Способ оценки несущей способности железнодорожных опор

Изобретение относиться к методам неразрушающего контроля, а именно к акустическим методам, и может найти применение для оценки несущей способности железобетонных опор. Способ заключается в том, что на опору на границе заделки опоры в фундамент устанавливают датчик преобразования сигналов акустической эмиссии (АЭ), на опоре закрепляют вибратор и подвергают опору нагрузке вибрацией, изменяющейся по частоте, регистрируют суммарную энергию АЭ, полученные результаты заносят в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах нагружения опор вибрацией контролируют изменения суммарной энергии АЭ, по характеру изменения значений суммарной энергии АЭ судят о физическом состоянии опоры и принимают решение о замене опоры. При этом на границе заделки опоры в фундамент с четырех сторон опоры приклеивают четыре металлические прокладки толщиной 0,2-0,5 мм, на них устанавливают датчики преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями, вибратор закрепляют на высоте 1,2-1,8 м, дважды с промежутком не менее 1,0 минуты проводят нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц. Далее проводят сравнение величин суммарной энергии АЭ от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией с величиной критического уровня суммарной энергией АЭ, полученной ранее, путем статистической обработки серии рабочих опор одного типа, имеющих дефекты, при нагружения вибрацией плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц. При этом если полученная величина суммарной энергии АЭ от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией превышает величину критической суммарной энергии АЭ, а отношение величин суммарной энергии АЭ, полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией, больше единицы более чем на 10%, такую опору относят к условно опасной и принимают решение о контроле с периодичностью 90-100 дней. Если при последующих, не менее четырех, контрольных двухразовых нагружениях величина суммарной энергии АЭ, полученная от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией, превышает величину критической суммарной энергии АЭ и отношение величины суммарной энергии АЭ, полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией, показывает каждый раз возрастание данного параметра по сравнению с предыдущим показателем более чем на 10%, то такие опоры относят к критически опасным и принимают решение о замене опоры. Технический результат заключается в повышении достоверности получаемой информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относиться к методам неразрушающего контроля, а именно к акустическим методам, и может найти применение для оценки несущей способности железобетонных опор.

Опоры контактной сети, мачты светофоров относятся к наиболее ответственным элементам системы энергоснабжения железных дорог. От их надежности и состояния зависит обеспечение бесперебойности энергоснабжения и безопасность движения поездов.

Железобетонные опоры в условиях эксплуатации подвергаются воздействию не только механических нагрузок, но и воздействию токов, стекающих с рельсов через арматуру (электрокоррозия). Наиболее опасны повреждения на границе заделки опор в фундаменты или непосредственно в грунт. В этой зоне возникают максимальные механические напряжения, которые могут приводить к катастрофическому разрушению опоры.

Известен способ (Сергеев Н.А. Современный метод обследования контактной сети. Локомотив, 1997, №4, стр. 36-37), в соответствии с которым ударом слесарного молотка по опоре возбуждают в ней колебания, записывают колебания на магнитную ленту через приставленный к опоре микрофон, передают результаты записи на компьютер и анализируют внешний вид записи. Если колебания имеют форму биений, то считают опору дефектной.

Этот способ является недостаточно достоверным и широкого распространения не получил.

Известен способ (Указания по техническому и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети, М., Транспорт, 1984, стр. 43-47), в соответствии с которым возбуждают низкочастотные колебания и вычисляют логарифмический декремент колебаний, по величине которого судят о состоянии подземной части опоры. Однако достоверность этого способа недостаточна, поскольку логарифмический декремент колебаний опоры определяется не только наличием или отсутствием трещин в подземной части опоры, но и качеством бетона, условиями заделки стойки в фундамент, ее жесткостью и качеством самого фундамента.

Известен виброакустический метод диагностики подземной части железобетонных опор контактной сети (Указания по техническому обслуживанию и ремонту опорных конструкций контактной сети, г. Москва, 2003 г., стр. 65-69). Для проведения измерений этим методом на опору устанавливают два пьезокерамических акустических датчика, низкочастотный и высокочастотный. Опору, тем или иным способом, приводят в колебания, определяют логарифмические декременты этих колебаний и по величине их отношения, сравнивая его с нормированным, судят о состоянии подземной части опоры.

Недостаток этого метода состоит в большой трудоемкости предлагаемого способа возбуждения низкочастотных колебаний. Для их возбуждения используют устройство, состоящее из сбрасывающего приспособления, троса и рычага. Трос одним концом закрепляется на опоре на высоте 3-4 м, а другим концом - на сбрасывающем приспособлении, закрепленном на рычаге. Поворотом рычага трос натягивается, срабатывает сбрасывающее приспособление и опора приходит в режим свободных колебаний. В связи с трудоемкостью такого способа низкочастотные колебания часто получают раскачкой опоры вручную. Во-первых, при этом трудно достигнуть необходимой амплитуды колебаний, а во-вторых, разные операторы проводят раскачку неодинаково и до разной амплитуды, что ведет к разбросу данных и уменьшает их достоверность.

Наиболее близким, и принятым за прототип, является способ контроля физического состояния железобетонных опор со стержневой напрягаемой арматурой, заключающийся в том, что на опору устанавливают акустический датчик, регистрируют акустическую эмиссию (АЭ), сравнивают ее с ранее полученной, по результатам сравнения судят о техническом состоянии опоры, при этом, на опору устанавливают акселерометр, акустический датчик и акселерометр устанавливают на границе заделки опоры в фундамент или в грунт, на опоре закрепляют вибратор и подвергают опору нагрузке, изменяющейся по амплитуде и частоте, на первоначальном этапе определяют резонансную частоту опоры, на данной резонансной частоте регистрируют амплитуду колебаний опоры, суммарную энергию АЭ, количество импульсов АЭ, скорость счета импульсов АЭ от возникающих и развивающихся дефектов, образующихся под воздействием колебаний опоры на резонансной частоте за определенный период времени, полученные результаты заносят в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах строят графики изменения амплитуды колебаний опоры и параметров АЭ на ранее установленной резонансной частоте, по характеру изменения значений регистрируемых параметров судят о физическом состоянии опоры, фундамента, о жесткости закрепления опоры в фундаменте или грунте, о надежности закрепления оборудования на опоре и принимают решение об устранении выявленных дефектов, или замене опоры, или усилении крепления оборудования на опоре. (Патент RU 2108876, заявка №2013101964 от 16.01.2013 г., МПК G01M 7/00).

Недостаток данного способа состоит в том, что проведение исследований проводится на резонансных частотах опоры, что может привести к ускоренному разрушению конструкции опоры и появлению и развитию новых дефектов и регистрацию АЭ от данных дефектов, что приводит к снижению достоверности получаемой информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, не позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену. Однократное нагружение опоры вибрацией на резонансной частоте опоры не позволяет получить высокую достоверность о физическом состоянии опоры. Это обусловлено тем, что АЭ регистрируется как от вновь образующихся дефектов, так и от взаимодействия существующих дефектов которые в основном и показывают уровень физического состояния опоры. Кроме этого, бетон сильно поглощает, сигналы АЭ, и установка датчиков преобразования сигналов АЭ непосредственно на бетон, значительно снижает уровень сигналов АЭ и как следствие, достоверность информации о физическом состоянии опоры.

Задачей предлагаемого способа является повышение безопасности движения железнодорожного движения.

Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в повышении достоверности получаемой информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену.

Технический результат достигается способом оценки несущей способности железобетонных опор, заключающимся в том, что на опору, на границе заделки опоры в фундамент устанавливают датчик преобразования сигналов акустической эмиссии (АЭ), на опоре закрепляют вибратор, и подвергают опору нагрузке вибрацией изменяющейся по частоте, регистрируют суммарную энергию АЭ, полученные результаты заносят в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах нагружения опор вибрацией, контролируют изменения суммарной энергию АЭ, по характеру изменения значений суммарной энергию АЭ судят о физическом состоянии опоры, и принимают решение о замене опоры, при этом на границе заделки опоры в фундамент с четырех сторон опоры приклеивают четыре металлические прокладки толщиной 0,2-0,5 мм, на них устанавливают датчики преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями, вибратор закрепляют на высоте 1,2-1,8 м, дважды, с промежутком не менее 1,0 минуты проводят нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц, проводят сравнение величин суммарной энергии АЭ от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией с величиной критического уровня суммарной энергией АЭ полученной ранее, путем статистической обработки серии рабочих опор одного типа, имеющих дефекты, при нагружения вибрацией плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц, при этом, если полученная величина суммарной энергии АЭ от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией превышает величину критической суммарной энергии АЭ, а отношение величин суммарной энергии АЭ полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией больше единицы более чем на 10%, такую опору относят к условно опасной и принимают решение о контроле с периодичностью 90-100 дней, если при последующих, не менее четырех, контрольных двухразовых нагружениях, величина суммарной энергии АЭ полученная от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией превышают величину критической суммарной энергии АЭ и отношение величины суммарной энергии АЭ полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией, показывает, каждый раз, возрастание данного параметра по сравнению с предыдущим показателем более чем на 10%, то такие опоры относят к критически опасным и принимают решение о замене опоры. Кроме этого, перед тем как дважды, с промежутком не менее 1,0 минуты, провести контрольные нагружения опоры вибрацией, проводят установочное нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц в течении 7-8 минут, с включенной аппаратурой, после чего проводят протяжку крепления вибратора к опоре.

Повышение достоверности получаемой информации при оценке физического состояния железобетонной опоры, позволяющей определить критически опасную опору и своевременную ее замену, достигается за счет следующих факторов. На границе заделки опоры в фундамент с четырех сторон опоры приклеивают четыре металлические прокладки толщиной 0,2-0,5 мм на них устанавливают датчики преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями, Это позволяет получать более четкие сигналы АЭ. Вибратор закрепляют на высоте 1,2-1,8 м и дважды, с промежутком не менее 1,0 минуты проводят нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц. Авторами экспериментально установлено, что наиболее точную информацию о несущей способности железобетонной опоры можно получить, если нагружать опору вибрацией, изменяющейся и возрастающей по частоте, при этом частота должна включать резонансную частоту опоры. Практически все железобетонные опоры имеют частоту в указанном диапазоне. Сравнение величин суммарной энергии АЭ от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией с величиной критического уровня суммарной энергией АЭ полученной ранее, путем статистической обработки серии рабочих опор одного типа, имеющих дефекты, при нагружения вибрацией плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц. Полученная величина суммарной энергии АЭ от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией должна превышать величину критической суммарной энергии АЭ. Это обязательное условие, но не достаточное, что бы принять решение о замене опоры. Необходимо, чтобы выполнялось ряд дополнительных условий. Если отношение величин суммарной энергии АЭ полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией больше единицы и более чем на 10%, такую опору относят к условно опасной опоре и принимают решение о контроле с периодичностью 90-100 дней. Второе дополнительное условие определяют из последующего дополнительного контроля. Должно пройти не менее четырех, контрольных двухразовых нагружений, при этом величина суммарной энергии АЭ полученная от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией должна превышать величину критической суммарной энергии АЭ и отношение величины суммарной энергии АЭ полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией, должны показывать каждый раз, возрастание данного параметра по сравнению с предыдущим показателем более чем на 10%. Такие опоры относят к критически опасным опорам, по ним принимают решение о замене опоры. Кроме этого, перед тем как дважды, с промежутком не менее 1,0 минуты провести контрольные нагружения опоры вибрацией, проводят установочное нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц в течении 7-8 минут, с включенной аппаратурой, после чего проводят дополнительную протяжку крепления вибратора к опоре. Подвижной состав железнодорожного транспорта является мощным источником избыточного давления и разряжения головной воздушной волны, возникающей при его движении. Воздушная волна оказывает заметное воздействие на усталостное разрушение объектов, в частности на разрушение железобетонных опор контактной сети со стержневой напрягаемой арматурой, опор высоковольтно-сигнальных линий автоблокировки железных дорог, железобетонных мачт перегонных светофоров и светофоров переездного сигнала железных дорог, а также фундаменты на которых они установлены, находящиеся в непосредственной близости от железнодорожного полотна. Помимо этого, подвижной состав железнодорожного транспорта является и источником вибрации. Вибрация в широком частотном диапазоне передается, видоизменяясь, через рельсовые пути на шпалы и далее в грунт, окружающие здания, элементы верхнего и нижнего строения железнодорожного пути. Длительное воздействие переменных напряжений, в совокупности с вибрационным воздействием, приводят к постепенному накоплению напряжений, приводящих к образованию трещин в бетоне, отслаиванию арматуры от бетона и в итоге к разрушении. Данный процесс зарождения и развития дефектов длительный, т.е. можно говорить о разрушении опор как о разрушении при циклической усталости. Способность материла опоры противостоять усталостным явлениям - является его выносливостью. Вес железобетонной опоры создает ощутимые статические нагрузки на нижнюю часть опоры, которая находится в фундаменте опоры. Сочетание постоянной статической нагрузки и периодической вибрационной могут приводить к катастрофическому разрушению фундаментов. Участок опоры, наиболее вероятного накопления повреждений, расположен на границе заделки опоры с фундаментом или с поверхностью грунта, поэтому здесь предлагается устанавливать четыре датчика регистрации параметров АЭ. Это позволит контролировать физическое состояние опоры. Поскольку процесс накопления повреждений, приводящих к разрушению опор, длительный, мажет длиться не один год, то необходимо вести постоянный периодический контроль физического состояния опор с интервалом в 90-100. Чтобы сократить количество исследований предлагается периодически, с указанным периодом, контроль проводить для условно опасных опор.

Такой периодический контроль должен выявлять динамику изменения свойств железобетонной опоры. Перед контрольными исследованиями, при частоте воздействия на опору от 0 до 35 Гц, проводится установочное нагружение опоры вибрацией. Установочное нагружение опоры вибрацией в течении 7-8 минут позволяет проверить работоспособность аппаратуры, убедится в надлежащем креплении вибратора на опоре, получить высокую достоверность о физическом состоянии опоры. Это обусловлено тем, что АЭ регистрируется как от вновь образующихся дефектов, которые и показывают уровень физического состояния опоры, так от трения уже образовавшихся ранее частиц, которые не оказывают влияния на динамику образования микродефектов. Кроме этого, бетон сильно поглощает, сигналы АЭ, и установка датчиков преобразования сигналов АЭ непосредственно на бетон, значительно снижает уровень сигналов АЭ и как следствие, достоверность информации о физическом состоянии опоры. Безусловно, способ оценки должен быть, с одной стороны, кратковременным, с другой, достаточным, чтобы получить необходимую информацию для анализа. В дальнейшем, при повторных обследованиях, при идентичных воздействия на опору, получаемые контролируемые параметры по мере эксплуатации опор должны возрастать это позволит прогнозировать заблаговременную подготовку по замене опор, а также спрогнозировать остаточный ресурс железобетонной опоры. Аппаратная реализация способа показана на фиг. 1. Устройство содержит: 1 - бензиновый инверторный генератор переменного тока (220 В, 50 Гц) типа BS 1000 i; 2 - программируемый регулятор тока типа Е2-МИНИ; 3 - вибратор тира ИВ-99Е. Система регистрации и обработки АЭ информации типа СДС 1004, которая включает: 4 - системный четырех канальный блок; 5 - четыре предварительных усилителя; 6 - четыре резонансных датчика типа RS-150SM с магнитными держателями; 7 - персональный компьютер (ПК) с программным обеспечением для регистрации и обработки АЭ информации. Кроме этого, в состав устройства входит специальная арматура для крепления вибратора на контролируемой опоре и металлические накладки приклеенные к опоре. Способ реализуется следующим образом. Вибратор крепится на исследуемой опоре. Собирается схема, как показано на фиг. 1. Проводится проверка настройки основных параметров АЭ каналов на ПК. Запускается система в режиме накопления данных. На информационной панели начинает отображаться текущее время тестирования. Запускается работа вибратора в режиме изменения частоты. По истечении определенного времени измерения вращение вибратора останавливается. Данные по основным параметрам АЭ диагностируемой опоры сохраняются в памяти компьютера в файле с номером опоры. Производится анализ параметров АЭ.

1. Способ оценки несущей способности железобетонных опор, заключающийся в том, что на опору на границе заделки опоры в фундамент устанавливают датчик преобразования сигналов акустической эмиссии (АЭ), на опоре закрепляют вибратор и подвергают опору нагрузке вибрацией, изменяющейся по частоте, регистрируют суммарную энергию АЭ, полученные результаты заносят в персональный компьютер под номером опоры, на последующих этапах нагружения опор вибрацией контролируют изменения суммарной энергии АЭ, по характеру изменения значений суммарной энергии АЭ судят о физическом состоянии опоры и принимают решение о замене опоры, отличающийся тем, что на границе заделки опоры в фундамент с четырех сторон опоры приклеивают четыре металлические прокладки толщиной 0,2-0,5 мм, на них устанавливают датчики преобразования сигналов АЭ с магнитными держателями, вибратор закрепляют на высоте 1,2-1,8 м, дважды, с промежутком не менее 1,0 минуты, проводят нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц, проводят сравнение величин суммарной энергии АЭ от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией с величиной критического уровня суммарной энергией АЭ, полученной ранее, путем статистической обработки серии рабочих опор одного типа, имеющих дефекты, при нагружения вибрацией плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц, при этом если полученная величина суммарной энергии АЭ от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией превышает величину критической суммарной энергии АЭ, а отношение величин суммарной энергии АЭ, полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией, больше единицы более чем на 10%, такую опору относят к условно опасной и принимают решение о контроле с периодичностью 90-100 дней, если при последующих, не менее четырех, контрольных двухразовых нагружениях величина суммарной энергии АЭ, полученная от первого раза и второго раза нагружения опоры вибрацией, превышают величину критической суммарной энергии АЭ и отношение величины суммарной энергии АЭ, полученной от первого и второго раза нагружения опоры вибрацией, показывает каждый раз возрастание данного параметра по сравнению с предыдущим показателем более чем на 10%, то такие опоры относят к критически опасным и принимают решение о замене опоры.

2. Способ оценки несущей способности железобетонных опор по п. 1, отличающийся тем, что перед тем как дважды, с промежутком не менее 1,0 минуты, провести контрольные нагружения опоры вибрацией, проводят установочное нагружение опоры вибрацией с плавно изменяющейся частотой от 0 до 35 Гц в течение 7-8 минут с включенной аппаратурой, после чего проводят протяжку крепления вибратора к опоре.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к сейсмоплатформам, предназначенным для испытания строительных конструкций на сейсмостойкость. Технический результат - расширение диапазона частот колебаний сейсмических нагрузок.

Способ может быть использован для мониторинга возникновения недопустимой вибрации гидроагрегата вследствие гидродинамических пульсаций, а также может найти применение в информационно-диагностических системах автоматической диагностики и мониторинга гидроагрегатов.

Изобретение относится к электродинамическим вибростендам и может быть использовано для возбуждения механических колебаний при испытании оборудования и других технологий, где используется вибрация.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к импульсным силовозбудителям. Импульсный силовозбудитель содержит генератор импульсных токов в виде конденсатора и разрядника и размещенный между основанием и испытываемым объектом разрядный контур, состоящий из системы упругих токопроводящих элементов сложной геометрической формы, электрически соединенных между собой параллельно и изолированных друг от друга.

Изобретение относится к конструированию приспособлений для закрепления рабочих лопаток турбомашины на вибростенде при усталостных испытаниях. Устройство для закрепления рабочей лопатки турбомашины с замковым элементом при усталостных испытаниях содержит корпус, жестко закрепленный на вибростоле с помощью кронштейна, зажим с элементами фиксации, расположенный на корпусе.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

Данное изобретение имеет отношение к испытательной технике, а именно к способам формирования спектров случайной вибрации, и может быть использовано в машиностроении.

Изобретение относится к вибрационной технике. Способ возбуждения колебаний заключается в том, что возбуждают резонансные колебания, задают жесткость упругих подвесок колебательной системы, образованной рабочим органом и вибровозбудителем.

Изобретение относится к авиационной испытательной технике, а именно к стендам для испытаний элементов вертолета с соосными винтами. Устройство содержит фундамент стенда, силовой каркас, зажимные приспособления, раму монтажную, каркас фюзеляжа, амортизаторы, мотораму, двигатель внутреннего сгорания, подредукторную раму, редуктор, выходные соосные валы, автомат перекоса, соосные винты, муфту, рычаги, коромысла, нагрузочное устройство, устройство пилотирования с приводами управления автоматом перекоса, систему топливную, смазки, системы охлаждения, систему управления двигателем, устройство пожаротушения, систему приточно-вытяжной вентиляции, пульт управления, органы управления пилота, электрический привод несущих винтов, блок защиты и коммутации, электрохимический рекуператор, анализатор источников тока, высокоскоростные видеокамеры, тепловизоры, анализатор спектра, система шумоанализа, средства технологического контроля электретных микрофонов, параметрический тестер последовательных каналов информационного обмена, оптическая система контроля тел вращения, средства сопряжения с системой обеспечения эксплуатации вертолета, автономные источники бесперебойного питания.

Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и может быть использовано для формирования переменных нагрузок в циклических программных испытаниях для определения надежности и эксплуатационного ресурса авиационных конструкций.
Наверх