Geodesy,architecture and constraction

Рис. 2. Залежність рНex модельних розчинів від дози коагулянту Dк

за різних значень Сen, мг/дм³: 1 – 12; 2 – 30; 3 – 50; 4 – 100

Рис. 3. Експериментальна залежність оптимальної дози коагулянту Al2(SO4)3 (Dк) від вихідної концентрації завислих речовин (Cen) у модельних розчинах

Вартість 1 кг коагулянту Al2(SO4)3·18 H2O (станом на листопад 2008 р.) становить 11,10 грн. Для коагулювання 1 м3 дощових стічних вод з вмістом завислих речовин Сen = 12 мг/дм3 потрібно 4,1 г коагулянту, а отже 0,046 грн. Відповідно для води з Сen = 100 мг/дм3 необхідно 574,47 г коагулянту, а отже 6,377 грн/м3.

Висновки

1.Доведено можливість застосування доочищених дощових стічних вод у технічному водопостачанні трикотажної фабрики.

2.Визначено експериментальну залежність

оптимальної дози коагулянту Al2(SO4)3 від вихідної концентрації завислих речовин у модельних розчинах, яка описується рівнянням

a

Dк = b−cC . (1+ e en)1/d

3.Визначено експериментальні залежності зміни рН

від дози коагулянту Al2(SO4)3 у модельних розчинах. З’ясовано, що рНex модельних розчинів під час коагулювання завислих речовин зменшується в межах від 5,07 до 3,44 відповідно зі збільшенням оптимальної дози коагулянту від

2,1 до 294,6 мг/дм3.

4.Доведено можливість застосовування експериментальних залежностей під час очищення атмосферних стічних вод.

5.Питома вартість коагулянту Al2(SO4)3·18H2O залежно від концентрації завислих речовин у дощових стічних водах становить:

−за Сen = 12 мг/дм3 — 0,046 грн/м3;

−за Сen = 100 мг/дм3 — 6,377 грн/м3.

References

де Lmin та Вmin відповідно мінімальна довжина та ширина виїмки; Lk та Вk відповідно мінімальна довжина та ширина конструктивного елемента; Lснип1відстань між контуром елемента та площиною виїмки [6].

При визначеному конструктивному рішенні для m елементів можна визначити мінімально можливий за

де 1, …, k, …, m кількість типів фундаментів на об’єкті.

Кожний елемент на об’єкті буде характеризуватися наступними параметрами:

мінімально необхідною глибиною подачі елемента з поза меж виїмки ( Lп.д.і ):

LСНиП2 – відстань від опори крана до основи закладання укосу виїмки [6]; Lг – відстань від осі обертання до опори крана.

вантажним моментом:

При умові забезпечення монтажу всіх елементів, визначиться мінімальний монтажний момент на

Для заданого конструктивного рішення та прийнятої схеми виконання робіт можна визначити елемент та вантажний момент (М1об), який впливає на вибір типорозміру крана [7]. Розбивка об’єкту на захватки і збільшення їх кількості ефективне, якщо:

де, 1, …, і, …, n – кількість захваток на об’єкті; Мобn, Мобn+1 максимальний вантажний момент для n та n+1 захваток.

Ефективність прийнятого розміру захватки приймається при:

де, 1, …, j, …, n – номер захватки на об’єкті. Гранична кількість захваток на об’єкті визначиться обмеженням:

В результаті рішення задачі для будівель з поперечними та повздовжніми стінами зміну основних характеристик об’єкту наведено на рис. 1,

Коб

де показник різномоментності об’єкту ( р.м. ) визначиться за формулою:

де, 1, …, j, …, n – кількість елементів, які входять в захватку.

Проведений аналіз зменшення глибини подачі елементів, при суміщеному зведенні фундаментів для будинків з поперечними та повздовжніми несучими стінами, показує, що із збільшенням кількості поперечних ділянок (фронтів) показник різномоментності зростає (рис. 2) через зменшення максимального вантажного моменту. Показник однорідності глибин подачі елементів для схем з повздовжніми стінами зростає, через наближення середньої віддалі подачі елементів до максимальної (більшість елементів розташовується на одній лінії). Як видно з рис. 2 кількість кроків перетворень (створення груп елементів) для конструктивних схем будівель з поперечними стінами більша, в той же час для таких конструктивних схем, зменшення фронтів робіт обмежене можливістю розміщення засобів механізації.

Рис. 1 Залежність усередненого показника різномоментності об’єкту від кількості груп елементів за вантажним моментом, для конструктивного рішення стрічкових фундаментів будинків з:

а) повздовжніми несучими стінами (секція типової серії 67-09/78); б) поперечними несучими стінами (секція типової серії 141).

Abstract – Necessity of strengthening of reinforced-concrete constructions for industrial building and road bridges are described in the paper. Advantages of application of fiber reinforced plastics comparatively with the traditional strengthening are described. The results of researches of the strengthened beams are analysed, method of calculation of

durability of such constructions are offered.

Ключові слова – підсилення конструкцій, реконструкція мостів, залізобетон, зовнішня композитна арматура.

I. Вступ

Підсилення будівельних конструкцій як конструктивно-технологічний захід, що забезпечує відновлення або збільшення несучої здатності та надійності окремих конструкційних елементів чи будівлі загалом, є важливою проблемою, із якою все частіше стикаються в усіх країнах світу. Дуже актуальною ця проблема є і в Україні, особливо в промисловому та автодорожньому секторі будівництва. На дорогах загального користування експлуатуються понад 16,1 тис. мостів та шляхопроводів, із яких 93% – залізобетонні та кам’яні. Більшість з них за час тривалої експлуатації отримали значні дефекти й пошкодження, які суттєво знизили їх довговічність і надійність, що на окремих ділянках створює загрозу безаварійному функціонуванню дорожньої мережі. В найближчий період ці мости не можуть бути перебудовані і будуть експлуатуватися при зростаючій інтенсивності руху та збільшенні навантажень від транспортних засобів. Тому їх збереження, підсилення та продовження терміну служби є важливим завданням [1].

Із середини 60 рр. минулого століття крім традиційних способів підсилення конструкцій, на практиці розпочали використовувати інший метод – приклеювання сталевих смуг до поверхні конструкції. Проте використання приклеєних металевих смуг в окремих випадках є неефективним, особливо при їх експлуатації в умовах вологого й агресивного середовища. Зокрема, у мостових конструкціях негативний вплив атмосферних опадів у присутності хлористих солей спричиняє інтенсивну корозію сталі, що потребує значних коштів на експлуатаційні витрати. Довготривалі дослідження балок із прикріпленими сталевими стрічками показали, що вони кородують навіть за звичайних погодних умов без впливу відлигових солей [2]. Ще більш проблемним є використання металевих елементів на підприємствах із сильноагресивним хімічним середовищем.

У 70-80 рр. минулого століття у сфері будівельних конструкцій розпочали використовувати матеріали нового покоління, створені на базі високоякісних

композитів, які застосовували раніше в авіаційній промисловості та літакобудуванні.

Дослідження, проведені у Швейцарії, Німеччині, Японії, Голландії, Франції, СРСР, сприяли створенню нових високоефективних матеріалів, які стали альтернативними металевій арматурі в залізобетонних конструкціях [3]. Вони використовуються зараз у багатьох країнах світу у вигляді арматурних стержнів, кабелів та вантів мостів висячої системи з вуглецевими, арамідними і скляними волокнами [4]. Необхідність пошуку і досліджень матеріалів, альтернативних металевій арматурі, пов’язана також з проблемами екології й збереження оточуючого середовища. Як зазначалося на сесії комітету ФІП у Москві в 1992 р., на армування залізобетонних конструкцій у світі щорічно витрачається біля 60 млн. т. сталі. Проте запаси руд на планеті, придатних для переробки, є обмеженими і стають все більш важкодоступними. Та й саме виробництво сталі є дуже енергоємне й екологічно небезпечне. В перспективі стан справ із сталлю буде ускладнюватися, тому необхідно буде шукати їй заміну, в т. ч. при підсиленні конструкцій.

Перший в Європі міст без єдиного болта, склеєний із сталі і полімерів, був зведений за добу в кінці липня 2008 р. над федеральною трасою номер 455 біля міста Фрідберга в землі Гессен [5].

Істотна перевага моста з синтетичного композиційного матеріалу полягає в тому, що така конструкція набагато легше залізобетонної.

Армовані волокном композиційні матеріали – залежно від їх складу і структури – можуть забезпечити найвищу серед всіх інших матеріалів несучу здатність та питому міцність. Ще одна перевага таких армованих волокном синтетичних смол – це їх вологостійкість.

У порівнянні із залізобетонним мостом витрати на такий міст приблизно на 50 відсотків вищі, проте через 40…50 років ці інвестиції себе виправдають. Адже споруда з такого композиційного матеріалу не вимагає ніякого техобслуговування і ніякого ремонту, за винятком косметичного. Тим часом, досвід експлуатації залізобетонних мостів показує, що вони після приблизно 20-ти років служби потребують капітального ремонту. Витрати на такий ремонт можуть досягати 50-ти відсотків початкової вартості нового моста.

В Україні проведені дослідження й спроби використання базальтопластикової арматури [6…8], а також натурних залізобетонних балок, підсилених зовнішньою композитною вуглеволоконною арматурою [9, 10]. Проведені дослідження показали складний напружено-деформований стан таких

конструкцій і потребу у більш детальному їх дослідженні.

Основними результатами проведених теоретичних та експериментальних досліджень є технічний звіт fib №14 (2001 р.) [11] та інструкція з підсилення залізобетонних конструкцій композитними матеріалами [12].

Метою даної роботи є проведення експериментальних випробувань залізобетонних балок при різних процентах армування зовнішньою композитною арматурою, перевірка існуючих методик розрахунку та адаптація розрахункових залежностей до чинних норм України.

II. Програма та матеріали

експериментальних досліджень

Для дослідження показників міцності та деформативності конструкцій, підсилених зовнішньою композитною арматурою, були виготовлені залізобетонні балки двох серій довжиною 2100 мм, шириною 120 мм і висотою 220 мм. Зразки серій 1 та 2 відрізнялись міцністю бетону. Балки були запроектовані таким чином, щоб вони руйнувалися за нормальним перерізом від дії згинального моменту. Характеристики підсилення експериментальних зразків подано у табл. 1. та у [13].

ТАБЛИЦЯ 1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПІДСИЛЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗРАЗКІВ

Всі матеріали були попередньо випробувані для отримання фактичних фізико-механічних показників. В усіх балках поздовжньою робочою внутрішньою арматурою була стержнева арматура класу А-ІІ з границею текучості 370 МПа, а конструктивна і поперечна – класу А500С (Ø8мм).

Для експериментальних зразків серії 1 був використаний важкий бетон з такими показниками: середня призмова міцність Rb = 28,3МПа, середня

міцність на розтяг Rbt = 2,07 МПа, середній початковий модуль пружності Eb = 34,2×103 МПа.

Rbt = 2,25 МПа, середній початковий модуль пружності Eb = 38,0×103 МПа.

Для підсилення використана композитна стрічка CFRP S512 фірми Sika. Ширина стрічки – 50 мм, товщина – 1,2 мм. Для дослідження оптимального відсотка армування використовувались частини стрічки (розділені по довжині) для отримання потрібної площі поперечного перерізу (табл. 1). Границя міцності на розтяг становить RL = 3246 МПа,

модуль пружності EL = 1,82·105 МПа.

З кожної серії один зразок (1Б-1 та 2Б-1) був випробуваний без підсилення (як контрольний). У інших зразках змінним параметром був відсоток армування зовнішньою композитною арматурою – стрічкою СarboDur різної ширини.

III.Аналіз результатів досліджень

При випробуваннях на кожному етапі навантаження за допомогою мікроіндикаторів годинникового типу вимірювалися деформації верхніх стиснутих фібр бетону, деформації поблизу нейтральної осі, деформації внутрішньої сталевої арматури та зовнішньої композитної арматури, а також прогини балки по довжині.

Дослідження підсилених конструкцій показали два стани роботи – експлуатаційний та граничний. При експлуатаційному стані деформації зовнішньої композитної арматури εL ≤ 0,005, максимальний відносний прогин f ≤ flim , ширина розкриття тріщин acrc ≤ acrc, lim , композитна стрічка не відшаровується від поверхні бетону балки. При граничному стані деформації зовнішньої композитної арматури εL > 0,005, при цьому відбувається перевищення граничних станів ІІ групи згідно чинних норм проектування.

Результати проведених експериментальних досліджень були порівняні з рекомендаціями [11] та [12]. Різниця між експериментальними та теоретичними значеннями показників міцності та деформативності знаходилась в межах ±10%, що дозволяє проводити розрахунки зі задовільною точністю, при цьому забезпечується необхідний запас несучої здатності.

Розрахунок несучої здатності підсилених балок можна проводити з використанням розрахункових залежності чинних норм, зокрема СНиП 2.03.01-84* "Бетонные и железобетонные конструкции". Особливістю запропонованої теорії є приведення кількості зовнішньої композитної арматури за показниками міцності, деформативності та площі поперечного перерізу до відповідної кількості внутрішньої сталевої арматури.

Приведена площа поперечного перерізу арматури визначається за формулою:

де: AS - площа поперечного перерізу внутрішньої сталевої арматури;

RS - розрахунковий опір на розтяг внутрішньої сталевої арматури;

AL - площа поперечного перерізу зовнішньої композитної арматури;

RLy - розрахунковий опір на розтяг зовнішньої

композитної арматури.

Розрахунковий опір на розтяг RLy зовнішньої

композитної арматури визначається з умови граничних деформацій і залежить від модуля пружності матеріалу:

References

[1]Климпуш М.Д. Проблеми ремонту й реконструкції мостів на дорогах загального користування України. Міжвідомчий наук.-тем. збірник “Будівельні конструкції”. Вип.54. Реконструкція будівель і споруд. Досвід і проблеми. К., 2001р., с.39-43.

[2]Ledner, M., Pralong, J. and Weder, CH., Geklebte Bewehrung: Bemessung und Erfahruger, EMPA Bericht Nr. 116/5, Eidgenössische Materialprüfungs - und Forschungsanstalt, EMPA, April 1990.

[3]Международные симпозиумы федерации по предварительно-напряжённому железобетону / Бетон и железобетон – 1995, №1.

[4]Закора А.П. Композитные материалы в мостостроении // Автомобільні дороги і дорожнє будівництво; №65; К.2002 р., с. 31-42.

[5]http://www.dw-

Abstract – The presence of the bacteria Legionella in water systems, especially in the hot water distribution system, represents in terms of health protection of inhabitants the crucial problem which can not be overlooked. There are a lot of guidelines and regulations developed in many individual countries for the design, operation, and maintenance of tap water systems to avoid the growth of bacteria Legionella. The core of the article consists in our investigation of Legionella contamination of hot water in a cross-sectional survey in Kosice, the Slovak Republic.

Кеу words – Legionella pneumophila, contamination, hot water, distribution system, regulation, thermal disinfection

I. Introduction

In Legionellosis is a collection of infections that emerged in the second half of the 20th century, and that are caused by Legionella pneumophila and related Legionella bacteria.

Water is the major natural reservoir for legionella, and the bacteria are found worldwide in many different natural and artificial aquatic environments, such as cooling towers; water systems in hotels, homes, ships and factories; respiratory therapy equipment; fountains; misting devices; and spa pools.

About 20% of the cases of legionellosis detected in Europe are considered to be travelrelated; these cases present a particular set of problems because of difficulties in identifying the source of infection [1].

II.Legionnaires’ disease and Pontiac fever

Legionnaires’ disease lacks characteristic symptoms or signs - there is no typical syndrome, and not everyone exposed to the organism will develop symptoms of the disease (Yu et al.,1982; Macfarlane et al., 1984; Granados et al., 1989; Roig et al., 1991; Sopena et al., 1998; Ruiz et al., 1999; Gupta, Imperiale & Sarosi, 2001). However, several clinical signs are classically associated with Legionnaires’ disease rather than with other causes of pneumonia.

Legionnaires’ disease is often initially characterized by anorexia, malaise and lethargy; also, patients may develop a mild and unproductive cough. About half of patients develope pus-forming sputum, and about one third develop blood-streaked sputum or cough up blood

.(haemoptysis).

Almost half of patients suffer from disorders related to the nervous system, such as confusion, delirium, depression, disorientation and hallucinations. These disorders may oCFUr in the first week of the disease [1].

Pontiac fever is an acute, self-limiting, influenza-like illness without pneumonia (that is, it is “nonpneumonic”). Unlike Legionnaires’ disease, Pontiac fever has a high attack rate, affecting up to 95% of exposed individuals (Glick et al., 1978).

III.Legislation

In the last years particular parts of the ‘STN EN 806 Specifications for installations inside buildings conveying water for human consumption’ have been accepted by the Slovak Republic.

Installations have to be operated and maintained without having an adverse effect on conveying water for human consumption and water quality. Safety quality and suitability of procedures accepted for safeguarding of system performance according to EN 806 and EN 1717 should be regularly controlled.

Conditions of installations operation have to be compared with conditions of design and assembly in order to insure their functionality.

•Potable water is safeguarded by basic formula:

•Cold water must remain cold

•Hot water must remain hot

Water must not stagnate in water pipes longer than it is necessary

IV.Aims and Methods

To assess the potential public health impact of Legionella colonization at domestic level, as well as public level, a descriptive multicentric study was undertaken to identify and qualify the levels of the microorganism in a substantial number of Slovak domestic and public hot water samples.

We addressed three specific aims:

•to estimate the frequency of Legionella colonization and severity of contamination at different levels

•to identify the potential risk factors for contamination relative to distribution systems and water characteristics

•to define relative role of each risk factor and suggest possible remediation.

Lastly, risk for legionellosis will be retrospectively evaluated by collecting information about pneumonia symptoms recorded by residents at buildings [2].

V.Sample collection

From February to October 2006, a total of 46 water samples were collected from private homes, hospitals and boiler houses of Kosice, representative samples of Eastern Slovakia.

The selection was made on the basis of the water distribution systems inside the town and buildings and heater types in each area. After we identified each building, we asked a random family, or a work collective to participate in the study, i.e. to complete our questionnaire and give informed consensus for water collection.

Laboratory examinations and Legionella analysis were made by the Regional Health Office – referential centre for potable water in Kosice. The hot water samples were drawn from the bathroom outlets in the case of residential houses (shower heads or bathroom taps) in the sterile 1-L glass bottles after a short flow time (to eliminate cold water inside the tap or flexible shower pipe). To neutralize residual free chlorine, sodium thiuosulphate was added into sterile bottles for bacteriological analysis, whereas acid-preserved glass bottles were used for chemical determinations [3].

The collection bottles were returned to the laboratory immediately after sampling for bacteriological examination by a Membrane filtration. Filters Millipore were used for 10 ml sample volumes. Adjusted samples were inoculated on the medium GVPC surface[1].

presence was detected in 8 samples of analysed PWH samples, i.e. in 17,4 %.

VII.Discussion and Results

There was a necessity to react promptly due to positive findings in residential areas. The most reliable and available solution was thermal disinfection.

Thermal disinfection is periodic rising of temperature for specific time in the whole hot water distribution system including outlet points with a certain time of flushing these points at increased temperature. The temperature level and time of flushing are very important. (75 °C-with 10 minutes of outlet flushing). However, there are still areas not reached by disinfection which remain the contamination source. Non-adjustment of systems leads to fast spreading of Legionella in distribution systems (WHO 2007).

That is why our sampling in contaminated places was repeated immediately after thermal disinfection which was almost negative. After 12 days the level of Legionella colonies was almost the same as before this measure Fig.3.

Much worse results were obtained in similar survey in Italy or Germany [1]. In this case 36 - 68 % of samples were positive. In case the thermal disinfection in contaminated places was not done the concentration of bacterias will have an exponential character.

The measures have proved that the thermal disinfection is not a suitable system treatment. New strategies are tend to permanent disinfection due to the fact that spasmodic disinfection is not enough reliable to ensure the required standard.

VI.Positive samples

Legionellas presence was detected in 8 samples out of analysed drinking water samples.

Fig. 2 Legionella results determination for potable water hot in Kosice.

Positive findings were recorded in 8 samples of PWH (potable water hot) Fig.2. In waters for human consumption (potable water cold - PWC) volume of legionellas were detected, from sporadic colonies of 20 CFU/100ml up to massive colonizations in the quantity 6700 CFU/100ml per a sample.

In water for human consumption (PWH) volume of legionellas were detected, from sporadic colonies of 200CFU/100ml up to massive colonizations in the quantity 14600 CFU/100ml per a sample. Legionellas

Fig.3 Legionella results – positive samples

Conclusion

Thermal disinfection was verified not to be the systematic solution and therefore it is inevitable to search for a new complex solution. Expenses on the elimination of Legionella from the water distribution systems are very high and the results are often not sufficient.

Our control preventive measures have been in progress in order to search for an effective way to suppress the spread of the Legionella bacteria in water systems. Nevertheless, it should be the common goal of designers and operators to reduce the risk of Legionella bacteria in the installation inside buildings.

To prevent tragic events it is necessary to monitor the issue in the world and pay attention to precautionary regulations.

Acknowledgements

This work was funded by NATO ESP.NUKR.CLG 982978 and the project ITMS “26220120018”.

References

[1] P. Borella et al., Environmental diffusion of Legionella spp. and legionellosis frequency among

patients with pneumonia: results of a multicentric Italian survey, 15;.493–503, Ann Ig 2003

[2]Edited by:F. J. Bartram et al.: LEGIONELLA and the prevention of legionellosis, EWGLI,2007.

[3]Tobin JO, Beare J, Dunnill MS, Fisher-Hoch S, French M, Mitchell RG, et al. Legionnaires’ disease in a transplant unit: isolation of the causative agent from shower baths. Lancet 1980; 2: 118–21.

[4]Z. Vranayová: Stav kontaminácie legionellou

vrozvodoch teplej vody. Sanhyga, Bratislava SSTP st: 43 -52, October 2007

[5]EWGLI. 2006. European guidelines for control and prevention of travel associated Legionnaires' disease. PHLS, London, United Kingdom.