Главная
страница 1



ЖДМ-online • Информационная служба журнала <Железные дороги мира>









ЖДМ 09-2003

 

Мосты на железных дорогах
Северной Америки


Обеспечение должного уровня технического состояния мостов представляет определенные трудности для всех железных дорог, особенно малых, имеющих небольшие бюджет и численность обслуживающего персонала. На многих таких железных дорогах отсутствуют специалисты по мостам, хотя на них обращаются те же самые вагоны и локомотивы, что и на дорогах первого класса.

Мосты, как таковые, являются ответственными и дорогостоящими искусственными сооружениями, и любая авария на мосту связана с тяжелыми последствиями для поездов, пассажиров и грузов. Поэтому администрации малых железных дорог вынуждены разрабатывать и осуществлять эффективные программы текущего содержания и ремонта мостов. Для предотвращения дорого обходящихся ошибок требуются квалифицированная организация выполнения работ на мостах и надлежащий контроль.

Благодаря проектированию мостов с достаточным запасом прочности и эффективным методам содержания за последние 50 лет удалось обеспечить высокий уровень эксплуатационной безопасности мостов. Федеральная железнодорожная администрация США (FRA) считает, что важную роль в этом играет, во-первых, дерегулирование в определенной мере правил содержания мостов с предоставлением железным дорогам большей самостоятельности и, во-вторых, жесткие требования по выполнению железными дорогами обязательных федеральных инструкций по данному вопросу.

Роль собственных
и сторонних специалистов


Железнодорожные мосты в значительной степени отличаются от автодорожных по конструкции и воспринимаемым нагрузкам. Соответственно, положения руководства Американской железнодорожной ассоциации инженеров-механиков (AREMA), принимаемые за основу при проектировании и расчете мостов на железных дорогах, отличаются от применяемых к другим мостам и сооружениям. На сегодняшний день в области организации и выполнения работ на железнодорожных мостах опытных специалистов не хватает; к тому же малые железные дороги зачастую не могут позволить себе иметь такого специалиста на постоянной основе.

Роль специалистов и объем работ по содержанию мостов зависят от размеров движения и числа искусственных сооружений на дороге. Например, для малой железной дороги длиной 8 км с несколькими небольшими мостами, находящимися в удовлетворительном состоянии, достаточно время от времени нанимать со стороны инженера для осмотра и оценки этих мостов; при этом представители служб эксплуатации и пути сопровождают его во время инспекции. Инженер знакомит технический персонал дороги с методикой осмотра мостов и указывает на элементы конструкции, требующие повышенного внимания. Имея такую информацию, персонал может своими силами выполнять промежуточные осмотры в течение нескольких лет, пока вновь не потребуется квалифицированный специалист для следующей детальной инспекции мостов. Имея результаты промежуточных проверок, выполненных дорогой, инженер может с большей достоверностью судить о фактическом состоянии мостов и возможных повреждениях.

С другой стороны, для детального осмотра большого стального моста с ферменными пролетными строениями могут потребоваться несколько опытных инспекторов и несколько дней или недель. Даже для периодических промежуточных осмотров таких мостов малой железной дороге, вероятно, потребуется помощь со стороны. Организация такой работы может быть разной. Некоторые специалисты, ушедшие с железной дороги, организуют собственные консультационные фирмы для оказания квалифицированных услуг малым дорогам. Более крупные фирмы также принимают на работу инженеров с большим опытом или готовят собственных квалифицированных специалистов на основании опыта проведения работ на мостах.

При подборе специалистов по мостам железные дороги часто руководствуются рекомендациями, полученными ими от других дорог данного региона, где они хорошо зарекомендовали себя. Хорошей характеристикой специалиста является его активное участие в одном из структурных комитетов AREMA.

Для обслуживающего персонала железной дороги, участвующего вместе со сторонним инженером в осмотре, оценке состояния и планировании работ по содержанию и ремонту, важно установить с ним эффективные взаимоотношения. Это позволяет наиболее рационально использовать ценное время специалиста и дает возможность персоналу дороги лучше понять особенности конструкции и поведения конкретных мостов.

Например, на малой железной дороге с 20 – 25 мостами сторонний инженер может составить программу осмотра и текущего содержания этих мостов с учетом их грузоподъемности, состояния и размеров движения. Если в программе приведен перечень критических элементов на конкретных мостах, бóльшую часть работ по инспектированию может выполнять собственный персонал железной дороги. В этом случае инженер нужен для консультации и определения того, выявлено ли при промежуточных осмотрах опасное состояние критических элементов моста. Детальные осмотры с привлечением сторонних инженеров или специалистов из консультационных фирм можно проводить через бóльшие интервалы. Главное заключается в том, чтобы избежать ситуаций, когда персонал железной дороги оказывается без помощи при встрече с проблемами, выходящими за пределы его компетенции.


Осмотр, содержание и ремонт мостов


Известно, что мосты редко разрушаются без предупредительных симптомов, и цель осмотра заключается в выявлении этих симптомов до того, как они проявятся в серьезных проблемах. Для своевременного выявления дефектов осмотры должны быть достаточно частыми и с соответствующим уровнем детализации. Согласно федеральному закону осмотры автодорожных мостов проводят раз в 2 года. В отношении железных дорог соответствующего федерального закона нет, однако уже более 100 лет действует отраслевой норматив, согласно которому мосты должны проверяться ежегодно. Он признан FRA, и его обоснованность подтверждена многолетней практикой.

Независимо от эксплуатационной нагрузки любой мост подвергается воздействию постоянно действующих сил и природно-климатических факторов, таких, как коррозия, гниение, обледенение, нагрузки от водных потоков и ветра, уровень которых определяет вероятность повреждения моста. При появлении признаков повреждений или при увеличении нагрузок требуются более частые осмотры.

На многих крупных железных дорогах принято ежегодно проводить осмотры всех мостов и путепроводов и раз в полгода — мостов деревянных, стальных с ездой поверху и с шарнирными фермами. Результаты инспекции, которые должны быть записаны в виде отчета и храниться в файле, учитываются при составлении графика последующих осмотров, поскольку характеризуют интенсивность накопления расстройств. Записи не следует ограничивать только регистрацией номеров и кодов, рекомендуется свободное изложение замечаний по любому элементу моста. Опорные части моста, находящиеся под водой, могут быть обследованы зондированием или с привлечением водолазов.

Большое внимание необходимо уделять правильному оформлению результатов проверки и их сохранности. Если вдруг произошла авария, будь то из-за состояния моста или по иной причине, с помощью имеющихся записей предыдущих осмотров можно восстановить фактическое состояние моста до аварии и легче выяснить ее причину.

Неправильное выполнение ремонтных работ или внесение изменений в конструкцию моста может принести больше вреда, чем движение поездов или природные факторы. Сварка, резка или сверление определенных стальных элементов могут в конечном счете вывести их из строя и привести к разрушению всего моста. Например, мостовые брусья на стальном мосту с ездой поверху не являются обычными шпалами. Брусья должны быть тщательно рассчитаны как деревянные балки для передачи нагрузки на стальные элементы без повреждения. Другой пример: для сохранения несущей способности моста, который имеет повреждения в опорных частях, обычно используют усиливающие элементы, но их неправильное размещение может сильно повредить поддерживаемые ими основные. Стальные балки должны иметь ребра жесткости в местах приложения концентрированных нагрузок, сил и реакций. Если железобетонная балка нагружается или опирается в точке, которая на это не рассчитана, и ее усилили для восприятия этой нагрузки, балка может разрушиться при пропуске первого же поезда.

На большинстве крупных железных дорог имеются подробные инструкции по ремонту и изменению конструкции деревянных рамных опор, и персонал строго соблюдает эти инструкции. Поэтому такие мосты можно ремонтировать без детального технического проекта для каждого случая. Однако если малая железная дорога не имеет таких подробных инструкций или персонал дороги (или подрядной организации) не владеет ими в должной мере, выполнять ремонт деревянных мостов следует в индивидуальном порядке с соблюдением всех действующих правил.


Неблагоприятные ситуации


Мост может быть разрушен в результате паводка, пожара, землетрясения, крушения поезда или автомобиля, причем иногда руководство железной дороги не сразу получает сообщение об аварии. Чаще всего первыми на месте оказываются поездная бригада или персонал службы пути, и их оперативное и правильное поведение может предотвратить неблагоприятное развитие событий. Для персонала железной дороги весьма полезно вместе со сторонним специалистом принять участие в расследовании аварии, определить фактическое состояние моста и наметить меры по ликвидации причин аварии и устранению возможных более тяжелых последствий.

Если несущий стальной элемент (балка, продольный или поперечный брус проезжей части, элемент фермы) оборван или изогнут, необходимо провести квалифицированную оценку выявленного дефекта до восстановления движения поездов. Интенсивные водные потоки вокруг опор и устоев могут потребовать подводного обследования. В наиболее простых случаях это можно выполнить путем зондирования с помощью длинного стержня и крюка, что позволит установить, изменилось ли направление нижних слоев водного потока и не размыт ли фундамент в результате водной эрозии. На больших мостах может потребоваться обследование с помощью водолазов.


Информация


Железнодорожные мосты, как правило, рассчитывали и строили в соответствии с типовыми проектами и техническими нормами соответствующего времени. Большинство железных дорог смогло сохранить проектные и строительные материалы, а также отчеты о проведенных ремонтных работах, изменениях в конструкции и результаты осмотра мостов. Эта информация имеет важное значение при необходимости определения несущей способности моста или выполнения ремонтных или реконструктивных работ.

Малые железные дороги, к которым перешли линии от крупных железнодорожных компаний, обязаны получить все материалы по мостам или их копии. Любым изменениям в конструкции или работам по ремонту моста должно предшествовать изучение информации о ранее проведенных работах. Эта информация служит основой для инженерной оценки в случае необходимости пропуска по мосту более тяжелого подвижного состава при реализации программы повышения осевых нагрузок. При наличии утвержденных чертежей требуется гораздо меньше времени для определения технико-эксплуатационных характеристик моста, чем при натурном обследовании.

Каждая железная дорога должна иметь ведомость мостов с соответствующими их обозначениями и нумерацией. Согласно рекомендациям AREMA в качестве номера моста используется номер пикета у ближайшего километрового столба. Если действует прежняя система нумерации, на нее следует ссылаться в ведомости мостов. В ведомости указывают тип верхнего строения, опорных частей и мостового полотна, местоположение относительно станции или города, название пересекаемого объекта, длину пролетных строений и общую длину моста, а также обязательства по его обслуживанию, помещают другую полезную информацию. FRA рекомендует, чтобы график осмотра мостов увязывался с приведенными в ведомости характеристиками и при этом обязательно указывалась дата следующей инспекции.

Допустимые нагрузки


Большинство чугунных, стальных, деревянных и железобетонных мостов проектировали в расчете на конкретную поездную нагрузку. Размеры и очертание всех элементов моста рассчитывали из условия непревышения допустимых напряжений при циклическом воздействии, что исключало повреждение моста в процессе эксплуатации. До середины 1950-х годов стальные мосты проектировали под нагрузку от паровозов с присущим ей достаточно высоким динамическим коэффициентом. Тепловозы и другой подвижной состав в то время были легче и вызывали меньшее динамическое воздействие, чем тяжелые паровозы. Расчетная статическая нагрузка от тепловоза на типовой стальной мост могла быть на 15 – 20 % выше, чем от паровоза, и такое соотношение сохранялось почти 50 лет.

В настоящее время с внедрением в эксплуатацию большегрузных вагонов массой брутто 130 и 143 т на некоторых мостах стали возникать напряжения, превышающие расчетные напряжения от паровозной нагрузки, даже учитывая лучшие ходовые характеристики современного подвижного состава. Эти напряжения не только велики абсолютно, но и возникают гораздо чаще. Раньше в составе поезда находились один или два паровоза, и высокие напряжения в элементах моста возникали только при проходе локомотивов. Теперь при прохождении по мосту поезда с вагонами большой грузоподъемности число перенапряжений соответствует числу тяжелых вагонов в поезде. Такие воздействия становятся более заметными на коротких пролетных строениях, которые полностью нагружаются и разгружаются при прохождении каждого вагона.

Длинные мосты обычно состоят из отдельных коротких пролетных строений. Балочные и ферменные мосты чаще всего имеют мостовое полотно, состоящее из поперечных и продольных балок с длиной отдельных продольных элементов порядка 7,6 м. Они короче обычного грузового вагона, поэтому мостовое полотно подвергается полным циклам усталостного воздействия. В действительности стальной мост, находящийся в хорошем состоянии, может воспринимать нагрузку, намного превышающую расчетную, без признаков разрушения. Материал моста может растягиваться и изгибаться, мост может до определенной степени деформироваться, однако от однократного приложения большой нагрузки он, вероятнее всего, не получит остаточной деформации и не разрушится. С другой стороны, длительное приложение меньших, но все же достаточно высоких нагрузок может вызвать более опасные повреждения моста. Вместо растяжения и изгиба при высоких циклических напряжениях в стали будут возникать трещины. Появившаяся в несущем или соединительном элементе моста трещина будет интенсивно развиваться, что в конечном счете может привести к разрушению моста.

Состояние одного и того же моста может быть оценено по-разному. В первую очередь это касается определения максимальной скорости движения поездов и допускаемых расчетных напряжений в стали. Эти показатели соответствуют нагрузке, которую мост должен выдерживать в течение неограниченного времени при нормальных условиях инспектирования, содержания и ремонта. Так как с уменьшением скорости движения поездов динамический коэффициент снижается, можно допускать бóльшую статическую нагрузку на мост. При этом напряжения в стали будут находиться в расчетном диапазоне, что обеспечивает эксплуатацию моста без повреждений в течение длительного времени.

Глава 15 упомянутого выше руководства AREMA предусматривает возможность повышения напряжений в стали при эпизодическом пропуске вагонов с более высокими, чем расчетные, нагрузками. При таких перенапряжениях в элементах моста повреждения возникать не будут. Однако циклическое приложение повышенных нагрузок может приводить к более интенсивному накоплению усталостных напряжений и возникновению повреждений в элементах моста. Поэтому повышенные нагрузки могут допускаться за счет снижения динамического коэффициента, т. е. уменьшения скорости движения поездов. При этом следует иметь в виду, что при повышении нагрузок срок службы моста сокращается. Поэтому мосты необходимо чаще осматривать, и следует ожидать увеличения расходов на их содержание.

Деревянные мосты отличаются тем, что динамический коэффициент влияет на их грузоподъемность в меньшей степени, чем стальных. Древесина в некоторой степени амортизирует динамическое воздействие, однако это не означает, что на деревянных мостах не следует учитывать скорость движения поездов. С повышением скорости возрастает влияние неровностей пути и прогибов пролетных строений. На древесину оказывает влияние длительность приложения нагрузки, в результате чего ее волокна начинают смещаться, и прогибы возрастают. С этой точки зрения снижение скорости движения поездов отрицательно влияет на срок службы деревянных мостов, поскольку увеличивается время нахождения поезда на мосту.

Оценка деревянных рамных опор обычно более субъективна, чем стальных или железобетонных. Она основывается на состоянии и предполагаемых свойствах древесины, а также на размерах и конфигурации моста. Деревянные мосты обычно проявляют свои характеристики после перегрузок. Признаками перегрузки являются трещины в продольных балках, смятые шляпки заклепок и подмытые сваи. При возникновении таких явлений другие элементы моста начинают воспринимать дополнительную нагрузку, и их состояние быстро ухудшается.

Внешняя среда


Если администрация автомобильной дороги планирует построить или реконструировать путепровод над или под железнодорожной линией, администрация железной дороги обязана направить своего компетентного специалиста для совместной работы в комиссии по строительству. Более простым случаем является автодорожный мост над железной дорогой. Однако в этом случае необходимо соблюдать установленные габаритные требования, обеспечить защиту дренажных систем и безопасность движения поездов при производстве строительных работ.

В действующем почти 100 лет стандартном габарите AREMA для новых путепроводов с автомобильной дорогой над железной вертикальный просвет от УГР равен примерно 7 м. За истекшее время был увеличен поперечный размер габарита, но вертикальный остался неизменным. Некоторые автодорожные администрации пытались уменьшить вертикальный габарит, однако железные дороги, объединившись, настояли на сохранении действующего.

Более сложным случаем является железнодорожный мост над автодорожным. Администрация железной дороги должна быть уверена в компетенции специалиста, представляющего ее интересы с самого начала реализации проекта. В частности, если владение и обязанности по содержанию моста будут переданы железной дороге, необходимо обеспечить его содержание с наименьшими затратами. Если специалист из автодорожной компании не имеет опыта проектирования железнодорожных мостов, железной дороге надо очень осторожно относиться к предложениям по применению новейших конструкций, включая балки или фермы длиной более двух пролетов, непрямолинейных растягивающихся и сжимающихся несущих элементов или по расположению железнодорожного моста под углом к оси автомобильной дороги, если в этом нет особой необходимости. Размещаемые на мосту декоративные элементы увеличивают его массу, мешают осмотру конструкций моста и затрудняют его содержание. Чтобы не создавать этих проблем, железная дорога должна иметь в качестве представителя квалифицированного специалиста, наделенного правом рецензирования, одобрения или отклонения проекта на любом этапе.

Работы должны выполняться под общим руководством опытных и квалифицированных специалистов. В противном случае, как показывает опыт, возникали повреждения из-за неправильного содержания и ремонта моста персоналом автомобильной дороги, которые быстро и надлежащим образом устраняли специалисты-железнодорожники. Это не означает, что специалист по мостам должен всегда быть в штате независимо от того, ведутся ли в данное время мостовые работы. Многие вопросы могут быть решены без инженерного анализа и расчета, однако другие нельзя легко решить, и требуется участие специалиста. Принять верное решение гораздо легче, если инженер знаком с железной дорогой, ее мостами и персоналом, и лучше это делать своевременно.

В настоящее время в колледжах и университетах США не изучают устройство и содержание железнодорожных мостов. Знания по мостам приобретаются на основании практического опыта в процессе выполнения строительных и ремонтных работ на мостах. Лучшей рекомендацией для инженеров являются отзывы других железных дорог, которые пользовались их услугами.

Обеспечение безопасности движения поездов по мостам является основной обязанностью железных дорог, поскольку человеческие жертвы и убытки недопустимы. Железнодорожная отрасль и ее инженерные ассоциации за последние десятилетия сделали многое для обеспечения безопасной эксплуатации мостов и для сведения к минимуму вероятности возникновения опасных ситуаций.



Railway Track and Structures, 2002, № 4, p. 24 – 28.


Смотрите также:
Ждм-online • Информационная служба журнала
135.22kb.
1 стр.
Федеральная информационная служба по ценообразованию в строительстве Вопрос
802.62kb.
5 стр.
Федеральная служба по надзору в сфере защиты
60.17kb.
1 стр.
Информационная служба Посольства США
276.84kb.
1 стр.
Информационная служба Посольства США
119.08kb.
1 стр.
Forex company online contract forex company online контракt
92.97kb.
1 стр.
Информационная служба Посольства США
505.69kb.
4 стр.
Под площадью Свободы все-таки будет подземная парковка 06 апреля 2011 газета «бизнес online»
42.3kb.
1 стр.
Привет всем участникам одной из лучших Online лиг, а именно «dynasty at. Ua»
129.83kb.
1 стр.
Информационная служба Посольства США
373.27kb.
2 стр.
Информационная служба Посольства США
136.52kb.
1 стр.
Информационная служба Посольства США
241.54kb.
1 стр.