автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Конструктивно-технологические решения опорных конструкций контактной сети, обеспечивающие повышение их долговечности

о

На правах рукописи

ПРЯМИЦЫН АЛЕКСЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

КОНСТРУКТИВНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОНТАКТНОЙ СЕТИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЕ ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

Специальность: 05.23.11 «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных

тоннелей»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003 г.

I Л»5 ."

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС)

Научный руководитель:

доктор технических наук Цернант Александр Альфредович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Подольский Виктор Иванович кандидат технических наук Величко Владимир Павлович

Ведущая организация:

Московский Государственный Университет Путей Сообщения (МИИТ)

Защита состоится 14 „ -/<7. 2003 г. на заседании диссертационного совета Д ioi.cit.o-f в ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства», адрес: 129329, Москва, Кольская ул., д. 1. € -10 тлсиё

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

23 сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

библиотека

С.Петербург ¿«у}/

ОЭ т*шв?г>Г\

Петрова Ж. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России электрифицировано около 42 тыс. км. железных дорог, на них установлено более 1,5 миллиона опор контактной сети различной конструкции, в том числе 40% - раздельные на фундаментах. В ближайшие 10 лет намечено электрифицировать еще около 11 тыс. км железных дорог. Часть действующих железнодорожных магистралей подлежит реконструкции с переходом на контактную сеть типов КС-160 и КС-200.

В программных документах МПС России одной из важнейших целей реконструкции определена безопасность движения поездов. Требуемого уровня безопасности движения можно достичь только при надежных и долговечных опорных конструкциях контактной сети (ОККС).

Около 16% эксплуатируемых опор контактной сети (КС) относятся к категории дефектных, так как исчерпали ресурс прочности по материалу или имеют недостаточную несущую способность по грунту и требуют замены. Такие конструкции не могут обеспечивать надежную работу системы электроснабжения в целом и, следовательно, безопасность движения поездов.

Дефектность опор КС объясняется рядом причин, из которых основными являются физическая деградация материала опор и их соединений в зоне контакта с грунтовым массивом, а также потеря устойчивости опор в грунте. Повышенная интенсивность коррозии опорных конструкций наблюдается на железнодорожных участках, электрифицированных на постоянном токе (повреждения арматуры и анкерных болтов токами утечки).

В ряде случаев причинами дефектов является недостаточно высокое качество выполнения строительно-монтажных работ.

Выявление и устранение причин повышенной дефектности опорных конструкций КС электрифицированных железных дорог является актуальной задачей.

Целью работы является повышение долговечности опорных конструкций контактной сети путем защиты материалов опорных конструкций КС от электрокоррозии, обеспечения их устойчивости в грунте за счет применения современной методики

расчета несущей способности и усовершенствованных технологий замены дефектных ОККС.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- выполнен анализ отечественного и зарубежного опыта применения ОККС, методов расчета прочности их закрепления в грунте, а также состояния комплексной механизации и технологических процессов выполнения строительно-монтажных работ при строительстве и реконструкции контактной сети;

- на основе принципов системного подхода разработана модель комплексного анализа ОККС при их взаимодействии с другими компонентами природно-технической системы «Электрифицированная железная дорога»;

- разработана конструкция фундаментов опор контактной сети с электрической изоляцией от тела бетона забетонированных анкерных болтов, обеспечивающая надежную антикоррозионную защиту опорной конструкции в целом;

- уточнена (усовершенствована) методика расчета несущей способности фундаментов и опор контактной сети для различных условий их установки в грунте;

- разработаны технологии установки ОККС при сплошной и выборочной их замене в зависимости от типа применяемых механизмов, продолжительности и количества «окон» и определены области их рационального применения;

- выполнена оценка технико-экономической эффективности применения предложенных технических (конструктивных, аналитических и технологических) решений.

Научная новизна работы:

- разработана модель системного анализа ОККС при их взаимодействии с другими элементами комплекса «Электрифицированная железная дорога»;

- выполнены теоретические и экспериментальные обоснования направлений усовершенствования конструктивных и технологических решений ОККС;

- установлены зависимости электрического сопротивления арматуры железобетонных фундаментов от конструкции узла их соединения с опорой;

- установлена зависимость прочности заделки ОККС от условий их установки в грунте;

- выполнен комплексный анализ, определены и ранжированы факторы по степени их влияния на несущую способность опорных конструкций КС;

- усовершенствована методика расчета несущую способность опор контактной сети по грунту с учетом влияния дополнительных факторов;

- разработана компьютерная программа расчета прочности заделки ОККС в грунте для различных условий их установки.

Практическая значимость работы:

- внедрены в массовое производство разработанные новые конструкции фундаментов ТФА (для консольных опор), ТФП (для стоек жестких поперечин) для железных дорог электрифицированных на переменном токе и фундаментов ТФАЭ, ТФПЭ для участков постоянного тока с защитой замоноличенных анкерных болтов от электрокоррозии с помощью термоусаживае-мых трубок, что позволяет повысить срок службы фундаментов до 70 лет;

- разработан и утвержден МПС России новый альбом условий закрепления ОККС, обеспечивающих требуемую несущую способность фундаментов и опор по грунту, расчет которой выполнен с помощью разработанной программы, учитывающей дополнительные факторы. Альбом уже применяют более, чем в 20 проектных организациях;

- разработаны различные варианты технологий выполнения строительно-монтажных работ при обновлении контактной сети и определены область и условия их рационального применения в зависимости от используемых механизмов, количества и продолжительности «окон», а также даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию технологии, механизмов и оборудования для производства работ по замене опор.

На защиту выносятся следующие положения:

1) повышение долговечности и надежности ОККС достигнуто при системном решении комплекса конкретных задач на следующих иерархических уровнях: материалы - изделия (элементы соединения) - конструкции - технологии;

2) повышение коррозионной стойкости соединений (анкерных болтов) конструктивных элементов ОККС обеспечено путем разработки нового конструктивного решения фундаментов опор контактной сети с устройством термоусаживаемых трубок для электрической изоляции забетонированных анкерных болтов; увеличение электрического сопротивления новых опорных конструкций в 3,5-100 раз по сравнению с нормами для традиционных конструкций (10 кОм) подтверждено экспериментально;

3) учет дополнительных факторов (геометрии земляного полотна, первоначального наклона опор и допусков при их установке, вибрации от проходящих скоростных и тяжеловесных поездов на насыпях и др.), влияющих на устойчивость ОККС в грунте, позволяет повысить их несущую способность на 30%; предложена усовершенствованная методика расчета несущей способности ОККС для различных условий закрепления опор в грунтовом массиве земляного полотна;

4) технологии замены опор (состав, последовательность и режимы выполнения операций) при обновлении контактной сети с применением новых конструкций в зависимости от плановых объемов, используемых машин и механизмов, количества и продолжительности выделяемых «окон».

Апробация работы: рассматриваемые в диссертационной работе вопросы по обеспечению устойчивости ОККС в грунте и разработке фундаментов для 'железнодорожных участков постоянного тока обсуждены на научно-технических совещаниях в Департаменте электрификации и электроснабжения МПС России (с участием специалистов ОАО «ЦНИИС», ГУП «ВНИИЖТ», ЗАО «УКС» и ГУП «Трансэлектропроект»); основные положения по 3, 4 главам были доложены на сетевой школе по обмену передовым опытом в области эксплуатации и технического содержания опор контактной сети в хозяйстве электроснабжения в г. Екатеринбург в 2002 году; тезисы по 2-4 главам диссертации были доложены на конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора B.C. Лукьянова (ЦНИИС, 2002 г).

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 научных статьях и в 2 патентах на полезную модель.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений.

Работа изложена на 146 страницах печатного текста, включает 52 рисунка и 20 таблиц. Список литературы содержит 62 наименования. Приложения включают 16 страниц текста и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава содержит анализ тенденций развития и обоснование новых направлений повышения долговечности ОККС.

Выполнен аналитический обзор опорных конструкций КС, применяемых в России и за рубежом, выявлены особенности их расчета и конструирования, а также произведен анализ современного уровня механизации и технологического обеспечения строительно-монтажных работ при реконструкции КС электрифицированных железных дорог.

Обзор существующих конструкций, применяемых в России, показал, что фундаменты опор контактной сети не полностью отвечают требованиям, предъявляемым к ОККС на участках постоянного тока. Даже наиболее прогрессивная конструкция клиновидного фундамента с изоляцией анкерных болтов-шпилек в полиэтиленовых трубках имеет ряд существенных недостатков, связанных с необходимостью устанавливать верх фундаментов ниже уровня головки рельса на 250 мм, возможностью образования продольных трещин в местах установки полиэтиленовых трубок, а также неудобством при монтаже опоры на шпильках.

За рубежом железные дороги электрифицируют, как правило, на переменном токе. На участках постоянного тока применяют монолитные железобетонные фундаменты или металлические оцинкованные коррозионностойкие ОККС трубчатого и двутаврового поперечного сечения, что уменьшает влияние процесса электрокоррозии.

Применение существующего парка машин, обеспечивает высокий уровень механизации работ в обычных грунтовых условиях, однако не позволяет удовлетворительно решить проблему механизации работ в сложных инженерно-геологических условиях и механизированного уплотнения грунта обратной засыпки пазух котлованов при установке нераздельных опор КС.

Вопросами совершенствования конструкций, технологии строительства и методов расчетов при проектировании ОККС занимались многие научные и проектные организации и специалисты. Существенный вклад в решение названных вопросов внесли:

И.И. Власов, К.Г. Марквардт, В.П. Шурыгин, А.П. Чучев -теория расчета нагрузок и воздействий на контактную сеть;

О.Я. Берг, A.A. Орел, В.И. Подольский, А.И. Гуков, A.A. Кудрявцев, Г.Н. Брод, Б.Г. Поршнев, H.A. Перетрухин, Н.Д. Ме-ренков, Ю.С. Рягузов - создание опорных конструкций контактной сети;

Е.П. Крюков, К.С. Завриев, Г.С. Шпиро, A.A. Орел, В.Н. Ли - методы расчета несущей способности ОККС по грунту;

В.П. Шурыгин, A.A. Орел, В.И. Подольский, Б.А. Антонов, И.А. Шапиро, Кулага В .Я. - технологии изготовления и сооружения ОККС.

Однако новые условия эксплуатации (технические требования к модернизации) выдвинули на повестку дня новые задачи по созданию надежной конструкции фундаментов для железнодорожных участков постоянного тока, расчету несущей способности ОККС по грунту с учетом всех существенно влияющих факторов. Развитие используемых при электрификации железных дорог механизмов требует определения области и условий целесообразного применения различных технологий по замене опор в зависимости от состава и Параметров применяемых машин, объема работ, продолжительности и количества выделяемых «окон».

На основе аналитического обзора определены и сформулированы цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе на основе системного подхода определена иерархическая последовательность этапов решения задачи повышения долговечности ОККС. Разработана модель системного анализа взаимодействия ОККС с другими элементами природно-технического комплекса (ПТК) «Электрифицированная железная дорога».

Методологическую основу комплексного решения задачи управления качеством таких сложных объектов транспортного строительства, как контактная сеть, составляет системный подход, когда функционально взаимосвязанные инженерные сооружения рассматриваются в качестве элементов техносферной ком-

поненты, создаваемой в результате инженерно-строительной деятельности человека конкретной природно-технической системы (ПТС) - «Электрифицированная железная дорога» (рис.1).

эас

Сеть

Конструкции!

Изделия

Материалы

1уть

железная дорога

^-Верхнее строение пути Земляное полотно :

1 ^ 8К,

репьсо-шшльная решетка 1 насыпа, выемка, нулевые места

И

Контактная сеть

^ Система тягового .^ПЯ-эдектр о сшбж еиия

Опорные конструкции!:

фунда-, менты '

анкеры

подвеска;

ш

опоры Щ Поддерживающие и фиксирующие конструкции

Линии обратного у тока

Рис.1. Схема взаимосвязей исследуемого элемента с другими компонентами системы «Электрифицированная железная дорога»

Методологически системный подход заключается в том, что многокомпонентная, многоуровневая иерархически организованная ПТС рассматривается в качестве объекта управления. Задача заключается в том, чтобы разработать и реализовать по стадиям жизненного цикла ПТС такие сценарии управления, которые обеспечивают комплексное решение задачи безопасности, определяемой ограничительными функциями - локальными критериями качества: прочность, устойчивость, стабильность, долговечность, надёжность, технологичность и т. п., которым должна удовлетворять товарная продукция строительного производства. Этот подход хорошо корреспондируется с основными положениями Закона РФ "О техническом регулировании" применительно к объектам электрифицированной железной дороги.

Согласно схеме (рис.1) определена последовательность достижения поставленной цели: разработка технических решений последовательно для материалов, изделий, конструкций и контактной сети в целом (технологии), как элемента электрифицированной железной дороги.

Системный подход при реконструкции, капитальном ремонте и новом строительстве контактной сети реализуется посредством использования более прогрессивных конструкций и усовершенствованных методов расчета, технологий и материалов, а также различных способов антикоррозионной защиты.

В третьей главе приведены результаты разработки конструкций фундаментов опор контактной сети, обеспечивающих электрическую изоляцию забетонированных анкерных болтов, результаты экспериментальной проверки и технологии изготовления фундаментов в производственных условиях.

Опорные конструкции раздельного типа, состоящие из стоечной части и фундамента, включают узел их соединения, который в зависимости от условий эксплуатации должен отвечать определенным требованиям и является одним из звеньев функциональной цепи, обеспечивающей стабильную работу опорных конструкций.

Для обеспечения защиты ОККС от электрокоррозии автором предложено новое конструктивное решение трехлучевого фундамента, в конструкцию которого вместо стаканной части введены замоноличенные анкерные болты с электрической изоляцией в виде термоусаживаемых трубок из полиэтилена (рис.2). Эти трубки соответствуют требованиям, предъявляемым к изоляционному материалу для ОККС.

Рассмотрены различные варианты анкерных болтов, выполнен анализ влияния их формы на электрическое сопротивление фундамента. Проведенный анализ показал, что анкерные болты с крюками Концедера, обеспечивая требуемое электрическое сопротивление и прочность заделки в бетоне, имеют сложности при их изготовлении и монтаже изоляционных трубок на криволинейных участках малого радиуса, а также при размещении в арматурном каркасе фундамента.

Анкерные болты и-образной формы имеют наибольшее электрическое сопротивление, но при размещении их в арматурном каркасе в процессе изготовления возможно повреждение изолирующей трубки при касании арматуры. Этот вариант является технологически неприемлемым.

Анкерные болты Г-образной формы являются наиболее целесообразными, так как обеспечивают требуемое электрическое сопротивление, наименьшую трудоемкость установки в насыщенный арматурой каркас фундамента и прочность заделки в бе-

Рис. 2. Конструкция трехлучевого фундамента с изоляцией замоноличенных анкерных болтов термоусаживаемыми трубками для участков постоянного тока 1-металлическая опора, 2- железобетонный трехлучевой фундамент, 3 - металлический анкерный болт, 4 - трубка термоусаживаемая, 5- изолирующая пластина, б - гайка, 7- регулировочная шайба, 8 - герметик.

Отладка технологии изготовления опытных образцов фундаментов и их приемочные испытания проходили на АООТ «Толмачевский завод ЖБиМК». При испытании фундамент выдержал контрольную нагрузку равную 1,5 нормативной нагрузки, а замеры его электрического сопротивления значительно превысили 10 кОм, что удовлетворяет требованиям существующих норм.

В четвертой главе рассмотрены вопросы повышения устойчивости опорных конструкций КС. Произведен анализ существующей методики расчета их несущей способности по грунту, изложенной в Нормах проектирования контактной сети СТН ЦЭ 141-99, в основе которой лежат экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в ЦНИИСе.

Одним из основных условий долговечной и' безотказной работы контактной сети является обеспечение прочности заделки фундамента в грунте, определяемый моментом М/, который должен быть не меньше мощности опоры Моп (60, 80, 100 или 120 кН.м соответственно), т.е.

М/>М0П (1)

Расчет фундаментов опор контактной сети производят по методу предельных состояний. Предельное состояние фундамента принято исходя из предельного смещения опоры на уровне контактного провода, равного 100 мм, за период эксплуатации - '

70 лет, обусловленного поворотом фундамента в грунте при действии эксплуатационной нагрузки.

Величина максимальной нагрузки, вызывающая предельное отклонение фундамента, зависит от длительности ее действия. При приложении нагрузки меньше предельной фундамент не деформируется независимо от длительности действия этой нагрузки. Проектировать закрепление фундамента в грунте по предельной нагрузке не экономично, т.к. это приведет к существенному удорожанию, связанному со значительными размерами фундамента. Поэтому расчет выполняют по условной (эквивалентной) нагрузке, в которой доля постоянной нагрузки составляет 35% суммарной. Такое распределение нагрузок характерно для большинства консольных опор контактной сети.

Для определения значения несущей способности заданного фундамента производят предварительный расчет условного фундамента, а влияние различных факторов учитывают коэффициентами условий работы.

В качестве условного принят призматический фундамент прямоугольного поперечного сечения, закапываемый на горизонтальной площадке при отсутствии железнодорожного пути , (рис.3).

В основу данного способа расчета положена эпюра давления грунта по передней и задней граням фундамента, предложен- I ная С.М. Кудриным. Эта эпюра отражает взаимодействие фундамента с грунтом в предельном состоянии и соответствует полному исчерпанию сопротивления грунта повороту фундамента.

Р-КГ/Й -

Рис. 3. Расчетная схема призматического фундамента.

1- фактическая поверхность грунта,

2- расчетная поверхность грунта.

Значение М/ нормативной несущей способности заданного фундамента по грунту на действие момента определяют по формуле:

Н' 1

Мг = м° —--ГсоГс1Гсе,

Н п

М 0 = Ые + я

2 У (

=

Уо + 2

(2)

(3)

(4)

(5)

где М°- несущая способность условного фундамента, Н'и Н - соответственно, высота приложения равнодействующей горизонтальной нагрузки относительно уровня условного обреза фундамента (к пути или к полю) и относительно расчетной поверхности грунта;

Усг - обобщенный коэффициент условий работы, равный:

Уcg ~~ У V Усе Усг Усг I (6)

Ус/, Тсс, Усу, Уы, Усг и Ус0 - коэффициенты условий работы, соответственно учитывающие влияние формы поперечного сечения призматического фундамента, повышенного уплотнения грунта, в результате вибропогружения фундамента, вибрации (колебаний) грунта около фундамента при прохождении поездов, долю постоянной нагрузки в суммарной, верхнего строения пути, очертания поверхности грунта в месте расположения фундамента;

вертикальная нагрузка (включающая вес фундамента), с{ - расчетная глубина фундамента,

- коэффициент пропорциональности, зависящий от вида грунта и условий пространственной работы фундамента.

Как показал анализ, существующая методика в целом отражает характер определения несущей способности фундаментов по грунту, однако не все существенные факторы в ней учтены, что подтверждает опыт эксплуатации.

В настоящее время привязку ОККС производят по типовым таблицам условий закрепления, а расчеты выполняют для наиболее характерных условий установки, что приводит к завышению несущей способности фундаментов по грунту от 10 до 30%.

Для выполнения расчетов несущей способности автором разработана многофункциональная программа, которая позволяет рассчитать несущую способность фундамента по грунту (нормативный момент Му) с учетом наиболее значимых факторов (рис.4) и может быть использована как самостоятельный блок в автоматизированной системе проектирования контактной сети (САПР КС).

В настоящей работе выявлены и дана оценка следующих дополнительных факторов, влияющих на устойчивость ОККС в грунте:

- очертания земляного полотна (коэффициент откосности);

- высоты приложения суммарной горизонтальной нагрузки;

- первоначального наклона опор, придаваемого им при монтаже;

- допусков на установку опор;

- динамического воздействия на опоры контактной сети при прохождении тяжеловесных и скоростных поездов.

Рис.4. Блок-схема программы расчета несущей способности опорных конструкций контактной сети по грунту.

Все нагрузки, действующие на ОККС, можно представить в виде равнодействующих вертикальных и горизонтальных сил, при действии которых на уровне обреза фундамента возникают расчетные усилия М, N и Р. Для сокращения количества независимых переменных при определении расчетной несущей способности условного фундамента (М°) момент М и горизонтальную силу Р заменяют на силу Р, действующую на высоте Н (рис.3). В типовых проектах условий установки ОККС значение Н принято равным 10 м при действии нагрузки к пути и 6 м - при действии нагрузки к полю.

Для определения достоверности принятых величин высоты Н были проведены расчеты опор различного назначения (промежуточных, переходных и анкерных) для легкого загружения от контактной подвески переменного тока, и тяжелого - от контактной подвески постоянного тока. Результаты расчетов показали, что значения плеча Н, принятые в типовых проектах, завышены.

Результаты анализа выполненного численного эксперимента представлены в таблице 1.

Таблица 1

Место Промежуточная Переходная Анкерная

установки к пути к полю к пути к полю к пути к полю

опор

Насыпь 8 6 8 6 8 6

Выемка 9 5 9 5 9 5

Дана оценка влияния первоначального наклона опор, придаваемого им при монтаже в сторону обратную действию нагрузки. Наклон опор согласно существующим нормативным документам осуществляют в сторону поля на величину 2%. При этом происходит перераспределение нагрузок, действующих на опорную конструкцию на уровне обреза фундамента, что приводит к увеличению нагрузки действующей в сторону поля примерно на 5%.

Проведено исследование влияния допускаемых отклонений от проектного положения (по габариту и высоте) при установке опорных конструкций КС, которые не учтены в действующей методике расчета, на их несущую способность по грунту.

Опорные конструкции, установленные с допусками, имеют меньшую глубину заделки в грунте по сравнению с конструкциями, установленными строго в соответствии с проектом. Уменьшение расчетной глубины фундамента (с!) приводит к существенному снижению его несущей способности, т.к. величина с! входит в кубическое уравнение для определения несущей способности условного фундамента М°.

Влияние уменьшения расчетной длины фундамента на прочность его закрепления в грунте составило: 16% - при действии нагрузки в сторону пути; 20% - то же в сторону поля.

В существующей методике расчета влияние вибрации земляного полотна от проходящих поездов на устойчивость ОККС в грунте учитывают коэффициентом условий работы. Его величина установлена одинаковой для насыпей и выемок.

Для вибропогружаемых фундаментов, принятый в методике коэффициент уСУ=0,9 является недостаточным, т.к. при действии вибрации от проходящих скоростных и тяжеловесных поездов грунт вокруг фундамента не уплотняется, а разуплотняется

до плотности окружающего. В таких условиях целесообразно принять для насыпей (как более неустойчивой конструкции земляного полотна по сравнению с выемкой) величину коэффициента уС1,=0,85, что подтверждается исследованиями, проведенными в ЦНИИСе.

В пятой главе проведен анализ условий эффективного применения технологий производства работ по замене опор в зависимости от используемых средств механизации, объемов работ, продолжительности и количества «окон».

Рассмотрены два способа замены опор:

- с установкой опоры рядом с демонтируемой (основная технология) (1-5 варианты),

- с установкой опоры на месте демонтируемой (перспективная технология) (6, 7 варианты).

Варианты базовой технологии разработаны с использованием одного и трех «окон» продолжительностью 2, 4 и 6 ч. (рис.5), новой технологии - с использованием одного «окна», продолжительностью 6 д. с применением виброагрегата АВФ и новой машины МРКС. МРКС должна обеспечить выполнение всего комплекса строительных работ (демонтаж старой опоры, добуривание котлована на месте демонтируемой опоры и установку новой опоры с механизированным уплотнением грунта в пазухах котлована).

При технологии замены опор в три «окна» в первое «окно» выполняют строительные работы, во второе - монтажные, а в третье - демонтаж дефектной опоры. При работе в одно «окно» все технологические операции выполняют последовательно.

Нормы времени на строительные работы были определены на основании хронометража операций технологических процессов и по техническим требованиям к новым машинам (МРКС, экстрактор), на монтажные работы - приняты по передовой технологии использованной при реконструкции скоростной магистрали С.Петербург-Москва.

В перспективной технологии работы по демонтажу дефектной опоры выполняют в процессе ее замены без необходимости выделения специального «окна», что предусмотрено по основной технологии. Такая технология обеспечивает сокращение времени, выделяемого на замену одной опоры.

%

№ п/ п Наименование работ Обь ем работ Норма времени чел.-ч. Трудоемкость чел -ч. Состав бригады окна |

t 1 2 1 3

часы

1 1 2 | 3 | 4 | 5 | 6 11 2 | 3 | 4 | 5 ! 6 t 1 2 | 3 | 4 | 5 I 6

1 Оформление «окна» 3 1,33 4,00 Вся бригада 8 8 8

2 Следование установочного поезда к месту работы, км 10,3 0,33 3,50 I7 7

3 Расцепка комплекта машин 3 0.33 1,00 ¡,6 ¡,6 !

4 Работа агрегата АВФ Подъезд к месту работы 9 0,07 0,63 1-е звено 4 чел. i|i 2, i, J. Л J, Л 1 1

5 Вибропоп>уженне фундамента 9 1.20 10,80 be; 118! i8!18j 18; jlS ¡IS ¡18; :18 :—[ l—i l_! i—i:_! 1_!!_i i__! I___ i

б Работа крана яа ж/д ходу Подъезд ж месту работы 9 0,08 0,72 2-е звено 5 чел. i ' i, 1 1 1 1 1 ! 1 П П П П П П П fj !

7 Установка опоры 9 2,42 21,78 РЯ ¡2* ?9[ Mj ¡23 [29i ¡29! M£9j

1 Работа автомотрисы Подъезд к месту работы 9 0,27 2,43 3,4,5 звенья 16 чея. У i. л : i 1 :!

» Лрмировка установленной опоры 9 2,66 23,94 ^ S*. i^i.

10 Перевод контактной подвески 9 5,52 49,68 3-е звено ^^ ^ // У 158 • i 58 1 ! SB ! t:::::j i

11 Демонтаж консоли к кронштейна УП 9 1,80 16,20 4-е звено yf / 8 Й Й

12 Работа крана с экстрактором Подъезд к месту работы 8 (») 0,08 0,64 (0,72) 2-е звено 5 чел. 5-е звено / 111 1 1 1 1 1 Нппппплп 1 и '• I' И И

13 Демонтаж опоры ' 8 3,17 25,36 (2«,53) 98:138 3g Й8 35 3S [38 ¡38

14 Сцепка комплекта машин 3 0,22 0,67 Вся бригада 4; 4; i 4 Ц

15 Выезд с перегона, км 10.3 0,33 3,50 7 7 ¡7

Итого: 168,10

На одну опору: 18,68

* Демонтаж одной опоры выполняете« в дополнительное «окно»

Рис. 5. Технологический график производства работ по замене опор при установке новой опоры рядом с демонтируемой

Однако при новой технологии механизмы должны быть безотказными, а все операции должны выполняться без отставания от графика работ. По основной технологии в случае невыполнения одной из операций работы могут быть приостановлены в пределах времени «окна», а контактная сеть останется смонтированной на старой опоре.

Блок-схема приня-тия технологических решений по замене опор контактной сети в зависимости от плановых объемов, используемых механизмов, количества и продолжительности выделяемых «окон» представлена на рис 6.

основная технология шгсттаттия пхнохопи

Рис. 6 .Блок-схема принятия технологического решения.

Анализ разработанных вариантов технологий показал, что наиболее оптимальным для сплошной замены опор является их установка в три «окна» продолжительностью по 6 часов. Для выборочной (одиночной) замены целесообразно использовать 3 «окна» продолжительностью по 1,5-2 часа или одно 6-ти часовое «окно».

При сравнении вариантов установки опор рядом и на месте демонтируемой одними тем же комплектом машин установлено, что при новой технологии трудоемкость на 30% выше, чем при базовой технологии, а при использовании новой машины МРКС -

на 15 %, но общая продолжительность «окон», выделяемых на замену опор сокращается более чем в 2 раза.

Результаты анализа трудозатрат на работы по установке опор приведены в таблице 2.

Таблица 2

Вариант Количество Продолжительность Трудозатраты,

технологии «окон» «окна», час чел.-ч.

1 3 1,5+2+1,5 37,16

2 3 по 4 20,20

3 3 по 6 19,68

4 1 4 26,74

5 1 6 22,51

6 1 6 29,32

7 I 6 25,58

Применение новой машины МРКС с использованием сменного рабочего оборудования является перспективным решением по обеспечению комплексной механизации строительных работ, при которой простои механизмов минимальны.

В шестой главе произведена оценка технико-экономической эффективности от внедрения разработанного конструктивного решения фундаментов для железнодорожных участков постоянного тока, уточнения методики расчета несущей способности ОККС по грунту и предложенных технологий замены опорных конструкций при обновлении контактной сети, а также определен расчетный срок окупаемости затрат.

Продолжительность фактических межремонтных сроков зависит от остаточного технического ресурса рассматриваемой опорной конструкции и возможностей по обеспечению ее своевременной замены при достижении критического (остродефектного) состояния. В эксплуатации заменяют в основном остродефектные опоры, как представляющие наибольшую опасность для безаварийной работы контактной сети.

Вопрос назначения оптимальных межремонтных интервалов является наиболее актуальным, т. к. сроки замены остродефектных опорных конструкций прямым образом влияют на обеспечение общего уровня их надежности. Например, увеличение межремонтных сроков с 40 до 60 лет (за счет применения новых технических решений) позволит повысить уровень надежности

опорных конструкций с 0,96 до 0,975 (рис.7), не допуская перехода ОККС в разряд остродефектных.

Общий уровень

Рис.7. Схема управления межремонтными сроками (для всего объема опорных конструкций)

1- существующая схема замены ОККС, не обеспечивающая их достаточно надежную работу;

2- новая схема замены ОККС, обеспечивающая более высокий уровень надежности всех опорных конструкций;

Т1 и Т2 - межремонтные периоды для существующих ОККС с учетом снижения надежности опорных конструкций как элемента системы, соответственно по существующей и новой схемам управления; ТЗ и Т4 - то же для новых ОККС.

В настоящее время объемы капитального строительства в 3 раза превышают объемы замены дефектных опорных конструкций. Для обеспечения наибольшей эффективности в первую очередь следует заменять остродефектные опорные конструкции, постепенно наращивая объем их замены на новые со сроком службы не менее 70 лет и частично обновляя дефектные конструкции, тем самым не допуская снижение надежности ОККС до предельного уровня (0,96).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Проблема повышения долговечности опорных конструкций контактной сети приобретает большую актуальность в связи с тем, что количество опор со сроком службы более 40 лет (относящихся к категории дефектных) растет быстрее темпа их замены, что подтверждается опытом эксплуатации ОККС. Это обуславливает необходимость непрерывного совершенствования конструктивно-технологических решений ОККС, обеспечивающих увеличение их срока службы до 70 лет без снижения надежности в эксплуатации.

2. Использование системного подхода позволяет выявить взаимосвязи между опорными конструкциями КС и другими элементами системы «Электрифицированная железная дорога», оказывающими влияние на фундаменты опор контактной сети и разработать технические решения по повышению качества изготовления, проектирования и сооружения конструкций, обеспечивающих функциональную безопасность, долговечность и надежность ОККС в эксплуатации.

3. Разработанная новая конструкция фундамента с анкерным креплением опор контактной сети с применением термоуса-живаемых трубок для участков постоянного тока, как показали экспериментальные исследования, обеспечивает увеличение электрического сопротивления ОККС в 3,5-100 раз по сравнению с нормируемым для типовых конструкций (10 кОм).

Замоноличивание анкерных болтов по сравнению с установкой болтов-шпилек в каналы оголовков фундаментов позволяет исключить: образование трещин вдоль анкерных болтов, возникающих из-за размораживания каналов, обеспечить требуемое проектное положение фундамента при его сооружении (расстояние между УГР и УОФ) независимо от очертания поверхности грунта, в том числе в междупутьях, улучшить условия монтажа и качество крепления опор к фундаментам.

4. Определены дополнительные факторы, оказывающие существенное влияние на несущую способность ОККС по грунту (высота приложения суммарной горизонтальной нагрузки, начальный наклон опор, геометрические допуски при установке,

вибродинамические воздействия от прохождения скоростных и тяжеловесных поездов). Учет этих факторов повышает несущую способность ОККС по грунту на 25-30%.

Разработана усовершенствованная методика расчета несущей способности ОККС по грунту.

5. На основе уточненной методики разработана многофункциональная компьютерная программа, которая позволяет рассчитать несущую способность фундамента по грунту (нормативный момент Му) в зависимости от всех существенно влияющих факторов. Использование такой специализированной программы позволяет исключить субъективные оценки результатов при проектировании, снижающие устойчивость опорных конструкций в грунте.

6. Разработан новый альбом «Условия закрепления фундаментов и опор контактной сети для обычных грунтовых условий» (№ 2190), утвержденный Департаментом электрификации и электроснабжения МПС России. К настоящему времени альбом внедрен более чем в 20 проектных, строительный и эксплуатационных организациях.

7. Разработаны варианты технологий выборочной и сплошной замены дефектных опор при обновлении контактной сети и определены области их рационального применения;

- обоснована целесообразность применения технологии замены ОККС с использованием механизмов нового типа (МРКС), выполняющих основные строительные работы по разработке котлованов и установке опор с одновременной обратной засыпкой и уплотнением грунта в пазухах котлованов.

8. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологии, машин и механизмов для производства строительных работ при реконструкции контактной сети.

9. Использование предложенных конструктивных, аналитических и технологических решений позволяет увеличить срок службы ОККС до 70 лет, повысить долговечность фундаментов для участков постоянного тока на 40%, увеличить прочность заделки ОККС в грунте на 25-30% и на 15% снизить трудозатраты на выполнение строительно-монтажных работ при обновлении контактной сети.

Экономический, эффект от внедрения предложенных технических решений составил 92126 тыс. руб. в год, при расчетном сроке окупаемости затрат- 1,92 года.

10. Разработанные технические решения защищены двумя патентами РФ на полезную модель.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Чучев А.П., Орел A.A., Прямицын A.A. Технологическая карта: Сооружение фундаментов опор гибких поперечин с применением сборных железобетонных подножников. М.: Трансиз-дат, 2000.

2. Орел A.A., Прямицын A.A. Рациональная технология замены опор при модернизации контактной сети. Труды ЦНИИС Выпуск № 206, 2001

3. Прямицын А.А Системный подход к решению задачи обеспечения устойчивости опорных конструкций контактной сети. Труды ЦНИИС Выпуск № 216, 2003.

4. Прямицын A.A. Конструкция фундамента с термоусажи-ваемыми трубками для защиты анкерных болтов от электрокоррозии. М.: Транспортное Строительство № 3, 2003.

5. Орел A.A., Прямицын A.A. Обеспечение устойчивости опорных конструкций контактной сети в грунте. - М.: Транспортное Строительство № 9, 2003.

6. Альбом № 2190 «Условия закрепления фундаментов и опор контактной сети» для обычных грунтовых условий.

Патенты на полезную модель:

- Железобетонный фундамент с термоусаживаемыми трубками для защиты анкерных болтов от электрокоррозии;

- Узел соединения трехлучевого фундамента с ростверком.

Подписано в печать 17.09.2003.

Формат 60x84 '/lft Печать офсетная.

Объем 1.75п.л. Тираж 80 экз. Заказ 106.

Отпечатано в типографии ОАО ЦНИИС.

Лицензия ПЛД №53-510 от 22. ] 0.1999г.

129329. Москва. Кольская. 1. тел.: (095) 180-94-65

loo? - f\

w

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОНТАКТНОЙ СЕТИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЕ ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТИ.

ВВЕДЕНИЕ.'.

ГЛАВА 1. Аналитический обзор.

1.1. Опорные конструкции контактной сети железных дорог, применяемые в России и за рубежом.

1.2. Особенности расчета и конструирования опорных конструкций контактной сети.

1.3. Анализ современного состояния механизации и технологического обеспечения для выполнения строительно-монтажных работ при реконструкции электрифицированных железных дорог.

1.4. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. Теоретические предпосылки разработки опорных конструкций контактной сети по критерию долговечности.

2.1. Опорные конструкции контактной сети как элемент системы — «Электрифицированная железная дорога».

2.1.1. Состояние вопроса. Методологические предпосылки.

2.1.2. Взаимосвязь элементов в системе, функциональное назначение опорных конструкций контактной сети.

2.1.3. Требования, предъявляемые к параметрам опорных конструкций контактной сети.

2.2. Методы оценки технического состояния опорных конструкций контактной сети, интегральный и экономический показатели надежности.

ГЛАВА 3. Обеспечение долговечности опорных конструкций контактной сети постоянного тока путем изоляции анкерных болтов в фундаментах.

3.1. Влияние различных видов коррозии на долговечность опорных конструкций контактной сети.

3.2. Виды и способы защиты опорных конструкций от электрокоррозии.

3.3. Конструкция фундамента с изоляцией забетонированных анкерных болтов.

ГЛАВА 4. Совершенствование методики расчета несущей способности фундаментов опор контактной сети по грунту.

4.1. Анализ методики расчета несущей способности фундаментов опор контактной сети по грунту.

4.2. Учет дополнительных факторов, оказывающих влияние на несущую способность фундаментов опор контактной сети по грунту.

4.2.1. Разработка алгоритма определения коэффициента откосности.

4.2.2. Учет влияния высоты приложения суммарной горизонтальной нагрузки к опоре.

4.2.3. Учет влияния первоначального наклона опор контактной сети при определении изгибающего момента.

4.2.4. Учет влияния геометрических допусков при установке опор.И

4.2.5. Учет влияния вибродинамических воздействий от тяжеловесных и скоростных поездов при определении несущей способности опор контактной сети.ИЗ

ГЛАВА 5. Совершенствование технологии сооружения опорных конструкций контактной сети при реконструкции электрифицируемых участков под скоростное движение.

5.1. Актуальность реконструкции железнодорожных участков.

5.2. Возможные варианты замены опор контактной сети.

5.3. Определение норм времени технологических операций по замене опор контактной сети.

5.4. Выбор технологии работ по замене опор контактной сети при реконструкции контактной сети.

5.5. Анализ технико-экономических показателей различных технологий выполнения работ по замене опор контактной сети.

5.6. Рекомендации по совершенствованию технологии, механизмов и оборудования для производства строительных работ при реконструкции контактной сети, методы повышения надежности технологических процессов.

ГЛАВА 6. Технико-экономическая оценка эффективности применения новой конструкции фундаментов опор контактной сети и повышения несущей способности фундаментов по грунту.'.

Железнодорожный транспорт занимает ведущее место в транспортной системе России. На его долю приходится около 75% всех пассажирских перевозок. Электрификация железных дорог (в соответствии с принятой МПС РФ Программой до 2010 года) является основным направлением технической модернизации железнодорожного транспорта, обеспечивающим повышение провозной способности по сравнению с другими видами тяги.

Железные дороги электрифицируют на переменном или постоянном токе. Последние годы железные дороги электрифицируют преимущественно на переменном токе из-за его экономичности по сравнению с постоянным. Отдельные участки (на Восточно-Сибирской и Октябрьской железных дорогах) переводят с постоянного на переменный ток, но около 45% железнодорожных линий функционируют на постоянном токе.

Важнейшей задачей, возникающей при проектировании, строительстве и эксплуатации контактной сети, является обеспечение высокого качества токосъема, эффективности и безопасности железнодорожного транспорта, повышение надежности и долговечности конструкций в эксплуатации.

Решение проблемы качества при электрификации железных дорог с учетом всевозможных условий и факторов требует соответствующего научно- методического и технического обеспечения.

Комплексное решение задач управления качеством таких сложных объектов транспортного строительства, как контактная сеть, возможно на базе экоси-стемных принципов, когда инженерные сооружения рассматриваются в качестве элементов техносферной компоненты создаваемых транспортных природно-технических систем (ТПТС).

Системный подход при реконструкции, капитальном ремонте и новом строительстве контактной сети реализуется посредством использования более прогрессивных конструкций и усовершенствованных методов расчета, технологий и материалов, а также различных способов антикоррозионной защиты с учетом всего многообразия взаимосвязей в системе электрифицированной железной дороги. Разрабатываемые конструктивные решения должны обеспечить продолжительный срок службы контактной сети, уменьшить эксплуатационные затраты и соответствовать принятой системе параметров контактной сети, закрепленных в Технических требованиях к КС-160, КС-200. Систему требований к параметрам устройств электроснабжения определяют в соответствии с нормативными документами, в рамках которых осуществляют разработку новых опорных и поддерживающих конструкций контактной сети.

Возможность обеспечения надежной и долговечной эксплуатации контактной сети в значительной мере зависит от опорных конструкций контактной сети (ОККС). Затраты на производство, сооружение и обслуживание ОККС составляют около 40% от общих затрат по контактной сети.

С увеличением веса поездов и скорости их движения возрастают нагрузки на контактную сеть. Следовательно, необходимо совершенствовать не только сами опорные конструкции, методы расчета, но и технологии их сооружения путем применения универсальных многофункциональных механизмов, а также оптимальных технологий для выборочной и сплошной замены опор при обновлении - реконструкции или капитальном ремонте контактной сети. Актуальность исследования

По состоянию на начало 2003 г. в России было электрифицировано около 42 тыс. км. железных дорог. Сегодня в эксплуатации находятся более 1,5 миллиона разнотипных опор контактной сети, 40% из которых — раздельные на фундаментах. В ближайшие 10 лет намечается электрифицировать около 11 тыс. км. железных дорог, при этом часть железнодорожных магистралей (Москва-Брест, Москва-Самара, Москва - Нижний Новгород) подлежит реконструкции с переводом под скоростное движение. Завершена программа реконструкции на Октябрьской железной дороге (С.Петербург-Москва), электрифицированной на постоянном токе.

Около 16 % эксплуатируемых опор контактной сети относятся к категории дефектных. Эти опорные конструкции не обеспечивают требуемую несущую способность по грунту или исчерпали свой ресурс прочности, находясь в эксплуатации более 40 лет.

Такие конструкции не обеспечивают надежную работу системы электроснабжения, а, следовательно, и безопасность железнодорожного транспорта при эксплуатации. Это происходит по следующим причинам:

- большое количество находящихся в эксплуатации старотипных ОККС запроектировано по нормам 40-летней давности, в которых не полностью учтены все факторы, влияющие на несущую способность опор в грунте;

- произошло увеличение нагрузок на опоры (по сравнению с расчетными) вследствие необходимости подвешивания дополнительных усиливающих проводов (из-за возрастания тяговой нагрузки) и проводов с полевой стороны (BOJIC);

- недостаточно учтены сложные условия закрепления опор в теле земляного полотна (высокие насыпи с крутыми откосами, выемки с кюветами, кривые малого радиуса и т.п);

- не учитывалось изменение физико-механических свойств материала ОККС вследствие физического выветривания (деструкции, коррозии арматуры и внутренней коррозии) железобетона;

- произошло значительное изменение в течение 40 лет эксплуатации условий работы опорных конструкций контактной сети в результате ремонта и подъемки пути.

Наряду с почвенной и атмосферной коррозией на железнодорожных участках электрифицированных на постоянном токе ситуация усугубляется наличием электрокоррозии металлических элементов ОККС (анкерных болтов и арматуры).

Следовательно, разработка конструктивно-технологических решений фундаментов опор контактной сети, которые будут обеспечивать срок службы в соответствии с основными требованиями (электрокоррозионная стойкость и прочность заделки в грунте для различных условий их установки) не менее 70 лет является актуальной задачей. Необходимо изолировать металлические элементы соединений от тела бетона.

Целью исследования является повышение долговечности опорных конструкций контактной сети путем защиты материалов опорных конструкций КС от электрокоррозии, обеспечения их устойчивости в грунте за счет применения современной методики расчета несущей способности и усовершенствованных технологий замены дефектных ОККС. Задачи исследования:

1) проанализировать отечественный и зарубежный опыт применения ОККС, методы расчета прочности их закрепления в грунте, а также состояние комплексной механизации и технологических процессов выполнения строительно-монтажных работ при строительстве и реконструкции контактной сети;

2) на основе принципов системного подхода разработать модель комплексного анализа ОККС при их взаимодействии с другими компонентами природно-технической системы «Электрифицированная железная дорога»;

3) разработать надежную конструкцию фундамента опор контактной сети с электрической изоляцией от тела бетона забетонированных анкерных болтов для обеспечения антикоррозионной защиты опорной конструкции в целом;

4) проанализировать факторы, влияющие на прочность заделки ОККС в грунте;

5) усовершенствовать методику расчета несущей способности фундаментов опор контактной сети для различных условий их установки в грунте (в зависимости от габарита опор, ширины земляного полотна, радиуса кривой, высоты насыпи и глубины выемки и др.);

6) разработать технологии установки ОККС при сплошной и выборочной их замене в зависимости от типа применяемых механизмов, продолжительности и количества «окон» и определить области их рационального применения;

7) выполнить оценку технико-экономической эффективности применения предложенных технических (конструктивных, аналитических и технологических) решений.

Методы исследования: анализ отечественных и зарубежных ОККС, системный подход к решению задач исследования; анализ способов антикоррозионной защиты (анкерных болтов) фундамента, анализ существующей методики расчета несущей способности ОККС в грунте, учет дополнительных факторов, анализ существующих вариантов технологий замены опор при обновлении контактной сети и механизации технологических процессов.

Научная новизна:

- разработана модель системного анализа ОККС при их взаимодействии с другими элементами комплекса «Электрифицированная железная дорога»;

- выполнены теоретические и экспериментальные обоснования направлений усовершенствования конструктивных и технологических решений ОККС;

- установлены зависимости электрического сопротивления арматуры железобетонных фундаментов от конструкции узла их соединения с опорой;

- установлена зависимость прочности заделки ОККС от условий их установки в грунте;

- выполнен комплексный анализ, определены и ранжированы факторы по степени их влияния на несущую способность опорных конструкций КС;

- усовершенствована методика расчета несущую способность опор контактной сети по грунту с учетом влияния дополнительных факторов;

- разработана компьютерная программа расчета прочности заделки ОККС в грунте для различных условий их установки.

Практическая значимость: 1) разработаны и внедрены в массовое производство новые конструкции фундаментов ТФА (для консольных опор), ТФП (для стоек жестких поперечин) для железных дорог электрифицированных на переменном токе и фундаментов ТФАЭ, ТФПЭ для участков постоянного тока с защитой замоноличенных анкерных болтов от электрокоррозии с помощью термоусаживаемых трубок, что позволяет повысить срок службы фундаментов до 70 лет;

2) разработан и утвержден МПС России новый альбом условий закрепления ОККС, обеспечивающих требуемую несущую способность фундаментов и опор по грунту, расчет которой выполнен с помощью разработанной программы, учитывающей дополнительные факторы;

3) разработаны различные варианты технологий выполнения строительно-монтажных работ при обновлении контактной сети и определены область и условия их рационального применения в зависимости от используемых механизмов, количества и продолжительности «окон», а также даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию технологии, механизмов и оборудования для производства работ по заменен опор.

Апробация: рассматриваемые в диссертационной работе вопросы по обеспечению устойчивости ОККС в грунте и разработке фундаментов для железнодорожных участков постоянного тока обсуждались на научно-технических совещаниях в Департаменте электрификации и электроснабжения МПС России (совместно со специалистами ЦНИИС, ВНИИЖТ и «Трансэлек-тропроект»); основные положения по 3, 4 главам были доложены на сетевой школе по обмену передовым опытом в области эксплуатации и технического содержания опор контактной сети в хозяйстве электроснабжения в г. Екатеринбург в 2002 году; тезисы по 2-4 главам диссертации были доложены на конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора B.C. Лукьянова (ЦНИИС, 2002 г); материалы диссертации были рассмотрены на секции ученого совета ЦНИИС и на научно-технических советах отделения ЭЛ (ЦНИИС).

Выводы и рекомендации

1.Трехлучевые фундаменты ТФАЭ с изолированными анкерными болтами Г-образной формы для крепления опор контактной сети для участков постоянного тока механические испытания выдержали.

2. Всего на заводе было изготовлено 5 фундаментов типа ТФАЭ по, проекту ОАО «ЦНИИС» №9363 различной длины, несущей способности и формы анкерных болтов (Г, П и крюкообразной). В результате двух проведенных испытаний и замеров электрического сопротивления видно, что .эти фундаменты имеют достаточное сопротивление и могут быть использованы для железнодорожных участков постоянного тока.

3. Исходя из условия технологичности изготовления и установки анкерных болтов в каркас к применению рекомендуются фундаменты с Г-образными анкерными болтами.

Председатель комиссии:

Специалист ЦЭ МПС РФ

И.А. Глущенко

Члены комиссии: Инженер ОАО «ЦНИИС»

А.А. Прямицьш

Главный инженер ОАО «Толмачевский завод ЖБ и МК»

Н.И. Ляхович

Начальник ПТО ОАО «Толмачевский завод ЖБ и МК»

В.А. Кошин

Ведущий технолог ОАО «Толмачевский завод ЖБ и МК»

Ю.Г. Мельник

ЖУРНАЛ №. ' JO, Of.02. f&r&H /ъссле. fit Л*

Наименование конструкции испытаний ж.'б конструкций

Г<РА 9 ~ С Сжуое^е ССА 140.6-3

Схема испытаний н* ГО£Т - М

Сила

Да ал. атм.

Выдержка ыин.

Прогибы » точках Atfrf А

Трещины

ММ

Заключение.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сформулировать следующие основные выводы:

1. Использование экосистемного подхода к решению задач данного исследования позволило четко выделить ОККС, как компоненту природно-технической системы - «Электрифицированная железная дорога», выявить взаимосвязи между опорными конструкциями и другими элементами системы, оказывающими влияние на рассматриваемую часть природно- технического комплекса - фундаменты опор контактной сети; эффективно управлять параметрами состояния (материал- изделие- конструкция- контактная сеть) и обеспечить функциональную безопасность, долговечность и надежность, а также пути повышения эффективности развития не только самих ОККС, но и системы в целом.

2. Разработано новое конструктивное решение фундамента с анкерным креплением опор контактной сети (в том числе для участков постоянного тока), которое заключается в изоляции замоноличенных анкерных болтов от тела бетона с помощью термоусаживаемых трубок ТУТ и обеспечивает увеличение электрического сопротивления ОККС в 3,5-100 раз по сравнению с нормируе мым для типовых конструкций (10 кОм).

3. Замоноличивание анкерных болтов (по сравнению с установкой болтов-шпилек в каналы оголовков фундаментов) позволяет исключить: образование трещин вдоль анкерных болтов, возникающих из-за размораживания каналов, обеспечить требуемое проектное положение фундамента при его сооружении (расстояние между УТР и УОФ) независимо от очертания поверхнти грунта, в том числе в междупутьях, улучшить условия монтажа и качество крепления опор к фундаментам.

4. Уточнена методика расчета несущей способности фундаментов и опор контактной сети в грунте путем учета степени влияния дополнительных факторов на прочность их закрепления, что позволило добиться увеличения несущей способности на 25-30%.

5. Разработана многофункциональная программа, которая позволяет рассчитать несущую способность фундамента по грунту (нормативный момент М/) в зависимости от целого ряда исходных данных. Использование такой специализированной программы позволит исключить субъективные оценки результатов при проектировании, снижающие устойчивость опорных конструкций в грунте и существенно облегчить труд проектировщиков.

6. С использованием этой программы разработан новый альбом «Условия закрепления фундаментов и опор контактной сети для обычных грунтовых условий» (№ 2190), утвержденный Департаментом электрификации и электроснабжения МПС России. К настоящему времени альбом внедрен более чем в 20 проектных, строительных и эксплуатационных организациях.

7. Разработаны варианты замены дефектных опор и определены области их рационального применения:

- при выборочной (одиночной) замене опор наиболее целесообразно использование трех «окон» малой продолжительности (1,5-2 часа);

- при сплошной замене опор наиболее эффективно использовать три «окна» большой продолжительности (6 и более часов);

- при использовании существующих средств механизации (виброагрегат и железнодорожный кран) наиболее целесообразно применение базовой технологии - с установкой новых опор рядом с демонтируемой;

- в перспективе предусмотрено внедрение механизмы нового типа (МРКС), выполняющие основные строительные работы по разработке котлованов и установке опор с одновременной обратной засыпкой и уплотнением грунта в пазухах котлованов;

- при технологии установки опор (рядом с демонтируемой) в одно « » большой продолжительности работы по демонтажу опор могут быть выполнены в дополнительно предоставляемые задельные «окна».

8. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологии, механизмов и оборудования для производства строительных работ при реконструкции контактной сети.

9. Использование предложенных конструктивных, аналитических и технологических решений позволяет увеличить срок службы ОККС до 70 лет, повысить долговечность фундаментов для участков постоянного тока на 40%, увеличить прочность заделки ОККС в грунте на 25-30% и на 15% снизить трудозатраты на выполнение строительно-монтажных работ при обновлении контактной сети.

Экономический эффект от внедрения предложенных технических решений составил 92126 тыс. руб. в год, при расчетном сроке окупаемости затрат-1,92 года.

1. И.П. Исаев, А.В. Фрайфельд. Беседы об электрической железной дороге. М.: Транспорт, 1989, 359с.

2. И.И. Викторов. Требования, предъявляемые к пути высокоскоростным движением. НИИ пути и строительства НКПС. М.: Трансжелдориздат, 1937, 40 с.3. 50 лет электрификации железных дорог СССР. Под ред. С.М. Сердинова. М.: Транспорт, 1976, 239с.

3. Концепция модернизации устройств электроснабжения железных дорог. М.: ЦЭ МПС РФ. 1999, 152с.

4. А.А. Кудрявцев. Несущая способность опорных конструкций контактной сети. М.: Транспорт, 1988, 160с

5. А.А. Орел, В.И. Подольский. Железобетонные фундаменты и опоры контактной сети повышенной эксплуатационной надежности. М.: Транспортное строительство, № 2, 1998, с. 21.

6. А.А. Орел. Изготовление высоконадежных фундаментов и опор контактной сети для электрифицированных железных дорог. М.: Транспортное строительство, № 5, 1999, с. 15.

7. А.А. Орел. Железобетонные опоры контактной сети и автоблокировки с новым видом армирования. М.: Труды ЦНИИС № 206, 2001, с. 49.

8. Проект 0351.1. «Металлические опоры контактной сети из гнутых профилей», ОАО ЦНИИС.

9. A.JI. Вайнштейн, А.В. Павлов. Коррозионные повреждения опор контактной сети. М.: Транспорт, 1988, 111с.

10. Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт. Электроснабжение железных дорог. Выпуск 1-2. М.: ЦНИИТЭИ, 1998, 76с

11. А. А. Орел, Ю. С. Рягузов, В. П. Шурыгин, В. Я. Кулага, Д. Г. Чуриков. Новые методы закрепления опор контактной сети. Обзорная информация. М.: ЦНИИТС, 1973, 22с.

12. А.А. Прямицын. Конструкция фундамента с термоусаживаемыми трубками для защиты анкерных болтов от электрокоррозии. М.: Транспортное Строительство № 3, 2003, с. 12-15.

13. В.П. Шурыгин. Методические рекомендации по закреплению опор контактной сети в особых геологических условиях. М.: ЦНИИС, 1972, 58с.

14. Справочник по проектированию контактной сети электрических железных дорог. М.: Трансэлектропроект, 1958, 120с.

15. Типовые узлы и детали контактной сети электрических железных дорог. Основные типовые решения 4.501-26. № 1087. М.: Трансэлектропроект, 1977, 194с.

16. ВСН 116-65. Технические указания по технологии производства строительных и монтажных работ при электрификации железных дорог. М.: Минтрансст-рой СССР, 1966,352с.

17. Экспресс-информация. Железные дороги. Искусственные сооружения транспортных магистралей. № 34. М.:ВИНИТИ, 1989, с. 4-9.

18. Железные дороги мира. № 5. М.: Транспорт. 1990, с.56-57.

19. Экспресс-информация. Путь и строительство железных дорог. № 9. М.: ВИНИТИ, 1986, с. 9.

20. Экспресс-информация. Путь и строительство железных дорог. № 1. М.: ВИНИТИ, 1994, с. 4-9.

21. А.А. Орел, Ю.С. Рягузов, А.И. Шелест, В.П. Шурыгин. Опорные конструкции контактной сети. Обзорная информация. М.: ЦНИИТС, 1977, 38с.

22. Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт за рубежом. Серия III. Электрификация. Автоматика и связь. АСУ. Выпуск 2. М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1993, с. 14-18.

23. Железные дороги мира. № 3. М.: Транспорт 1993, с.25.

24. Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт за рубежом. Серия III. Электрификация. Автоматика и связь. АСУ. Выпуск 2. М.: ЦНИИТЭИ, 1997, с.

25. Экспресс-информация. Железнодорожный транспорт за рубежом. Серия III. Электрификация. Автоматика и связь. АСУ. Выпуск 4. М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1993, 32с.

26. СТН ЦЭ 141-99. Нормы проектирования контактной сети. М.: МПС РФ,2001, 175с.

27. Машины и механизмы, применяемые в хозяйстве электроснабжения железных дорог России. Каталог. Департамент электрификации и электроснабжения МПС РФ. М.: Транспорт, 2001,48с.

28. А.А. Цернант. Методологические основы создания технологий третьего тысячелетия для транспортного строительства. Труды ЦНИИС № 203. М.: 2000г, С. 17-27.

29. Г.С. Рояк. Внутренняя коррозия бетона. М.: Труды ЦНИИС, Выпуск № 210,2002, с. 20.

30. Ведомственные строительные нормы. Правила назначения классов капитальности железнодорожных зданий и сооружений. М.: МПС РФ, 1991, 29с.

31. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции. Нормы проектирования.

32. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции.

33. СТН ЦЭ 12-00. Нормы по производству и приемке строительных и монтажных работ при электрификации железных дорог (устройства контактной сети). М.: Трансиздат, 2000 г. 87 с.)

34. Технологические карты на работы по содержанию и ремонту устройств контактной сети электрифицированных железных дорог. Книга 1. Капитальный ремонт. М.: МПС РФ, 1997, 524с.

35. А.А. Цернант, В.И. Шмидт. Научное сопровождение, как элемент системы качества в мостостроении. Вестник Российской Академии транспорта (PAT). Отделение транспортного строительства. Том 2. С.-П.: 2001, с. 86-98.

36. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике.

37. А.П. Юшкевич, А.И. Гуков. Техническая документация на контактную сеть КС-200. ТД КС-200. С.-П. 2000 г. с. 11, 12.

38. В.Е. Кудряшов, В.В. Мунькин. Основные технические требования к контактной сети для скоростей движения до 160 км/ч на переменном токе 25,0 кВ на перегоне (КС-160-25).- С.П. 1999 г. 7с.

39. А.П. Юшкевич, В.Е. Кудряшов. Основные технические требования к контактной сети для скоростей движения до 160 км/ч на постоянном токе (КС-160-3). С.П. 1999 г. 7с.

40. В.А. Персианов, К.Ю. Скалов, Н.С. Усков. Моделирование транспортных систем. М.: Транспорт, 1972, с. 15-28.

41. В.В. Шашкин, Г.П. Карзов. Надежность в машиностроении. Справочник 1/Н17. С.-Пб.: Политехника, 1992. с. 18-30.

42. А.В. Фрайфельд, И.А. Марков, А.С. Бондарев. Устройство, сооружение и эксплуатация контактной сети и воздушных линий. М.: Транспорт, 1989, 462с.

43. Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети. МПС РФ. М.: Трансиздат, 1996, 15-17, 62-63 с.

44. Т.Г. Кравченко, Е.Е. Голубовская. Влияние переменного тока промышленной частоты на коррозионную стойкость стальной арматуры. Коррозионно-стойкие бетоны и железобетонные конструкции. НИИЖБ. М.:1981. с. 81-89.

45. В.И. Подольский, Е.А. Баранов. Опорные конструкции контактной сети. Диагностика опор и фундаментов. Защита от коррозии. М.: 1997. с. 7.

46. Э.Е. Асс, А.И. Братякин. Руководство по соединению сигнально- блокировочных кабелей с применением радиационно-модифицированных термоусажи-ваемых трубок. М.: ВНИИТС, 1984. с. 4-7.

47. Инструкция по проектированию железобетонных конструкций. М.: Госстрой СССР, 1968, с. 244,266.

48. Е.П. Крюков, К.С. Завриев, Г.С. Шпиро. Исследование несущей способности фундаментов опор контактной сети. Труды ЦННИИС, Выпуск 39. М.: Трансжелдориздат, 1960, 216с.

49. С.М. Кудрин. Устойчивость опор в грунтах. О.Н.Т.И. Главная редакция энергетической литературы, 1936.

50. G. Sulzberger. Bericht uber die Erprobung der Fundamente von Freileitungstragswerken in Gosgen. Bulletin des Schweizerischen Elektrotechnischen Vereins, №5 und 7,1924.

51. Исследование конструкций контактной сети и методов их расчета. Под ред. В.П. Шурыгина. Труды ЦНИИС, Выпуск 73. М.: Транспорт, 1969, 119с.

52. Василянский A.M., Чучев А.П., Литовченко В.И , Жиженков А.Ф. Технология монтажных работ при реконструкции контактной сети постоянного тока по проекту КС-200. М.: Труды ЦНИИС выпуск № 206, 2001, с. 6.

53. Подольский В.И. Нужна гибкая стратегия замены опор. М.: Локомотив, 2001. №3, С. 42.

54. Орел А.А., Прямицын А.А. Рациональная технология замены опор при модернизации контактной сети. М.: Труды ЦНИИС, Выпуск № 206, 2001, 17-29с.

55. Сунгуров Г.Г., Подольский В.И. Замена железобетонных опор в одно «окно». М.: Локомотив, 2001. № 3, С. 44.

56. Руководство по оценке экономической эффективности использования в дорожном хозяйстве инноваций и достижений научно-технического прогресса. М.: Росавтодор, 2002, с. 9.

57. Методика расчета экономической эффективности новой техники в машиностроении. Л.: Машиностроение, 1967, 499с.

58. Правила устройства и технической эксплуатации контактной сети. ЦЭ-868. М.: Трансиздат, 2002, 184с.