1462

70-я науч. конф. проф., препод., науч. работников, инж. и аспирантов ун-та: материалы науч. конф.: в 3 ч. / СПбГАСУ. – СПб., 2014. – Ч. II. –

С. 23–25.

2.Петухов П.А. Цементобетон и асфальтобетон в экологическом аспекте дорожной отрасли // Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика: материалы ХI Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молод. ученых. – Пермь, 2013. – С. 308–315.

3.Костиков Ю.Б. Мощение. Практическое руководство. Заказчику, архитектору, проектировщику и строителю / ОАО «Ленстройдеталь». –

СПб., 2009. – 80 с.

Об авторах

Карпов Андрей Андреевич (Санкт-Петербург, Россия) – студент, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4;

е-mail: andreykarpov013@mail.ru).

Петухов Павел Александрович (Санкт-Петербург, Россия) – ас-

пирант кафедры «Автомобильные дороги, мосты и тоннели», СанктПетербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4;

е-mail: petukhov.pavel17@gmail.com).

391

УДК 624.21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТАЛОСТНОЙ НАГРУЗКИ ПРИ РАСЧЕТЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ С ПРОЛЕТНЫМ СТРОЕНИЕМ ИЗ СТАЛЬНЫХ ФЕРМ

М.А. Кисель

Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь

Приведены способы определения усталостной нагрузки, которые предлагаются в ТКП EN 1993-2–2009, при проектировании стальных железнодорожных мостов. Рассмотрены требования, которые предъявляются к элементам железнодорожного моста при оценке сопротивления усталости в процессе проектирования сооружения. Также рассмотрены некоторые вопросы актуальности данного расчета.

Ключевые слова: усталость металла, методы расчета, железнодорожный мост, стальные фермы, цикл воздействия, временная нагрузка.

В течение всего срока службы моста постоянно действующая временная нагрузка от движения железнодорожного транспорта создает многократно повторяющиеся циклы воздействий на элементы стальных ферм. Элементы конструкций вследствие такого воздействия подвержены развитию усталостных напряжений. Согласно правилам ТКП EN 1993-2–2009, п. 9.1.3 [1], все элементы железнодорожных мостов необходимо проверять на усталость металла. В отличие от пешеходных мостов или мостов, загруженных только статической нагрузкой, железнодорожные мосты в целом более подвержены усталостной нагрузке из-за высоких динамических нагрузок.

Основной принцип расчета на усталостные нагрузки состоит в нахождении количества циклов воздействия на стальной элемент в определенном диапазоне напряжений. После определения количества циклов воздействия необходимо проверить способность этого элемента выдерживать указанное количество циклов. Для проверки усталостной прочности стального элемента под действием цикличной нагрузки можно использовать сумму Майнера:

392

где nEi – количество циклов нагружения в заданном диапазоне напряжений; NRi – количество циклов нагружения в данном диапазоне напряжений, которое приведет к усталостному разрушению элемента.

На практике такой расчет окажется весьма трудоемким, поскольку напряжения в каждом элементе моста варьируются вследствие случайного характера движения железнодорожного транспорта. Отдельные элементы железнодорожного моста можно проверить при помощи такой процедуры, только зная режим воздействий, т.е. необходимо знать массу и количество каждого поезда, который будет проходить по каждому пути в течение всего срока службы моста, а также распределение нагрузки по колеям. Такие расчеты будут громоздкими, поскольку количество разных типов поездов, проходящих через мост в течение его срока эксплуатации, будет достаточно велико.

Для того чтобы упростить расчет, ТКП EN 1993-2–2009 [2], п. 9.2.3 дает возможность использовать упрощенную модель усталостной нагрузки 71 для железнодорожных мостов [3]. За основу берется тот факт, что усталостные напряжения вызывает один поезд, описывающий статическое воздействие вертикальной нагрузки. Напряжение, которое возникает в металлических элементах в результате действия такой нагрузки, корректируется с помощью коэффициентов, чтобы получить единый диапазон значений напряжения, который за 2 млн циклов нанесет мосту столько же повреждений, сколько реальный поток транспорта за весь срок службы моста.

При расчете железнодорожных мостов по ТКП EN 1993-2–2009, п. 9.4.1 применяется упрощенный метод эквивалентных напряжений для модели 71. Такой способ позволяет определить «контрольный диапазон усталостных напряжений»:

∆σp = ∆σp max −∆σp min .

Это максимальное изменение напряжения в рассматриваемом элементе под действием усталостной нагрузки. После определения значения ∆σp напряжение необходимо перевести в эквивалентный диапазон значений напряжений для 2 млн циклов (∆σE2) таким образом, чтобы их можно было бы сравнивать с усталостными напряжениями, которые соответствуют 2 млн циклов напряжений одного диапазона. Для этого в ТКП EN 1993-2–2009, п. 9.4.1 приводится следующая формула:

∆σE 2 = λФ2∆σр,

где λ – коэффициент эквивалентности негативного воздействия, который определяется по ТКП TN 1993-2–2009, п. 9.5; Φ2 – динамический

393

коэффициент эквивалентного негативного воздействия. Для железнодорожных мостов значение этого коэффициента определяется по ТКП EN 1991-2–2009.

Аналогичным образом рассчитывается диапазон для напряжений сдвига:

∆τp = ∆τp max −∆τp min ; ∆τE 2 = λФ2∆τр.

После определения эквивалентных напряжений производится их подробный анализ и оценка по ТКП EN 1993-2–2009.

Актуальность данной темы не вызывает никаких сомнений, так как отечественные нормы не регламентировали расчеты железнодорожных мостов на усталость. Впервые такие требования были включены в СНиП 2.05.03–84* «Мосты и трубы». Однако дополнения 1991 г. не учитывали ряд специфических особенностей работы металлических элементов на усталостные напряжения в железнодорожных мостах.

В заключение хотелось бы отметить, что назрела необходимость проводить полноценные расчеты по определению усталостной нагрузки и усталостной прочности для существующих железнодорожных мостов на основании методики, изложенной в европейских нормах. Основная цель данного расчета заключается в том, чтобы определять остаточный ресурс уже существующих и эксплуатируемых пролетных строений, выполненных из стальных ферм.

Список литературы

1.Хенди К.Р., Мерфи К.Дж. Руководство для проектировщиков

кЕврокоду 3: Проектирование стальных конструкций. Ч. 2. Стальные мосты. EN 1993-2: пер. с англ. / МГСУ. – М., 2014. – 540 с.

2.ТКП EN 1993-2–2009. Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Ч. 2. Стальные мосты / МАиСРБ. – М., 2010. – 113 с.

3.ТКП EN 1991-2–2009. Еврокод 1: Воздействия на конструкции. Ч. 2. Транспортные нагрузки / МАиСРБ. – М., 2010. – 158 с.

Об авторе

Кисель Максим Александрович (Минск, Республика Беларусь) –

ассистент кафедры «Мосты и тоннели», Белорусский национальный технический университет (220014, г. Минск, пр. Независимости, 150; e-mail: chief.kisel2012@yandex.ru).

394

УДК 69.002.5

АНАЛИЗ И ВЫБОР СПОСОБОВ АКТИВАЦИИ ЦЕМЕНТА С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА БЕТОНА

Е.А. Клименко, Г.А. Гурьянов

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск, Республика Казахстан

Проанализированы способы активации вяжущего (цемента), выявлены трудности, с которыми приходится сталкиваться при активации, предложено сочетание видов активации, которое повышает качество бетона.

Ключевые слова: активация, удельная поверхность, механоактивация, дезинтегратор, вибрационная мельница, гидратация.

В последнее время отмечается значительное развитие исследований в области активации цементного вяжущего для растворов и бетонов, так как цемент, получаемый с цементных заводов, как правило, содержит большое количество крупных фракций (60–100 мкм и более) и при затворении цемента водой в раствор переходят преимущественно мелкие фракции (0–60 мкм), а более крупные остаются в цементном тесте в виде инертного наполнителя, т.е., по существу, около 40 % цемента не используется по своему прямому назначению.

Под активацией понимается такая обработка вяжущего (цемента) или смеси вяжущего с заполнителями, в результате которой свойства цемента используются лучше, полнее. В течение времени хранения цемент теряет свои свойства, поэтому активаторы рекомендуется применять непосредственно на бетонных заводах и узлах, находящихся вдали от цементных заводов.

Процессы активации можно разделить на сухую активацию, при которой осуществляется доизмельчение сухого цемента перед подачей его в смеситель, и мокрую активацию, при которой цемент измельчают в процессе или после его перемешивания с водой затворения, т.е. в виде цементного теста. В настоящее время чаще всего применяют мокрую активацию, и существует мнение, что при наличии мокрой активации сухая не нужна, так как цемент глубоко гидратируется, с цементных зерен механически удаляются продукты гидратных новообразований,

395

благодаря чему существенно увеличивается количество геля в цементном тесте и обнажаются свежие поверхности зерен цемента. Влага равномерно распределяется вокруг цементных зерен и это интенсифицирует процессы структурообразования и твердения цемента. Однако мокрая активация приводит к появлению большого количества переизмельченных частиц в цементном тесте, что, в свою очередь, ведет к значительному росту водопотребности материалов, из-за чего удобоукладываемость растворных и бетонных смесей при постоянном водоцементном отношении (В/Ц) ухудшается. В результате плохого уплотнения смеси может получиться бетон, менее прочный, чем бетоны на обычных цементах. Также мокрая активация имеет ограничения по применению, а именно – она эффективна при активации смесей с В/Ц ≥ 0,4, что при росте применения жестких смесей с В/Ц = 0,2...0,3 становится существенным недостатком данного способа.

Сухую активацию можно применять для приготовления бетонных смесей, используемых для производства высокопрочных конструкций, при недостаточной активности имеющегося цемента, для «освежения» лежалых цементов, а также для приготовления песчаных бетонов. При увеличении удельной поверхности на 1000–2000 см2/г с помощью сухой активации прочность бетонов возрастает в первый день твердения в 1,5–2,0 раза. Затем нарастание прочности бетонов замедляется, и к 28 дню превышение прочности составляет 15–40 %.

Увеличение тонкости помола цемента – один из наиболее простых способов повышения его активности. Наиболее простым способом активации цемента является механическая активация. Одно из главных положений механоактивации заключается в том, что может быть механоактивация без измельчения, но не может быть измельчения без акти-

вации [1, 2].

Помол в любом аппарате дает активацию обрабатываемого материала в большей или меньшей степени. Однако беспредельно повышать тонкость помола клинкера нельзя. Поскольку различные фракции цементного порошка по-разному влияют на прочность цементного камня и на скорость его твердения, целый ряд исследователей [1, 2, 3] рекомендуют характеризовать активность цемента не только по удельной поверхности порошка, но и по зерновому составу. Многочисленные исследования, проводившиеся как в нашей стране, так и за рубежом, позволили установить зависимость между количеством зерен определенного размера, прочностью и скоростью твердения цемента. На основа-

396

нии работ А.Н. Иванова – Городова было установлено, что равномерное и быстрое твердение цемента достигается при следующих зерновых составах: зерен мельче 5 мкм – не более 20 %, зерен размерами 5–20 мкм – около 40–45 %, зерен размером 20–40 мкм – 20–25 %, а зерен крупнее

40 мкм – 15–20 %.

Таким образом, проблема получения качественного бетона сводится к получению оптимального гранулометрического состава цемента без переизмельчения и последующему его качественному перемешиванию с водой.

Нами на основании анализа различных источников, а также собственных экспериментов произведено сравнение вибрационной мельницы и дезинтегратора с точки зрения энергозатрат и эффективности активации.

Влияние скорости удара на прочность цементного камня на сжатие, полученное авторами статьи, представлено в таблице.

Результаты сравнения показывают, что дезинтеграция методом свободного удара, т.е. разрушение частиц ударом является наиболее эффективным методом активации цемента, так как в наибольшей степени позволяет не допустить переизмельчения материала и регулировать процесс измельчения и зерновой состав материала, например за счет скорости удара, предотвращая недоизмельчение материала, а также обеспечивает получение частиц преимущественно формы, близкой к кубообразной, и частиц неправильной структуры с развитой поверхностью, что улучшает процесс взаимодействия цемента с водой затворения при преобладании частиц среднего размера и при отсутствии недостатков, связанных с наличием большого количества переизмельченных частиц.

Влияние скорости удара на прочность цементного камня на сжатие

Для последующего качественного перемешивания активированного цемента с водой на основании анализа литературных источников [3] наиболее целесообразно использовать турбулентное смешивание, кото-

397

УДК 624.042

ОБСЛЕДОВАНИЕ ПОДВОДНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

А.В. Кокодеев, И.Г. Овчинников

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А., Россия

Рассматриваются особенности проведения подводного обследования транспортных сооружений в Российской Федерации на примере отчета о проведенном в 2014 г. инженерном обследовании и оценке технического состояния городского моста через р. Белую в г. Уфе. Проводится критический анализ использованных методов подводного обследования моста, а также полученных результатов.

Ключевые слова: транспортное сооружение, подводное обследование, мост, эксплуатация, дефект, повреждение, коррозия, приборы, оборудование.

Введение

В целом ряде предыдущих работ авторов подробно рассматривались вопросы применения различных методик подводного обследования транспортных сооружений за рубежом. Приводились особенности определения прочностных характеристик материалов конструкций и их эксплуатационного состояния в целом с использованием специальных приборов и оборудования, а также вопрос проведения ремонтных и восстановительных работ под водой. Был проведен обзор применения инновационных технологий при подводном обследовании транспортных сооружений в виде дистанционно управляемых аппаратов. Также поднималась важная проблема обеспечения сохранности экосистемы при подводном обследовании транспортных сооружений. В данной статье рассмотрим довольно редкий пример проведения подводного обследования транспортных сооружений в нашей стране.

О необходимости проведения периодических подводных обследований транспортных сооружений

При рассмотрении вопроса об оценке эксплуатационного состояния транспортных сооружений, в том числе мостов, обращают внима-

399

ние в основном на видимые несущие элементы конструкции моста – пролетные строения, на которые передается нагрузка от проходящего транспорта, опоры, подходы к мосту [1]. Однако известно, что в целом все нагрузки собираются и передаются на находящиеся в непосредственном контакте с водой опоры, которые, в свою очередь, свой вес, вес пролетных строений и полезные нагрузки передают через фундаменты на основание (грунтовое, свайное или другого типа).

Подводные конструктивные элементы сооружений в особенности подвержены воздействию различных факторов, приводящих к возникновению и развитию различного рода и степени дефектов и повреждений, которые уже повлекли за собой произошедшие в последние годы аварии и катастрофы на мостах в Карелии, Магаданской, Тульской, Воронежской областях и других регионах. Своевременное проведение обследований и осмотров состояния подводных конструктивных элементов транспортных сооружений поможет предотвратить возникновение значительной доли потенциальных аварийных ситуаций на транспортных сооружениях в результате заблаговременного обнаружения дефектов и повреждений и далее немедленного их устранения [2].

Внашей стране важность проведения подводных обследований транспортных сооружений на данный момент не до конца осознается.

Внормативных документах [3–5] нет четких указаний о периодичности и методиках проведения плановых обследований подводных частей транспортных сооружений. Существуют лишь общие рекомендации, содержащие устаревшие методики. Также результаты многих проведенных за последнее время осмотров подводных элементов транспортных сооружений оставляют множество вопросов по эффективности проведения мероприятий.

Приведем достаточно редкий пример проведения подводного обследования транспортных сооружений в нашей стране.

Проведение подводного обследования моста в г. Уфе

В2014 г. ООО «Т.К.М.» было проведено инженерное обследование

и сделана оценка технического состояния городского моста через р. Белую (рис. 1, 2) в створе ул. Воровского (старый) в г. Уфе, республика Башкортостан [6].

Целью работы являлось комплексное обследование мостового сооружения для определения технического состояния и сбора необходимой информации с целью принятия решения по стратегии модернизации сооружения. В список проведенных работ входило обследование подводных частей опор № 8, № 9.

400