Введение к работе
Актуальность темы
Актуальность темы исследования обусловлена состоянием аэродромной сети Российской Федерации. На многих аэродромах проектный срок службы аэродромных покрытий подходит к окончанию или исчерпан. При обследовании конструкций отмечается большое количество дефектов различного вида и происхождения. Для приведения покрытий в работоспособное состояние, отвечающее требованиям безопасности и регулярности воздушных перевозок, и продления срока службы необходимо выполнять ремонтные работы, которые обеспечат соответствующее эксплуатационно-техническое состояние конструкций. Эффективность ремонтных мероприятий во многом зависит от правильной оценки процессов разрушения жестких аэродромных покрытий. При этом, как показывают результаты мониторинга состояния покрытий, несмотря на регулярность восстановительных работ, общее количество дефектов с течением времени увеличивается, что свидетельствует об актуальности исследования вопроса сохранения эксплуатационных качеств аэродромных покрытий в процессе их эксплуатации.
Эффективная стратегия выполнения восстановительных работ способна обеспечить увеличение межремонтных сроков покрытия, а следовательно, и его долговечность. При этом ее основой должны быть результаты предварительного исследования фактического состояния конструкции.
Актуальность диссертационной работы обусловлена необходимостью обобщения уже существующей информационной базы и ее расширения путем выполнения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований, использования статистических данных по реальным объектам, а также разработки общего алгоритма оценки технического состояния конструкции.
Степень разработанности темы исследования
Выполнение мониторинга и дополнительных натурных и лабораторных исследований обеспечивают достаточный объем сведений о текущем состоянии конструкции, однако на сегодняшний день в теории и практике отсутствует общий подход, позволяющий свести такую информацию в единую систему, максимально полно характеризующую эксплуатационно-техническое состояние покрытий. При этом возможные причины разрушений верхнего слоя жестких покрытий разработаны достаточно детально, однако их комплексный анализ и систематизирование
взаимных причинно-следственных связей не выполнялись. Без результатов таких исследований любые предложения по сохранению эксплуатационных качеств покрытия будут малоэффективными.
Цель работы
Целью диссертационной работы является применение системного подхода при оценке эксплуатационного состояния жестких покрытий аэродромов, учитывающего многофакторность процесса их разрушения.
Задачи исследования
-
Анализ существующей информационно-аналитической базы по оценке эксплуатационного состояния жестких покрытий аэродромов и ее обобщение.
-
Разработка новых методик и алгоритмов для определения текущего эксплуатационно-технического состояния (ЭТС) жестких покрытий аэродромов и прогнозирования изменения состояния последних во времени.
-
Исследование влияния различных видов повреждений на эксплуатационно-техническое состояние жестких покрытий аэродромов, поиск критерия значимости дефектов и выполнение их ранжирования относительно степени влияния на конструкцию.
-
Разработка рекомендаций выбора технических решений при выполнении ремонта жестких покрытий способом устройства ремонтных вставок.
-
Разработка алгоритма комплексного анализа эксплуатационно-технического состояния жестких покрытий аэродромов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Сформирована новая система классификации жестких дефектов, способствующая комплексному анализу эксплуатационно-технического состояния жестких покрытий.
-
Представлены данные мониторинга состояния жестких покрытий за последние 7 лет и их обобщенный анализ, содержащие достоверную информацию, полученную сотрудниками ФГУП ГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» и лично автором.
-
Предложен аппарат причинно-следственных связей развития дефектов.
-
Теоретически доказана объективность напряженно-деформированного состояния конструкции как критерия значимости дефекта путем рассмотрения ряда теоретических исследований НДС конструкции с различными дефектами.
-
Представлены результаты теоретических исследований НДС жестких покрытий с различными видами явных и скрытых дефектов последних.
-
Выполнено ранжирование дефектов аэродромных покрытий, рассматриваемых в зависимости от изменения НДС последних.
-
Выполнено теоретическое исследование совместной работы жестокого покрытия и ремонтного вкладыша.
-
Разработаны положения по выполнению мониторинга состояния жестких аэродромных покрытий, регламентирующие количественные и качественные показатели дефектов жестких аэродромных покрытий.
-
Предложен алгоритм комплексного анализа эксплуатационно-технического состояния жестких аэродромных покрытий.
На защиту выносятся
-
Новая система классификации дефектов жестких аэродромных покрытий.
-
Блок-схемы структуры причинно-следственных связей формирования конечного дефекта покрытия и их классификация.
-
Результаты выбора критерия значимости дефектов и ранжирования последних по степени их влияния на конструкцию.
-
Результаты теоретических исследований напряженно-деформированного состояния (НДС) жестких конструкций со следующими дефектами: снижение толщины жесткого слоя, разуплотнение искусственного основания, зазор между слоями конструкции, трещина в нижнем жестком искусственном слое, ледяная прослойка между слоями конструкции.
-
Результаты теоретических исследований НДС жестких конструкций с ремонтными вставками переменных параметров (размеры в плане и толщина).
-
Рекомендации по выбору оптимальных размеров ремонтных вставок.
-
Результаты экспериментальных данных мониторинга жестких конструкций аэродромов Российской Федерации.
-
Предложения по дополнению существующей нормативной базы в части закрепления в ней положения о регулярности выполнения мониторинга состояния аэродромных покрытий и определения ряда количественных показателей разрушения последних по натурным данным.
-
Алгоритм комплексного анализа технического состояния жестких покрытий, основанный на применении системного подхода обработки информационных данных.
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов, изложенных в работе, подтверждается:
1) экспериментальными данными визуальных, лабораторных и
инструментальных обследований аэродромных покрытий;
2) теоретическими исследованиями изменения НДС аэродромных
покрытий способом компьютерного моделирования в программном
расчетном комплексе ANSYS.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в том, что разработанные автором на основе системного подхода рекомендации по применению результатов исследования позволят выполнять комплексное обследование эксплуатационно-технического состояния аэродромных покрытий, рассматривая конструкцию покрытия, дефекты и взаимное влияние их друг на друга как единую систему. Использование рекомендаций позволит точнее прогнозировать ЭТС покрытий и выбирать методы ремонта, позволяющие увеличить срок службы.
Реализация результатов работы
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования.
Материалы диссертации были использованы ФГУПГПИ и НИИ ГА «Аэропроект» при разработке «Проекта единой методики оценки технического состояния искусственных аэродромных покрытий».
Апробация работы
Основные результаты исследований доложены:
на 73 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ в 2015 году.
на 74 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ в 2016 году.
Публикации
По результатам исследования опубликованы девять печатных работ, в том числе пять в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 180 страниц машинописного текста, в том числе 19 таблиц, 75 рисунков. Список литературы включает 112 наименований, из них 8 на иностранных языках.