Надежность искусственных сооружений

ПОД НАДЕЖНОСТЬЮ искусственных сооружений (ИС) понимают их способность обеспечивать в течение всего срока службы безопасный пропуск транспортных средств, пешеходов, водотоков при заданных условиях эксплуатации как собственно ИС, так и пересекаемых ими водных транспортных путей.

При проектировании новых и реконструкции существующих ИС их безотказность гарантируется выбором рациональных технических решений (на основе обязательного технико-экономического сопоставления конкурентоспособных вариантов) и соответствующими расчетами по методу предельных состояний, принятому у нас в стране в качестве основного способа оценки надежности ИС. Предельные состояния трактуются как состояния, при которых И С перестают удовлетворять заданным эксплуатационным требованиям или требованиям производства работ. Термин «наступление предельного состояния» в этом случае является аналогом термина «отказ».

Различают две группы предельных состояний ИС. Первая группа включает состояния, которые ведут к потере несущей способности или полной непригодности к нормальной эксплуатации (полные отказы). К ним относятся: разрушения любого характера (например, пластичные, хрупкие, усталостные); общая потеря устойчивости формы; состояния, при которых необходимо прекратить эксплуатацию вследствие чрезмерных пластических деформаций, сдвигов в соединениях, раскрытия трещин. Ко второй группе относятся предельные состояния ИС, затрудняющие нормальную эксплуатацию (частичные отказы) вследствие недопустимых деформаций пролетных строений и опор мостов, обделок тоннелей, чрезмерных колебаний элементов ИС и др. При возникновении таких отказов эксплуатация хотя и может быть продолжена, но при определенных ограничениях, например по массе пропускаемых поездов, скорости их движения и т. п.

При расчетах по методу предельных состояний условия обеспечения безотказности ИС заключаются в том, чтобы возникающие при эксплуатации усилия в конструкциях не превышали их несущей способности, а вызванные этими усилиями деформации, перемещения, раскрытия трещин и др. не выходили за рамки их предельных допускаемых значений. При таком подходе необходимый уровень надежности ИС определяется нормами проектирования, которыми регламентируются прочностные и другие характеристики строительных материалов, уровень нагрузок и воздействий, предельные величины деформаций и др. Эти параметры, устанавливаемые на основе анализа соответствующих статистических данных, прогнозирования силовых воздействий на И С перспективного подвижного состава, а также практического опыта, представляются в нормах некоторыми детерминированными значениями, а возможное влияние их неблагоприятных изменений на надежность ИС учитывается коэффициентами надежности по материалу, грунту, нагрузке, а также по степени ответственности сооружения. Кроме того, в расчет вводятся коэффициенты условий работы, отражающие возможные отклонения принятых расчетных моделей от реальных условий работы элементов ИС, а также изменения свойств материалов вследствие влияния температуры, влажности и других факторов, непосредственно не учитываемых расчетом.

Ввиду тяжелых последствий, связанных с выходом И С из строя, их безотказность должна быть достаточно большой, а вероятность наступления отказов — малой. Считается, что вероятность наступления частичных, постепенно развивающихся отказов, должна быть не более 10"-2-10"-3; внезапных полных отказов (хрупкое разрушение, потеря устойчивости и т.п.) — 10"-5-10"-7.

При строительстве ИС заложенный в проекте уровень их надежности должен гарантироваться применением строительных материалов, строго соответствующих по своим физико-механическим характеристикам установленным стандартам, а также соблюдением предусмотренных проектом требований к технологическим процессам изготовления и монтажа с обязательным пооперационным контролем качества работ, включая приемочные испытания крупных ИС поездной нагрузкой. Особое внимание должно уделяться качеству работ, недоступных для последующего контроля (сооружение фундаментов, армирование конструкций и др.), искусственному регулированию напряжений в конструкциях, устройству различного рода соединений монтажных блоков и частей ИС (стыки железобетонных элементов, фрикционные и сварные соединения и др.).

Важную роль в обеспечении надежности ИС, являющихся ремонтопригодными объектами, играет система содержания ИС в эксплуатации, представляющая собой комплекс мероприятий и работ, осуществляемых на протяжении всего срока службы сооружений и состоящих из текущего содержания и капитального ремонта. Текущее содержание включает надзор за состоянием ИС (осмотры, обследования, специальные наблюдения и испытания) и проведение необходимых ремонтных работ по предупреждению появления и устранению на ранней стадии развития возникающих повреждений. При капитальном ремонте заменяют отдельные изношенные части и элементы, устраняют негабаритности, осуществляют реконструкцию и усиление сооружений и др.

Большинство железнодорожных мостов построено по старым нормам проектирования. Для обеспечения их надежности важна применяемая на отечественных железных дорогах единая система классификации мостов по их грузоподъемности (по условиям прочности, устойчивости и выносливости всех несущих элементов), а подвижного состава (обращающегося и перспективного) — по воздействию на мосты. Сопоставление классов элементов ИС и подвижного состава позволяет судить о возможности и условиях безопасного пропуска по ИС различных поездов, устанавливать режимы эксплуатации (в том числе допускаемые скорости движения поездов), принимать решения о необходимости усиления слабых элементов ИС или их замены новыми. В отдельных случаях (например, при оценке усталостной прочности мостов) определяется остаточный усталостный ресурс.

Долговечность ИС зависит от многих факторов, главными из которых являются: уровень приданных сооружению при проектировании запасов (резервов) по грузоподъемности, водопропускной способности и другим параметрам, обеспечивающим работоспособность ИС в меняющихся и трудно прогнозируемых перспективных условиях эксплуатации; интенсивность роста во времени силовых воздействий на ИС подвижного состава (главным образом за счет увеличения осевого и погонного давления на путь, грузонапряженности дорог, скорости движения поездов), неблагоприятных изменений гидрологического режима водотока и других характеристик эксплуатации до соответствующих исчерпанию имеющихся в сооружении резервов. Важное значение в продлении срока службы ИС имеют качество текущего содержания и своевременность проведения работ по их усилению и реконструкции.