ОРАЛИҚ ҚУРИЛМАЛАРИ РЕСУРСИНИ
ҲИСОБЛАШ УСУЛЛАРИНИ ТЕХНИК ДИАГНОСТИКА
НАТИЖАЛАРИ АСОСИДА ТАКОМИЛЛАШТИРИШ
05.09.02 – Асослар, пойдеворлар ва ер ости иншоотлари.
Кўприклар ва транспорт тоннеллари. Йўллар ва метрополитенлар
ТЕХНИКА ФАНЛАРИ БЎЙИЧА ФАЛСАФА ДОКТОРИ (PhD)
ДИССЕРТАЦИЯСИ АВТОРЕФЕРАТИ
Тошкент – 2017
Техника фанлари бўйича фалсафа доктори (PhD) диссертацияси мавзуси Ўзбекистон
Республикаси Вазирлар Маҳкамаси ҳузуридаги Олий аттестация комиссиясида
B2017.1.PhD/T123 рақам билан рўйхатга олинган.
Диссертация Тошкент автомобиль йўлларини лойиҳалаш, қуриш ва эксплуатацияси инсти
тутида бажарилган.
Диссертация автореферати уч тилда (ўзбек, рус, инглиз (резюме)) Илмий кенгаш веб
саҳифасида (www.tayi.uz) ва «ZiyoNet» Ахборот таълим порталида (www.ziyonet.uz) жойлашти
рилган.
Илмий раҳбар: Ишанходжаев Абдурахман Асимович
техника фанлари
доктори, профессор
Расмий оппонентлар: Рашидов Турсунбай
техника фанлари доктори, профессор, академик
Рузиева Мафура Васиковна
техника фанлари номзоди, доцент
Етакчи ташкилот: Тошкент темир йўл муҳандислари институти
Диссертация ҳимояси Тошкент автомобиль йўлларини лойиҳалаш, қуриш ва эксплуатацияси
институти ва Тошкентдаги Турин политехника университети ҳузуридаги DSc.27.06.2017.т.09.01
рақамли Илмий кенгашнинг 2017 йил «____» _________ соат ____ даги мажлисида бўлиб ўтади
(Манзил: 100060, Тошкент, А.Темур шоҳ кўчаси 20 уй. Тел./факс: (99871) 2321439, e-mail:
tadi_info@edu.uz ).
Диссертация билан Тошкент автомобиль йўлларини лойиҳалаш, қуриш ва эксплуатацияси
институти Ахборот-ресурс марказида танишиш мумкин (____ рақами билан рўйхатга олинган).
(Манзил: 100060, Тошкент ш., А.Темур шоҳ кўчаси, 20 уй. Тел./факс: (99871) 2321439.)
Диссертация автореферати 2017 йил «____» _____________ куни тарқатилди.
(2017 йил «____» ____________ даги _________ рақамли реестр баённомаси).
А.А. Рискулов
Илмий даражалар берувчи
илмий кенгаш раиси, т..ф.д., профессор
А.М. Бабаев
Илмий даражалар берувчи
илмий кенгаш котиби, т.ф.н.
А.А. Ашрабов
Илмий даражалар берувчи
илмий кенгаш қошидаги илмий семинар
раиси, т.ф.д., профессор
КИРИШ (фалсафа доктори (PhD) диссертацияси аннотацияси)
Диссертация мавзусининг долзарблиги ва зарурати.
Жаҳонда темир
йўлларнинг меъёрий фаолиятини таъминлашда масъулиятли ва қиммат бўлган
иншоот - кўприкларнинг ўрни алоҳида аҳамиятга эга. АҚШ, Япония,
Германия, Хитой
1
каби темир йўл инфраструктураси ривожланган
мамлакатларда юқори тезликдаги темир йўл йўналишлари бўйлаб темир йўл
кўприкларининг салмоғи умумий йўл узунлигининг 70% ни ташкил этади. Бу
ўз навбатида кўприклар металл оралиқларини эксплуатация жараёнини илмий
асосланган доимий мониторинг тизимини ташкил этиб бориш зарурати
туғдирди. Шу сабабли кўприк конструкциялари элементларининг ресурсини
прогноз қилиш соҳасига хорижий мамлакатларда алоҳида эътибор
қаратилмоқда.
Республикамиз мустақилликка эришгач транспорт коммуникациялари
тизимларида ер усти иншоотларини лойиҳалаш, қуриш ва эксплуатация
қилиш жараёнларини сифат жихатидан такомиллаштиришга алоҳида эътибор
қаратилди. Амалга оширилган чора-тадбирлар асосида, жумладан темир йўл
ер усти иншоотларини мураккаб металл конструкциялари ёрдамида унинг
мустаҳкамлиги, ишончлилиги оширилди. Шулар билан бир қаторда бугунги
кунда транспорт комуникация тизимларида сунъий иншоотлар ресурсларини
ошириш учун ҳисоблаш усулларини такомиллаштириш талаб этилмоқда.
Ўзбекистон Республикасини янада ривожлантириш бўйича Ҳаракатлар
стратегиясида, жумладан « … йўл-транспорт, муҳандислик-коммуникация ва
ижтимоий инфратузилмаларни ривожлантириш ҳамда модернизация қилиш
бўйича мақсадли дастурларни амалга ошириш, …» вазифаси белгилаб
берилган. Бу борада кўприклар ресурсини ҳисоблаш, уларнинг эксплуатацион
ишончлилигини ошириш, темир йўл линияларида янги барпо этилаётган
ҳамда эксплуатациядаги кўприкларнинг ишончлилигини таъминлаш бўйича
илмий тадқиқот ишларини амалда кенг миқёсида олиб бориш муҳим аҳамият
касб этмоқда.
Жаҳонда металл оралиқ қурилмалар ресурсини ҳисоблаш, уларни
баҳолашнинг техник диагностика асосида бажариш, бунда уларни тайёрлаш
ва монтаж қилишдаги нуқсонлар, шунингдек, ресурсни аниқлашда узоқ
ишлаш жараёнида юзага келадиган шикастларни ҳисобга олиш каби
йўналишларда мақсадли илмий изланишларни амалга ошириш алоҳида
аҳамият касб этмоқда. Бу борада, жумладан оралиқ қурилмаларни ясаш,
монтаж қилиш ва эксплуатация қилганда нуқсонлар пайдо бўлиши
сабабларини
аниқлаш,
оралиқ
қурилмалар
ресурсига
нуқсон ва
шикастланишларнинг таъсирини аниқлаш услубларини ишлаб чиқиш, оралиқ
қурилмалар ресурсини ҳисоблашнинг амалда қўллаш учун қулай услубларини
ишлаб чиқиш каби йўналишларда мақсадли илмий изланишларни амалга
ошириш муҳим вазифалардан бири ҳисобланади.
Ўзбекистон Республикаси Президентининг 2015 йил 6 мартдаги
1
https://ru.wikipedia.org/wiki/высокоскоростные_наземный_транспорт_по_странам
5
ПҚ-2313-сон «Муҳандислик-коммуникация ва йўл-транспорт инфратузил
масини ривожлантириш ва модернизация қилиш дастури тўғрисида»ги
Қарори, 2017 йил 7 февралдаги ПФ-4947-сон «Ўзбекистон Республикасини
янада ривожлантириш бўйича ҳаракатлар страдегияси тўғрисида»ги, 2017
йил 1 июндаги ПФ-5066-сон «Фавқулотда вазиятларнинг олдини олиш ва
уларни бартараф этиш тизими самарадорлигини тубдан ошириш чора
тадбирлари тўғрисида»ги Фармонлари ва Вазирлар Маҳкамасининг 2001 йил
24 августдаги 242-сон «Ўзбекистон Республикаси Фавқулотда вазиятларда
уларнинг олдини олиш ва ҳаракат қилиш давлат тизимини янада
такомиллаштириш тўғрисида»ги қарори ҳамда мазкур фаолиятга тегишли
бошқа меъёрий-ҳуқуқий ҳужжатларда белгиланган вазифаларни амалга
оширишга ушбу диссертация тадқиқоти маълум даражада хизмат қилади.
Тадқиқотнинг республика фан ва технологиялари ривожланиши
нинг устувор йўналишларига мослиги.
Мазкур тадқиқот республика фан ва
технологияларни ривожлантиришнинг IV. «Математика, механика, иншоотлар
сейсмодинамикаси ва информатика» ва XIV «Сейсмология, бинолар ва
иншоотлар сейсмик хавфсизлиги ва қурилиш» устувор йўнали шлари
доирасида бажарилган.
Муаммонинг ўрганилганлик даражаси.
Кўприклардаги металл конст
рукцияларни ясаш ва монтаж қилиш, ҳамда эксплуатация вақтида бошланғич
нуқсон ва шикастлари бўлган оралиқ қурилмаларни ҳисоблаш соҳасида
жаҳондаги йирик тадқиқотчилар, жумладан В.О.Осипов, Т.М.Богданов,
А.И.Васильев, Е.Е.Гибшман, П.П.Ефимов, Э.С.Карапетов, Ю.Г.Козьмин,
Б.Ф.Лесохин, Г.А.Мамлин, HisayukiAKIYAMA, MitsuruKIMURA, Murakami,
KatsuroOZAWA, NobuoNISHIMURA ва бошқалар илмий тадқиқот ишлари
олиб боришган.
Юртимизда темир йўл кўприклари металл конструкцияларини
конструктив мукаммаллаштириш, ҳисоблаш ва синаш соҳасини
ривожланишида бир қатор олимлар томонидан тадқиқотлар олиб борилган.
Т.Р.Рашидов, А.А.Ашрабов, А.А.Ишанходжаев, Р.Мамажанов, Г.Х.Хожме тов,
М.В.Рузиева, Р.З.Низамутдинова, Ч.С.Раупов, Н.А.Красин, Х.А.Байбула тов ва
бошқалар, бу соҳада турли йилларда ўз тадқиқотлари асосида ижобий
натижаларга эришганлар.
Бугунги кунда металл оралиқ қурилмаларни ясаш ва монтаж қилишдаги
дастлабки нуқсон ва шикастлар, шунингдек, эксплуатация босқичидаги
шикастларнинг таъсирини баҳолашнинг амалдаги меъёрий хужжат ШНК
2.03.02-12 «Кўприклар ва қувурлар»да тўлиқ ҳажмдаги илмий асосланган
усули йўқ. Эксплуатация қилинаётган оралиқ қурилмаларнинг қолдиқ
ресурсини прогноз қилиш бўйича математик формулаларда кўриб
чиқиладиган вақт онида дарзлар борлиги, металлнинг занглаши ва бошқа
шикастлар тўлиқ ҳисобга олинмайди. Юқоридаги фикрларни инобатга олган
ҳолда, шундай хулоса чиқариш мумкинки, хозирги пайтда мавжуд металл
оралиқ қурилмаларни техник диагностика маълумотлари асосида ҳисоблаш
усуллари етарли даражада ўрганилмаган.
Диссертация тадқиқотининг диссертация бажарилган олий таълим
6
муассасасининг илмий-тадқиқот ишлари режалари билан боғлиқлиги.
Диссертация тадқиқоти Тошкент автомобиль йўлларини лойиҳалаш, қуриш ва
эксплуатацияси институтининг илмий-тадқиқот ишлари режаси асосида,
А-14-23 «Темир йўл кўприклари металл оралиқ қурилмаларининг
эксплуатацион ишончлилиги» (2015-2017) мавзусидаги амалий лойиҳа гранти,
ҳамда «Ўзбекистон темир йўллари» АЖ, «NIPPON STEEL» (Япония)
компаниялари билан тузилган шартнома (2008-2010) лойиҳалари доирасида
бажарилган.
Тадқиқотнинг мақсади
эксплуатация қилинаётган темир йўл
кўприкларидаги металл оралиқ қурилмалар ресурсини техник диагностика
натижалари асосида ҳисоблаш усулларини такомиллаштиришдан иборат.
Тадқиқотнинг вазифалари:
оралиқ қурилмаларни ясаш ва монтаж қилишда, шунингдек, уларни узоқ
вақт эксплуатация қилганда нуқсонлар пайдо бўлиши сабабларини аниқлаш;
оралиқ қурилмалар ресурсига ҳар хил нуқсон ва шикастларнинг таъсирини
аниқлаш усулларини ишлаб чиқиш;
оралиқ қурилмалар ресурсини ҳисоблашнинг амалда қўллаш учун қулай
усулларини ишлаб чиқиш;
темир
йўл
хўжалиги
ҳисобидаги
фойдаланилаётган
оралиқ
қурилмаларни текшириш ва техник ҳолатини баҳолаш бўйича тавсиялар
ишлаб чиқиш.
Тадқиқотнинг объекти
темир йўллардаги кўприкларнинг металл
оралиқ қурилмалари олинган.
Тадқиқотнинг предмети
поездларни ўтказиш шароитларини белгилаш
ва уларни эксплуатация қилиш вақтида таъмирлашлараро муддатларни
режалаштиришда темир йўл кўприклари металл оралиқ қурилмалари ресурс
кўрсаткичларини ташкил этади.
Тадқиқотнинг усуллари.
Тадқиқот жараёнида темир йўл кўприклари
металл оралиқ қурилмаларининг ҳолатини экспериментал-назарий ўрганиш
усуллари, чизиқли бузилиш механикаси асосида олинган назарий
боғлиқликлар усули, қурилган кўприкларни ўрганиш натижалари, оралиқ
қурилмалар тугунлари фрагментларини, поездлар таъсирини яқин акс
эттирувчи, кўп марта қайтарилувчи юкланишларга синашлар усулларидан
фойдаланилган.
Тадқиқотнинг илмий янгилиги
қуйидагилардан иборат:
оралиқ қурилмаларни қуриш ва эксплуатация қилиш босқичида нуқсон
ва шикастланишларнинг юз бериш сабабларини техник диагностика
натижалари асосида аниқлаш усуллари ишлаб чиқилган;
ишқаланиш коэффиценти
f
асосида узеллардаги нотекисликлар ҳисобига
ҳосил бўладиган шикастланишлар концентрацияси даражаси аниқланди;
техник диагностика натижалари асосида эксплуатациядаги темир йўл металл
оралиқ қурилмаларнинг қолдиқ ресурсини ҳисоблаш усули ишлаб чиқилган.
эксплуатация жараёнида ҳосил бўлган шикастланишларни ҳисобга олган
ҳолда оралиқ қурилмалар ресурсини ҳисоблаш усули, шикастланишлар
7
тўпланиш назарияси асосида такомиллаштирилган;
Тадқиқотнинг амалий натижалари
қуйидагилардан иборат:
эксплуатацияга топширишдан олдин дастлабки нуқсонларга эга
кўприкларнинг металл оралиқ қурилмалари ресурсини ҳисоблашнинг мавжуд
усуллари такомиллаштирилган;
эксплуатация қилинаётган кўприкларнинг металл оралиқ қурилмаларини
техник диагностика натижалари асосида қолдиқ ресурсини ҳисоблашнинг
мавжуд усуллари такомиллаштирилган;
аналитик боғланишлар асосидаги моделлаштириш ва ҳисоблаш
услубиятлари ҳамда тажрибавий тадқиқ этиш натижалари металл оралиқ
қурилмаларни қолдиқ ресурсини ҳисоблаш учун қўлланма ва мавжуд сунъий
иншоотларни текшириш ва техник холатини аниқлаш тавсиялари ишлаб
чиқиш, йўл хўжалигига тегишли кўприкларни таъмирлашни оптимизация
қилиш имконини яратди.
Тадқиқот натижаларининг ишончлилиги
замонавий услуб ва
воситалардан фойдаланилган ҳолда синов намуналарини лабораторияда
синаш маълумотлари ва оралиқ қурилмалар ресурсига нуқсон ва
шикастларнинг таъсирини баҳолаш бўйича назарий формулаларни
кўприкларнинг эксплуатация қилинаётган оралиқ қурилмаларини текшириш
ва синаш маълумотлари, шунингдек, турли илмий конференцияларда
муаммонинг кенг муҳокамаси, Ўзбекистон Республикаси Вазирлар
Маҳкамаси қошидаги Олий аттестация комиссиясининг тақриз қилинадиган
илмий журналларида тадқиқот натижаларининг нашрлари билан таққослаш
воситасида изоҳланади.
Тадқиқот натижаларининг илмий ва амалий аҳамияти.
Тадқиқот
бўйича олинган натижаларнинг илмий аҳамияти, эксплуатация вақтида
оралиқ
қурилмалар
элементларида
шикастланишларнинг
тўпланиш
жараёнини ифодаловчи математик формулалар, шунингдек, кўприклардаги
оралиқ қурилмалар ресурсини прогноз қилиш бўйича шу базада ҳосил
қилинган аналитик боғланишлар ва ҳисобий услублар ишлаб чиқилганлиги
билан изоҳланади.
Олинган натижаларнинг амалий аҳамияти конструкциянинг диагностика
натижаларини ҳисобга олган ҳолда, кўприкларни лойиҳалаш ва
реконструкция қилиш учун ресурсни прогноз қилиш орқали эксплуатацион
сарф-харажатларни камайтиришга хизмат қилади. Олинган натижалар йўл
хўжалигига
тегишли
кўприкларни
таъмирлашдаги
харажатларини
қисқартириш,
таъмирлараро
муддатларни
тўғри
режалаш,
ҳамда
поездларнинг кўприкдан хавфсиз ва тўхтовсиз ўтишини таъминлашга хизмат
қилади.
Тадқиқот натижаларининг жорий қилиниши.
Темир йўл кўприклари
оралиқ қурилмалари ресурсини ҳисоблаш усулларини такомиллаштириш
бўйича олинган натижалар асосида:
техник диагностика натижалари асосида темир йўл металл оралиқ
қурилмаларнинг ресурсини ҳисоблаш услуби «Ўзбекистон темир йўллари»
АЖ тасаруфидаги «Тошғузор-Бойсун-Қумқўрғон» темир йўл линиясидаги
8
бешта металл кўприкларни лойиҳалаш жараёнига жорий этилган
(«Ўзбекистон темир йўллари» АЖнинг 2017 йил 4 сентябрь НГ/4034-17-сон
маълумотномаси). Илмий натижанинг қўлланилиши лойиҳалаш жараёнида
кўприк элементлари нуқсонларни тавсифлаш орқали 7-8% оралиғида маблағ
тежаш, ҳамда кўприк металл оралиқ қурилмаларини ҳисоблаш услубларини
такомиллаштириш имконини берган;
мавжуд сунъий иншоотларни текшириш ва техник холатини аниқлаш
услуби «Ўзбекистон темир йўллари» АЖ нинг йўл хўжалиги бошқармасига
тегишли барча йўл ташкилотларига жорий этилган (Йўл хўжалиги
бошқармасининг 2017 йил 10 августдаги 2013-П-сон маълумотномаси).
Ушбу тадқиқотларни жорий этиш натижасида таъмирлаш сифатини ошириш,
эксплуатация жараёнида харажатларни 10-12%га камайтириш, меҳнат
унумдорлигини 15-20% ошириш имконини берган.
Тадқиқот
натижаларининг
апробацияси.
Мазкур
тадқиқот
натижалари 2 та ҳалқаро ва 3 та республика илмий-амалий анжуманларида
муҳокамадан ўтказилган.
Тадқиқот натижаларининг эълон қилинганлиги.
Диссертация мавзуси
бўйича жами 14 та илмий иш чоп этилган, шулардан, Ўзбекистон
Республикаси Олий аттестация комиссиясининг фалсафа доктори (PhD)
диссертациялари асосий илмий натижаларини чоп этиш тавсия этилган илмий
нашрларда 9 та мақола, жумладан, 7 таси республика ва 2 таси хорижий
журналларда нашр этилган.
Диссертациянинг тузилиши ва ҳажми.
Диссертация таркиби кириш,
тўртта боб, хулоса, фойдаланилган адабиётлар рўйхати ва иловалардан иборат.
Диссертациянинг ҳажми 133 бетни ташкил этган.
ДИССЕРТАЦИЯНИНГ АСОСИЙ МАЗМУНИ
Кириш
қисмида ўтказилган тадқиқотларнинг долзарблиги ва зарурати
асосланган, тадқиқотнинг мақсади ва вазифалари, объект ва предметлари
тавсифланган, республика фан ва технологиялари ривожланишининг устувор
йўналишларига мослиги кўрсатилган, тадқиқотнинг илмий янгилиги ва
амалий натижалари баён қилинган, олинган натижаларнинг илмий ва амалий
аҳамияти очиб берилган, тадқиқот натижаларини амалиётга жорий қилиш,
нашр этилган ишлар ва диссертация тузилиши бўйича маълумотлар
келтирилган.
Диссертациянинг
«Металл темир йўл кўприкларини эксплуатация
қилишнинг замонавий ҳолати»
деб номланган биринчи бобида металл
темир йўл кўприкларини эксплуатация қилишнинг замонавий ҳолати таҳлил
қилинган. Тошкент – Самарқанд темир йўл линиясидаги биринчи паррон
металл фермалари 1898-1905 йилларда ишлатилган. Паррон металл фермали
Сирдарёдан ўтказилган кўприк 1899 йилда қурилган, ҳозирги пайтда карьерга
элтадиган шахобча йўлда эксплуатация қилинади. Тўрт оралиқли кўприк 1896
йил ҳисобий меъёрлари бўйича лойиҳаланган бўлиб, ҳисобий оралиқлари
87,4м бўлган оралиқ қурилмалар билан ёпилган. Икки қияламали
9
фермалар тепаси эгри чизиқли ва пастидан юриладиган икки чизиқли
системага эга.
1938 йилда Қорадарёдан темир йўл кўприги ўтказилди. Бу ерда 110
метрли оралиқ қурилма 1918 йил меъёрлари бўйича лойиҳаланган. Фермалар
учбурчак панжарали, юқори белбоғлари полигонал шаклда.
Кейинроқ
кўтариб
турувчи
конструкцияларнинг
шаклини
рационаллаштириш бўйича олиб борилган назарий тадқиқотлар натижасида
белбоғлари шаклининг оддийлиги билан ажралиб турадиган бир қатор оралиқ
қурилмалар, хусусан, учбурчак панжарали ва параллел белбоғли фермалар
ишлаб чиқилди. Натижада эгри чизиқли белбоғлари бўлган кўп қияламали,
кўп панжарали фермалар бора-бора замонавий фермаларга ўрин бўшатиб
берди.
Энг қизиқ ечимлар Норин дарёсидан ўтган, тепасидан юриладиган
кўприкнинг
l
=34м оралиқ қурилмалари, пастдан юриладиган кўприкнинг
l
=44м оралиқ қурилмаларидир. Бу иккала оралиқ қурилмада анча сифатли
пўлат ва замонавий технологиялардан фойдаланилган.
Амударёдан ўтган оралиқлари
l
=66м бўлган қўшма кўприкда,
шунингдек, Сирдарё ва Амударёдан ўтган, оралиқлари
l
=110м бўлган
кўприкларда металл конструкцияларнинг янги технологик ишланмаларидан
фойдаланилган. Бу оралиқ қурилмалар Тўйтепадаги металл конструкциялар
заводида тайёрланган.
Илк марта мамлакатимиздаги кўприк қурилишида Тошғузор-Қумқўрғон
темир йўл линиясида тепасидан юриладиган узлуксиз паррон металл
фермалар қурилган.
Диссертация ишида Ўзбекистон Республикасидаги темир йўл
кўприкларининг мавжуд ҳажмида 16% га яқин улушни статик схемалари
турларининг ҳар хиллиги, қурилиш йиллари ва эксплуатация шароитлари
билан фарқ қиладиган металл кўприклар ташкил қилиши аниқланган. Янги
темир
йўл
линиялари
қурилиши ҳисобига, жумладан, хорижий
инвестициялар ҳисобига қуриладиган металл кўприклар сони йилдан-йилга
кўпаймоқда.
Эксплуатация жараёнини ташкил қилишнинг мавжуд холати замонавий
талабларга жавоб бермаслиги кўрсатиб берилган. Оралиқ қурилмаларда янги
шикастлар пайдо бўлишидан огоҳлантирувчи чора-тадбирлар амалда олиб
борилмайди. Оралиқ қурилмаларни доимий эксплуатацияга топширишдан
олдин ва уларнинг узоқ хизмат муддати давомида шу қурилмаларнинг
мониторинги бўйича ихтисослашган ташкилотлар тузилмаган.
Юзага келган вазиятда кечиктириб бўлмайдиган ечим талаб қиладиган
асосий масалалардан бири тайёрлаш, монтаж қилиш жараёни ва эксплуатация
қилиш даврида пайдо бўладиган нуқсон ва шикастларни ҳисобга олган ҳолда
оралиқ қурилмалар ресурсини ҳисоблаш усулларини ишлаб чиқишдан иборат,
деб хулоса чиқарилди.
Диссертациянинг
«Доимий эксплуатацияга қабул қилишдан олдинги
металл оралиқ қурилмаларнинг техник диагностикаси натижалари»
деб
номланган иккинчи бобида хориждаги ва Ўзбекистондаги замонавий
заводларда металл конструкцияли оралиқ қурилмаларни тайёрлаш
10
технологиясининг мавжуд ҳолати батафсил таҳлил қилинган. Тошғузор
Қумқўрғон линиясидаги кўприклар учун оралиқ қурилмалар тайёрланган
NIPPON STEEL (Япония) заводларида робототехника кенг татбиқ қилинган.
Тошкент вилоятидаги Тўйтепа металл конструкциялар заводи ҳам замонавий
ускуналар билан етарлича жиҳозланган. Барча заводларда паррон фермалар
тайёрлашдаги асосий муаммолар қуйидагилардир:
- катта миқдордаги бирлаштирувчи элементларнинг зич туташишини
таъминлаш қийин. Амалиётда 4,0 мм гача тирқишлари бўлган маҳаллий
зичланмаган жойлар кўп учрайди. Буларнинг пайдо бўлишига фасонкалар,
рыбкалар, накладкалар ва варақли элементлардаги бироз букилганлиги,
шунингдек, учма-уч уланган жойларда элементлар белбоғлари текислигининг
мос келмаслиги сабаб бўлади;
- элементлар бирлашишида юқори мустаҳкамликдаги болтлар
ўтказиладиган тешиклар бир-бирига мос келмайди. Бунда болтлар,
эксплуатация вақтида қийшайиб қолади. Бу эса уларнинг емирилишига сабаб
бўлади;
- пайвандланган қутисимон конструкцияларда кесимлар ромбсимон
бўлади. Тайёрлашда пайдо бўлувчи бундай нуқсонлар эксплуатация вақтида
янада ривожланиб кетади. Бунга тирқишларда занг пайдо бўлиши,
металлнинг занглаши, кўпчиш ва бошқалар сабаб бўлади.
Деворнинг бўйлама букилиши, винт шаклида бўлиши (буралиш
деформацияси) ва кўпчиши, токчанинг деворга нисбатан қийшайиши ва
пайвандлашдан ҳосил бўладиган деформация натижасида токчаларнинг
қўзиқорин шаклида эгилиши каби нуқсонлар рухсат этилган қийматлар
чегарасида бўлади. Тадқиқотларнинг кўрсатишича, бундай оғишлар
пайвандланган балкалар ва элементларнинг юк кўтариш қобилиятига ёмон
таъсир қилмайди.
Шу билан бирга, уланадиган элементлар ўқларининг мос тушмаслиги
сабабли кесимларнинг ромб шаклида бўлиши узелларнинг кўтариб туриш
қобилияти ва кўпга чидамлилигининг пасайишига олиб келиши мумкин.
Оралиқ қурилмалар ишига бу омилнинг таъсирини миқдор жиҳатдан баҳолаш
бўйича тадқиқотлар хозиргача ўтказилмаган.
Завод шароитларида қутисимон кесимли пайвандланган элементлар
энининг амалдаги ўлчамлари горизонтал варақлар ва кўндаланг кесим
диагоналлари
сатҳида
ўлчанди.
Кўндаланг
кесим
диагоналлари
ўлчамларининг мос келмаслиги ромбсимонлик борлигидан далолат беради.
Ҳаммаси бўлиб, паррон фермаларнинг пастки белбоғидаги 68 та элемент
кўндаланг кесимининг эни ўлчаб чиқилди.
Кесимнинг лойиҳавий энидан оғишларининг топилган қийматлари +2,65
мм ни ташкил қилади. Бу ҚМҚ 3.03.02-98 «Металл конструкциялар. Ишлаб
чиқариш ва ишларни қабул қилиш қоидалари»да рухсат этилган +0; -2 мм дан
кўп, лекин ИЖТда (Япония) рухсат этилган ±3 мм дан кам.
Таъкидлаб ўтиш керакки, кўрсатилган оғишларга нафақат конструкция
элементларини ясаш технологиясининг даражаси, балки заводларга етказиб
бериладиган прокатнинг лойиҳавий ўлчамларидан оғишлар ҳам таъсир
қилади.
11
Шундай қилиб, прокат қалинлигининг кутиладиган оғишларида
белбоғнинг горизонтал варағи ясалганда ҳам, ҚМҚ 3.03.02-98 «Металл
конструкциялар. Ишлаб чиқариш ва ишларни қабул қилиш қоидалари»
талабларида белгиланган +0; -2 мм га риоя қилиб бўлмайди.
Мазкур ишда уланмаларда нотекисликлар ҳосил қиладиган
ромбсимонликнинг жоиз катталиги таъсирини баҳолашга харакат қилинган.
Шу мақсадда Тошғузор-Қумқўрғон линиясидаги темир йўл кўприги учун
Гранспан заводида (Манила) ясалган паррон фермалар элементларини назорат
қилиш жараёнида ҳосил қилинган диагоналлар Δ узунлигидаги ҳар хилликни
ўлчаш натижалари ишланди.
Диагоналларнинг узунлигидаги ҳар хилликнинг 0,99 ишончлилик билан
оғиш эҳтимоли ±2,0мм бўлиб чиқади. Шундай қилиб, конструкцияларни
ясашнинг мавжуд технологияси ва диагоналлардаги ҳар хилликларнинг
рухсат этилган қийматларида нотекисликлар ҳосил бўлишининг олдини олиб
бўлмайди.
16 та металл оралиқ қурилмаларни Тошғузор-Қумқўрғон, Тошкент
Самарқанд ва Тошкент-Ангрен-Поп линияларида доимий эксплуатацияга
топширишдан олдин, уларнинг техник текшируви асосида кўрсатиб
берилдики, металл конструкцияларни ясаш технологиясининг мавжуд
даражасида уланмаларда нотекисликларга бутунлай йўл қўйилмасликнинг
иложи йўқ ва уларнинг катталикларини ±3,0 мм қилиб чеклаш қўшимча
талабларни
тақозо
қилади.
Бирлаштириладиган
элементлардаги
нотекисликлар ортганда ишқаланиш коэффициенти камаяди. Уланмалардаги
элементларнинг нотекисликлари 3,0 мм гача бўлган тирқишлар ишқаланиш
коэффициентига амалда кам таъсир кўрсатади ва бу тирқишларни намлик
тушишининг олдини олиш учун жипс беркитиш мумкин. 3,0 мм дан ортиқ
тирқишларга рухсат этилмайди. Бундай тирқишлар пайдо бўлганда қўшимча
пластинкалар билан тўлдириш тавсия этилади.
Назарий тадқиқотлар асосида шу аниқландики, уланмалардаги
нотекисликлар 3,0 мм гача бўлганда, устқўймалардаги кучланишларнинг
ортиши, устқўймаларнинг эгилиши ҳисобига 20% дан ошмайди, 3,0 мм дан
кўп бўлиш жоизлиги эса, юқорида кўрсатилгандек, мақбул эмас.
Япония ва Ўзбекистон меъёрий талабларининг заводда тайёрланган
металл конструкциялар элементлари геометрик параметрларининг оғишига
умумий ёндашуви, умуман, мос келади. Бир қатор кўрсаткичларга кўра
Япония меъёрлари қатъийроқ ҳисобланади. Бу ерда, чамаси, Япониядаги
завод шароитларида конструкция элементларини тайёрлашнинг энг юксак
даражаси ва оралиқ қурилмаларни монтаж қилиш технологиясининг юқори
даражаси эътиборга олинган.
Юқори мустаҳкамликдаги болтларнинг стандарт диаметри катталиги
Япония ва Ўзбекистон меъёрлари бўйича фарқ қилмайди, аммо
мустаҳкамлиги юқори болтлар учун номинал тешикларнинг керакли
катталиклари ҳар хил бўлиб, ҚМҚ 3.03.02-98 «Металл конструкциялар.
Ишлаб чиқариш ва ишларни қабул қилиш қоидалари» даги қатъий талабларни
асоссиз деб ҳисоблаш мумкин. Шу сабабли бу қоидани, Ўзбекистон
Республикасидаги заводларнинг маълум техник ва технологик
12
таъминланганлигидан келиб чиққан ҳолда қайта кўриб чиқиш лозим.
Параметрларнинг бошқа оғишлари бўйича талаблар амалда мос келса-да,
Япония мутахассислари металл кўприклар қурилишини келгусида давом
эттиришларини ҳисобга олиб, бу кўрсаткичларни давлатлараро
стандартларни ишлаб чиқиш орқали бир хиллаштириш зарур.
Диссертациянинг учинчи боби
«Тайёрлаш ва монтаж қилишдаги
дастлабки нуқсонларни ҳисобга олган ҳолда металл оралиқ қурилмалар
ресурси»
деб номланган. Ресурс – чидамлилик тавсифи, объектнинг, уни
ишлатишдан бошлаб чегаравий ҳолат бошлангунга қадар ишлаб бериш
захирасидир.
Кўприклардаги металл оралиқ қурилмаларга мувофиқ ресурснинг энг
яхши ўлчов бирлиги сифатида конструкция ишончлилик назариясининг
таркибий қисми бўлган вақт қабул қилинган.
В.В. Болотиннинг ишларида машина конструкциялари ресурсини прогноз
қилишнинг назарий асослари биринчи марта таърифлаб берилди. В.О.
Осипов темир йўл кўприкларидаги оралиқ қурилмалар учун мос равишда
ресурсни ҳисоблаш принципини асослаб берди. Бу масалалар Л.И.
Иосилевский, В.П. Чирков, А.Ю. Клюкин, А.А.Шейкин, Б.Ф. Лесохин, О.В.
Смирнова, Е.П. Феоктистова ва бошқаларнинг ишларида ривожлантирилди.
Лойиҳалаш босқичида металл оралиқ қурилмалар ресурсини ҳисоблаш
меъёрий хужжатларда қатъий белгиланмаган. Кўприк конструкциялари
элементларининг чидамлилигини ҳисоблаш шартларини таъминлаш 80-100
йил чегаралардаги хизмат муддатини кафолатлайди. Бунда муҳим омиллар –
тайёрлаш ва монтаж қилишдаги бошланғич нуқсонларнинг таъсири эътиборга
олинмайди, эксплуатация вақтида конструкциянинг ишлаш шароитлари эса
тўлиқ ҳисобга олинмайди.
Бошланғич нуқсонларнинг учма-уч уланган бирикмаларнинг юк
кўтариш қобилиятига таъсирини рақамлар билан баҳолаш учун
“Ўзоғирсаноатлойиҳа” АЖ иштирокида “Ўзбекистон темир йўллари” АЖ
нинг буюртмаси бўйича NIPPON STEEL лабораториясида (Япония) металл
паррон фермалар узелларининг бўлаклари экспериментал тадқиқ қилинди.
Бўлак-намуналарнинг 3 та серияси тайёрланди. Ҳар бир серия
уланадиган элементларнинг нотекисликлари 3,0 ва 4,5 мм бўлган тўртта
намунани ўз ичига олди. Бир вақтнинг ўзида шундай намуналар
нотекисликларсиз тайёрланди.
Узелларнинг бўлаклари Ниппон Стил Инжиниринг Ко. Лтд.
компаниясининг Саубаку илмий-тадқиқот лабораториясида синовдан
ўтказилди.
Синовлар юк кўтариш қобилияти 4000 кН бўлган гидравлик машинада
бажарилди. Сирпаниш катталикларини ўлчаш учун маркалар ўрнатилди.
Деформацияларни ўлчаш аниқлиги – 0,01 мм.
1- ва 2- расмларда тажриба намуналарини синашда уланмалар ишлаш
диаграммаси ва уланмалардаги нотекисликлар катталигида ҳосил бўладиган
сурувчи кучларнинг боғлиқликлари берилган.
13
14
1 ва 2-расмлардан кўриниб турибдики, сурувчи кучлар катталиги – Р
бирлаштириладиган элементлардаги нотекислигига ва болтларнинг учма-уч
уланган
жойига
жиддий
боғлиқ.
Сурувчи
кучнинг
энг
кичик
бирлаштириладиган элементлардаги нотекисликлар 4,5 мм бўлган ҳолда,
болтларнинг учма-уч уланган жойдан энг чеккадаги қаторига мос келади. Бу
шуни
кўрсатадики,
нотекисликлар
кўпайганда
бирлаштириладиган
элементлардаги контакт текислик пасаяди ва болтлар қаторига кучларнинг
узатилиши нотекис кечади.
а)
2-бўлак
Δ – болтларнинг учма-уч уланган жойга энг чекка қатори
▲ - болтларнинг учма-уч уланган жойдан энг чекка қатори
б)
1-бўлак
○ – болтларнинг учма-уч уланган жойга энг чекка қатори
● - болтларнинг учма-уч уланган жойдан энг чекка қатори
2-расм. Сурувчи кучларнинг бирлаштириладиган элементлардаги
нотекисликларнинг катталигига боғлиқлиги
а) ясси бўлаклар; б) ҳажмли бўлаклар
15
Узел пластинкасининг зўриқиш-деформацияланиш ҳолатини аниқ топиш
мураккаб. Шунинг учун бундай масалаларнинг ечимларида пластинканинг
эгилишига сабаб бўладиган юкламанинг марказдан ташқарига тушиш
таъсири дастлабки қийшайишнинг ортиши билан ҳисобга олинади.
Ферма узелидаги пластина устқўймасининг ишлаш ҳолати кўриб
чиқилди (3-расм)
3-расм. Устқўйманинг дастлабки қийшайган ҳолатида бириктириш
схемаси
Умумий ҳолатда контур бўйича таянган тўғрибурчакли плита бўйлама
йўналишда бир текис сиқилган тўғри бурчакли плита кўриб чиқилди. Вазифа
материалнинг оқувчанлик чегараси билан таққосланадиган келтирилган
кучланиш - σ
пр
ни топишдан иборат. Қийшайган пластинадаги критик
кучланишнинг математик формуласи қуйидагича ёзилади:
(1)
◌்
4
+
ଶ
)
◌்
−
ܣ
+ )
ඥ
+
◌்
−
=
ܣ
+
ݐ
݂
ܧ
=
ܣ
√
2
݈
ଶ
(2)
ଶ
ܧ
ݐ
ଶ
݇
=
12
ܾ
ଶ
(3)
бу ерда: σ
– эгрилиги бўлмаган пластина учун критик кучланиш; k –
пластина томонларининг оғишига боғлиқ бўлган коэффициент.
Формулалардан кўриниб турибдики, қийшайган пластинадаги критик
кучланиш унинг қалинлиги -
t,
болтларнинг ўқлари орасидаги масофа -
l
,
уланманинг кенглиги -
b
ва
݂
- қийшайишнинг дастлабки катталигига боғлиқ.
16
1-жадвалга бошланғич қийшайишлар 0 мм дан 5,0 мм гача бўлган ҳолда
дастлабки қийшайишнинг ҳар хил катталиклари -
f
0
учун (1) формула бўйича
ҳисоблаб чиқилган
௧
га боғлиқ ҳолда
ఙ
బ
ఙ
ўзгаришлар натижалари киритилган
1-жадвал
௧
ва
f
0
га боғлиқ ҳолда
ఙ
బ
ఙ
нинг ўзгаришлари
ݐ
݈
Дастлабки қийшайиш катталиги -
f
0
, мм
0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,3
1,0
0,97
0,85
0,80
0,75
0,70
0,35
1,0
0,98
0,82
0,78
0,72
0,70
0,4
1,0
0,98
0,80
0,73
0,71
0,68
1-жадвалдан кўриниб турибдики, қийшайган пластина критик
кучланишининг тўғри чизиқли пластина - σ
0
га нисбатан ортиши
пластинанинг дастлабки қийшайиш катталиги – учма-уч уланмалардаги
нотекислик (тирқиш)нинг катталигига боғлиқ. Катталиги 5,0 мм бўлган
тирқиш пластинадаги кучланишни 30-32% га ошириши мумкин.
Кучланишларнинг ўзгариши
௧
нисбатларга бироз боғлиқ.
Оралиқ
қурилмаларнинг
деформацияси
уланмаларнинг
деформацияланув-чанлигига жиддий боғлиқ бўлиши кўрсатилган. Шу
сабабли узелларнинг чегаравий ҳолатини баҳолаш учун уланмаларнинг
қуйидаги кўринишга келтирилган диаграммасидан фойдаланиш мақсадга
мувофиқ:
=
=∆+
∆
݈
ቂ
+
ܧ
4 Б
ቀ
1 −
݉
݊
ቁቃ
(4)
бу ерда Б – вақт ўлчамлилигига эга бўлган ўзгармас сон; k – ўлчамсиз коэф
фициент; m – биринчи қатордаги болтлар сони; n – яримустқўймадаги
болтлар сони.
Диссертацияда чўзилиш ва сиқилишга ишлайдиган фермалар
узелларининг ҳолати кўриб чиқилади. Бундай ҳолатда фрикцион уланишда
бирлаштириладиган элементларнинг ўзаро сурилиш деформациялари
ривожланади. Бўлакларни синаш натижалари асосида узелли уланмаларни
ҳисоблаш учун ишқаланиш коэффициентини аниқлаш формуласи таклиф
қилинди.
Уланмалардаги ишқаланиш коэффициенти -
f
учма-уч уланган
жойлардаги элементлар нотекисликлари ортганда ишқаланиш коэффициенти
–
f
камайиши аниқланди. Уланмалардаги нотекисликлар 3,0 мм гача бўлганда
ишқаланиш коэффициентининг синов қийматлари амалда ҚМҚ меъёрий
катталиклари билан бир хил бўлади. Нотекислик катталикларининг кейинги
ортиши
f
нинг сезиларли камайишига олиб келади (4-расм), шунинг учун
бундай ҳолатларда нотекисликларни ясси пластинкалар билан тўлдириш
тавсия этилади. 3,0 мм гача бўлган нотекисликлардаги тирқишларни
17
уланмаларга намлик тушишининг олдини олувчи герметиклар билан
тўлдириш тавсия қилинади.
○ – ясси бўлаклар;
Δ – ҳажмли бўлаклар;
▲– элементлар бир-бирига ўтирадиган текис
ликни ҳисоблаш натижалари бўйича.
4-расм.
f
коэффициентининг уланмалардаги нотекисликларга
боғлиқ ҳолда ўзгариши
Ишқаланиш коэффициенти -
f
нинг бирлаштириладиган элементлар
нотекислигига боғлиқ ҳолда ўзгариши синов натижаларини энг кичик
квадратлар усули билан ишлаш орқали аниқланди:
(5)
0,05
−
0,64
=
݂
Олинган натижалар орқали фрикцион уланмаларнинг юк кўтариш қоби
лиятини ҳисоблашни болтларнинг ўрта қатори бўйича қуйидаги формуладан
аниқлаш тавсия қилинади:
(6) (
0,05
−
0,64
)
∙
◌ு
ܰ݇∙ܵ≤
бу ерда
ܵ
– уланмада ҳисобий юкламалардан ҳосил бўладиган сурувчи куч;
ܰ
◌ு
–
болтни таранглашнинг меъёрий кучи;
– уланмалардаги нотекис
лик, мм. (6)
формула узелда бирлашувчи элементларда нотекисликлар ҳосил бўлган
ҳолатда эксплуатация шароитларига тузатиш киритиш имконини беради.
Мазкур ишда узел бўлакларини қайта-қайта юкланишларга синаш
натижалари берилган.
Бирлаштириладиган элементларидаги нотекисликлар 4,5 мм гача бўлган
ясси бўлаклар «NIPPON STEEL» компанияси лабораториясида синаб
18
кўрилди. Ҳаммаси бўлиб бирлаштириладиган элементларидаги
нотекисликлар 0; 3 ва 4,5 мм бўлган 6 та намуна тайёрланди. Қайта-қайта
юклаш жараёнида учма-уч уланадиган элементлар ўқининг сурилиши
ўлчанди. Юклаш вақтида сурилиш деформацияларини ўлчашлар
электротензодатчиклар билан пульсацияли юклашни тўхтатмаган ҳолда ёзиб
олинди.
Бўлакларни қайта-қайта юклашнинг амалда эксплуатация шароитларига
яқин бўлган параметрлари танлаб олинди. Чўзувчи юкланишларнинг энг
катта қиймати -
௫
умумий сурилишнинг бошланишига мос келадиган
кучланишнинг 0,6÷0,7 улушича, энг кичик қиймати -
эса шу
кучланишнинг 0,3÷0,4 улуши чегараларига тенг деб қабул қилинди. Циклни
қўшиш частотаси – бир минутда 800 та такрорий юклашлардир. Юклаш
циклларининг энг кам сони -
2 ∙ 10
цикл.
5-расмда тажриба бўлакларини синаш натижалари кўрсатилган.
○ – нотекислиги бўлмаган элементлар бирикмаси;
● – нотекислиги 3,0 мм бўлган элементлар бирикмаси;
□ – нотекислиги 4,5 мм бўлган элементлар бирикмаси
5-расм. Такрорий юклашларда сурилиш деформациясининг кучай
иш боғлиқлиги
5-расмдан кўриниб турибдики, бирлаштириладиган элементлардаги но
текислик ортганда сурилиш деформациясининг кучайиши ортади. Уланмала
рида нотекисликлар бўлмаган бўлакларда юкланишнинг
ܰ
= 2 ∙ 10
цикли
дан
кейин сурилиш деформациясининг тўпланиши умумий сурилишнинг
бошланиш даражасининг салкам 0,6 улушини ташкил қилди, яъни уланма
19
эластик доирада ишлайди. Элементларнинг нотекислиги 4,5 мм бўлганда де
формацияларнинг тўпланиши эластик доирадан чиқиб, пластик зонага ўтди.
Сурилишнинг чегаравий қиймати – Δ сифатида умумий сурилишнинг статик
синовлар натижалари бўйича белгиланган бошланғич нуқтаси -
∆
қабул
қилинган.
Қайта-қайта юклашларда сурилиш деформацияси ўзгаришининг ҳосил
қилинган формулалари энг кичик квадратлар усули билан аппроксимация
қилинди:
∆= ∆
൬
ܽ
+
ܾ
ܰ
ܰ
൰
(7)
бу ерда
a=0,2; b=0,4+δ/3,5; δ
– бирлаштириладиган элементлардаги нотекис
ликлар катталиги, мм.
Таклиф этилган формула синов натижаларини қониқарли даражада
таърифлайди, бунда одатдаги усул билан ҳисоблаб чиқилган корреляция
коэффициенти
=
0,72
чегарасида бўлади.
Экспериментал тадқиқотларнинг олинган натижаларидан кўринадики,
дастлабки нуқсонларни ҳисобга олган ҳолда, оралиқ қурилмалар ресурсини
прогноз қилиш бўйича амалий масалаларни ҳал қилиш учун шикастланишлар
тўпланишининг деформация мезони энг мақбул ҳисобланади. Унинг асосий
қоидалари юқорида баён этилган. Бунда оралиқ қурилманинг умумий
деформацияси узелларнинг деформацияланувчанлигига жиддий боғлиқ
бўлади – уланмалардаги сурилиш деформациялари қанча кўп бўлса, бутун
оралиқ қурилмадаги деформация шунча кўп бўлади.
Ҳамма параметрларнинг қийматларини лойиҳалаш босқичида, агар
монтаждан кейин дастлабки нуқсонлар бўлса, конструкцияни доимий
эксплуатацияга киритиш бошланишидан олдин белгилаш мумкин.
Юқоридаги фикрлардан келиб чиққан ҳолда, шикастланишларнинг
тўпланиш меъёри сифатида оралиқ қурилмаларнинг узелли уланмаларида
сурилиш деформациясининг тўпланишини қабул қиламиз. Таклиф этилган
ёндошувнинг асосий афзалликларидан бири – конструкцияни эксплуатация
қилиш
вақтида
бирлаштириладиган
элементлардаги
сурилиш
деформацияларини ўлчаш мумкинлигидир.
Такрорий
юклашларда
шикастланишлар
меъёрининг
ўсишини
таърифлаш учун шикастланишлар тўпланиш чизиқли назариясининг асосий
қоидаларига асосланувчи формулалар ҳосил қилинди.
Ясашда дастлабки нуқсонлари бўлган оралиқ қурилмалар ресурсини
прогноз қилиш формуласи қуйидагича бўлади:
ܶ
௦
=
݇ܰ
തതതതത
݊
തതതതത
1−
ܽ
ܾ
(8)
݇
= 1 −
ே◌
,
ఉ
భ
(9)
ଶ
+
ఉ
భ
ே◌
,
ఉ
భ
=
ට
ே◌
ଶ
(10)
20
бу ерда
ܰ
തതതതത
– юклаш циклларининг базавий сони, металлнинг эгри
чидамли
лиги бўйича қабул қилинади;
– ҳисобларнинг керакли даражадаги
ишончлилигига боғлиқ бўлган коэффициент;
ே◌
,
ఉ
భ
–
ܰ
ва
݊
нинг
вариация коэффициентлари;
– юклаш циклларининг эквивалент сони;
݊
–
вақт бирлигида юклаш цикллари сони.
Кўриниб турибдики, ресурсни ҳисоблаш учун ишнинг асосий мезони –
юклаш жараёнида элементларнинг сурилиш деформацияси бўлиб, у
бирлаштириладиган элементнинг нотекислигига жиддий боғлиқ. Шунинг
учун бу кўрсаткич ресурсни ҳисоблашда шикастланишлар меъёри сифатида
қабул қилинган. Нотекисликларнинг ресурсга таъсирини рақамлар билан
баҳолаш аниқ мисолда кўрсатиб берилди. Учма-уч уланган жойлардаги
дастлабки шикастланишларнинг ўз вақтида бартараф қилиниши оралиқ
қурилма ресурсини узелларнинг учма-уч уланган жойида меъёрий қийматга
яқин бўлишини таъминлаш имконини беради.
Қолдиқ ресурс –конструкция элементи ресурси ва кўриб чиқилаётган
вақт онига тўғри келадиган ишлаб бериш орасидаги фарқдир. Оралиқ
қурилмалардаги металл конструкцияларнинг қолдиқ ресурсини прогноз
қилиш учун энг мақбули – шикастланишлар тўпланишининг умумий
моделидан фойдаланиш эканлиги кўрсатиб берилган. Конструкцияларнинг
чегаравий ҳолати шикастланишлар тўпланиб бориши натижасида бошланади.
Бу ерда шикастланишларнинг тўпланиш меъёрини танлаш ҳамда
эксплуатация вақтида бу параметрнинг назарий тавсифи муҳим аҳамиятга эга
бўлади. Мавжуд тавсиялардан шикастланишлар тўпланиш меъёрининг ҳар
хил турларини қўллаш дарзлар кўринишидаги шикастланишларнинг маълум
ривожланишининг оралиқ қурилмалардаги элементлар ресурсига таъсирини
тўлиқ акс эттирмайди. Конструкциялар физик ҳолатини тўлиқ ифодалаш учун
ҳисобларда қабул қилинадиган, шикастланишлар меъёри параметри техник
диагностика жараёнида ўлчанадиган аниқ мезонга эга бўлиши керак.
Емирилиш механикаси принципларидан фойдаланган ҳолда оралиқ
қурилмалар элементларининг ўртача қолдиқ ресурсини аниқлаш учун
қуйидаги ифода олинди:
Δ
ܶ
௦
തതതതതതത
=
ܰ
−
ܰ
തതതതതതതതതതത
݊
ଶ
തതതതത
∙1−
ܽ
ܾ
(11)
бу ерда,
ܰ
തതത
– конструкция эксплуатацияга топширилган вақтдан
диагностика қилинаётган вақтгача бўлган цикллар сони, темир йўл хўжалиги
ҳисоботлари асосида аниқланади;
݊
ଶ
തതതതത
– техник диагностика вақтидан бошлаб кутилаётган вақт
бирлигидаги цикллар сони.
Қолдиқ ресурснинг ўртача катталигидан мавжуд оғишларни қуйидагича
ифодалаш мумкин:
Δ
ܶ
௦
=
݇
(
ܰ
−
ܰ
)
തതതതതതതതതതതതതത
݊
തതതതത
∙1−
ܽ
ܾ
(12)
21
1
݇
=−
ܰ
−
ܰ
(13)
݊
ଶ
+
ఉ
భ
ே◌
◌ିே◌
భ
ఉ
భ
=
ට
ே◌
◌ିே◌
భ
ଶ
(14)
бу ерда,
– ҳисобларнинг талаб этилган ишончлилик даражасига боғлиқ ко
эффициент;
ே◌
◌ିே◌
భ
,
ఉ
భ
-
ܰ
−
ܰ
ва
݊
ларнинг вариацияси. Олинган
формулани амалда қўллаш конкрет мисолда кўрсатилган. Диссертациянинг
тўртинчи боби «
Оралиқ қурилмаларнинг таъмирлараро муддатларини
режалаш усули ва тадқиқот натижаларининг техник-иқтисодий
самарадорлиги
» деб номланган. Бу бобда кўприклар учун ишончлилик
назарияси қоидаларини қўллаш масаласини ҳал қилишда эксплуатация
қилинаётган оралиқ қурилмалар учун керакли даражадаги ишончлиликни
белгилаш асосий ҳисобланиши кўрсатиб берилган. Керакли ишончлилик
даражаси ишончлиликнинг меъёрий даражаси бўлиб, техник-иқтисодий
далиллар асосида белгиланиши керак. Мўрт емирилиш кўринишидаги
бузилиш бошланганда меъёрий авариявий хатар қуйидаги формула билан
аниқланади
H
∗
= 1 − H (20)
Ҳисоблардан кўринадики, ҳисобий параметрлар ўзгарганда ишончлилик
қиймати
Н
, ишончлиликнинг меъёрий қиймати
Н=0,98
бўлган ҳолда, 0,988
чегараларида бўлади.
Эксплуатация вақтида шикастланишлар тўпланиши ҳисобига ишончли
лик даражаси -
Н
пасая бошлайди. Таъмирлараро муддатларни аниқлаш ме
тодикаси таклиф қилинади.
Шикастланган элементнинг техник ҳолатини тиклаш чора-тадбирларини
бажариш ишончлилик даражасини
Н
1
гача кўтарилиши кўриб чиқилаётган
элементни алмаштириш муддатини чўзиш имконини бериши кўрсатилган.
Бунда таъмирлараро муддатнинг давомийлиги ҳар бир таъмирдан кейин ка
маяди, яъни ишончлиликнинг меъёрий даражасини сақлаб туриш учун, ора
лиқ қурилманинг ёши ошиши капитал маблағ сарфлаш муддати камаяди. Шу
сабабли навбатдаги таъмирнинг мақсадга мувофиқлиги техник-иқтисодий
ҳисоблар асосида ҳал этилиши керак.
Ишлаб чиқилган «МОСТ» мониторинг дастури, шунингдек, шуни ҳам
тахмин қиладики, оралиқ қурилма ҳолатининг қониқарсиз баҳоланиши унинг
кейинги меъёрида эксплуатация қилиб бўлмаслигини билдиради ва иншоот
ни реконструкция қилиб, оралиқ қурилманинг алоҳида элементларини алма
штриш ёки кучайтириш зарурияти туғилади.
Оралиқ қурилманинг таъмирлараро муддатларини аниқлаган ҳолда мо
ниторингнинг режа асосида ташкил этилиши ҳақиқий ишончлиликнинг
меъёрий қийматларидан пасайишига йўл қўймаслик имконини беради.
Шундай қилиб, масалани ҳал қилишнинг иккита варианти юзага келади: эле
ментлар ёки яхлит оралиқ қурилмани алмаштириш ёки ишончлиликнинг
меъёрий қийматларидан паст бўлмаган шароитларини сақлаш ва бунда ре
конструкцияга йирик капитал маблағ қуйилишини узоқлаштирувчи махсус
22
чора-тадбирларни ташкил этиш.
Оралиқ қурилмани эксплуатацион ишончлилигини меъёрий даражасига
ча тиклашда қолдиқ ресурс ва кейинги таъмирлараро муддатлар ҳисоблаб
чиқилади. У ҳолда капитал маблағлар, оралиқ қурилма алмаштириладиган
ҳолатдагидан анча кам бўлади. Аммо
∆
ܶ
௦
вақтдан кейин ҳисобий ресурс ту
габ битгандан кейин таъмирлаш-тиклаш ишларининг кейинги босқичи кела
ди. Асосий самарадорликга эксплуатация вақтида капитал маблағ қўйилиши
ни янада рационал узоқлаштириш ҳисобига эришилади.
Қолдиқ ресурсни ҳисоблаш мисоли ва тадқиқоднинг иқтисодий самара
дорлиги бўйича маълумотлар келтирилади.
ХУЛОСА
«Темир йўл кўприклари оралиқ қурилмалари ресурсини ҳисоблаш
усулларини техник диагностика натижалари асосида такомиллаштириш»
мавзусидаги фалсафа доктори (PhD) диссертацияси бўйича олиб борилган
тадқиқотлар натижалари асосида қуйидаги хулосалар тақдим этилди:
1. Ўтказилган изланишлар шуни кўрсатадики, металл оралиқ қурилмалар
элементларини тайёрлашда, улар геометрик параметрларининг оғиш
қийматлари хорижий мамлакатлар ва Ўзбекистондаги меъёрий ҳужжатлар
талабларига мос келади. Бу ерда ҚМҚ 3.03.02-98 «Металл конструкциялар.
Ишлаб чиқариш ва ишларни қабул қилиш қоидалари»
талаблари етарлича асосланмаганлиги, бу қоидаларни республикамиздаги
заводларнинг реал технологик жиҳозланганлигидан келиб чиққан ҳолда,
қайта кўриб чиқиш лозим эканлигини кўрсатди.
2. Заводларда тайёрланган оралиқ қурилмалар элементларини текшириш
натижаларига кўра аниқландики, бирлаштириладиган элементлардаги
нотекисликлар кўринишидаги нуқсонларни амалда олдини олишнинг имкони
йўқ. Нотекисликларнинг учма-уч уланган жойларнинг юк кўтариш
қобилиятига таъсирини миқдорий баҳолаш усули ишлаб чиқилди. Бунда
уланмалардаги нотекисликлар 3,0 мм гача бўлганда, устқўймалардаги
кучланишларнинг ортиши, уларнинг букилиши ҳисобига 20% дан ошмаслиги
аниқланди.
3. Паррон фермалар узелларининг бўлакларини табиий шароитлардаги
синовлари асосида, бирлаштириладиган элементлардаги нотекисликларнинг
катталиклари ҳар хил бўлган уланмаларининг ишлаш диаграммаси тузилди.
Учма-уч уланган жойларнинг кучланиш-сурилиш диаграммасини ифодалаш
учун математик боғлиқликлар аниқланди.
4. Оралиқ қурилмалар элементлари ресурсини прогноз қилиш учун,
шикастланишлар тўпланишининг чизиқли назарияси базасида, уланмаларда
нотекисликлар кўринишидаги дастлабки нуқсонлари бўлган оралиқ
қурилмалар ресурсини топиш формулалари такомиллаштирилди. Дастлабки
нуқсонларни конструкция эксплуатация қилина бошлангунича ўз вақтида
бартараф қилиш, меъёрга яқин ресурсни таъминлаш имконини берди.
23
5. Эксплуатация қилинаётган оралиқ қурилмалар қолдиқ ресурсини
шикастланишларнинг ривожланиш меъзони бўйича, ҳисобий формулаларга
кирувчи параметрларнинг тасодифий ёйилишини ҳисобга олиб прогноз
қилиш усули ишлаб чиқилди. Ишлаб чиқилган усулдан фойдаланиш
натижасида лойиҳалаш жараёнида кўприк элементлари нуқсонларини
тавсифлаш орқали 7-8% оралиғида маблағ тежаш, ҳамда реконструкция
даврида ресурсни прогноз қилиш орқали эксплуатацион сарф-харажатларни
камайтириш имконини берди.
6. Оралиқ қурилмаларнинг таъмирлараро даврларини, эксплуатацион
ишончлиликнинг меъёрий даражасини таъминлаш шартлари бўйича,
элементларнинг қолдиқ ресурсини берилган ишончлилик қиймати билан
ҳисоблашга асосланган прогноз қилиш усули ишлаб чиқилди. Ишлаб
чиқилган усулдан фойдаланиш таъмирлаш сифатини ошириш, эксплуатация
жараёнида харажатларни 10-12%га камайтириш, меҳнат унумдорлигини
15-20% ошириш имконини берди.
24
НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО ПРИСУЖДЕНИЮ УЧЕНЫХ СТЕПЕНЕЙ
DSc.27.06.2017.T.09.01 ПРИ ТАШКЕНТСКОМ ИНСТИТУТЕ ПО
ПРОЕКТИРОВАНИЮ, СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ, А ТАКЖЕ ПРИ ТУРИНСКОМ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ В ГОРОДЕ ТАШКЕНТЕ
ТАШКЕНТСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ,
СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
МАМАЖАНОВ РУСТАМ РАХИМЖАНОВИЧ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РЕСУРСА
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
05.09.02 – Основания, фундаменты и подземные сооружения. Мосты и
транспортные тоннели. Дороги, метрополитены
АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ (PhD)
ПО ТЕХНИЧЕСКИМ НАУКАМ
Ташкент– 2017
Тема диссертации доктора философии (PhD) по техническим наукам зарегистрирована
в Высшей аттестационной комиссии при Кабинете Министров Республики Узбекистан за
№B2017.1.PhD/T123.
Диссертация выполнена в Ташкентском институте по проектированию, строительству и
эксплуатации автомобильных дорог.
Автореферат диссертации на двух языках (узбекский, русский) размещен на веб-странице по
адресу www.tayi.uz и на Информационно-образовательном портале «ZiyoNet» по адресу
www.ziyonet.uz.
Научный руководитель: Ишанходжаев Абдурахман Асимович
доктор
технических наук, профессор
Официальные оппоненты: Рашидов Турсунбай
доктор технических наук, профессор, академик
Рузиева Мафура Васиковна
Кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация: Ташкентский институт инженеров железно дорожного
транспорта
Защита дисертации состоится «____» _____________ 2017 года в 10
00
часов на заседании
Научного совета DSc.27.06.2017.Т.09.01 при Ташкентском институте по проектированию, строи
тельству и эксплуатации автомобильных дорог и Туринском политехническом университете в го
роде Ташкенте (Адрес: 100060, г. Ташкент, проспект А.Темура, 20. Тел./факс: (99871) 232-14-79, e
mail: tadi_info@edu.uz).
С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-ресурсном центре Ташкентского
института по проектированию, строительству и эксплуатации автомобильных дорог (зарегистри
рована № _____). (Адрес: 100060, г. Ташкент, проспект А.Темура, 20. Тел.: (99871) 232-14-79).
Автореферат диссертации разослан «____» _____________ 2017 года.
(реестр протокола рассылки № ____ от «____» _____________ 2017 года).
А.А. Рискулов,
Председатель Научного совета по присуждению
учёных степеней, д.т.н., профессор
А.М. Бабаев,
Ученый секретарь Научного совета по присуждению
учёных степеней, к.т.н.
А.А.Ашрабов,
Председатель Научного семинара при Научном
совете по присуждению учёных степеней,
д.т.н., профессор
ВВЕДЕНИЕ (аннотация диссертации доктора философии (PhD))
Актуальность и востребованность темы диссертации.
В мире по
обеспечении нормального функционирования железных дорог важная роль
отводится мостам - самым ответственным и дорогостоящим сооружениям. В
таких странах, как США, Япония, Германия, Китай
1
с развитой железнодо
рожной инфраструктурой, доля железнодорожных мостов составляет 70% от
общей протяженности дорог. Это в свою очередь вызывает необходимость
организации эксплуатационного процесса металлических пролетных строе
ний мостов путем создания обоснованной системы постоянного мониторин га.
Поэтому в зарубежных странах особое внимание уделяется на направление
прогнозирования ресурса элементов мостовых конструкций.
С приобретением независимости нашей республики в системах транс
портных коммуникаций особое внимание уделяется качественному совер
шенствованию процессов проектирования, строительства и эксплуатации
надземных сооружений. На основе осуществленных мероприятий, в том чис
ле повышена прочность, надежность надземных сооружений железных дорог
при помощи сложных металлических конструкций. Наряду с этими, в насто
ящее время требуется совершенствование методов расчета для повышения
ресурса искусственных сооружений в системах транспортных коммуникаций.
В Стратегии действий дальнейшего развития Республики Узбекистан, в том
числе определены следующие задачи « … осуществления целевых программ
по
развитию
и
модернизации
дорожно-транспортных,
инженерно
коммуникационных и социальных инфраструктур, … ». В этом направлении
приобретает важное значение проведение широких научных исследований по
расчету ресурса мостов, повышению их эксплуатационной надежности, по
обеспечению надежности вновь строящихся, а также эксплуатируемых на
железнодорожных линиях мостов.
В мире расчет ресурса металлических пролетных строений, их оценка на
основе технической диагностики, при этом проведение целевых научных ис
следований в направлениях учета дефектов при изготовлении и монтажа, а
также определение ресурса с учетом повреждений при длительной работе
приобретает особое значение. В этом отношении, в том числе проведение це
левых научных исследований определения причин появления дефектов при
изготовлении, монтажа и эксплуатации пролетных строений, разработка спо
собов определения влияния дефектов и повреждений на ресурс пролетных
строений, разработка удобного для практического применения методов рас
чета ресурса пролетных строений является одной из важных задач.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит
выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбе
кистан №ПП-2313 от 6 марта 2015 г. «О Программе развития и модернизации
инженерно-коммуникационной и дорожно-транспортной инфраструктуры на
2015-2019 годы», №ПП-4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по
1
https://ru.wikipedia.org/wiki/высокоскоростные_наземный_транспорт_по_странам
27
дальнейшему развитию Республики Узбекистан», Постановление Президента
Республики Узбекистан №ПП-5066 от 1 июня 2017 г. «О мерах по коренному
повышению эффективности системы предупреждения и ликвидации чрезвы
чайных ситуаций» и Постановлением Кабинета Министров №242 от 24 авгу
ста 2001 г. «О дальнейшем совершенствовании государственной системы
предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях Республики Узбеки
стан», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в дан
ной сфере.
Соответствие исследования приоритетным направлениям развития
науки и технологий республики.
Данное исследование выполнено в соот
ветствии с приоритетными направлениями развития науки и технологий рес
публики IV. «Математика, механика, сейсмодинамика сооружений и инфор
матика» и XIV. «Сейсмология, сейсмобезопасность зданий и сооружений и
строительство».
Степень изученности проблемы.
Научные исследования в области
расчета пролетных строений с дефектами, возникающими при изготовлении и
монтаже металлических конструкций мостов, а также в процессе их экс
плуатации, выполнялись такими известными в мире исследователями как
В.О.Осипов, Т.М.Богданов, А.И.Васильев, Е.Е.Гибшман, П.П.Ефимов,
Э.С.Карапетов, Ю.Г.Козьмин, Б.Ф.Лесохин, Г.А.Мамлин, Hisayuki AKIYAMA,
MitsuruKIMURA, Murakami, KatsuroOZAWA, Nobuo NISHIMURA и др.
В нашей стране рядом отечественных ученых проведены научно
исследовательские работы в области развития расчетов, испытаний и совер
шенствования металлических конструкций железнодорожных мостов. Поло
жительные результаты исследований в этой области получены в различные
годы Т.Р.Рашидовым, А.А.Ашрабовым, А.А.Ишанходжаевым, Г.Х.Хожме
товым, Р.Мамажановым, М.В.Рузиевой, Р.З.Низамутдиновой, Ч.С.Рауповым,
Н.А.Красиным, Х.А.Байбулатовым и др.
На сегодняшний день в действующем нормативном документе ШНК
2.03.02-12 «Мосты и трубы» отсутствует научно-обоснованный способ оцен
ки влияния на работу металлических пролетных строений начальных дефек
тов изготовления и монтажа, а также повреждений на стадии эксплуатации. В
математических формулах для прогнозирования остаточного ресурса эксплу
атируемых пролетных строений, не в полном объеме учитываются на рас
сматриваемый момент времени такие повреждения, как наличие трещин,
коррозия металла и др. Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что
на сегодняшний день методы расчета существующих металлических
пролетных строений мостов на основе технической диагностики достаточно
не изучены.
Связь темы диссертации с научно-исследовательскими работами
высшего образовательного учреждения, где выполнена диссертация.
Диссертационное исследование выполнено в рамках плана научно
исследовательских проектов Ташкентского института по проектированию,
28
строительству и эксплуатации автомобильных дорог, прикладного научного
гранта на тему А-14-25 «Эксплуатационная надежность металлических
пролетных строений железнодорожных мостов» (2015-2017), а также в рам
ках договоров с компанией АО «Узбекистон темир йуллари», «NIPPON
STEEL» (Япония) (2008-2010).
Целью исследования
является совершенствование методов расчета ре
сурса эксплуатируемых металлических пролетных строений железнодорож
ных мостов на основе результатов технической диагностики.
Задачи
исследования:
определение причин появления дефектов при изготовлении и монтаже
пролетных строений, а также в процессе их длительной эксплуатации;
разработка методов оценки влияния различных дефектов и повреждений на
ресурс пролетных строений;
разработка удобных для практического применения методов расчета ре
сурса пролетных строений;
разработка рекомендаций по обследованию и оценке технического со
стояния эксплуатируемых пролетных строений, числящихся на балансе путе
вого хозяйства.
Объектом исследования
являются металлические пролетные строения
мостов на железных дорогах.
Предмет исследования
состоит из метода расчетного определения ре
сурса металлических пролетных строений железнодорожных мостов при
установлении условий пропуска поездов и планировании межремонтных
сроков во время их эксплуатации.
Методы исследования.
В процессе исследования металлических пролет
ных строений железнодорожных мостов применены экспериментально
теоретические методы оценки состояния, теоретические зависимости,
получен ные на базе метода линейной механики разрушения, изучение
резултатов по строеннқх мостов, метод испытания фрагментов узлов
пролетных строений на многократно повторные нагружения, близкие к
реальным условиям воздей ствий поездов.
Научная новизна исследования
заключается в следующем:
разработаны методы определения причин появления дефектов и повре
ждений в стадиях строительства и эксплуатации пролетных строений на ос
нове результатов технической диагностики;
на основе коэффициента трения
f
определена степень концентрации по
являемых за счет неровностей в узлах дефектов;
разработан способ расчета остаточного ресурса эксплуатируемых же
лезнодорожных металлических пролетных строений на основе результатов
технической диагностики;
на основе теории накопления повреждений усовершенствован метод
расчета ресурса пролетных строений с учетом повреждений, возникших в
процессе эксплуатации.
29
Практические результаты исследования
заключаются в следующем:
усовершенствованы существующие методы определения ресурса металли
ческих пролетных строений мостов, имеющих начальные дефекты до эксплуа
тации;
усовершенствованы существующие методы определения остаточного
ресурса эксплуатируемых металлических пролетных строений по данным
технической диагностики;
на основе методологии моделирования и расчета аналитических
зависимостей, а также результатов экспериментальных исследований была
создана возможность разработать руководство для расчета остаточного ре
сурса металлических пролетных строений мостов и рекомендации по обсле
дованию и оценке технического состояния существующих искусственных
сооружений, которые дали возможность оптимизировать ремонтые работы
мостов принадлежащих путевому хозяйству.
Достоверность результатов исследования
подтверждается сопостав
лением данных лабораторных испытаний опытных образцов и теоретических
зависимостей по оценке влияния дефектов и повреждений на ресурс пролет
ных строений с данными обследования и испытания эксплуатируемых про
летных строений мостов, а также широким обсуждением проблемы на раз
личных научных конференциях и публикациями результатов исследований в
рецензируемых научных журналах Высшей аттестационной комиссии при
Кабинете Министров Республики Узбекистан.
Научная и практическая значимость результатов исследования.
Научная значимость результатов исследования состоит в разработке матема
тических зависимостей, отражающих процесс накопления повреждений в
элементах пролетных строений в процессе эксплуатации, а также получен ных
на этой базе зависимостей по прогнозированию ресурса пролетных стро ений
мостов.
Практическая значимость результатов работы заключается в разработке
удобных для проектирования и реконструкции мостов методов прогнозиро
вания ресурса с учетом результатов диагностики конструкций, которые поз
волят уменьшить эксплуатационные расходы. Полученные результаты поз
волят снизить затраты при ремонтах, правильно планировать межремонтные
сроки и обеспечить безопасность и бесперебойность пропуска поездов по мо
сту.
Внедрение результатов исследования.
На основе полученных резуль
татов по усовершенствованию способов расчета ресурса пролетных строений
железнодорожных мостов:
метод расчета ресурса металлических пролетных строений железнодо
рожных мостов по данным технической диагностики были внедрены при
проектировании пяти металлических железнодорожных мостов АО
«Узбекистон темир йуллари» на линии «Ташгузар-Байсун-Кумкурган»
(справка от 4 сентября 2017 г. №НГ/4034-17 АО «Ўзбекистон темир
йўллари»). Применение научных результатов в процессе проектирования пу-
30
тем характеристики дефектов элементов мостов позволило экономию средств
в пределах 7-8%, а также усовершенствования методов расчета металличе
ских пролетных строений мостов.
метод по осмотрам и определениям технического состояния эксплуати
руемых искусственных сооружений внедрены во всех дорожных службах пу
тевого хозяйства АО «Узбекистон темир йуллари» (справка от 10 августа 2017
г. №2013-П Управления путевого хозяйства). Внедрение этих иссле довний
позволило повысить качество ремонта, снизить на 10-12% расходов в
процессе эксплуатации, повысить производительность труда на 15-20%.
Апробация результатов исследования.
Результаты данного исследова
ния апробированы на 2 международных и 3 республиканских научно
практических конференциях.
Публикация результатов исследования.
По теме диссертации опубли
кованы всего 14 научных работ. Из них 9 научных статей опубликованы в
научных изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией
Республики Узбекистан для публикации основных научных результатов дис
сертаций доктора философии (PhD), в том числе 7 в республиканских и 2 в
зарубежных журналах.
Структура и объем диссертации.
Структура диссертации состоит из
введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и
приложений. Объем диссертации составляет 133 страницы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность и востребованность темы диссер
тации, сформулированы цели и задачи, определены объект и предмет иссле
дования, показано соответствие темы диссертации приоритетным направле
ниям развития науки Республики Узбекистан, обоснована научная новизна,
достоверность исследований, практическая ценность полученных результа
тов, приведены материалы по внедрению результатов исследования, резуль
таты апробации и данные по опубликованным работам.
В первой главе
«Современное состояние эксплуатации металличе
ских железнодорожных мостов»
проанализировано современное состояние
эксплуатации металлических железнодорожных мостов.
Первые металлические сквозные фермы на железнодорожной линии
Ташкент - Самарканд применены в 1898-1905 годах. Мост через р. Сырдарья
с металлическими сквозными фермами возведен в 1899 году, в настоящее
время эксплуатируется на подъездной дороге к карьеру. Четырехпролетный
мост перекрыт пролетными строениями с расчетным пролетом 87,4 м, запро
ектированным по расчетным нормам 1896 г. Фермы двухраскосной системы с
криволинейным верхним поясом и ездой понизу.
В 1938 году возведен железнодорожный мост через р. Карадарья. Здесь
пролетное строение длиной 110 м запроектировано по нормам 1918 года.
31
Фермы с треугольной решеткой с полигональным очертанием верхних поя
сов.
Позднее в результате теоретических исследований по рационализации
очертания несущих конструкций разработан ряд пролетных строений, отли
чающихся простотой форм очертания поясов, в частности, фермы с тре
угольной решеткой и параллельными поясами. В результате многораскосные,
многорешетчатые фермы с криволинейными поясами постепенно уступили
место более современным фермам.
Наиболее интересными решениями являются пролетные строения
l
=34 м
моста с ездой поверху через р. Нарын,
l
=44 м моста с ездой понизу через р.
Кашкадарья и др. В этих пролетных строениях использованы стали более вы
сокого качества и современные технологии изготовления конструкций.
На совмещенном мосту через р. Амударья с пролетами
l
=66 м, а также на
мостах через р. Сырдарья и р. Ангрен с пролетами
l
=110 м применены со
вершенно новые технологические разработки металлоконструкций. Эти про
летные строения изготовлены на Той-Тепинском заводе металлоконструк ций.
Впервые в отечественном мостостроении возведены металлические про
летные строения с неразрезными сквозными фермами с ездой поверху на же
лезнодорожной линии Ташгузар-Кумкурган.
Установлено, что в существующем объеме железнодорожных мостов
Республики Узбекистан значительную долю, около 16%, составляют метал
лические мосты, отличающиеся большим разнообразием статических схем,
годов строительства и условий эксплуатации. С каждым годом количество
металлических мостов увеличивается за счет строительства новых железно
дорожных линий, в том числе возводимых за счет иностранных инвестиций.
Показано, что существующее состояние организации эксплуатационного
процесса не отвечает современным требованиям. Профилактика предупре
ждения появления повреждений в пролетных строениях практически не про
водится. Специализированные организации по мониторингу пролетных стро
ений перед сдачей их в постоянную эксплуатацию и в процессе длительного
срока их службы не созданы.
Сделан вывод, что в сложившейся ситуации одним из основных вопро
сов, требующих неотлагательного решения, является разработка методов
расчета ресурса пролетных строений с учетом дефектов и повреждений, по
являющихся в процессе изготовления, монтажа и в период эксплуатации.
Во второй главе
«Результаты технической диагностики металличе ских
пролетных строений перед приемкой в постоянную эксплуатацию»
выполнен подробный анализ существующего состояния технологии изготов
ления металлических конструкций пролетных строений на современных за
водах за рубежом и в Узбекистане. На заводах NIPPON STEEL (Япония), где
изготовлены пролетные строения для мостов на линии Ташгузар-Кумкурган,
широко внедрена робототехника. Достаточную оснащенность современными
оборудованиями имеет также Той-Тепинский завод металлоконструкций в
32
Ташкентской области. Основными проблемами при изготовлении сквозных
ферм на всех заводах являются:
- сложность обеспечения плотного соприкасания большого количества
объединяемых элементов. На практике часто образуются местные неплотно
сти с зазорами до 4 мм. Эти неплотности появляются в результате небольших
погнутостей накладок, фасонок, рыбок и листов элементов, а также несовпа
дения плоскостей элементов поясов в стыках;
- несовпадение отверстий для установки высокопрочных болтов (черно
та) в соединениях элементов. При этом болты получают перекосы в процессе
эксплуатации, вызывающие их разрушение;
- ромбовидность сечений в сварных коробчатых конструкциях. В
процессе эксплуатации отмеченные дефекты при изготовлении полу чают
дальнейшее развитие из-за появления ржавчины в щелях, коррозии ме талла,
выпучивания и др.
Такие дефекты как продольный выгиб, винтообразность (деформация
скручивания) и выпучивание стенки, перекос полки относительно стенки и
грибовидный изгиб полок, появляющиеся в результате деформации от свар
ки, находятся в пределах допустимых величин. Эти отклонения, как показали
исследования, отрицательного влияния на несущую способность сварных ба
лок и элементов не оказывают.
Вместе с тем, ромбовидность сечений из-за несовпадения осей соединя
емых элементов может привести к снижению несущей способности узлов и
их долговечности. До настоящего времени исследования по количественной
оценке этого фактора на работу пролетных строений не проводились.
В заводских условиях были произведены измерения фактических разме
ров ширины сварных элементов коробчатого сечения на уровне горизонталь
ных листов и диагоналей поперечного сечения. Несовпадение размеров диа
гоналей поперечного сечения свидетельствовало о наличии ромбовидности.
Всего замерены величины ширины поперечных сечений 68 элементов
нижнего пояса сквозной фермы.
Полученные значения отклонений от проектной ширины сечения со
ставляют +2,65 мм, что больше допустимых КМК 3.03.02-98 «Металлические
конструкции. Правила производства и приемки работ» +0; -2 мм, но меньше
допустимых ИЖТ ±3 мм.
Следует отметить, что на указанные отклонения влияет не только уро
вень технологии изготовления элементов конструкций, но и отклонения от
проектных размеров проката, поставляемого на заводы.
Таким образом, при возможных отклонениях толщины проката даже при
обеспечении точности изготовления горизонтального листа пояса не удастся
соблюсти требования КМК 3.03.02-98«Металлические конструкции. Правила
производства и приемки работ» +0; -2мм.
В работе сделана попытка оценить влияние допустимых величин ромбо
видности на появление перепадов в соединениях. С этой целью обработаны
результаты измерения разности длин диагоналей Δ, полученные в процессе
33
инспекции изготовленных элементов сквозных ферм на заводе Гранспан
(Манила) для железнодорожного моста на линии Ташгузар-Кумкурган.
Вероятное отклонение разности длин диагоналей с надежностью 0,99
получается ±2,0 мм. Таким образом, при существующей технологии изготов
ления конструкций и допустимых величинах разностей диагоналей, появле
ние перепадов исключить невозможно.
На основании технического обследования 16 металлических пролетных
строений перед сдачей их в постоянную эксплуатацию на линиях Ташгузар
Кумкурган, Ташкент-Самарканд и Ташкент-Ангрен-Пап показано, что пол
ностью исключение перепадов в соединениях при существующем уровне
технологии изготовления металлоконструкций практически невозможно и
ограничение их величин 0,3 мм требует дополнительного обоснования. С
увеличением перепада соединяемых элементов коэффициент трения умень
шается. Зазоры при перепаде элементов в соединениях до 3,0 мм практически
мало влияют на коэффициент трения, и эти зазоры могут быть загерметизи
рованы для предотвращения попадания влаги. Зазоры более 3,0 мм недопу
стимы, и при появлении таких зазоров их рекомендуется заполнить дополни
тельными пластинками.
На основании теоретических исследований установлено, что при пере
паде в соединениях до 3,0 мм увеличение напряжений в накладках за счет их
изгиба не превышает 20%, а допуск перепадов более 3,0 мм, как указано вы
ше, нежелателен.
Общий подход требований норм Японии и Узбекистана к отклонениям
геометрических параметров изготовленных на заводе элементов металличе
ских конструкций в целом совпадает. По ряду показателей более жесткими
являются нормы Японии. Здесь, по-видимому, учитывались наиболее высо
кий уровень изготовления элементов конструкций в заводских условиях
Японии и высокий уровень технологии монтажа пролетных строений.
Величины стандартных диаметров высокопрочных болтов по нормам
Японии и Республики Узбекистан не отличаются, однако требуемые величи
ны номинальных отверстий под высокопрочные болты разные, причем жест
кие требования КМК 3.03.02-98 «Металлические конструкции. Правила про
изводства и приемки работ» можно считать необоснованными. Поэтому ре
комендуется пересмотреть это положение, исходя из реальной технической и
технологической обеспеченности заводов Республики Узбекистан. Требова
ния по остальным отклонениям параметров практически совпадают, но учи
тывая дальнейшее продолжение строительства металлических мостов специ
алистами Японии необходимо унифицировать эти показатели разработкой
межгосударственных стандартов.
Третья глава
«Ресурс металлических пролетных строений с учетом
начальных дефектов изготовления и монтажа».
Ресурс - характеристика
долговечности, показывающая запас возможной наработки объекта от начала
его применения до наступления предельного состояния.
34
Применительно к металлическим пролетным строениям мостов наилуч
шей единицей измерения ресурса принято время, являющееся составной ча
стью теории надежности конструкций.
В трудах В.В. Болотина впервые сформулированы теоретические основы
прогнозирования ресурса конструкций машин. В.О.Осипов обосновал прин
ципы расчета ресурса применительно для металлических пролетных строе
ний железнодорожных мостов, и эти вопросы получили дальнейшее развитие
в работах Л.И. Иосилевского, В.П. Чиркова, А.Ю. Клюкина, А.А.Шейкина,
Б.Ф. Лесохина, О.В. Смирновой, Е.П. Феоктистовой и др.
Расчет ресурса металлических пролетных строений на стадии проекти
рования нормативными документами не регламентирован. Предполагается,
что обеспечение условий расчета выносливости элементов мостовых кон
струкций гарантирует срок службы в пределах 80-100 лет. При этом не учи
тываются важнейшие факторы - влияние начальных дефектов изготовления и
монтажа, а условия работы конструкций в процессе эксплуатации учитыва
ются не в полной мере.
Для получения количественной оценки влияния начальных дефектов на
несущую способность стыковых соединений были проведены эксперимен
тальные исследования фрагментов узлов металлических сквозных ферм в ла
боратории NIPPON STEEL (Япония) по заказу АК «Узбекистон темир йулла
ри» с участием АО «Узогирсаноатлойиха».
Были изготовлены 3 серии образцов-фрагментов. Каждая серия включа
ла по 4 образца с перепадами соединяемых элементов 3,0 и 4,5 мм. Одновре
менно изготовлены такие же образцы без перепада.
Испытания фрагментов узлов проведены в научно-исследовательской
лаборатории Саубаку компании Ниппон Стил Инжиниринг Ко. Лтд.
Испытания проведены на гидравлической машине грузоподъемностью 4000
кН. Для измерения величин скольжения установлены марки. Точность
измерения деформаций – 0,01 мм.
На рис. 1 и 2 приведены диаграммы работы соединения при испытании
опытных образцов и зависимости сдвигающих усилий от величины перепада
в соединениях.
Из рис. 1 и 2 видно, что величина сдвигающих усилий Р существенно
зависит от перепада соединяемых элементов и места расположения болтов от
стыка. Наименьшее значение сдвигающего усилия соответствует для край
него ряда болтов от стыка при перепаде соединяемых элементов 4,5 мм. Это
показывает, что при увеличении перепадов снижается контактная плоскость в
соединяемых элементах и передача усилий на ряды болтов происходит не
равномерно.
35
с
о
е
д
и
н
е
н
и
я
п
р
и
и
с
п
ы
т
а
н
и
и
о
п
ы
т
н
ы
х
п
л
о
с
к
и
х
(а
)
и
объемных (б) образцов без перепада (1) и с перепадами 3,0 (2) и 4,5 (3) мм
б)
Рис. 1.
Диаграмма работы
а)
36
а)
Фрагмент №2
Δ – крайний ряд болтов к стыку
▲ – крайний ряд болтов от стыка
б)
Фрагмент №1
○ – крайний ряд болтов к стыку
● - крайний ряд болтов от стыка
Рис. 2. Зависимость сдвигающих усилий от величины перепада со
единяемых элементов
а) плоские фрагменты; б) объемные фрагменты
Точное определение напряженно-деформированного состояния пласти
ны узла представляет сложную задачу. Поэтому в решениях таких задач вли-
37
яние внецентренности приложения нагрузки, вызывающей изгиб пластинки,
учитывается увеличением начального искривления.
Рассмотрен случай работы накладки пластины узла фермы, показанной
на рис.3.
Рис. 3. Схема соединения с начальным искривлением пластинки накладки
В общем случае рассмотрена прямоугольная плита, опертая по контуру,
равномерно сжатая в продольном направлении. Задача заключается в опреде
лении критического напряжения σ соответствующее предельному состоянию.
Получена математическая зависимость критического напряжения в искрив
ленной пластине в следующем виде:
(1)
◌்
4
+
ଶ
)
◌்
−
ܣ
+ )
ඥ
+
◌்
−
=
ܣ
+
ݐ
݂
ܧ
=
ܣ
√
2
݈
ଶ
(2)
ଶ
ܧ
ݐ
ଶ
݇
=
12
ܾ
ଶ
(3)
В полученных формулах: σ
- критическое напряжение для пластины, не
имеющей кривизны; σ
T
– предел текучести; k – коэффициент, зависящий от
отклонения сторон пластины.
Из полученных выражений видно, что критическое напряжение в ис
кривленной пластине зависит от ее толщины
t,
расстояний между осями бол
тов
l
, ширины соединения
b
и
݂
– начальной величины искривления. В табл. 1
занесены результаты изменения
ఙ
బ
ఙ
в зависимости от
௧
, вычис
ленные по (1)
для различных величин начального искривления
f
0
при началь ных
искривлениях от 0 до 5,0 мм.
38
Таблица 1
Изменения
ఙ
బ
ఙ
в зависимости от
௧
и
f
0
.
ݐ
ܽ
Значения начального искривления
f
0
, мм
0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0,3
1,0
0,97
0,85
0,80
0,75
0,70
0,35
1,0
0,98
0,82
0,78
0,72
0,70
0,4
1,0
0,98
0,80
0,73
0,71
0,68
Как видно из табл.1 увеличение критического напряжения σ искривлен
ной пластины относительно σ
0
– прямолинейной пластины существенно зави
сит от величины начального искривления пластины - перепада (зазора) в
стыковых соединениях. Зазор величиной 5 мм может увеличить напряжение в
пластине на 30-32%. Изменение напряжений незначительно зависит от от
ношений
௧
.
Показано, что деформация пролетных строений существенно зависит от
деформативности соединений. Поэтому целесообразно для оценки предель
ного состояния узлов использовать реальную диаграмму соединения, полу
ченную в работе в виде:
=
=∆+
∆
݈
ቂ
+
ܧ
4 Б
ቀ
1 −
݉
݊
ቁቃ
(4)
где,
–
∆
деформация соединения;
∆
– деформация относительного сдвига;
–
относительная упругая деформация элементов соединения; Б – постоянная,
имеющая размерность времени; k – безразмерный коэффициент; m – число
болтов первого ряда; n – число болтов в полунакладке.
В диссертации рассматривается состояние узлов ферм, работающих на
растяжение и сжатие. В этом случае во фрикционном соединении развивает
ся деформация взаимных смещений соединяемых элементов. На основании
результатов испытаний фрагментов предложена зависимость для определе
ния коэффициента трения для расчета узловых соединений.
Установлено, что коэффициент трения
f
в соединениях уменьшается с
увеличением перепадов элементов в стыках. При перепаде в соединениях до
3,0 мм опытные значения коэффициента трения практически равны норма
тивным величинам по КМК. Дальнейшее увеличение величин перепада при
водит к заметному снижению
f
(рис. 4), поэтому в этих случаях рекомендова
ны перепады заполнить плоскими пластинами. Зазоры при перепадах до 3,0
мм рекомендуется заполнить герметиками, предотвращающими попадание
влаги в соединения.
39
○ – плоские фрагменты;
Δ – объемные фрагменты;
▲– по результатам расчета плоскости
прилегания элементов
Рис. 4. Изменение коэффициента
f
в зависимости от перепада в со
единениях
Изменение коэффициента трения
f
в зависимости от перепада соединяе
мых элементов определено обработкой результатов испытаний методом
наименьших квадратов
(5)
0,05
−
0,64
=
݂
Исходя из полученных результатов, расчет несущей способности фрик
ционных соединений предлагается выполнить по среднему ряду болтов по
зависимости
(6) (
0,05
−
0,64
)
∙
◌ு
ܰ݇∙ܵ≤
где
ܵ
- сдвигающее усилие на соединение от расчетных нагрузок;
ܰ
◌ு
- норма
тивное усилие натяжения болта;
– перепад в соединениях, мм.
Зависимость (6) позволяет внести корректировку в условия эксплуата ции в
случае возникновения перепадов в соединяемых элементах узлов. В работе
приводятся результаты испытания фрагментов узлов на много
кратно-повторные нагружения.
Испытаниям подвергались плоские фрагменты с перепадами соединяе
мых элементов до 4,5 мм в лаборатории компании "NIPPON STEEL". Всего
40
было изготовлено 6 образцов с перепадами соединяемых элементов 0; 3 и
4,5мм.
В процессе многократно повторного нагружения измеряли сдвиг оси
стыкуемых элементов. Измерения деформаций сдвига в процессе нагружения
записывались без остановки пульсационного нагружения электротензодатчи
ками.
Параметры многократно-повторного нагружения фрагментов выбирали
близкими к фактическим условиям эксплуатации. Максимальное значение
растягивающих напряжений
௫
принимали равным 0,6÷0,7 от напряжения,
соответствующего началу общего сдвига, а минимальное значение
было
равно в пределах 0,3÷0,4 от этого напряжения. Частота приложения цикла -
800 повторных нагружений в минуту. Минимальное количество циклов
нагружения -
2 ∙ 10
циклов.
На рис. 5 показаны результаты испытаний опытных фрагментов.
○ – соединение элементов без перепада;
● – соединение элементов с перепадом 3,0 мм;
□ – соединение элементов с перепадом 4,5 мм
Рис. 5. Зависимость нарастания деформаций сдвига при повторных
нагружениях
Как видно из рис.5, с увеличением перепада соединяемых элементов
нарастание деформаций сдвига увеличивается. В фрагментах без перепадов в
соединениях после
ܰ
= 2 ∙ 10
циклов нагружения накопление сдвиговой
деформации составляло около 0,6 от уровня начала общего сдвига, т.е. со-
41
единение работает в упругой области. При перепаде элементов 4,5 мм накоп
ления деформаций вышли из упругой области и перешли в пластическую зо
ну.
За предельное значение сдвига
∆
принята начальная точка общего сдви
га
∆
, установленная по результатам статических испытаний. Полученные
зависимости изменения деформаций сдвига при много кратно-повторных
нагружениях аппроксимированы методом наименьших квадратов.
∆= ∆
൬
ܽ
+
ܾ
ܰ
ܰ
൰
(7)
где
a=0,2; b=0,4+δ/3,5; δ
- величина перепадов в соединяемых элементах, мм.
Предлагаемая зависимость удовлетворительно описывает опытные ре
зультаты, при этом коэффициент корреляции, вычисленный обычным спосо
бом находится в пределах
=
0,72
.
Полученные результаты экспериментальных исследований показали, что
для решения практических задач прогнозирования ресурса пролетных строе
ний с учетом начальных дефектов наиболее приемлемым является деформа
ционный критерий накопления повреждений, основные положения которого
изложены выше. При этом общая деформация пролетного строения суще
ственно зависит от деформативности узлов - чем больше сдвиговые дефор
мации в соединениях, тем больше деформации пролетного строения в целом.
Значения всех параметров могут быть установлены на стадии проекти
рования, а в случае, если после монтажа имеются начальные дефекты, то пе
ред началом ввода конструкции в постоянную эксплуатацию.
Исходя из вышесказанного, за меру накопления повреждений принима
ем накопление деформаций сдвига в узловых соединениях пролетных строе
ний. Одним из основных преимуществ предлагаемого подхода является воз
можность измерения деформаций сдвига в соединяемых элементах в процес
се эксплуатации конструкций.
Получены зависимости для описания нарастания меры повреждения при
многократно повторных нагружениях, базирующиеся на основных положе
ниях линейной теории накопления повреждений.
Зависимость для прогнозирования ресурса пролетных строений, имею
щих начальные дефекты изготовления, имеет вид:
ܶ
௦
=
݇ܰ
തതതതത
݊
തതതതത
1−
ܽ
ܾ
(8)
݇
= 1 −
ே◌
,
ఉ
భ
(9)
ଶ
+
ఉ
భ
ே◌
,
ఉ
భ
=
ට
ே◌
ଶ
(10)
где
ܰ
തതതതത
– базовое количество циклов нагружения, принимаемое по
кривой выносливости металла;
- коэффициент, зависящий от требуемого
уровня
42
надежности расчетов;
ே◌
,
ఉ
భ
- коэффициенты вариации
ܰ
и
݊
;
– эк
вивалентное количество циклов нагружения;
݊
– количество циклов нагру
жения в единицу времени. Как видно, для расчета ресурса основным
критерием работы является деформация сдвига элементов в процессе
нагружения, существенно завися щая от перепада соединяемых элементов, и
поэтому этот показатель принят в качестве меры повреждения при расчете
ресурса. На конкретном примере показана количественная оценка влияния
перепадов на ресурс. Установлено, что своевременное устранение начальных
повреждений в стыках позволяет обеспечить ресурс пролетного строения по
стыку узлов, близкий к норматив ному.
Остаточный ресурс – разница между ресурсом элемента конструкции и
наработкой к рассматриваемому моменту времени.
Показано, что для прогнозирования остаточного ресурса металлических
конструкций пролетных строений наиболее приемлемым является использо
вание общей модели накопления повреждений. Предельные состояния кон
струкций наступают в результате постепенного накопления повреждений.
Здесь принципиально важное значение приобретает выбор меры накопления
повреждения и теоретическое описание изменения этого параметра в процес
се эксплуатации. В существующих рекомендациях применение различных
видов меры накопления повреждений не полностью отражает влияние реаль
ного развития повреждений в виде трещин на ресурс элементов пролетных
строений. Для полного отражения физического состояния конструкций при
нимаемый в расчетах параметр меры повреждений должен иметь четкий кри
терий, измеряемый в процессе технической диагностики.
Для определения среднего значения остаточного ресурса элементов про
летного строения с использованием принципов механики разрушения полу
чена зависимость
Δ
ܶ
௦
തതതതതതത
=
ܰ
−
ܰ
തതതതതതതതതതത
݊
ଶ
തതതതത
∙1−
ܽ
ܾ
(11)
где,
N
തതതത
– количество циклов нагружения с момента ввода в
эксплуатацию до момента технической диагностики, определяется по данным
путевого хозяй ства;
݊
ଶ
തതതതത
– ожидаемое количество циклов после проведения технической
диагно
стики. Отклонения от средних величин остаточного ресурса
учитывается по следующей зависимости:
ΔT
୰◌
= k (N
ୡ୰
− N )
തതതതതതതതതതതതതത
βn ∙1−a
b (12)
1
݇
=−
ܰ
−
ܰ
(13)
݊
ଶ
+
ఉ
భ
ே◌
◌ିே◌
భ
ఉ
భ
=
ට
ே◌
◌ିே◌
భ
ଶ
(14)
43
где,
θ
– коэффициент зависящий от требуемого уровня надежности расчетов;
δ
N
ౙ౨
◌ି
N
భ
, δ
ஒ
୬
భ
- вариации
N
ୡ୰
− N
и
βn
;
Выполненный конкретный пример по полученным формулам представ
лен в дссертации.
Четвертая глава
«Метод планирования межремонтных сроков про
летных строений и технико-экономическая эффективность результатов
исследований».
Показано, что главным в решении вопроса применения по
ложений теории надежности для мостов является назначение требуемого
уровня надежности для эксплуатируемых пролетных строений. Требуемый
уровень надежности называется нормативным уровнем надежности, который
должен устанавливаться на основе технико-экономических обоснований.
Принимается, что при наступлении отказа в виде хрупкого разрушения нор
мативный аварийный риск определяется выражением
H
∗
= 1 − H (20)
Как показали расчеты, при изменениях расчетных параметров значение
надежности
Н
находится в пределах 0,988 при ее нормативной величине
Н=0,98
.
В процессе эксплуатации за счет накопления повреждений уровень
надежности
Н
начинает снижаться. Предложена методика определения меж
ремонтных сроков.
Показано, что выполнение необходимых мероприятий по восстановле
нию технического состояния поврежденного элемента позволяет поднять
уровень надежности до
Н
1
и продлить срок замены рассматриваемого эле
мента. При этом продолжительность межремонтного срока после каждого
ремонта уменьшается, т.е. для поддержания нормативного уровня надежно
сти с увеличением возраста пролетного строения срок капитального вложе
ния уменьшается. Поэтому целесообразность очередного ремонта должна
решаться на основе технико-экономических расчетов.
Разработанная автором мониторинговая программа "МОСТ" также
предполагает, что неудовлетворительная оценка состояния пролетного стро
ения означает невозможность его дальнейшей нормальной эксплуатации, и
возникает необходимость проведения реконструкции сооружения с заменой
или усилением отдельных элементов пролетного строения.
Планомерная организация мониторинга с определением межремонтных
сроков пролетных строений позволяет не допускать снижения фактической
надежности от ее нормативных величин. Таким образом, возникает два вари
анта решения вопроса: замена элементов или пролетного строения в целом
или разработка мероприятий по сохранению условия надежности не ниже
нормативных величин организацией специальных мероприятий, отдаляющих
крупное вложение капиталовложений на реконструкцию.
При восстановлении пролетного строения до нормативного уровня экс
плуатационной надежности вычисляются остаточный ресурс и дальнейшие
межремонтные сроки. Тогда капитальные вложения существенно ниже, чем в
случае замены пролетного строения, однако после исчерпания расчетного ре-
44
сурса
через
∆
ܶ
௦
времени
будет
следующий
этап
ремонтно
восстановительных работ. Показано, что основная эффективность достигает
ся за счет более рационального отдаления капитальных вложений в процессе
эксплуатации.
Приводится пример расчета остаточного ресурса и данные по экономи
ческой эффективности исследований.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основе результатов исследований, проведенных по теме «Совершен
ствование методов расчета ресурса металлических пролетных строений же
лезнодорожных мостов по результатам технической диагностики» диссерта
ции доктора философии (PhD) представлено следующее заключение:
1. Как показывают результаты проведенных исследований, требования
ряда нормативных документов зарубежных стран и Узбекистана к величинам
отклонений геометрических параметров при изготовлении элементов метал
лических
пролетных
строений
совпадают.
Здесь
недостаточная
обоснованность требований КМК 3.03.02-98 «Металлические конструкции.
Правила производства и приемки работ» показало необходимость пересмот
рения этих требований, исходя из реальной технологической обеспеченности
заводов республики.
2. По результатам обследования изготовленных на заводах элементов
пролетных строений установлено, что практически невозможно избежать де
фектов в виде перепадов в соединяемых элементах. Разработана методика
количественной оценки влияния перепадов на несущую способность стыко
вого соединения. При этом установлено, что при перепаде в соединениях до
3,0мм увеличение напряжений в накладках за счет их изгиба не превышает
20%.
3. На основе натурных испытаний фрагментов узлов сквозных ферм по
лучены диаграммы работы соединений с различными величинами перепадов
соединяемых элементов. Предложена математическая зависимость для опи
сания диаграммы напряжение - сдвиг стыков.
4. Для прогнозирования ресурса элементов пролетных строений, на ос
нове линейной теории накопления повреждений усовершенствованы форму
лы для оценки ресурса пролетных строений, имеющих начальные дефекты в
виде перепадов в соединениях. Своевременное устранение начальных дефек
тов до начала эксплуатации конструкций, позволяет обеспечить ресурс,
близкий к нормативному.
5. На основе учета остаточного ресурса эксплуатируемых пролетных
строений по критерию развития повреждений, разработан метод прогнозиро
вания с учетом случайного разброса параметров, входящих в расчетные фор
мулы. Применение разработанного метода в процессе проектирования путем
характеристики дефектов элементов мостов позволило экономию средств в
45
пределах 7-8%, а также путем метода прогнозирования ресурса конструкций
при реконструкции позволило уменьшить эксплуатационные расходы. 6. По
условиям обеспечения нормативного уровня эксплуатационной надежности,
разработан метод планирования межремонтных периодов про летных
строений, основанный на расчетах остаточного ресурса элементов с заданной
надежностью. Применение разработанного метода позволило повы сить
качество ремонта, снизить на 10-12% расходов в процессе эксплуатации,
повысить производительность труда на 15-20%.
46
SCIENTIFIC COUNCIL AWARDING SCIENTIFIC DEGREES
DSc.27.06.2017.T.09.01 AT TASHKENT INSTITUTE OF DESIGN,
CONSTRUCTION AND MAINTENANCE OF AUTOMOTIVE ROADS
AND TURIN POLYTECHNICAL UNIVERSITY IN TASHKENT
TASHKENT INSTITUTE OF DESIGN, CONSTRUCTION AND
MAINTENANCE OF AUTOMOTIVE ROADS
MAMAJANOV RUSTAM RAXIMJANOVICH
IMPROVEMENT OF CALCULATION METHODS OF THE METAL
SUPERSTRUCTURES RESOURCE OF RAILWAY BRIDGES ON THE
TECHNICAL DIAGNOSTICS RESULTS
05.09.02 – Basements, foundations and underground structures.
Bridges and transport tunnels. Roads, subways
DISSERTATION ABSTRACT OF THE DOCTOR OF PHILOSOPHY (PhD)
ON TECHNICAL SCIENCES
Tashkent– 2017
The theme of doctor of philosophy (PhD) was registered at the Supreme Attestation Com
mission at the Cabinet of Ministers of the Republic of Uzbekistan under number B2017.1.PhD/T123
The dissertation has been prepared at the Tashkent Institute of Design, Construction and Mainte
nance of Automotive Roads.
The abstract of the dissertation is posted in three languages (Uzbek, Russian, English (resume)) on
the website www.tayi.uz and on the website of “ZiyoNet” Information and educational portal
www.ziyonet.uz.
Scientific superviser: Ishankhodjaev Abdurahman Asimovich
doctor of
technical sciences, professor
Official opponents: Rashidov Tursunbay
doctor of technical sciences, professor, academician
Ruzieva Mafura Vasikovna
philosophy doctor, docent
Leading organization: Tashkent Railway Engineering Institute
The defense will take place “____” _____________ 2017 at _____ at the meeting of Scientific
council No.DSc.27.06.2017.Т.09.01 at Tashkent Institute of Design, Construction and Maintenance of
Automotive Roads (Аddress: 100060, Tashkent city, Mirabad district, A.Temur prospect, 20. Tel./fax:
(+99871) 232-14-39; e-mail: tadi_info@edu.uz.)
The doctoral dissertation can be reviewed at the Information Resource Centre of the Tashkent Insti tute of
Design, Construction and Maintenance of Automotive Roads (is registered number No._____ ). (Аddress:
100060, Tashkent city, Mirabad district, A.Temur prospect, 20. Tel.: (+99871) 232-14-45.)
Abstract of the dissertation sent out on “____” _____________ 2017 y.
(mailing report No. ____ on “____” _____________ 2017 y.).
А.А.Riskulov
Chairman of the scientific council
awarding scientific degrees,
doctor of technical sciences, professor
A.M.Baboev
Scientific secretary of scientific souncil
awarding scientific degrees,
doctor of philosophy
А.А.Ashrabov
Chairman of the academic seminar under
the scientific council awarding scientific degrees,
doctor of technical sciences, professor
DISSERTATION ABSTRACT OF THE DOCTOR OF PHILOSOPHY
(PhD) ON TECHNICAL SCIENCES
Сontent of dissertation abstract of doctor of philosophy (PhD)
INTRODUCTION (abstract of PhD thesis)
The aim of the research is
to improve calculation methods of the resource of
metal span structures operated in railway bridges on the basis of technical diagnos
tics of the actual state of the structures.
The tasks of research work
are the following: to determine the causes of de
fects in the manufacture and installation of span structures, as well as during their
long-term operation; to develop of methods for assessing the impact of various de
fects and damages on the resource of span structures; to put forward convenient
methods for resource calculation of span structures; to compose recommendations
for the survey and assessment of the technical condition of operated span structures
in road facilities.
The object of the work is
the metal span structures of bridges on railways.
The scientific novelty
of the dissertation research is the following: there has been
improved methods for determining the causes of defects and damages during the
construction and operation of span structures with solid scientifical ground on their
bases; there has been an improvement of dependencies for the description of the
measure of damage accumulation on the basis of the experimentally determined
friction coefficient
f
; formulas for calculating the resource of span structures have
been improved with application of the main provisions of the theory of damage
accumulation; there has been a development of the method of estimating the resid
ual life of the exploited metal span structures from the data of technical diagnos tics
of the actual state of structures.
The outline of the thesis.
Based on the conducted research on the thesis of
the doctor of philosophy (PhD) on “Improvement of calculation methods of the
metal superstructures resource of railway bridges on the technical diagnostics re
sults”, the following conclusions are presented:
The results of the conducted studies show that, requirements of a number of
documents of foreign countries and Uzbekistan, the magnitude of deviations of ge
ometric parameters in the manufacture of elements of metal span structures coin
cide. Here, the insufficient reasonabless of requirements KMK 3.03.02-98 «Metal
constructions. Production rules and acceptance of works» showed the need to re
view these requirements, based on this from real technological provision of facto
ries of the republic.
Based on the inspection results of the elements of the span structures manu factured
at plants before acceptance for permanent operation, it has established that it is
practically impossible to avoid defects in the form of deviations in the con necting
elements. A methodology has been developed to quantify the effect of dif ferences
on the bearing capacity of the butt joint. It was found that with a drop in
49
joints up to 3.0 mm, the increase in stress in the patches due to their bending does
not exceed 20%.
On the basis of full-scale tests of node fragments of through trusses, there has
been obtained diagrams of the work of compounds with different values of the de
viations of the connected elements. A mathematical dependence has been proposed
to describe the stress-shear diagram of joints.
For forecasting the resource of elements of span structures, on the basis of the
linear theory of damage accumulation, formulas for estimating the resource of span
structures, having initial defects in the form of differences in the compounds. Elim
ination of initial defects before the beginning of operation of structures, allows to
provide a resource close to the normative one.
On the basis of accounting for the residual life of operated span structures, by
the development damage criterion, method of forecasting has been developed tak
ing into account a random spread of the parameters entering into the calculation
formulas. The application of developed method on process of design by means of
defect characteristics of bridge elements has alloved to save resources within 7-8%,
as well as in reconstruction maintenance costs were reduced by the using of
forecasting method of service life of structures.
Under the conditions of ensuring the normative level of operational reliability,
it has been developed a method of planning the overhaul periods of span structures,
based on the calculation of the residual life of elements with a given reliability. The
application of developed method has alloved to increase repairing quality, de
crease expenses to 10-12% on maintenance process and raise of labour capacity up
to 15-20%.
50
ЭЪЛОН ҚИЛИНГАН ИШЛАР РЎЙХАТИ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
LIST OF PUBLISHED WORKS
1. Мамажанов Р.Р. Ишанхаджаев А.А. Об особенностях проектирования
металлических мостов по нормам различных стран. // Ташкент: Вест
ник ТАДИ. – 2009. – №1. – С. 58-63. (05.00.00; №15).
2. Мамажанов Р.Р. Расчет продольного профиля металлических пролет ных
строений мостов на скоростных линиях. // Ташкент: Вестник ТАДИ. –
2011. – №3-4. – С. 71-77. (05.00.00; №15).
3. Мамажанов Р.Р. Испытание натурных узлов металлических ферм //
Ташкент: Проблемы механики. – 2012. – №2. – С.66-69. (05.00.00; №6). 4.
Мамажанов Р.Р. Результаты испытания пролетных строений со сквоз ными
фермами // Ташкент: Вестник ТАДИ. – 2012. – №1-2. – С.89-95. (05.00.00;
№15).
5. Mamajanov R.R. The results of testing of perforating metal trusses units to
many times repeated loading // Austria, Vienna: European Science Review. –
2016. – №5-6. – Р.183-185. (05.00.00; №3).
6. Mamajanov R.R. The effect of changes in mating elements on the bearing
capacity of Nodes // Austria, Vienna: European Science Review. – 2016. –
№9-10. – Р.189-191. (05.00.00; №3).
7. Мамажанов Р.Р. Диаграмма работы стыкового соединения элементов
сквозных металлических мостовых ферм. // Ташкент: Arxitektura.
Qurilish. Dizayn. – 2016. – №3-4. – С. 99-102. (05.00.00; №4).
8. Мамажанов Р.Р. Расчет узловых соединений сквозных ферм имеющих
начальные дефекты // Ташкент: Вестник ТАДИ. – 2016. – №4. – С.46-
49. (05.00.00; №15).
9. Мамажанов Р.Р. Результаты технической диагностики металлических
пролетных строений эксплуатируемых старых железнодорожных мо
стов // Ташкент: Вестник ТАДИ. – 2016. – №4. – с. 50-54. (05.00.00;
№15).
10. Мамажанов Р.Р. Влияние начального изгиба накладок соединения уз
лов на его устойчивость // Ташкент: Сборник трудов ТАДИ. – 2011. – С.
152-154.
11. Мамажанов Р.Р., Ишанходжаев А.А. Влияние перепадов в соединениях
металлических конструкций пролетных строений моста на величины
коэффициента трения // Алматы: Сборник материалов Международной
научно-практической конференции. – 2011. – Том I. – С.94-96.
12. Мамажанов Р.Р., Ишанходжаев А.А., Кенжебаев Ж.. Современные кон
струкции узлов металлических ферм пролетных строений мостов // Ну
кус: «Архитектура ва курилиш сохаси учун кадрлар тайёрлаш муаммо
лари республика илмий-амалий конференция материаллари туплами». –
2012. – С.241-242.
13. Мамажанов Р.Р., Ишанходжаев А.А. О состоянии строительства боль
ших металлических железнодорожных мостов // Ташкент: Сборник ма-
51
териалов Республиканской научно-технической конференции с участи
ем зарубежных ученых. – 2012. – С. 332-334.
14. Mamajanov R.R. Calculation of resource of cross-cutting steel girder ele
ments with initial defects // Austria, Vienna: European Conference on Inno
vations in Technical and Natural Sciences. – 2017. – Р.145-148.
52
Авторефератнинг ўзбек, рус ва инглиз тилларидаги нусхалари «ТАЙИ
Хабарномаси» илмий-техник журнали таҳририятида таҳрирдан ўтказилди.
Бичими 60х84
1
/
16
. Ризограф босма усули. Times гарнитураси.
Шартли босма табоғи: 3,5. Адади 100. Буюртма № 25.
«ЎзР Фанлар Академияси Асосий кутубхонаси» босмахонасида чоп этилган.
Босмахона манзили: 100170, Тошкент ш., Зиёлилар кўчаси, 13-уй.
53
