книги из ГПНТБ / Иванов, Г. С. Эксплуатационная надежность и совершенствование технологии изготовления железобетонных шпал

Значения параметров формования шпал влияют в основном на толщину защитного слоя и плотность бетона. Последняя в свою очередь в значительной мере определяет морозостойкость и прочность бетона. Тепловлажностная обработка, фактические значения параметров которой, как правило, не соответствуют нормативным, не обеспечивает в достаточной мере требуемых показателей морозостойкости, прочности и плотности бетона.

В третьей группе представлены качественные характеристи­ ки шпал, которые определенным образом взаимосвязаны друг с другом. Так, если долговечность шпалы непосредственно зави­ сит от таких параметров качества, как трещиностойкость бето­ на и толщина защитного слоя, то трещиностойкость в свою очередь зависит от прочности бетона, а прочность и морозо­ стойкость бетона в значительной степени определяются его плотностью. Таким образом, проведенный анализ показывает, что фактические качественные характеристики шпал при изго­ товлении их на действующих заводах изменяются в широком диапазоне, выходящем за пределы нормативных параметров. Это и определяет выпуск продукции с явными и скрытыми тех­ нологическими дефектами.

Рассмотрим с применением методов математической статис­ тики, в каком диапазоне изменяются значения технологических параметров и от каких факторов зависят точность и стабиль­ ность процесса. Задача по оценке точности процесса сводится к установлению границ поля рассеивания значений интересую­ щего параметра качества и сопоставлению его с допуском.

Известно несколько приемов оценки точности и стабильнос­ ти процесса по статистическим данным, которые, как правило, связаны с кропотливой и трудоемкой обработкой результатов наблюдений. Значительно упрощаются вычисления при приме­ нении комбинированных условий контроля по результатам вы­ борочных испытаний или наблюдений [8]. Сущность метода сводится к тому, что вероятность забраковывания партии шпал при комбинированных условиях может быть приближенно под­ считана как сумма вероятностей забракования по двум неза­ висимым признакам:

ратического отклонения для выборки.

Очевидно, что этот метод может быть применен и для оцен­ ки точности и стабильности технологического процесса изготов­ ления шпал. При этом величины отклонений средних для вы­

борки, распределенной по закону Стьюдента, , от ' средней ; для генеральной совокупности, распределенной по закону Гаусса, т. е. смещения центра настройки, могут характеризовать точ­

61

ность процесса. А средние квадратические отклонения выборок, подчиняющиеся распределению х2. могут характеризовать рас­ сеивание признака вокруг этого центра, т. е. стабильность про­ цесса.

Рассмотрим один из вариантов применения этого метода для оценки точности и стабильности параметров технологичес­

трещиностойкости Мтрв подрельсовом и среднем сечениях. Ана­ лиз показывает, что

Рассмотрим методы пооперационного контроля для каждого' из указанных параметров:

•Мтр =f(a;Aa — Ci; hh — C2)

где С] и С2— постоянны.

В соответствии с требованиями СНиП II-B1—62 напряжение в проволочной арматуре не должно превышать 0,65 R \ , но

Рис. 27. Кривые распределения (при анализе точности и стабильности параметров технологи­ ческого процесса):

а — напряженийи в арма'ту­

ре: б — отклонений армату1 -

ры; в — прочности бетона

62

быть не менее 0,4 R " . В то же время допускается кратковре­

менная перетяжка до 0,75 R ".

Пусть величины з генеральной совокупности распределяют­

ся по нормальному закону (рис. 27, а) с характеристиками Ха и 50 . За браковочный минимум можно принять величину

0,65 R " . При пооперационном контроле величины з распреде­ ление частот выборочных средних при выборках малого объема (k = n—1<20) обычно подчиняется распределению Стьюдента с

характеристиками X* и Sc .

Согласно требованиям ГОСТ 10629—71 величина контроли­

честве норматива указанную выше величину напряжения, рав­

что для проволоки диаметром 3 мм с браковочным минимумом R'l =180 кгс/мм2 соответственно дает 105 и 129 кгс/мм2.

Тогда при комбинированных условиях контроля точность технологического процесса натяжения арматуры может быть признана достаточной, если выполнено условие (см. обозна­ чения на кривых распределений, рис. 27, а)

У к

стабильность обеспечена, если 1

где X I — средняя арифметическая величина для выборки, рас­ пределенной по закону Стьюдента;

S, — среднее квадратическое отклонение для генерального распределения;

п — объем выборки;

63

ясь таблицами легко проверить выполнение условий (2.2) и (2.3). В качестве примера рассмотрим данные наблюдений по контролю величины напряжений отдельных проволок, получен­ ные на Чудовском заводе железобетонных шпал.

Принимая Ра =2,10 и 20% и полагая, что вероятности за­ бракования по указанным в условии (2.1) двум независимым признакам равны, т. е. соответственно составляют 1; 5 и 10%, проверим возможность выполнения условий (2.2) и (2.3) по исходным данным Чудовского завода. Результаты вычислений приведены в табл. 12.

Из табл. 12 видно, что по полученным исходным данным точность напряжения арматуры весьма низка и условие (2.2) может быть выполнено при вероятности забракования, прибли­ жающейся к 20%. Стабильность процесса при этом, естествен­ но, не обеспечена. Аналогичная картина вскрывается и по дан­ ным других шпальных заводов, проверку по которым здесь не приводим.

ЛГтр= /(Л а, ДЛ = С2;а=С3),

где С3= const.

В соответствии с требованиями ГОСТ 10629—71 отклонения от проектного положения проволок напряженной арматуры не

64

которые при неизменной толщине нижнего защитного слоя бе­ тона должны привести к колебаниям момента трещиностойкости относительно его среднего расчетного значения (см. рис. 26) с размахом для подрельсового сечения шпалы +25, ,—30%; для среднего сечения шпалы +40, —35%.

Пусть известна суммарная плотность (рис. 27,6) вероятности

жести арматуры в поперечном сечении шпалы Адя . Тогда при известной вероятности забракования Р да и среднеквадрати­ ческом отклонении S ^ a можно установить величину браковоч­

В качестве примера проанализируем результаты замеров на Чудовском заводе, если известны характеристики генерального нормального распределения для подрельсового сечения шпалы

полнено)

Из табл. 14 видно, что во всех случаях вероятные возмож­ ные отклонения арматуры от проектного положения превыша­ ют допуск, установленный ГОСТом. Стабильность процесса по

66

при контрольных замерах отклонений арматуры при различных вероятностях забракования, указанных в табл. 15.

Из табл. 15 видно, что при указанных условиях при выбо­ рочном контроле величины отклонений отдельных проволок не

отклонения Ааг в большинстве своем уже превышают его зна­ чение (см. Аа3, Да4, Да5 в табл. 13). Эти отклонения обуслов­ лены конструкционными особенностями применяемых форм и захватов и не могут быть уменьшены при усилении поопераци­ онного контроля, поскольку они лежат в пределах допусков Для принятого класса точности изготовления указанных конст­ рукций. По исследованиям ВНИИЖелезобетона, из-за отклоне­ ний арматуры от проектного положения на Вяземском и Кре­ менчугском заводах снижение трещиностойкости шпал соста­ вило в среднем 7 и 15% и доходило в отдельных случаях до

20—25%.

Заметим, что при одновременном учете множества факто­ ров, оказывающих влияние на величины Аа%, оперативный контроль их весьма трудоемок и неэффективен. Поэтому целесо­ образно применить такие новые конструкционные решения, ко­

ватов на торцах форм, повышении класса точности их изготов­ ления, обработки, увеличении продольной жесткости форм и т. п. Эти мероприятия позволят уменьшить отклонения армату­ ры от центра тяжести

Мтр=/(Д/г; Да = Сь з=С3).

В соответствии с требованиями ГОСТ 10629—71 допускае­ мые отклонения по высоте шпалы составляют + 5 мм, —3 мм.

Причины, оказывающие влияние на изменчивость величины Ahit приведены в табл. |16.

Из табл. 16 видно, что при самом неблагоприятном сочета­ нии перечисленных причин суммарные отклонения в высотах формуемых шпал могут составлять +18; —13 мм, которые при

сового сечения шпалы + 6 % —4% и для среднего сечения шпа­ лы +35% —30%. Заметим, что плюсовой допуск очень незна­ чительно снижает величину момента трещиностойкости в под­ рельсовом сечении шпалы и весьма сильно сказывается на по­ вышении его значения в среднем сечении. Отсюда можно сде­ лать вывод, что целесообразно изготовлять шпалы только с плюсовым допуском по высоте, чтобы не допустить резкого понижения трещиностойкости в среднем сечении.

Для оценки точности и стабильности технологического про­ цесса по рассматриваемому параметру могут быть использова­ ны условия (2.3), (2.4) и (2.5), рассмотренные в предыдущем случае. Расчеты показали, что при использовании десятимест­ ных форм и существующих захватов установленный ГОСТом допуск по высоте шпалы в пределах +£>. —3 мм невозможно выдержать.

П р о ч н о с т ь б е т о н а в шпале определяют косвенным ме­ тодом— по контрольным кубам. По ГОСТу 10629—71 различа­

ностью до 1 кгс/см2 как среднее арифметическое пределов проч­ ности отдельных образцов одной серии. Следовательно, за бра­ ковочный минимум при контроле прочности бетона принята

68

и фактический требуемый браковочный минимум будет харак­ теризоваться величиной Х#м (min). Из этого следует, что при­

нятый при производстве шпал метод определения прочности бетона к моменту спуска натяжения арматуры допускает про­ изводить эту операцию для некоторой части изделий при пони­ женной прочности бетона.

Величина браковочного минимума по прочности бетона к моменту спуска натяжения арматуры установлена по условиям надежного заанкерования ее в бетоне. Если прочность бетона недостаточна, то увеличиваются длины анкерных участков для арматуры, в результате чего могут появиться микротрещины в

вести к выпуску продукции с явными и скрытыми технологичес­ кими дефектами.

Подтверждением правильности этого предположения явля­ ются многочисленные случаи появления в эксплуатируемых шпалах на концевых участках трещин в бетоне по оси напря­ женной арматуры. Такое положение недопустимо, поэтому при­

подчиняется нормальному закону, а результаты выборочных ис­ пытаний п образцов распределяются по закону Стьюдента

(см. рис. 27, в).

Известно [9], что в железобетонных шпалах расстояние от торца до рабочего сечения составляет 40 см, поэтому длина зо­ ны анкеровки арматуры не должна превышать этой величины. Если принять это условие, то по формулам СНиП можно при­ близительно установить величины минимальной прочности бе­ тона к моменту спуска натяжения арматуры в зависимости от ее диаметра.

Для арматуры периодического профиля диаметром 3 и 5 мм получим:

7?ог“ 220 кгс/см2 и /?о«255кгс/см2.

Таким образом, для арматуры диаметром 3 и 5 мм могут быть установлены две различные величины минимальной прочности бетона к моменту спуска натяжения.

Известно, что при расчете конструкций принимают по СНиП

69

мального распределения) и среднее квадратическое отклонение могут быть определены выражениями:

Нельзя , признать; обоснованным ; указания п.2.7 ГОСТ 10180—67 о том, что если наименьший результат испытания од­ ного из образцов отклоняется более чем на 15% от соседнего большего показателя, то этот результат отбрасывают и сред­ нюю прочность бетона вычисляют по оставшимся большим по­ казателям. Более логично учитывать все результаты испытаний и вычислять не только среднюю прочность, но и среднее квад­ ратическое отклонение, т. е. использовать комбинированные ус­ ловия оценки прочности бетона. Тогда по аналогии с выраже­ ниями (2.2) и (2.3) критерием точности технологического про­ цесса по прочности бетона на сжатие будет следующее нера­ венство:

истабильность процесса обеспечена, если

Вкачестве примера рассмотрим следующий случай. Пусть поставлено общее условие, |Чтобы ,80% рпытных образцов пока­

=500) необходимо по результатам испытаний девяти образцов получить среднюю прочность бетона Х % 538 кгс/см2; при этом технологический процесс может быть признан стабильным, если

SBR < 6 кгс/см2.

Пользуясь изложенной методикой, проанализируем данные о прочности бетона, полученные в лаборатории Чудовского за­ вода. По результатам испытаний 1290 бетонных кубов, произ­ веденных перед спуском натяжения арматуры, получены следу­

70