Совершенствование методов расчета ресурса металлических пролетных строений железнодорожных мостов по результатам технической диагностки

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, Китай1 с развитой железнодорожной инфраструктурой, доля железнодорожных мостов составляет 70% от общей протяженности дорог. Это в свою очередь вызывает необходимость организации эксплуатационного процесса металлических пролетных строений мостов путем создания обоснованной системы постоянного мониторинга. Поэтому в зарубежных странах особое внимание уделяется на направление прогнозирования ресурса элементов мостовых конструкций.
С приобретением независимости нашей республики в системах транспортных коммуникаций особое внимание уделяется качественному совершенствованию процессов проектирования, строительства и эксплуатации надземных сооружений. На основе осуществленных мероприятий, в том числе повышена прочность, надежность надземных сооружений железных дорог при помощи сложных металлических конструкций. Наряду с этими, в настоящее 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, инженернокоммуникационных 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 исследований 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 целевых научных исследований определения причин появления дефектов при изготовлении, монтажа и эксплуатации пролетных строений, разработка способов определения влияния дефектов и повреждений на ресурс пролетных строений, разработка удобного для практического применения методов расчета ресурса пролетных строений является одной из важных задач.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указе Президента Республики Узбекистан №П П-2313 от 6 марта 2015 г. «О Программе развития и модернизации инженерно-коммуникационной и дорожно-транспортной инфраструктуры на 2015-2019 годы», №П П-4947 от 7 февраля 2017 г. «О стратегии действий по 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 чрезвычайных ситуаций» и Постановлением Кабинета Министров №242 от 24 августа 2001 г. «О дальнейшем совершенствовании государственной системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях Республики Узбекистан», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования является совершенствование методов расчета ресурса эксплуатируемых металлических пролетных строений железнодорожных мостов на основе результатов технической диагностики.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
разработаны методы определения причин появления дефектов и повреждений в стадиях строительства и эксплуатации пролетных строений на основе результатов технической диагностики;
на основе коэффициента трения/определена степень концентрации по-являемых за счет неровностей в узлах дефектов;
разработан способ расчета остаточного ресурса эксплуатируемых железнодорожных 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.
Заключение
На основе результатов исследований, проведенных по теме «Совершенствование методов расчета ресурса металлических пролетных строений железнодорожных мостов по результатам технической диагностики» диссертации 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 металлических 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 дефектов в виде перепадов в соединяемых элементах. Разработана методика количественной оценки влияния перепадов на несущую способность стыкового 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 получены диаграммы работы соединений с различными величинами перепадов соединяемых элементов. Предложена математическая зависимость для описания диаграммы напряжение - сдвиг стыков.
4. Для прогнозирования ресурса элементов пролетных строений, на основе линейной теории накопления повреждений усовершенствованы формулы для оценки ресурса пролетных строений, имеющих начальные дефекты в виде перепадов в соединениях. Своевременное устранение начальных дефектов 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 прогнозирования с учетом случайного разброса параметров, входящих в расчетные формулы. Применение разработанного метода в процессе проектирования путем характеристики дефектов элементов мостов позволило экономию средств в 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 пролетных строений, основанный на расчетах остаточного ресурса элементов с заданной надежностью. Применение разработанного метода позволило повысить качество ремонта, снизить на 10-12% расходов в процессе эксплуатации, повысить производительность труда на 15-20%.