Введение к работе
Актуальность работы.
Оценка несущей способности железобетонных опор контактной сети необходима для обеспечения надежного электроснабжения подвижного состава и безопасности движения поездов. Для определения состояния и несущей способности опор особое значение имеют такие параметры как толщина защитного слоя бетона и диаметр стальной арматуры. Толщина защитного слоя бетона определяет долговечность конструкций, а диаметр и марка стальной арматуры в значительной степени влияют на несущую способность железобетонных опор контактной сети, и, следовательно, на надежность опор контактной сети. Поэтому весьма актуальным является разработка метода контроля положения стальной арматуры по сечению железобетонных опор контактной сети.
В настоящее время известно несколько методов контроля положения стальной арматуры в бетоне, среди которых наибольшее распространение получили электромагнитные методы контроля толщины защитного слоя бетона и диаметра арматуры. Однако, эти методы, обладающие простотой и возможностью применения в полевых условиях, обладают существенным недостатком и имеют ограниченное применение. Этот недостаток состоит в том, что существующие электромагнитные методы позволяют определять толщину защитного слоя бетона и диаметр арматуры только при стандартном расположении стержней арматуры в сечении конструкций и одинаковом диаметре и марке стали стержней. В некоторой степени этот недостаток при нестандартном расположении стержней может частично преодолен за счет построения тарировочных зависимостей с использованием фрагментов арматурного каркаса конструкций.
Однако отмеченная сложность практически непреодолима при применении в конструкциях смешанного армирования, предполагающего использование в конструкциях арматуры разных диаметров и марок стали и расположенных в сечении на расстояниях между собой, при которых сказывается их взаимное влияние при использовании существующих методов электромагнитных измерений.
Именно к таким конструкциям со смешанным армированием относятся применяемые в настоящее время на электрифицированных железных дорогах опоры контактной сети. В данных опорах использовано проволочное армирование из высокопрочной арматуры, расположенной во многих случаях случайным образом, и стержневое армирование. Поэтому при таком армировании неприемлемыми становятся существующие электромагнитные методы. Об этом со всей очевидностью подтвердила практика контроля положения арматуры в опорах при осуществлении выходного контроля опор на участках обновления контактной сети.
Цель работы.
Основной целью диссертационной работы является достоверное определение толщины защитного слоя бетона (расстояние от внешней поверхности железобетонных опор до металлической арматуры) и диаметра арматуры железобетонных опор контактной сети со смешанным армированием.
Задачи исследования.
Задачами исследования являются разработка электромагнитного метода контроля положения арматуры опор контактной сети при смешанном армировании, разработка и выбор наиболее эффективных способов электромагнитных измерений, методик расчетов, алгоритмов, выбор и обоснование целесообразных частотных диапазонов электромагнитного поля, а также создание устройства, определяющего толщину защитного слоя бетона при смешанном армировании.
Объект исследования.
Объектом исследования являются железобетонные опоры контактной сети со смешанным армированием.
Предмет исследования.
Электромагнитный метод контроля толщины защитного слоя бетона и диаметра арматуры железобетонных опор контактной сети.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием алгоритмов и методов математической статистики. Количественные оценки, настройка и тестирование систем и алгоритмов измерений проведены с помощью современных средств автоматизации
вычислений. Использованы также методы экспериментальных исследований опытных образцов.
Научная новизна работы:
Выбран и предложен способ и устройство, позволяющие измерять толщину защитного слоя бетона и диаметр стальной арматуры при смешанном армировании, основанный на использовании способа непосредственного измерения частоты магнитного поля. Определены особенности электромагнитных процессов в арматуре опор при измерении электромагнитным методом;
разработаны и предложены методы построения электромагнитных датчиков для способа непосредственного измерения частоты электромагнитного поля при определении расположения металлической арматуры железобетонных опор контактной сети;
установлен частотный диапазон измерений для определения положения и состояния арматуры различных диаметров;
предложен алгоритм проведения измерений и методика обработки данных для определения толщины защитного слоя бетона и состояния металлической арматуры железобетонных опор контактной сети, заключающийся в использовании калиброванной прокладки и проведении измерений на низкой и высокой частоте с последующей математической обработкой.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена теоретическим обоснованием и экспериментальной проверкой материалов исследований.
Практическая ценность. Предложенный способ, устройство и методика позволяет достоверно оценить положение арматуры в железобетонных опорах контактной сети, что исключает использование опор с нарушенной толщиной защитного слоя и насыщение сети бракованными опорами.
За счет достоверного определения толщины защитного слоя бетона опор достигается уменьшение эксплуатационных затрат.
Результаты, выносимые на защиту:
Достоверное определение состояния и расположения металлической арматуры железобетонных опор контактной сети:
теоретические и экспериментальные результаты по разработке способа и
прибора определения толщины защитного слоя бетона и состояния арматуры;
разработка принципов построения электромагнитных датчиков;
алгоритм измерения и обработки данных определения толщины
защитного слоя бетона при смешанном армировании;
технические требования к созданию прибора.
Апробация работы. Основной материал диссертации представлен в научных докладах, которые обсуждались на:
научных конференциях молодых учёных и аспирантов ВНИИЖТ в 2005, 2006 и 2008 годах, г. Щербинка;
научно-технических советах комплексного отделения Тяговый подвижной состав и электрификация ВНИИЖТ, в 2003 - 2008 годах, г. Москва.
Публикации
По результатам исследования опубликованы 6 печатных работ, в том числе в ведущих рецензируемых научных изданиях, определённых ВАК Минобрнауки России - 2.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав основного удержания, заключения, списка литературы в составе 35 наименований. Диссертация изложена на 62 страницах основного текста, содержит 26 зисунков, 5 таблиц.
