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

дах. Поэтому в нормативах на изготовление и приемку шпал Целесообразно определить дополнительные требования к шпа­ лам, разработать и ввести в действие более четкие методы кон­ троля их качества. Одновременно возникает вопрос об обяза­ тельном совершенствовании технологии изготовления железобе­ тонных шпал с целью снижения вероятности выпуска конструк­ ций со скрытыми технологическими дефектами для повышения Долговечности.

Технология должна быть такова, чтобы не допускать изго­ товления шпал не только с явными, но и со скрытыми дефек­ тами. Речь идет о точности выполнения отдельных, наиболее важных операций и стабильности технологического процесса. Предстоит большая и сложная работа по определению пара­ метров точности и стабильности технологического процесса на Действующих заводах по изготовлению железобетонных шпал с тем, чтобы направленно воздействовать на технологический процесс и обеспечить выпуск долговечных конструкций из же­ лезобетона. Знание параметров качества позволило бы регули­ ровать долговечность изготовляемых конструкций в зависимос­ ти от требований их эксплуатации.

При оценке долговечности железобетонных шпал не без­ различно их исходное качество изготовления. При наличии яв­ ных дефектов разрушение конструкции происходит быстрее. Во­ обще говоря, даже идеально изготовленная железобетонная Шпала должна когда-то разрушиться, поскольку наступит ее физический износ.

Можно предположить, что каждый дефект, содержащийся в

конструкции, укорачивает ее потенциальный срок службы Т на ti

величину Дt —~ , которую назовем мерой снижения долговеч­

ности конструкции [23]. Из примеров разрушений очевидно, что различные виды технологических дефектов могут иметь разные величины tt снижения долговечности конструкции. Если в кон­ струкции обнаруживается при приемке большое число явных Дефектов, она бракуется, так как считается, что такая конст­ рукция не может работать в пути в соответствии с расчетными условиями

7' dt_

I Т = 1.

Если бы можно было оценить значимость каждого дефекта в годах или просто во времени уменьшения срока службы шпалы, то не представляло бы трудности определить предполагаемый срок службы конструкции путем вычитания из потенциальной Долговечности числа «дефектных» лет:

dt

о Т '

81

Практически на пути решения этой задачи возникают боль­ шие трудности, так как неизвестны значимости различных ви­ дов технологических дефектов. Более того, не все виды дефек­ тов обнаруживаются существующими средствами контроля при приемке готовой продукции-

Воспользуемся другим весьма приближенным методом для определения вероятности безотказной работы шпал в пути в за­ висимости от качества их изготовления. Пусть, как показано выше, качество шпалы характеризуется следующими независи­ мыми параметрами: плотностью, прочностью и морозостойко­ стью бетона, толщиной его защитного слоя и трещиностойкостью конструкции. Каждый из названных параметров будет оказывать влияние на долговечность конструкции, которую можно оценить сроком службы.

Сроком службы конструкции будем называть в соответствии с установившейся терминологией [18, 2 2 ] календарную продол­ жительность эксплуатации изделия до разрушения с полной потерей несущей способности; средним сроком службы изделия назовем математическое ожидание календарной продолжи­ тельности эксплуатации изделия до разрушения. Предположим, что средний срок службы шпал t0 установлен равным 70 годам, а технологические особенности производства вызывают измене­

Таблица 21

Коэффициенты вариации основных качественных характери­ стик железобетонных шпал, %

Вероятность безотказной работы конструкции при приня­ тых выше допущениях в зависимости от продолжительности ее эксплуатации t в равных условиях можем подсчитать по из­ вестной формуле независимых в совокупности событий [24]:

82

Pt( t y Г[’Ч -' Ф" >/ ia~ f

1 + 0 ( 4

где ф — соответствующая функция Лапласа;

0i = Vj7сР — среднее квадратическое отклонение.

Подставляя значения в (2.19), получим вероятность безот­

казной работы конструкции в пути при ^=50 годам эксплуата­ ции:

а) шпал, изготовленных на существующих заводах с орга­ низацией производства по поточно-агрегатной технологической схеме:

Pi (50) = 0,97128 • 0,93644= 0,707;

б) шпал, изготовленных по более совершенной технологии;

Р2 (50) = 0.997885 = 0,989.

Это значит, что в первом случае из каждой 1000 шпал через 50 лет могут выйти из строя 293 шпалы, тогда как во втором случае только 1 1 .

При всей условности наших расчетов, когда истинные рас­ пределения значений принятых параметров качества остаютсяПока неустановленными, так же как и связь их со средним сро­ ком службы шпал, данный пример позволяет более наглядно представить влияние условий изготовления на вероятность без­ отказной работы шпал в пути.

Используя нашу методику, сотрудники ХИИТа [25] срав­ нили на 50-й год службы вероятность безотказной работы шпал,

Изготовленных по поточно-агрегатной технологии Р50 и стендо­ вой технологии Pto, За качественные характеристики при этом приняты не их прямые значения, а соответствующие им кос­ венные показатели (табл. 2 2 ).

Т а б л и ц а 122

Коэффициент вариации 'ц качественных характеристик бето­ на шпал при различной технологии их изготовления

83

Г л а в а 3

МЕТОДЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ

ИПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШПАЛ

1.Основные положения бездефектной технологии изготовления шпал

Анализ видов и причин преждевременного разрушения шпал показал, что во всех наблюдавшихся случаях разрушились конструкции, в которых не была обеспечена при изготовлении хотя бы одна из перечисленных выше качественных характе­ ристик. Одновременное наличие на опытных участках пути здо­ ровых, дефектных и разрушившихся шпал одной партии изго­ товления и укладки свидетельствует о неоднородности их ка­ чественных характеристик, формирующихся главным образом при выполнении ведущих операций по армированию, формиро­ ванию шпал и проведении тепловлажностной обработки бетона.

Рассмотрим возможные пути устранения недостатков в су­ ществующем производстве и определим основные положения бездефектной технологии изготовления шпал. Прежде всего вы­ ясним, при каких условиях возможно избежать обрывов арма­ туры при ее натяжении. Предположим, что величины прочнос­ ти одиночных проволок и пакетов из них, напряжений в прово­ локах и точности натяжения пакетов подчиняются нормальным законам распределения с соответствующими характеристиками

и сг (рис. 31).

Тогда допустимая расчетная величина предварительного на­ пряжения арматуры может быть определена из следующих ус­ ловий:

впакете;

—число стандартов для различных распределений.

85

Рис. 31. Кривые нормального распределения:

I — точности натяжения арматуры; 2 — напряжений в проволоках пакетов; 3 — пре­ дела прочности одиночной арматуры на выходе из захвата; 4 — предела прочности арматурного пакета при обрыве первой проволоки на выходе из захвата; 5 — факти­ ческого предела прочности арматуры при стандартных испытаниях

Для выявления опасности обрыва в пакетах хотя бы одной проволоки, т. е. когда не соблюдается условие (3.3), воспользу­ емся характеристикой безопасности 4 по А. Р. Ржаницыну [26], которая справедлива при нормальных законах распределения нагрузки и несущей способности.

Для нашего случая можно записать:

локах пакета.

Введем для рассматриваемого случая понятие о допустимой величине характеристики безобрывности, приняв в формуле

(3.4), что

86

Тогда формула (3.4) примет вид [-;]==«1/^1 -+-/ге,

2олар

При реальных значениях <зг близка к единице. В итоге получим

и '^соответствующие им вероятности .обрыва ; V, | приведенные , в табл23, вычислены при следующих исходных данных для 5-мм арматуры.: ~

; = 1.45С; аож= 112,5 кгс/мм2;/?ф = 164 кгс/мм2;

з„=4,1 кгс/мм2; ар =5,6 кгс/мм2.

Сравнивая данные табл. 23 с выражением (3.6), можем ус­ тановить, что для рассмотренного случая следует применять захваты с коэффициентом безобрывности Cj>0,87.

Т а бл и ц а 23

Характеристики безопасности и вероятности обрыва проволок в пакетах при различных коэффициентах безобрывности за­ хвата Ci

Таким образом, рассмотренная методика позволяет прибли­ зительно выявить важную характеристику захвата, которая должна предупредить частые обрывы арматуры при ее группо­ вом натяжении в пакетах. Подобные расчеты могут быть вы­ полнены по предлагаемой методике для различных сочетаний нагрузок, характеристик захватов, коэффициентов неравномер­ ности напряжений и различных диаметров и прочностных ха­ рактеристик арматуры.

Технология производства арматурных работ неразрывно связана с особенностями конструкций силовых форм, которые предназначены для восприятия усилий от натянутых арматур­ ных пакетов.

87

Рассмотрим, какими путями можно добиться точного расположения арматуры в сечении шпалы и фиксирования в пакете заданного предварительного напряжения. На действу­ ющих заводах по производству шпал с поточно-агрегатной тех­ нологической схемой применяют пяти-, шести- и десятиместные силовые формы.

В зарубежной практике также применяют одноместные и многоместные формы. Стремление к применению многоместных длинных форм при изготовлении железобетонных шпал объ­ ясняется необходимостью экономии труда на единицу изготов­ ляемой продукции. Однако увеличивать беспредельно длину проволочных пакетов невозможно, так же как и емкость шпаль­ ных форм. Критериями в этом, очевидно, служат, ограничения по жесткости самой конструкции формы и ее весу, а также по размерам вибрационных площадок и грузоподъемности приме­ няемого подъемно-транспортного оборудования технологичес­ кой линии.

Определим основные требования к силовым формам для изготовления шпал и рассмотрим, когда эти требования можно легче выполнить — при длинных или коротких формах

(табл. 24).

Из приведенного в табл. 24 сравнения видно, что главней­ шим преимуществом длинной формы является возможность по­ лучения минимальных затрат труда на единицу изделия при армировании железобетонных шпал. Что касается затрат на формование изделий, то они могут быть равными при одинако­ вом числе одновременно бетонируемых шпал в длинных или коротких формах.

При автоматизации изготовления шпал трудоемкость произ­ водства арматурных работ должна резко снизиться; разница в затратах труда на армирование одной или нескольких шпал станет мало ощутимой в общем балансе времениОднако при­ ходится обращать внимание на количество технологических от­ ходов арматуры, остающейся неиспользованной в захватных устройствах. Эти отходы на действующих заводах при исполь­ зовании десятиместных форм составляют 7% и более. При ко­ ротких формах указанные отходы могут возрасти.

Расход металла на изготовление формы непосредственно связан с ее жесткостью. Применяемые на заводах десятимест­ ные формы, как указано в параграфе 3 главы 1, имеют недос­ таточную жесткость, что | приводит | к j ее i большим прогибай! под статической нагрузкой j и при j подъемно-транспортных операциях, вызывающих i смещение ! арматуры, ; нарушения сплошности 1Свежеуплотненного бетона ц его сцепления с арма­ турой.

Кроме того, при укладке бетонной смеси происходит допол­ нительно отжатие натянутой арматуры весом этой смеси. Что-

88

Т а б л и ц а 24

бы исключить указанные недостатки, следует стремиться к кон­ струированию более жестких укороченных форм.

Увеличение длины формы влечет за собой увеличение раз­ меров технологических станков, что приводит к росту металло­ емкости оборудования. Шпальные заводы несут большие рас­ ходы по ремонту длинных десятиместных форм. Некоторые фор­ мы через 70—ЮОоборотов получают трещины в поперечных свя­ зях и днищах штампованных ячеек. В то же время применя­ емые с 1960 г. на Киевском заводе шестиместные короткие и более жесткие формы, выполненные по проекту Гипропромтрансстроя, выдержали до ремонта более 2 тыс. оборотов. Из этого прямого сопоставления видно, что по условиям долговеч­ ности предпочтение должно быть отдано более жестким фор­ мам. Аналогичная тенденция по увеличению жесткости форм наблюдается и в других областях промышленности сборного железобетона.

89

Наконец, приходится принимать во внимание условия уплот­ нения бетонной смеси в формах. Известно, что при длинной форме труднее обеспечить равномерность передачи колебаний бетонной смеси, чем при короткой. На шпальных заводах еже­ годно бракуется значительное количество продукции по дефек­ там, вызванным плохим уплотнением бетона.

Таким образом, из рассмотрения основных требований к силовой форме видим, что наряду с факторами, влияющими на экономичность конструктивно-технологических решений, суще­ ствуют не менее важные факторы, определяющие долговеч­ ность соответственно формы и продукции, которая в них из­ готавливается. С этих позиций нельзя признать рациональной принятую при разработке типового проекта конструкцию деся­ тиместной длинной шпальной формы-

Существует и другое органичение: соблюдение принуди­ тельного ритма потока при изготовлении шпал на технологи­ ческой линии. Ведущими станками линии являются арматур­ ный и формовочный. Анализ затрат времени показывает, что лимитирующей операцией при производстве шпал является их формование. В цикл формования продолжительностью Гф вхо­ дят затраты времени и на подготовительные операции (транс­ портировка формы, ее установка на виброплощадке, установка торцовых диафрагм и т. п.), причем продолжительность цикла остается неизменной независимо от того, формуется одна или несколько шпал.

Продолжительность одного цикла армирования Га зависит от числа одновременно армируемых по длине шпал:

Если последовательно армировать изделия в многоручейной форме с числом ячеек по ширине т, тогда продолжительность полного цикла армирования одной формы будет

90