Одной из главных задач железнодорожной отрасли Узбекистана, непосредственно связанной с развитием народного хозяйства, является коренное улучшение состояния железных дорог и сооружений на них. Поэтому целью настоящей работы является разработка практического профилактического мониторинга для повышения эффективности эксплуатационного процесса. Для достижения поставленной цели использованы методы научного анализа, теории вероятности и теории запасов, принципы взаимодействия, а также экспериментально-статические методы составления моделей. Используя разработанный профилактический мониторинг, могут быть правильно организовать профилактический мониторинг для обеспечения требуемой эксплуатационной надежности существующих конструкций мостов, оперативному принятую конструктивных мер по предотвращению появления недопустимых повреждений в процессе эксплуатации мостов. Отличительной особенностью полученного профилактического мониторинга железнодорожных железобетонных мостов является развития методов прогнозирования остаточного ресурса эксплуатируемых пролетных строений с учетом реальных параметров, измеряемых в процессе технической диагностики.

Ключевые слова: износ мостов, повреждения мостов, коррозия мостов, остаточный ресурс, перерасчет грузоподъемности, мониторинг мостов, профилактический мониторинг мостов.

Введение. Проблемампроектирования, строительства и эксплуатации железнодорожных железобетонных мостов всегда уделялась много внимания со стороны практиков, так и со стороны ученых мостовиков. В период с середины до конца 20-го века в этом направлении проводились исследования такими учеными, как С. Н. Алексеев, О. Я. Берг, В. М. Бондаренко, Ю. В. Дмитриев, В. П. Еремеев, Ю. В. Зайцев, Е. Н. Щербаков, Р. К. Мамажанов, Т. М. Мукумов, В. О. Осипов, В. П. Чирков, В. И. Шестериков, Е. Н. Щербаков и другие [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].

Проблема улучшения технического состояния железнодорожных мостов в Узбекистане как наиболее сложных и ответственных элементов железных дорог усугубляется большим количеством сооружений с неудовлетворительным состоянием. До сегодняшнего дня не удается полностью избавиться от аварийных мостов, большой процент сооружений (около 10–12 %) имеет недопустимый износ и продолжает оставаться в неудовлетворительном состоянии.

Важность рассматриваемой проблемы можно показать на примере состояния мостов в развитых странах. Так на 2009 год в США каждый из шести мостов (около 40000) имел повреждения в виде коррозии, а в 2018 году эта цифра возросла до 235000 мостов. Стоимость ремонта и реконструкции мостов в США оценивалась в 78 млрд. долларов, а ежегодные потери топлива и оплаты простоев, связанные с плохим состоянием мостов, составили к 2019 году 50 млрд. долларов [8, 9].

Материалы иметоды решения задач, принятые допущения. При проведении данного исследования использованы методы научного анализа и синтеза, теории вероятности.

Результаты. Было признано, что ситуация с мостовым хозяйством угрожает нормальному функционированию инфраструктуры США, и разработана государственная научно-исследовательская программа [8, 9]. Аналогичная ситуация сложилась в Германии. Более 50000 железнодорожных мостов требуют капитального ремонта [10]. В России более 60000 мостов находятся в неудовлетворительном состоянии, и ежегодно происходит обрушение около 1 % мостов.

На сети железных дорог Акционерное общество «Узбекистон темир йуллари» железобетонные мосты малых и средних пролетов являются наиболее распространенными, и обеспечение безопасного пропуска поездов зависит от их технического состояния. По результатам обследования пролетных строений железобетонных мостов, построенных в 1915–1931 годах, установлено, что более 40 % из них находятся в ненадлежащем состоянии вследствие различного рода повреждений. Как показывают многолетние обследования эксплуатируемых мостовых сооружений в Республике, в последние годы происходит интенсивное ухудшение состояния железобетонных пролетных строений, и число мостов, имеющих недостаточную грузоподъемность, неуклонно растет. Такая ситуация сохраняется несмотря на рост объемов строительства мостов.

Увеличение числа сооружений, имеющих неудовлетворительное эксплуатационное состояние, различными исследователями объясняется растущими объемами перевозок и повышением осевых нагрузок, связанным с появлением мощных электровозов и восьмиосных вагонов.

В существующем состоянии ведения эксплуатационного процесса недостаточно учитывается такой важный фактор как динамика повреждений, появляющихся под влиянием внешней среды и старения материалов. В результате принимаются необоснованные управленческие решения по проведению профилактических ремонтов и реконструкции мостов. Многие элементы мостовых сооружений заменяются без должного обоснования.

В существующих нормативных документах определение грузоподъемности конструкций с учетом повреждений выполняется без учета всех влияющих факторов, а рекомендации по определению сроков службы отсутствуют. Не имеется также данных по назначению межремонтных сроков с учетом накопленного к моменту технической диагностики износа конструкции. В нормах проектирования мостов способы расчетов гарантированного остаточного ресурса пролетных строений также отсутствуют.

Методы расчета по определению остаточного ресурса эксплуатируемых пролетных строений полностью не разработаны. В существующих документах на определение грузоподъемности железобетонных пролетных строений мостов главное внимание уделено перерасчету пролетных строений по прочности и выносливости, а классы по прогибам (провисанию) элементов, особенно консолей плит главных балок, имеющих большой износ, от воздействий постоянных и кратковременных нагрузок не определяются, хотя известны случаи потери эксплуатационной пригодности от чрезмерных прогибов [11, 12]. Следует отметить, что исследований прогибов (провисаний) с учетом реальной работы пролетных строений крайне мало, и способы расчета остаточного ресурса с учетом накопленных прогибов к моменту технической диагностики до настоящего времени не разработаны.

Поэтому исследования, направленные на разработку практических методов перерасчета грузоподъемности, эксплуатируемых железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов с учетом фактического состояния в момент технической диагностики и расчета остаточного ресурса с учетом этих данных, представляют актуальную задачу.

Изложенное выше вызывает необходимость разработки нового подхода к организации эксплуатационного процесса — мониторинга мостов. Главной целью мониторинга эксплуатируемых мостов должно быть предотвращение появления недопустимых повреждений в конструкции. Поэтому исследуемые вопросы могут быть названы профилактическим мониторингом мостов.

Предлагаемая система профилактического мониторинга имеет целью замену существующей до настоящего времени «бумажной» технологии ведения информации более современной, основанной на применении компьютерной технологии. При этом основное внимание должно быть направлено на применение практического мониторинга, доступного в организации эксплуатационного процесса.

Решение поставленной задачи имеет важное народнохозяйственное значение, поскольку использование полученных результатов позволит:

− правильно организовать профилактический мониторинг для обеспечения требуемой эксплуатационной надежности существующих конструкций мостов;

− оперативно принять конструктивные меры по предотвращению появления недопустимых повреждений в процессе эксплуатации мостов.

Работа выполнена в 2001–2019 годах на кафедре «Мосты и тоннели» Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта, а также на кафедрах «Строительство зданий и сооружений» и «Автомобильные дороги» Джизакского политехнического института.

По результатам проведённых исследований полечены:

− способ перерасчета грузоподъемности эксплуатируемых железобетонных пролетных строений по результатам определения в процессе технической диагностики механических параметров бетона и арматуры и накопленной величины прогибов (провисаний);

− способ расчета остаточного ресурса по определенному в процессе технической диагностики износу конструкций мостов;

− метод планирования межремонтных сроков эксплуатируемых мостов;

− современные организационные структуры профилактического мониторинга.

Научную новизну работы составляет новый подход к организации профилактического мониторинга железобетонных мостов, включающий:

— научное обоснование применения показателя износа для оценки технического состояния элементов железобетонных мостов и их перерасчета;

— зависимости по расчету межремонтных сроков элементов мостов.

По результатам исследований создан программный комплекс профилактического мониторинга железобетонных мостов, приведенный в таблице.

Таблица

Программный комплекс профилактического мониторинга железобетонных мостов

Заключение. Обобщая представленный материал, можно сделать следующие выводы:

1. Организационная структура мостовых эксплуатационных организаций железных дорог не отвечает современным требованиям. Существующая информационная система обеспечения служб эксплуатации требует совершенствования на базе компьютерной техники.
2. Профилактический мониторинг эксплуатируемых мостов практически отсутствует. Внедрение профилактического мониторинга позволит существенно повысить уровень эксплуатации и обеспечить проектную долговечность конструкций.

Литература:

1. Зайцев Ю. В. Моделирование деформации и прочности бетона методами механики разрушения. — М.: Стройиздат, 1982. — 196 с.
2. Иосилевский Л. И. Проблемы надежности железобетонных мостовых конструкций // Бетон и железобетон. 1999. № 1. С. 23–26.
3. Мамажанов Р. Вероятностное прогнозирование ресурса железобетонных пролетных строений. — Ташкент: Фан, 1993. — 156 с.
4. Мамажанов Р. К., Щербаков Е. Н. Прогнозирование механических свойств бетона в расчетах железобетонных конструкций. — Ташкент: Фан, 1995. — 150 с.
5. Мукумов Т. Основы расчета долговечности железобетонных пролетных строений мостов. — Ташкент: Фан, 1995. — 128 с.
6. Носарев А. В., Осипов В. О. Проблемы обеспечения надежности искусственных сооружений на железных дорогах России // Материалы II международного симпозиума. «Искусственные сооружения». Т.2. — М.: МПС, МИИТ, 1996. С.
7. Чирков В. П. Вероятностные методы расчета мостовых железобетонных конструкций. — М.: Транспорт, 1980. — 128 с.
8. NCHRP program report. US government bridge design, construction, and operation program. 483. Bridge Life-Cycle Cost Analysis. National cooperative highway research program. Washington, D. C. P 138.
9. Bridge Preservation Guide Maintaining a Resilient Infrastructure to Preserve Mobility. U. S. Department of transportation Federal Highway Administration. Spring 2018. P 28.
10. Bridges of the federal highways. Condition of the buildings, rehabilitation and financial needs. Traffic effects. ADAC requirements for bridge retrofitting. Transport Department, Hansastrasse 19, 80686 Munich, P.13.
11. Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов (Первая редакция). Москва 2015. Стр. 135.
12. Инструкция по содержанию искусственных сооружений. ГИН 07–036–03 / Узгосжелдорнадзор, Ташкент, 2003. — 94 с.