619

дов. На сегодняшний день такая технология отсутствует. Единственным способом изменения состава от заложенной расписанием схемы является добавление факультативных вагонов. Однако эта мера лишь в небольшой степени позволяет своевременно реагировать на увеличение спроса на перевозки, и используется она только в периоды возрастания пассажиропотока (летние месяцы, праздничные дни). В случае же если пассажиропоток невелик, курсируют наполовину пустые вагоны. Особенно это касается купейных вагонов, СВ и вагонов экономкласса, которые по указанию ФПД из состава исключать не разрешается. Все это негативно сказывается на уровне населенности поездов, что не позволяет повысить эффективность работы пассажирского сектора дальнего следования. Отцепка вагонов от состава производится крайне редко. При этом теоретического обоснования каждой из предпринимаемых управленческих мер на сегодняшний день не существует. Оперативное решение по изменению состава зависит от мнения одного-двух работников и принимается «на глазок». Лишь в силу опыта этих сотрудников удается хоть как-то приблизить коэффициент использования вместимости вагонов к удовлетворительному уровню.

Таким образом, если мы хотим сделать пассажирский комплекс инвестиционно привлекательным бизнесом и развить конкуренцию в этом секторе, то необходимо не только надеяться на государственные дотации, но и научиться разумно их тратить. Работу пассажирского транспорта нельзя рассматривать только с позиций улучшения обслуживания населения. Не менее важной задачей является повышение качества эксплуатационной работы с целью эффективного использования подвижного состава и уменьшения себестоимости перевозок.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. В.М. Ушаков

Саханкова П.Ю., Батенева А.Ю.

(факультет «Управление процессами перевозок»)

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ГРАФИКА ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ СТАНЦИИ ИНСКАЯ

График движения поездов (ГДП) является основным технологическим документом, регламентирующим и увязывающим работу всех подразделений ЖДТ, обеспечивает равномерность поступления поездов на станции и его невыполнение ведет к ухудшению работы всех ТЛ станции. В настоящее время ГДП строго не выполняется, поезда отправляются не по графиковым временам, а по временам готовности к отправлению, и, следовательно, прибывают на следующую станцию уже с отклонением от графика. Неравномерность поступления грузовых поездов имеет достаточно существенное отрицательное влияние на качество работы станции Инская (возрастают простои составов в парках станции. Интервалы поступления поездов, заложенные в Графике движения поездов, более равномерны, а фактически поезда на станцию прибывают неравномерно, и в отдельные моменты суток поезда идут пачками по 4–5 поездов одной категории с минимальным интервалом, а в другие — интервал между ними достигает 40 и более минут.

Разборочные поезда, поступая неравномерно в ПП, создают очередь в ожидании обработки бригадами ПТОВ, что впоследствии может увеличивать и время ожидания расформирования составов с горки, тем самым оказывая влияние на общий простой в ПП. Существенное влияние на время простоя в парке приема также оказывает время ожидания обработки составов бригадами ПТОВ. Бригады пункта технического обслуживания вагонов на Инской специализированы по категориям прибывающих поездов. При поступлении поезда одной из категорий его обслуживает конкретная, специализированная на данную категорию поезда бригада вагонников. С учетом того, что в некоторые периоды времени, поезда поступают пачками (по 4–5 поездов одной категории), время ожидания обработки составов бригадами ПТОВ значительно увеличивается. На основе исследования работы бригад ПТОВ с помощью методов математического моделирования было выяснено, что обработку составов выгоднее производить двумя, жестко не специализированными бригадами.

Таким образом, уменьшить отрицательное влияние неравномерности входящего потока разборочных поездов можно с помощью более строгого соблюдения графика движения грузовых поездов и внедрения более рациональной технологии работы, в частности обработки составов бригадами, жестко не специализированными по категориям прибывающих поездов. В настоящее время грузовые поезда не только прибывают неравномерно, но и отправляются не по ниткам графика, а по временам готовности составов к отправлению с учетом времени ожидания поездных локомотивов.

Таким образом, при существующей технологии работы значительные простои составов в ожидании поездных локомотивов и в ожидании отправления. Это оказывает отрицательное влияние на предыдущие технологические линии сортировочной системы: на сортировочный парк — из-за большой загрузки путей парка отправления увеличивается время ожидания перестановки сформированных составов из СП; это в свою очередь оказывает негативное влияние на загрузку путей СП, в дальнейшем на работу сортировочной горки и в конечном итоге на парк приема (увеличивается загрузка его путей и возникает невозможность приема в парк разборочных поездов).

Чтобы оценить, как изменился бы простой в парке отправления, была смоделирована его работа с учетом отправления поездов своего формирования по ниткам ГДП. Простои составов в ожидании отправления за-

13

метно сократились, следовательно, снизилась загрузка путей в парке при том же количестве составов. Так, загрузка путей парка отправления фактически составляет порядка 87 % при отправлении 27 составов, а при отправлении по ниткам графика загрузка путей около 50 % при тех же 27 составах. В парке отправления фактически в среднем находится 9 составов, а при отправлении составов по графику 5 составов. При отправлении поездов своего формирования по ниткам графика движения увеличивается пропускная способность станции и, следовательно, это позволит разгрузить сортировочный парк и горку. Простой в парке отправления при существующей технологии составляет 3,1 ч, а при отправлении по ниткам графика 1,7 ч. Экономия времени в среднем на состав составляет 1,4 ч или порядка 25 тыс. р. за смену.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Н.Б. Александрова

Хорунжин С.Ю.

(факультет «Управление процессами перевозок»)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЗОК ВОСПРИНИМАЕМЫХ ГРУЗОМ И КРЕПЛЕНИЕМ

В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ

Совершенствование условий перевозок грузов напрямую зависит от правильности разработанных технических условий размещения и крепления грузов в вагонах. Определение усилий в креплении представляет собой целый класс достаточно сложных и разнообразных по характеру прикладных задач, которые могут быть решены с помощью расчетных схем и математических моделей, описывающих реальный физический процесс нагружения системы »груз-крепления-вагон», составленных на основе классических методов прикладной механики и современных вычислительных средств. Однако прежде, чем рекомендовать полученные результаты к практическому применению необходимо их проверить в натурных условиях. С этой целью на учебном полигоне СГУПС построен ударный стенд, позволяющий осуществлять ударные испытания.

Для определения реальных нагрузок, действующих на груз и крепление, при маневровых соударениях вагонов проводятся ударные испытания железобетонных плит. Процесс измерения ударных нагрузок представляет собой сложную техническую задачу, поскольку к измерительному каналу предъявляются требования по определенным частотным характеристикам и линейности. Поэтому выбор измерительной и регистрирующей аппаратуры зависит от временной характеристики исследуемого процесса.

Для проведения ударных испытаний в натурных условиях необходим комплект аппаратуры, способный функционировать в условиях действия низких температур и больших (до 10 g) импульсных ускорений. Кроме того, вследствие кратковременности процесса удара, требуется достаточно высокая (до 1000 измерений на канал в секунду) скорость регистрации данных. С другой стороны, кроме быстропротекающих процессов аппаратура должна отслеживать и процессы меньшей интенсивности (единицы секунд) — например, колебания платформы. Для этого нижняя граница полосы регистрируемых частот должна начинаться от 0 Гц. Это гарантирует измерение и статической и динамической составляющих измеряемых величин.

Вкачестве первичных преобразователей для системы сбора данных выбраны специально разработанные для исследования соударения транспортных средств акселерометры, созданные на основе микросхем ADXL321 фирмы ANALOG DEVICES.

Вкачестве силоизмерительных датчиков выбраны поставляемые российской фирмой тензорезисторные датчики модели «Мерадат К-16А», предназначенные для использования в действующих устройствах измерения силы, регистрирующие как статические, так и динамические нагрузки.

Для усиления сигнала использовано устройство МДУ-8, представляющее собой 8-канальный дифференциальный усилитель, позволяющий передавать усиленные сигналы на расстояние до 300 м, улучшать их помехазащищенность.

Датчики перемещения рулеточного типа необходимы для регистрации перемещения груза и возникающей в определенных условиях «несимметрии» перемещений груза при ударных испытаниях. Они обладают малой инерционностью, широким диапазоном измеряемых перемещений (от 1 мм до 1 м) и точностью измерений порядка 0,1 %.

Сигналы от всех перечисленных выше датчиков через кабели поступают на многоканальный аналогоцифровой преобразователь (АЦП) L-CARD E-440, который конфигурируется при подключении к персональному компьютеру с использованием соответствующего специально разработанного программного обеспечения.

Система измерения скорости движения вагона представляет собой комплект постоянных магнитов, равномерно наклеенных на обод колеса на равных расстояниях друг от друга и магнитоуправляемый контакт (геркон) расположенный в зоне перемещения магнитов при вращении колеса. Вращение колеса приводит к перемещению магнитов, в результате которого происходит периодическое срабатывание магнитоуправляемого контакта.

Данные эксперимента обрабатываются по алгоритму, определяемому исследователем, при помощи специализированного программного обеспечения, создаваемого на основе NI LabVIEW (National Instruments Laboratory

14

Virtual Instrument Engineering Workbench) — среды прикладного графического программирования, используемой в качестве универсального инструмента для регистрации данных, получаемых при проведении физического эксперимента и их дальнейшего анализа.

Все измерительные средства внесены в Государственный реестр средств измерений РФ.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Е.Д. Псеровская

Язова Н.В.

(факультет «Управление процессами перевозок»)

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛОКОМОТИВОВ ДЛЯ ВОЖДЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПОВЫШЕННОГО ВЕСА И ДЛИНЫ

Преодоление горных перевальных участков местности между реками вызывает необходимость проектирования магистральных линий с повышенными руководящими подъемами. Это приводит к снижению веса грузовых поездов и к ухудшению степени использования локомотивов на большом протяжении магистральных железнодорожных линий. В то же время, применение подталкивания позволяет повысить средний вес грузовых поездов в целом не только на рассматриваемых участках с руководящими подъемами. Эффект от повышения веса грузовых поездов за счет сокращения размеров движения и улучшения степени использования локомотивов и локомотивных бригад достигается на всем пути следования сформированных грузовых поездов по всей магистральной железнодорожной линии, вплоть до пунктов назначения.

Для более точной и более наглядной оценки эффективности применения подталкивания, оценим следующие категории показателей в характере прибывающих грузовых поездов отдельно для грузового и отдельно для порожнего направлений следования вагонопотоков, строго вмещающихся в пределах полезной длины станционных путей.

А. Суммарная вероятность появления составов грузовых поездов самого различного веса: в интервале от 1 до

Qmax т.

Б. Суммарная вероятность появления определенного количества вагонов, пропущенных в зависимости от самой различной фактической величины нормы веса составов грузовых поездов.

В. Суммарная вероятность появления различного количества вывезенных тонн груза в поездах для заданного грузового и порожнего направления.

Для более полной характеристики при различных значениях диапазона веса грузовых поездов для участков с применением подталкивания были оценены значения суммы вероятностей долей в весе грузовых поездов и в сумме числа отправленных вагонов для груженого и для порожнего направлений.

Исследования показали, сто сумма вероятностей для грузового и порожнего направлений значительно различаются между собой в зависимости от величины нормы веса формируемых грузовых поездов. Причем, для любых значений нормы веса грузовых поездов в порожнем направлении сумма вероятностей оказывается больше, по сравнению с груженым направлением. Кроме того, для любого диапазона веса поездов сумма вероятностей в числе отправленных вагонов оказывается больше, по сравнению с долей в суммарной величине веса грузовых поездов. Вызвано это тем, что наличие легковесных груженых вагонов и порожних позволяет при имеющейся мощности локомотивов или норме веса грузовых поездов увеличивать число отправляемых вагонов, по сравнению со средним уровнем.

Для малых значений веса грузовых поездов кривая суммы вероятностей для порожнего направления возрастает в большой степени. При норме веса, в пределах до 1500 т, все грузовые поезда, как в грузовом, так и в порожнем направлении, будут примерно равны между собой. В то же время, в порожнем направлении в формируемых составах будет включаться большее количество вагонов, по сравнению с грузовым направлением. Поэтому при малой условной весовой норме веса в порожнем направлении в формируемых составах грузовых поездов будет перевозиться подавляющая доля в суммарном весе грузовых поездов, следуемых по магистральной железнодорожной линии.

Дальнейшее увеличение нормы веса грузовых поездов в порожнем направлении почти не вызывает увеличения суммы вероятностей как в числе отправленных вагонов, так и в сумме веса отправляемых вагонов. Вызвано это тем, что дальнейшее увеличение нормы веса при ограниченной длине станционных путей не вызывает увеличения веса и длины формируемых поездов в порожнем направлении.

В грузовом направлении имеется малая доля в вероятности отправления поездов малого веса. Поэтому и в суммарной вероятности будет малая доля в весе отправляемых грузовых поездов. В то же время, при увеличении нормы веса будет большая вероятность их появления и для большого веса. Поэтому при наличии большого веса поездов их суммарная вероятность быстро возрастает.

Полученные данные суммы вероятностей по участкам позволяют оценивать сферу применения подталкивания для грузового и для порожнего направлений. Так применение подталкивания оказывается нецелесообразным только при весе формируемых грузовых поездов до 4000 т, когда одиночный локомотив обеспечивает вождение

15

таких легких груженых поездов и порожних. При большом весе полносоставных поездов требуется применение подталкивания.

Статистические данные показывают, что в порожнем направлении применение подталкивания возможно только для 5 % всех формируемых поездов. В грузовом направлении требуется подталкивание более 90 % всех поездов, пропускаемых по магистральной железнодорожной линии.

Полученные данные могут быть использованы в дальнейшей оценке эффективной сферы применения подталкивания на конкретных участках с большими руководящими подъемами.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. А.В. Дмитриенко

16

СЕКЦИЯ «ПРОБЛЕМЫ ПРОЧНОСТИ ПУТИ»

Востриков К.В.

(факультет «Мосты и тоннели»)

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ В ЗАКРЕПЛЕННОЙ МЕТОДОМ НАПОРНОЙ ИНЪЕКЦИИ

Ж.Д. НАСЫПИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЕЗДОВ

Согласно норм при проектировании ж.д. насыпей необходимо учитывать динамическое воздействие от поездной нагрузки.

Усиленные в процессе реконструкции методом напорной инъекции насыпи имеют жесткие включения цементного раствора. На основании этого была поставлена задача — определить, влияет или нет закрепление насыпи на изменение распределения параметров колебаний при воздействии поездной нагрузки.

Исследований по определения характера распределений ускорений в закрепленной насыпи в литературе обнаружить не удалось.

Летом 2009 г. мною были проведены полевые опыты по рассматриваемой проблеме и были получены данные, показавшие некоторые отличительные закономерности в распределении ускорений в незакрепленной и закрепленной насыпях:

1.Найдена на основе результатов обработки экспериментальных исследований, проведенных в полевых условиях, функциональная зависимость изменения ускорения колебаний по высоте откоса по горизонтали и вертикали в поперечном направлении закрепленных и незакрепленных железнодорожной насыпей.

2.Вычисленное соотношение среднеквадратических горизонтальных и вертикальных ускорений колебаний в закрепленном откосе составляет 1,15…1,55. В незакрепленном грунте откоса это соотношение составляет 0,6…1,05. То есть вектор ускорения в откосе закрепленной насыпи имеет более горизонтальное направление.

3.Максимальные амплитуды ускорений в откосе закрепленной насыпи как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях наблюдаются при частоте около 50 Гц.

Научный руководитель д-р техн. наук, проф. Ю.П. Смолин

Регузов А.Н.

(факультет «Строительство железных дорог»)

ЗАЩИТА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ОТ СНЕЖНЫХ ЛАВИН

В докладе проводится обзор способов защит железной дороги от снежных лавин.

Лавина — это движение снежных масс со склона под действием силы тяжести, которое нарушает основное условие работы транспорта (безопасность движения). Основное понятие в лавиноведении это лавиносбор. Лавиносбор — это площадь, в пределах которой происходит образование, движение и остановка лавины, поэтому в пределах лавиносбора выделяют, зону зарождения, зону транзита и зону конуса выноса. Лавинозащитные сооружения могут располагаться в каждой из трех зон. Лавины могут быть от линии и от точки.

Принята классификация противолавинных мероприятий, согласно которой выделяется два класса:

1.Профилактические.

2.Инженерно-технические.

Профилактические мероприятия это, прежде всего:

–служба наблюдения и оповещения — создание системы сигнализации схода лавин;

–создание спеголавинных станций;

–искусственное обрушение лавин с помощью взрывов, механического или другого воздействия на снежный покров.

Основным способом защиты железнодорожных путей от лавин следует считать различные инженернотехнические мероприятия:

–предупреждение накопления снега на склоне — облесение плато и прилегающих склонов;

–ветрорегулирующие панели;

–предупреждение соскальзывания снега со склона;

–защита от движущихся лавин.

Защита от движущихся лавин может производиться путем устройств лавиноторморзящих, лавинонаправляющих и лавинозащитных сооружений, а также с помощью противолавинных галерей.

Следует отметить, что стоимость строительства инженерных сооружений возрастает в зависимости от того, где размещаются указанные конструкции.

Наиболее низкую стоимость имеют сооружения, располагаемые в зоне зарождения лавины (снегоудерживающие сооружения). Наиболее высокую стоимостью имеют сооружения в зоне конуса выноса лавины (противолавинная галерея).

17

Цель данного сообщения провести анализ вариантов защиты железной дороги от снежных лавин, с тем, чтобы в дальнейшей работе использовать для проведения физико-математического моделирования взаимодействия лавин с наиболее эффективными конструкциями лавинной защиты.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. С.С. Шевчук

18

СЕКЦИЯ «ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СИБИРИ»

Аношенко Д.А., Полянкин А.Г., Цибариус Ю.А.

(факультет «Мосты и тоннели»)

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ (БВР)

Целью данной работы является создание автоматизированного программного комплекса при подготовке проектной документации, путем постановки и решение оптимизационных задач. Оптимизационные задачи существенным образом зависят от количества критериев эффективности и их взаимосвязи.

При автоматизированном проектирование нахождение оптимальных конструктивных и технологических решений производиться с использованием методов как однокритериальной, так и многокритериальной оптимизации.

К указанным задачам в процессе проектирования можно отнести все геометрические построения тоннельных конструкций и, в какой-то мере, проблему выбора комплексов технологического оборудования. В данной работе решается однокритериальная оптимизационная задача, по распределению расчетного количества шпуров по площади поперечного сечения выработок при автоматизированном составление паспорта БВР. Задача размещения шпуров по площади забоя при условии расположения вруба в его центральной части осложняется тем, что очертания контура выработки могут быть самыми разными (круг, подкова, трапеция и др.).

Количество шпуров и тип вруба определяются в расчете и являются для описываемой задачи исходными данными. В качестве варьируемых параметров можно использовать линию наименьшего сопротивления, расстояние от подошвы выработки до вруба, размеры поперечного сечения и т.п. При разработке программ использованы возможности: AutoCAD2008, AutoLISP, Visual LISP и Visual Basic for Application, Delfi.

В докладе показаны результаты автоматизированного расчета параметров и паспорта БВР в который входят: схема расположения шпуров, конструкция зарядов шпуров, таблицы шпуровых зарядов и показателей взрывания.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Г.Н. Полянкин

Белан Е.С.

(факультет «Мосты и тоннели»)

МОНИТОРИНГ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Мониторинг строительных конструкций в настоящее время становится все более актуальной темой не только во всем мире, но и в России, так как быстрыми темпами развивается строительство новых уникальных сооружений. Мониторинг должен обеспечить надлежащее качество и надежность функционирования сооружений не только в процессе строительства, но и в течение всего срока службы.

В настоящее время существует несколько методик автоматической системы мониторинга конструкций. В данной работе сделан обзор проведенных исследований и полученных результатов, сформулирована тема диссертационных исследований.

Для выявления местных разрушений существует множество методов (визуальный осмотр, прокладка в теле конструкции волоконно-оптических элементов и т.д.). Интегральная оценка наиболее интересна, так как позволяет получить оперативную информацию о состоянии объекта за короткие отрезки времени в процессе эксплуатации объекта без организации специального эксперимента, не требует проведения специальных монтажных работ по установке оборудования (например, как при прокладке световолоконных элементов), и в то же время она легко позволяет осуществлять автоматический сбор информации о состоянии объекта и передачу данных в контролирующий центр сбора информации о состоянии строительных сооружений в регионе. Интегральная оценка возможна путем измерений углов наклона всей конструкции, определения угловой скорости наклона конструкции и определения модальных частот ее колебаний. Такая методика мониторинга разработана в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Методика заключается в измерении прецизионными акселерометрами и наклономерами сверхмалых ускорений и сверхмалых угловых подвижек исследуемых элементов сооружений и вычислений по ним модальных частот колебаний конструкции и угловой скорости изменения наклона элемента конструкции. Измерения осуществляются непосредственно в процессе эксплуатации строительного сооружения (при этом регистрируются колебания, вызванные ветровой нагрузкой, движением транспорта, перемещениями лифтов и т.д.). Это существенно снижает временные и финансовые затраты на мониторинг.

Имеющийся опыт эксплуатации аппаратуры показывает, что для достоверного определения модальных частот конструкции достаточна продолжительность измерения один час. Модальные частоты, определяемые в процессе измерений, являются истинными и остаются неизменными независимо от движения транспорта и во времени, при повторных измерениях с периодом 6 месяцев в течение нескольких лет. Важно отметить,

19

что каждое строительное сооружение имеет свои модальные частоты, характеризующие его жесткостные и массогабаритные параметры. На первом этапе мониторинга эти частоты должны быть определены и их значения следует принять за отсчетную базу при периодическом проведении повторных замеров. Очевидно, что при разрушении какого-либо несущего элемента конструкции ее жесткость и, следовательно, модальные частоты изменяются.

В отношении требуемой продолжительности мониторинга несущих конструкций оснований можно отметить следующее. Анализ аварий строительных конструкций зданий и сооружений, а также мониторинг ряда объектов, показывает, что большая часть отказов несущих конструкций происходит в первые 6–7 лет эксплуатации, а напряженно-деформированное состояние конструкций практически прекращает изменяться через 10 лет после начала строительства. Однако это не должно означать, что по прошествии указанных сроков здания и сооружения не должны наблюдаться. Представляется, что продолжительность инструментального и визуального периодического мониторинга уникальных сооружений должна составлять 8–10 лет с начала эксплуатации, в последующие годы необходимо проводить регулярные обследования технического состояния.

Опыт организации мониторинга показал, что решения о его применении принимались не на стадии проектирования, а зачастую непосредственно в ходе строительства, перед монтажом или в процессе монтажа несущих конструкций. Необходимо преодолеть сложившуюся негативную ситуацию, и решение о мониторинге технически сложных и ответственных объектов принимать на стадии разработки технического задания на проектирование.

Анализ литературы по мониторингу позволяет сделать вывод о том, что не все, что сейчас называют «мониторингом» по сути своей им является. Под мониторингом следует понимать комплексную систему регулярных длительных наблюдений за состоянием явлений, объектов и процессов с целью контроля, оценки и прогноза изменений. А в настоящее время мониторинг, как правило, сводится к разовым и нерегулярным проверкам.

Разработанная в НИЛ «Мосты» СГУПС Автоматизированная информационно-аналитическая система управления техническим состоянием искусственных сооружений может стать основной для организации автоматизированного мониторинга с использованием современных измерительных комплексов. Учитывая большую распространенность на сети железных и автомобильных дорог России старых железобетонных конструкций, нуждающихся в усилении, поставлена цель — разработать методику мониторинга сооружений в процессе усиления и эксплуатации. Необходимо решить следующие задачи:

–проведение обследований и оценки технического состояния железобетонных мостов;

–совершенствование способов усиления;

–создание и математических моделей усиленных конструкций;

–разработка методики мониторинга усиленных конструкций.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. А.Н. Яшнов

Донец Н.А.

(факультет «Мосты и тоннели»)

ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕОРИИ КОЛЕБАНИЙ К ДИАГНОСТИКЕ СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

Сталежелезобетонные мосты со сборными плитами полигонного или заводского изготовления широко применяли в отечественном мостостроении вплоть до 80-х гг.

Пролетные строения этого типа были запущены в серийное производство с 01.09.71 г. по типовому проекту серии 3.501 — 49 инв.№ 739.

Обследования, проведенные лабораториями ВНИИЖТ и ЦНИИС на железных дорогах, показали, что в пролетных строениях присутствуют неисправности, влияющие на работу конструкции.

В большинстве обследованных сталежелезобетонных мостов были обнаружены серьезные дефекты и в первую очередь расстройство выключение железобетонной плиты из совместной работы с металлоконструкцией, которое наступает уже через 5–10 лет после ввода моста в эксплуатацию вследствие чего типовой проект инв.№ 739 был отменен. Возникла необходимость своевременной замены данных пролетных строений, а одним из инструментов оценки состояния конструкции — неразрушающие методы диагностики.

Одним из таких средств диагностики является оценка отклика системы на динамические воздействия. Исследования в течение ряда лет в научно-исследовательской лаборатории «Мосты» СГУПС позволили со-

здать интегральную систему оценки состояния пролетных строений, которая позволяет установить, неисправное ли пролетное строение.

Задача, которая стоит на сегодняшний день, — создание такой системы диагностики, которая позволила бы определить место и степень развития дефекта.

20

Суть методики диагностики сооружения по отклику на динамическое воздействие состоит в том, что после приложения таких воздействий естественного и искусственного происхождения конструкция совершает вынужденные пространственные колебания на частотах собственных форм колебаний.

Измерения пространственных колебаний производится по трем компонентам X, Y и Z.

Наблюдение ведется в точках, расположенных с определенным шагом в трех плоскостях, соответствующих ширине (X-компонента), длине (Y-компонента) и высоте (Z-компонента) конструкции, что позволяет достоверно описать пространственные колебания.

Регистрационные записи U (t, xi, yi, zi) в каждой точке измерений позволяют вычислить параметры динамических характеристик колебаний объекта, которые в совокупности в виде ряда численных величин отображают физическое состояние сооружения на момент обследования:

–частоты и формы собственных колебаний объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции;

–величины смещений, скоростей смещений и ускорений в каждой точке измерений на объекте с координатами X, Y, Z;

–логарифмические декременты затухания (поглощения).

Полученные параметры динамических характеристик колебаний отображают исходное состояние и качество строительства объекта, либо фактическое физическое состояние эксплуатируемого объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции.

Оценка состояния сооружения ведется путем сопоставления полученных инструментальных данных:

–с полученными ранее параметрами динамических характеристик объекта;

–с расчетными данными;

–с нормативными данными;

–с параметрами динамических характеристик эталонного однотипного объекта.

Последний метод используется в машиностроении при диагностике физического состояния машин1. Подобный подход может быть применен для оценки состояния типовых конструкций.

В статье2 отмечено, что в процессе эксплуатации по мере снижения жесткостных характеристик строительных материалов и конструкций объекта обычно понижаются частоты собственных форм колебаний объекта.

Например, в результате воздействия землетрясения в Сан-Фернандо Велли в 1971 г. снижение пространственной жесткости здания «Юнион Бэнк» (42 этажа) отобразилось соответствующим понижением частоты собственных колебаний здания с 1,45 Гц до 1,28 Гц (на 12 %) [2].

Исследования сталежелезобетонных пролетных строений типового проекта № 739 в ЛМК показали, что частоты собственных колебаний исправных и неисправных пролетных строений отличаются. В неисправных пролетных строениях значения первой собственной частоты меньше, нежели в исправных (уменьшение в процессе эксплуатации частоты первой формы колебаний с 5,75 Гц до 3,59 Гц)3.

Таким образом, частота собственных форм колебаний сооружения является одним из параметров динамических характеристик, изменение которого четко коррелирует с изменением его физического состояния, что может быть использовано в диагностике сталежелезобетонных пролетных строений.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Л.Ю. Соловьев

Козьмин Н.А.

(факультет «Мосты и тоннели»)

К ВОПРОСУ О ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ВИСЯЧЕГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ

Задача поиска конструкции минимальной массы (стоимости), в которой выполнялись бы все диктуемые нормами ограничения по прочности, жесткости и т.д. относится к задачам оптимизации и, в общем случае, требует для своего решения учета огромного количества параметров. В данном случае была рассмотрена оптимизация пешеходного висячего пролетного строения повышенной жесткости. Это однопролетная висячая система с фермой жесткости, имеющая повышенную жесткость за счет подкрепления системой наклонных подвесок и жесткого прикрепления кабеля к ферме в середине пролета.

Задача поиска оптимальных параметров приведенной конструкции была решена в НИИЖТе в 70–80-х гг. при помощи БЭСМ-6. Сейчас с всеобщим переходом на более мощные вычислительные средства стало возможным обратиться к современным программным средствам, одним из которых был выбран программный комплекс COSMOS/M, реализующий конечно-элементный анализ конструкций.

1 Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибраций машин. Справочник. М.: Машиностроение, 1987. С. 197–201.

2 Плотникова Л.М., Карнаухова О.В. Геофизическая интерпретация переходных характеристик грунтовых плотин по данным натурных наблюдений. Сейсмологические исследования. № 11. 1989.

3 Цветков Д.Н. Определение граничных значений динамических параметров сталежелезобетонных пролетных строений при оценке их технического состояния. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. № 21. 2009.

21

Параметры такого пролетного строения разделяются на внешние и внутренние. К внутренним относятся геометрические параметры поперечных сечений основных несущих элементов, к внешним — параметры, определяющие геометрическую конфигурацию пролетного строения. Для данной конструкции были приняты к поиску три внешних параметра: высота фермы жесткости Hф, высота пилона Hpl, угол наклона оттяжки a0.

Внутренние параметры при заданных внешних автоматически выбираются из таблиц сечений минимально допустимыми, исходя из условий прочности, устойчивости, жесткости, гибкости, конструктивных требований, регламентируемых действующими нормами СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы». Усилия для необходимых проверок определяются по характерным загружениям висячего моста.

Поиск оптимальных параметров (которые соответствуют наименьшему значению целевой функции) и запись в файл результатов производится в среде COSMOS/M в подпрограмме, написанной на программном языке среды. Автоматическое создание и запуск файла подпрограммы осуществляются в программе, написанной на языке Delphi, в которой происходит прямой диалог с пользователем, ввод исходных данных и вывод результатов. Оптимизация трех выше отмеченных внешних параметров может осуществляться двумя известными методами: сканирование по сетке либо случайный поиск (соответственно, два подмодуля — POISK и RPOISK). В процессе поиска в COSMOS/M производится многократный статический расчет разных вариантов конструкций. Время расчета зависит от заданной точности разбивки сетки (метод сканирования по сетке) или от заданного количества случайно назначаемых конструкций (метод случайного поиска).

По факту завершения расчета пользователь может ознакомиться с результатами. При поиске методом сканирования по сетке результатом является список локальных минимумов, т.е., точек с координатами (Hф; Hpl; a0), в которых значение целевой функции меньше, чем во всех окружающих рассмотренных точках. Локальный минимум, в котором целевая функция меньше, чем в остальных локальных минимумах, отдельно обозначается как глобальный минимум. При случайном поиске результат — точка, в которой значение целевой функции меньше, чем во всех перебранных.

Вывод внутренних оптимальных параметров пролетного строения, а также иных его характеристик производится в подмодуле OPT. На выходе определяются как оптимальные сечения основных несущих элементов, так и координаты узлов фермы жесткости с учетом строительного подъема, координаты узлов вантовой фермы (по алгоритму, обеспечивающему равнопрочность подвесок), расчетные усилия в элементах, периоды собственных колебаний пролетного строения, расчетные прогибы фермы жесткости.

Дополнительно была рассмотрена возможность использования направленных методов поиска оптимального решения. В качестве такового был принят метод наискорейшего спуска. Но, в силу сложного характера изменения целевой функции и дискретности изменения значений внутренних параметров, этот метод оказался недостаточно надежным. Был сделан вывод о предпочтительности применения ненаправленных методов поиска для данной конструкции.

Научный руководитель канд. техн. наук, проф. С.А. Бахтин

Маринин А.О.

(факультет «Промышленное и гражданское строительство»)

МЕТОДЫ АНАЛИЗА НДС ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ В ВК COSMOS/M

При проектировании высотных зданий обязательным требованием являются расчеты на динамические воздействия (пульсации ветра, сейсмика) и прогрессирующее разрушение. В железобетонных каркасных зданиях при этом необходимо учитывать включение в совместную работу перекрытий. Целью данной работы являлось определение наиболее эффективного метода анализа НДС железобетонной плиты с позиции наименьшей трудоемкости моделирования и расчета, и максимальной достоверности результатов.

Анализировалась работа железобетонной плиты опертой по контуру размерами в плане 6×6 м и толщиной 0,1 м. Бетон В30. Армирование по верху и низу плиты сварными сетками Ø6 А400 с шагом 100 мм в обоих направлениях.

Расчетный анализ выполнен по методикам, доступным в ВК COSMOS/M: линейный анализ (1) и нелинейный анализ с заданием кривой σ–ε бетона (6) с моделирование бетона КЭ SOLID, арматуры — SHELL4; линейный анализ с КЭ многослойная оболочка SHELL4L (2); линейный анализ с использованием многослойного КЭ SOLIDL (3); линейный (4) и нелинейный анализ (5) с использованием теории разрушения TsaiWu — КЭ SHELL4L; нелинейный анализ с использованием модели материала CONCRETE (7) — бетон КЭ SOLID, арматура КЭ SHELL4.

Во всех случаях сечение плиты состояло из 8-ми слоев:

–2 слоя — защитный слой бетона δ = 0,015 м;

–1 слой — арматура, приведенная толщина δ = 2,83Е-4 м;

–2 слоя — рабочая зона бетона толщиной δ = 0,07 м;

–1 слой — арматура δ = 2,83Е-4 м;

22