Admin

Ультразвуковая оценка прочности опор

Ультразвуковой метод для оценки прочности бетона и несущей способности эксплуатируемых центрифугированных опор контактной сети основан на определении зависимости параметров распространения ультразвуковых колебаний от состояния структуры бетона. Этот метод позволяет оценить состояние центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети, несущая способность которых при эксплуатации изменяется. Это возникает вследствие деструктивных процессов, происходящих в бетоне при воздействии климатических изменений внешней среды, под влиянием вибраций от подвижного состава и других факторов.

Ультразвуковой метод не применяют при оценке несущей способности, когда она снижается вследствие коррозии арматуры конструкций в надземной их части. Данный метод можно использовать для обнаружения электрокоррозионных повреждений арматуры в подземной части опор при их обследовании с откопкой. Также его можно применять при оценке прочности бетона двутавровых железобетонных опор и фундаментов.

Для оценки несущей способности опор необходимо использовать ультразвуковые приборы, работающие на датчиках с сухим акустическим контактом. В качестве такого оборудования можно применять прибор УК-1401М (УК-1401). При его использовании измерения проводят с внешней поверхности конструкций по методу поверхностного прозвучивания, что упрощает оценку прочности бетона и не требует доступа к внутренней поверхности опор. Для повышения достоверности ультразвукового контроля надо регулярно проводить повторные измерения одних и тех же опор. Это позволяет наблюдать за развитием деструктивных процессов в бетоне и своевременно заменять негодные опоры. Полезным может оказаться применение ультразвуковых приборов при обследовании опор, где разрушение бетона связано с коррозией (электрокоррозией) арматуры, а также при оценке вновь изготовленных.

Рассмотрим сначала технологию определения несущей способности предварительно напряженных центрифугированных стоек. Прочность бетона и несущей способности эксплуатируемых опор ультразвуком оценивается по трем показателям. Первый из них — показатель П1 — представляет собой время распространения ультразвука в бетоне в поперечном по отношению к продольной оси опоры направлении на заданной базе измерений.

Второй показатель П2 представляет собой отношение времени распределения ультразвука в поперечном направлении ко времени его распространения в продольном направлении опоры при одинаковой базе измерений в том и другом направлениях. Физически этот показатель характеризует степень насыщения бетона микроповреждениями и является основным при оценке состояния стоек и их отбраковке.

И, наконец, показатель ПЗ представляет собой время распространения переднего фронта ультразвуковой волны в бетоне и характеризует состояние структуры бетона.

Показатели П1, П2 и ПЗ при оценке прочности бетона и несущей способности опор применяются совместно. При этом устанавливают ряд допустимых значений этих показателей, при которых прочность бетона и, соответственно, несущая способность конструкций находятся в пределах, определяемых проектом и стандартами на эти конструкции. Так, показатель П1 для всех видов стоек не должен превышать 36 мкс при измерении прибором УК-1401 М (УК-1401) на базе измерений 150 мм, а показатель П2 — не более 1,1 (табл. 1).

Что касается показателя ПЗ, то он не превышает 2 — 5 мкс. Показатель ПЗ при оценке прочности бетона и несущей способности опор допускается не использовать и не проводить его измерение при показателях П1 менее 36 мкс и П2 менее 1,1. Показатель ПЗ следует использовать преимущественно в случаях, когда П1 превышает значение 36 мкс, а П2 —менее 1,1. В этом случае значение показателя ПЗ в пределах 2 — 5 мкс свидетельствует об особенностях состава бетона. Опоры с такими показателями относятся к конструкциям, имеющим установленную проектами и стандартами несущую способность.

Обычно при обследовании опор ультразвуковым методом устанавливают нормативное значение показателя П1 дифференцированно для каждого участка или перегона, где расположены однотипные опоры, одного года изготовления и одного и того же завода-изготовителя. Для этих опор в качестве нормативного значения показателя П1 используют среднее значение времени распространения ультразвука поперек опор, полученные из данных измерений не менее чем на 25 опорах, у которых показатель П2 не превышал величину 1,1.

Также устанавливаются предельные значения показателей П1, П2, при которых прочность бетона и, соответственно, несущая способность опор снижается ниже уровня, необходимого для восприятия нормативных нагрузок:

► показатель П1 — при измерениях прибором УК-1401М (УК-1401) на базе 150 мм — более 48 мкс;

► показатель П2 — более 1,4 (см. табл. 1).

Имея данные показатели П1 и П2, измерение показателя ПЗ не требуется. При отмеченных значениях показателей П1 и П2 опора считается исчерпавшей свой ресурс, относится к остродефектным и подлежит замене. До замены необходимо проводить разгружающие мероприятия (установку оттяжек, шпренгелей, снятие проводов и др.).

Для промежуточных состояний опор, когда значения показателей П1 и П2 больше допустимых, но меньше предельных величин, несущая способность конструкций приближенно оценивается по показателю П2 в соответствии с табл. 1.

В табл. 1 Мн — это нормативный момент, указанный в обозначении типа опоры, тс-м. Для опор типа СЖБК-4,5 Мн равен 4,5 те м, для СК6/13,6 — 6 те м и др.


Рекомендациями табл. 1 целесообразно пользоваться, когда П1 превышает значения 36 мкс при измерениях прибором УК-1401 М (УК-1401). При значениях П1 меньше 36 мкс необходимо уточнять несущую способность опор. Это выполняется в следующем порядке. Сначала устанавливают зависимость между прочностью неповрежденного бетона и показателем П1. В качестве неповрежденного бетона используется бетон подземной части опор при отсутствии видимых следов почвенной или электрической коррозии. Для этого опору раскапывают до уровня, где показатель П2 не превышает значения 1,1. После этого ее выдерживают в таком состоянии несколько дней для выравнивания температуры и влажности бетона надземной и подземной частей и затем определяют показатель П1.

Прочность бетона в зависимости от названного показателя определяется по табл. 2.

Далее по полученному значению прочности неповрежденного бетона и показателю П2 в надземной части по табл. 3 определяют прочность поврежденного бетона в надземной части.

И, наконец, поданным о фактической прочности поврежденного бетона определяют несущую способность опор. Для этого может быть использована табл. 4, в которой содержатся значения несущей способности опор типа СЖБК и СК при различной прочности бетона.

В табл. 4 даны кратности значения несущей способности опор от нормативного изгибающего момента. Несущая способность опор в зоне пяты консоли дана также в долях от нормативного момента. При определении требуемой несущей способности опор необходимо исходить из следующего: в уровне условного обреза фундамента в соответствии с нормативно-технической документацией для нормальной эксплуатации несущая способность опор должна быть не менее 1,6Мн, в зоне пяты консоли — 0,8Мн.

Для измерения времени распространения ультразвука в бетоне стоек используют прибор УК-1401 М (УК-1401). Перед применением прибор настраивают и проверяют на соответствие требованиям инструкции по эксплуатации.

После настройки прибора и приведем.*= егс в рабо-чее состояние приступают непосредственно к измерениям. Сначала по технической документаи/.' или прибором ИЗС-10Н устанавливают тип опоры (СЖ5К. СК, ЖБК) и ее нормативный момент (4,5; 6). Затем осматривают наружную поверхность опоры, устанавливают имеющиеся повреждения, их количество, расположение. Особо выделяют отдельные продольные трещины, зоны и расположения, а также визуально различимую сетку мелких трещин. Все данные по повреждениям заносят в карту измерений.

После этого определяют участки измерений. Количество этих участков зависит от типа стойки и степени повреждения последней. Для стоек типа СЖБК, не имеющих отверстий в вершинной части, необходимо проводить измерения не менее чем на двух участках — на высоте 1,2 — 1,5 м от поверхности земли и в зоне ниже пяты консоли на 0,5 — 0,7 м. Для других стоек (типа СК), имеющих отверстия в вершинной части, достаточно одного участка — в нижней части опоры.

Выбранные для измерений участки должны находиться в наиболее нагруженной части сечения опор, т.е. в сжатой зоне конструкций, расположенной со стороны пути или в плоскости действия наибольшего изгибающего момента. При необходимости в особо сложных случаях число участков увеличивается в зависимости от расположения опоры, действующих на нее нагрузок и наличия повреждений. Обязательны измерения в зоне сетки трещин независимо от высоты расположения ее над землей.

Далее в выбранных участках при наличии продольных трещин измерения проводят между трещинами. В случае сетки мелких трещин прибор устанавливают в сжатой зоне таким образом, чтобы в базу измерений попадало наибольшее число этих трещин. В зоне контакта ультразвуковых преобразователей с поверхностью бетона не должно быть раковин, выбоин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. Места измерений очищают от грязи, краски и других материалов, могущих оказать влияние на результат измерений.

Не рекомендуется проводить измерение поперек опоры через шов полуформ. Поэтому целесообразно прибор устанавливать таким образом, чтобы шов полуформ находился вне базы измерений.

Измерения начинают с нижнего участка опоры. В выбранном месте подготавливают поверхность опоры и намечают линии прозвучивания в поперечном и продольном направлениях. Затем включают прибор и, прикладывая к поверхности опоры, снимают показания прибора при положении прозвучивающего устройства поперек опоры и вдоль нее. При этом добиваются стабильных показаний прибора. Затем прибор смещают от первоначального места на 100 — 150 мм и измерения повторяют вновь. После этого прибор вновь смещают на 100 — 150 мм и измерения повторяют в той же последовательности. На каждом участке проводят не менее трех измерений.


Используя лестницу или выдвижную площадку дрезины, оператор поднимается к пяте консоли. В этом месте поверхность опоры подготавливают для измерений аналогичным образом, как и в нижней ее части, и затем проводят по три измерения времени распространения ультразвука поперек опоры и вдоль нее. При чистой гладкой поверхности центрифугированных опор ее предварительную подготовку можно не проводить.

Измерения по приведенной методике повторяют и для других участков. Во всех случаях следует строго соблюдать технику безопасности при работе на электрифицированных линиях. Измерения проводят в сухую погоду при относительной влажности воздуха не выше 90 % и температуре воздуха не ниже +5 °С. После периода длительных дождей измерения начинают не ранее чем через 1 —2 дня, необходимых для приобретения бетоном воздушно-сухого состояния. При кратковременных дождях измерения можно начинать после подсыхания поверхности опор, ри измерениях необходимо проводить качественный анализ получаемых результатов. Надо добиваться устойчивых показаний прибора многократным прикладыванием прозвучивающего устройства в одни и те же места. Прозвучивающее устройство при этом прикладывают к поверхности бетона с небольшим нажатием (порядка 4 кгс). Случайные чрезвычайно малые или чрезвычайно большие показания необходимо отбрасывать на стадии измерений. Вносимые в таблицу значения времени распространения ультразвука не должны отличаться между собой более чем на 5 %. Неустойчивые показания прибора характерны при измерениях на опорах с дефектной структурой бетона, что является дополнительным признаком снижения его прочности. В стойках с ненарушенной структурой бетона, как правило, наблюдаются стабильные показания прибора.

При измерениях времени распространения ультразвука вдоль опоры во избежание ошибок от влияния продольной арматуры датчики прибора располагают между пучками арматуры, положение которых целесообразно определять с помощью аппаратуры ИЗС-10Н. В поперечном направлении арматура практически не влияет на показания прибора.

Что же касается измерений времени распространения ультразвука в подземной части опор, то откопку следует вести на глубину 0,5 — 0,7 м со стороны нейтральной зоны опоры. Размер котлована должен быть таким, чтобы в него мог опуститься оператор и провести измерения.

По окончании данных работ на основании отдельных измерений времени распространения ультразвука в бетоне, полученных на выбранных участках опоры, определяют среднее значение времени распространения ультразвука в поперечном и в продольном направлениях. После этого по полученным средним значениям определяют показатель прочности бетона П2. По значению показателей П1 и П2 оценивают несущую способность опор.

Что касается ненапряженных центрифугированных стоек (ЖБК), то их несущая способность в значительной степени обеспечивается за счет стержневой ненапряженной арматуры. Влияние прочности бетона на несущую способность этих стоек более слабое, чем у стоек с предварительно-напряженной арматурой. По данной методике оценивается прочность предварительно-напряженных опор со смешанным армированием типа СС, а также опор типа СТ и СП.

Для оценки прочности бетона и несущей способности центрифугированных ненапряженных стоек устанавливают следующие допускаемые значения показателей П1 и П2, при которых несущая способность опор находится в пределах, определенных проектом на эти опоры:

- П1 — не более 48 мкс при измерениях прибором УК-1401М (УК-1401);

- П2 — не более1,2 (табл. 5).

Также устанавливаются предельные значения показателей П1 и П2, при которых ресурс опор считается исчерпанным и они подлежат замене:

- показатель П1 — более 72 мкс при измерениях прибором УК-1401М (УК-1401);

- показатель П2 — более 1,6 (табл. 5).

При промежуточных значениях показателей П1 и П2 прочность бетона и несущая способность опор приблизительно может быть оценена по табл. 5. Методически показатели определяют в том же порядке, что и при измерениях на предварительно напряженных стойках, при этом не требуется проводить их в зоне пяты консоли.

На участках постоянного тока существует опасность элек-трокоррозионного разрушения подземной части опор. В этой части под влиянием токов утечки арматура подвергается коррозии, а в бетоне возникают деструктивные процессы, появляется микро- и макротрещины. Для обнаружения электрокоррозионных повреждений арматуры и бетона в подземной части рекомендуется проводить ультразвуковые обследования опор этой части.

Порядок данных обследований следующий. Сначала опору откапывают на глубину 0,7 — 1 м, причем размеры котлована должны быть достаточными для проведения в нем измерений. Затем последовательно цепочкой по всему периметру опоры проводят измерения времени распространения ультразвука в поперечном направлении. Исследования начинают с уровня поверхности земли и затем опускаются все ниже, примерно через 10 — 20 см по высоте, проводя отмеченные выше измерения в поперечном направлении.

Признаком появления электрокоррозии арматуры в подземной части является резкое различие по времени распространения ультразвука в поперечном направлении в различных местах по периметру опоры. Примерно одинаковое время распространения ультразвука в поперечном направлении на различных участках периметра и по глубине опоры свидетельствует об отсутствии электрокоррозионных повреждений в подземной части опор. В этом случае ее следует засыпать и продолжать эксплуатировать без ограничений.


Прочность бетона ненапряженных железобетонных опор и фундаментов всех типов и анкеров контролируют на основании измерения скорости распространения ультразвука в бетоне. При этом зависимость между скоростью ультразвука и прочностью бетона принимается в соответствии с табл. 6.

Скорость ультразвука в бетоне определяют прибором УК-1401 М (УК-1401), предварительно переведя его в режим измерения скорости. При этом прибор надо устанавливать в направлении, поперечном расположению рабочей арматуры. Допускается также измерять скорость ультразвука и вдоль арматуры, но при этом датчики должны быть удалены от стержней не менее чем на 30 мм.

Измерения ведутся у конструкций, на которых отсутствуют видимые трещины, грязь, недопустимые раковины. При этом поверхность предварительно очищают, а в местах установки датчиков снимают верхний слой поврежденного бетона: в монолитных фундаментах на глубину не менее 10 мм, в сборных опорах и фундаментах — на глубину 2 — 5 мм.

Измеренная прочность бетона должна отличаться от проектной не более чем на 25 % в сторону уменьшения. При большем отклонении прочности принимают меры либо по усилению, либо по замене конструкций.

Инж. В.Е. ЧЕКУЛАЕВ,
г. Москва

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin