Научные подразделения СГУПС - СибНИИ мостов - Разработки

1. АСУ ИССО – автоматизированная система управления содержанием искусственных сооружений на железных дорогах.

АСУ ИССО (третьего поколения) – является частью единого информационного пространства АСУ железнодорожной отрасли (АСУ П) и предназначена:
• для хранения и обработки данных о конструкциях эксплуатируемых ИССО и их техническом состоянии; хранения графической информации (схемы, фотографии, чертежи) об искусственных сооружениях, а также документов в произвольном формате;
• решения инженерных задач, связанных с пропуском нагрузок по ИССО;
• решения задачи оценки технического состояния сооружений, в том числе по параметрам надежности (безопасности, долговечности, ремонтопригодности и грузоподъемности);
• информационно-аналитической поддержки процесса управления техническим состоянием искусственных сооружений за счет оперативного предоставления широкого спектра информации об ИССО и наличия модулей автоматизированной обработки – отчетов, алгоритмов оптимизации, статистического (в том числе множественного регрессионного) анализа.
АСУ ИССО внедрена на всех железных дорогах – филиалах ОАО «РЖД», установлена и используется приблизительно на 500 рабочих местах – от дистанций пути до Центрального департамента пути и сооружений ОАО «РЖД».

2. Автоматизированная информационная система по искусственным сооружениям на федеральных и территориальных автомобильных дорогах России (АИС ИССО)

В АИС ИССО воплощена современная идеология ведения и сопровождения базы данных по мостовым сооружениям на автомобильных дорогах. Система АИС ИССО установлена и внедряется в территориальных органах управления автомобильных дорог в 15 регионах России, в 10-ти из них – в промышленной эксплуатации. АИС ИССО передана в опытную эксплуатацию в два управления федеральных автомобильных дорог – ФГУ «Упрдор «Алтай» и ФГУ «Сибуправтодор».

Назначение АИС ИССО:
• технический учет;
• информационное обеспечение процесса управления содержанием искусственных сооружений;
• оценка уровня эксплуатационной надежности и оптимизация финансовых затрат на содержание и ремонт ИССО

Основные функции АИС ИССО:
• ввод, просмотр и обработка данных по конструкциям и дефектам ИССО;
• подготовка стандартных форм отчетности;
• возможность формирования произвольных запросов к базе данных;
• оценка технического состояния ИССО на основе параметров теории надежности (безопасности, долговечности и ремонтопригодности);
• расчет затрат на содержание и ремонт ИССО с учетом их действительного технического состояния;
• определение приоритетных направлений и разработка перспективных планов ремонтных работ;
• определение условий пропуска нагрузки по сооружениям.

3. Технологические комплексы по подъемке железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов при проведении капремонта

Разработка выполнена в рамках НИОКР по заданию Западно-Сибирской железной дороги. Комплекс внедрен в ПМС-180 дирекции по капитальному ремонту пути Зап.-Сиб. ж. д. и прошел испытание на Барнаульской дистанции пути Зап.-Сиб. ж. д.

Назначение комплекса:
• подъемка железобетонных пролетных строений малых и средних мостов с целью приведения толщины балластного слоя в соответствие с нормой (инструкция ЦП-628 устанавливает, что толщина балластного слоя под шпалой в подрельсовой зоне на железобетонных мостах не должна превышать 40 см);
• отрыв пролетных строений, зажатых между шкафными стенками устоев, для последующей замены при помощи крана.

Состав комплекса:
• универсальная опора – рама для подъемки пролетных строений – 2 шт.;
• комплект гидравлического оборудования: цилиндр силовой ЦС100Г1000 – 4 шт.; насосная станция НЭР2,8И100Т1 –1 шт.; комплект рукавов высокого давления – 1шт.

4. Технология усиления эксплуатируемых сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов

Технология усиления эксплуатируемых сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов разработана по заданию ОАО «РЖД».

Цель разработки – снижение затрат на реконструкцию сталежелезобетонных мостов на Дальневосточной железной дороге.

Технология ремонтных работ по этому методу не требует разборки старого бетона в стыках между плитами, что позволяет максимально использовать остаточную несущую способность пролетного строения. Усиление пролетных строений производится под нагрузку мостов II категории. В качестве материала для основных элементов усиления принят листовой металлопрокат из низколегированной стали марки 15ХСНД.

Устройство болтофрикционного соединения элементов усиления предполагает наклейку в зоне швов специальных металлических накладных пластин, к которым в дальнейшем крепятся несущие листовые элементы. Наклейка накладных пластин производится на тиксотропный эпоксидный клей Sikadur 31. Бурение отверстий под болты выполняется установками алмазного бурения. В качестве перекрывающих швы несущих элементов усиления используются плоские металлические накладки. Включение в работу листов усиления производится установкой в сквозные отверстия высокопрочных болтов и затяжкой их на нормативное усилие.

Предложенная технология использована при разработке проектов капремонта на мостах Дальневосточной железной дороги.

5. Нормативные документы по заказам МПС ОАО «РЖД» и Росавтодора.

1) Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов.

2) Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов.

3) Инструкция по оценке технического состояния искусственных сооружений на дорогах России.

4) Методические указания по определению грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов на основе их статических и динамических испытаний.
Методика расчета разработана применительно к однопутным разрезным сталежелезобетонным пролетным строениям железнодорожных мостов с одной плитой в сжатой зоне. Определение грузоподъемности пролетных строений производится методом классификации по предельным состояниям первой группы, определяющим невозможность эксплуатации (по прочности главных балок), и по предельным состояниям второй группы, допускающим эксплуатацию с ограничениями (по прочности железобетонной плиты).

5) Справочное пособие мостовому мастеру.
В пособии использован опыт работ СГУПС и НИИ мостов по диагностике и оценке технического состояния искусственных сооружений, технические решения филиалов ОАО «Росжелдорпроект» и других проектных организаций, производственный опыт подразделений путевого хозяйства железных дорог и специализированных мостовых подразделений ОАО «РЖД» и ОАО «Корпорация “Трансстрой”; изложены обязанности мостового мастера в соответствии с действующими нормативными документами по содержанию искусственных сооружений на железных дорогах; приведены правила надзора за сооружениями; даны рекомендации по применению наиболее прогрессивных технологий содержания и ремонта пролетных строений и опор мостов; даны сведения о техническом надзоре за строительно-ремонтными работами и по приемке вновь построенных и отремонтированных сооружений в эксплуатацию; освещены вопросы оценки технического состояния и грузоподъемности мостов и т. д.

6. Разработка и изготовление измерительного оборудования для испытания мостов.

6.1. Автоматизированный измерительный комплекс «Тензор МС»
Комплекс «Тензор МС» – технология непрерывного мониторинга и экспресс диагностики технического состояния искусственных сооружений и конструкций. Предназначен для автоматизированного измерения физических параметров, сбора данных, а также обработки и представления информации, характеризующей динамическое и статическое состояние объектов в реальном масштабе времени в различных областях науки и техники в лабораторных и полевых измерениях в качестве стационарной или передвижной системы. Существенными преимуществами такой системы являются компактность (вес отдельных элементов комплекса не превышает 150…200 г), удобство использования (интуитивно понятный интерфейс), возможность непрерывной записи результатов измерений в течение нескольких часов.

Область применения		Характеристики системы
Испытание и контроль объектов	Измерение
·Мосты ·Тоннели ·Путь ·Подвижной состав ·Трубопроводы ·Механизмы ·Здания ·Сооружения ·Суда	·Вибрация ·Деформация ·Вес ·Давления ·Перемещения ·Температура ·Ускорение	Гибкость (возможность быстрого  изменения  конфигурации системы); Мобильность (быстрая установка системы на объектах за счет малого веса, габаритов, набора съемных датчиков и простоты подготовки); Автономность (имеет собственную систему питания на аккумуляторах с последующей подзарядкой  от  сети 220В или от бортовой сети автомобиля); Универсальность (возможности подключения к каждому из каналов любого типа датчика и одновременного измерения различных параметров); Протяженность (возможность проведения измерения протяженных объектов за счет наращивания системы  путем объединения измерительных  блоков  в  сеть, где связь между измерительными блоками и ЭВМ (пультом) происходит по единому цифровому кабелю); Помехозащищенность (достигается за  счет  расположения  измерительного блока в непосредственной  близости  от точек измерения. Данные измерительного блока поступают в ЭВМ в  цифровой  форме, где наводки мало сказываются); Тестируемость (программная проверка всех узлов и каналов системы  на функционирование с автоматической  сигнализацией о неисправностях).

В базовую конфигурацию информационно-измерительной системы входит:
• измерительный блок на 8 каналов (базовый пакет программного обеспечения, инструкция пользователя, набор кабелей);
• компьютер notebook.

Дополнительно по требованию комплектуется:
• датчики измерения деформаций ТДА-50.01 (датчики линейных перемещений ЛП-10.01, адаптер-расширитель измерительного блока на 8 каналов)
 
Съемный датчик измерения деформаций ТДА-50.01
Область применения – измерение деформаций (статика и динамика).

Датчик измерения линейных перемещений ЛП-10.01

Область применения – измерение линейных перемещений (динамика и статика).

Съемный датчик измерения деформаций – ТДА-Ω.
6.2 Комплекс автоматизированного сбора данных «DISYS»

Комплекс сбора данных измерений с индикаторов ИЧЦ-10 позволяет в автоматизированном режиме проводит регистрацию деформаций, полученных по индикаторам.

Система DiSys состоит из нескольких модулей, в задачи которых входят выполнение следующих функций:
• измерение деформаций (осуществляют датчики);
• объединение в единую сеть нескольких датчиков (осуществляет концентратор – хаб);
• сбор и агрегация данных с концентраторов (осуществляют устройства – элементы системы);
• сбор данных с устройств и сохранение их для последующей работы во внутренней памяти (осуществляет мастер-модуль (координатор) – основной модуль системы);
• обработка и сохранение данных (осуществляет программное обеспечение, устанавливаемое на компьютере).


6.3 Программно-аппаратный комплекс для промеров русел мостов

В состав комплекса входит: эхолот GPSmap, совмещенный с GPS приемником, ноутбук и программная система «GPS-дно», разработанная в лаборатории «Мосты» СГУПСа. В качестве мобильного плавсредства используется надувная лодка с бензиновым двигателем.



Программно-измерительная система используется для получения данных о пространственных координатах наблюдателя и соответствующей глубины в определенной точке при перемещении наблюдателя по поверхности воды в произвольном направлении. При этом геодезические координаты, получаемые с GPS-приемника, автоматически преобразовываются в плоские координаты согласно ГОСТ Р 51794–2001. Совокупность точек, полученных таким образом, описывает поверхность дна.

Состав комплекса:
• программный комплекс GPS-дно;
• ПК (ноутбук или планшетный компьютер, защищенный)
• эхолот с GPS
• лодка (3-местная, L = 3,0–3,3 м)
• мотор лодочный ( 9–10 л. с.)

7. Полимерно-композиционные материалы (ПКМ).

7.1 Гибридная (по материалу) конструкция пролетного строения

На основании теоретических исследований, проведенных при сотрудничестве НИЛ «Мосты» СГУПСа и компании ООО «Опора», была разработана новая гибридная конструкция пролетного строения.

Данная конструкция представляет собой стеклопластиковые решетчатые фермы, объединенные поверху железобетонной плитой, включенной с фермами в совместную работу.



Комплекс экспериментальных исследований пролетного строения, выполненный в НИЛ «Мосты», позволил обосновать возможность и целесообразность применения данной конструкции в качестве пролетных строений как пешеходных, так и автодорожных мостов. На основании этих исследований проектной компанией ООО «Сибирские проекты» (г. Новосибирск) при сотрудничестве с НИЛ «Мосты» в 2013 г. был разработан проект гибридного по материалу пролетного строения полной длиной 18 м с габаритом проезда Г-4,5 и двумя тротуарами шириной по 0,75 м под современную автодорожную нагрузку А14 и Н14. Этот проект получил положительное заключение государственной экспертизы и был принят к реализации.

При содействии областной администрации в качестве объекта для реализации экспериментального пролетного строения был выбран аварийный мост через р. Пашенку на автодороге V категории с. Красный Яр – с Сосновка в Новосибирском районе. Строительство, включая сборку и монтаж пролетного строения, выполняла строительная организация ООО «Опора» (г. Новосибирск), проектные работы – ООО «Сибирские проекты» совместно с НИЛ «Мосты». Научное сопровождение проектных и строительных работ выполняли сотрудники НИЛ «Мосты» СГУПСа.



По окончании строительно-монтажных работ сотрудниками НИЛ «Мосты» были проведены предсдаточные испытания моста. Выполненные статические и динамические испытания показали удовлетворительное соответствие фактической работы гибридного пролетного строения расчетным предпосылкам, заложенным при проектировании конструкции, и подтвердили возможность применения композитов в автодорожных мостах. По итогам испытаний было установлено, что мостовой переход может эксплуатироваться проектными нагрузками (А14 и Н14) без ограничений массы и скорости.



С целью анализа работы экспериментального пролетного строения в реальных условиях эксплуатации и дальнейшего совершенствования конструкции на основании полученных результатов сотрудниками НИЛ «Мосты» был разработан проект мониторинга технического состояния моста с контролем напряженно-деформированного состояния конструкций. В настоящее время техническое состояние моста можно оценить как хорошее, пропуск проектной нагрузки обеспечивается без ограничений, проведение ремонтных работ не требуется.


7.2 Усиление железобетонных несущих конструкций углепластиками
Цель разработки – обеспечение надежности железобетонных элементов мостов и зданий, увеличение их грузоподъемности, продление срока службы.

Углепластики, применяемые для усиления, представляют собой полимерные композиционные материалы на основе углеродного волокна. Их модуль упругости составляет не менее 230 ГПа, что сопоставимо с модулем упругости стали, а прочность при растяжении на порядок выше. Конструкция усиления из ПКМ не портит архитектурные показатели сооружения, не изменяет габаритные размеры конструкции, а ее весом, в масштабе веса пролетного строения, можно пренебречь.

Технология монтажа системы усиления из ПКМ позволяет снизить временные и финансовые затраты по сравнению с традиционными способами. Наклеивание углепластиков выполняется на зачищенную поверхность усиленного элемента и не требует разборки защитного слоя бетона, бурения отверстий, установки закладных деталей и прочих трудоемких работ.

В СГУПСе разработан ряд нормативных документов в области усиления железобетонных конструкций композиционными материалами, среди которых стандарты организаций для ООО «БАСФ Строительные системы» и ГКУ НСО ТУАД, технический регламент для ХК «Композит», руководство для ОАО «РЖД», предложения в СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы». Кроме того, в СГУПСе разработан государственный сметный норматив на выполнение работ по усилению.

К настоящему моменту силами сотрудников СГУПСа разработаны проекты усиления и выполнены работы на железнодорожном путепроводе, десяти автодорожных мостах, семи объектах промышленно-гражданского назначения (жилых домах, торговом центре, гостинице).

8. Тайпан - сборно-разборный мост многократного применения.

Конструкция (получен патент № 137558, кл. Е01D 15/133 от 20.02.2014) и технология сооружения временного моста была разработана аспирантом Д. В. Проценко под руководством научного руководителя С. А. Бокарева. Идея состоит в том, что мост собирают подобно конструктору из отдельных элементов (панель, поперечная балка, ортотропная плита, опорная стойка) максимальной массой 800 кг и габаритом 3,00  1,50  0,12 м. Ортотропные плиты проезда покрыты полимерным материалом, обеспечивающим надежное сцепление колес автомобиля с проезжей частью.

Особенности конструкции	Характеристики
Сборка не требует применения спецтехники	Собирается жесткий каркас посредством различных сборно-разборных соединений
Любые нагрузки, различные габариты	Обеспечение необходимой грузоподъемности моста достигается использованием большего или меньшего числа элементов в конструкции
Универсальный мост любой длины	Секции кратны 3 м, как все типовые решения на территории РФ: разрезные схемы от 3 до 60 м, неразрезные – любой длины кратно 3 м (длина пролета до 48 м)
Многократное применение	Возможность применения в качестве как постоянных, так и временных искусственных сооружений. Мост можно демонтировать и установить в другом месте, при необходимости изменив конструкцию
Восстановление движения в кратчайшие сроки	Скорость монтажа не менее 25 м в сутки при существующих опорах (реконструкция), не менее 15 м в сутки при строительстве нового объекта
Доставка любыми транспортными средствами	Все элементы имеют небольшие размеры, что дает возможность перевозить их практически в любых грузовых транспортных средствах
Простота монтажа	Для сборки и установки пролетов в проектное положение не требуется специального обученного персонала. Процесс подобен сборке модели из конструктора

В феврале 2015 г. сборно-разборный мост Тайпан многократного применения был включен в Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию применения временных мостов (эстакад, путепроводов) на дорогах государственной компании «Автодор» как конструкция, рекомендуемая к применению при строительстве временных искусственных сооружений.

9. Технология ремонта усталостных трещин в металлических сварных пролетных строениях методом индукционной пайки.

На сети железных дорог эксплуатируется 5 186 сварных сплошностенчатых и решетчатых пролетных строений со сварной проезжей частью. За время эксплуатации во многих пролетных строениях развились различные усталостные повреждения, а статистические данные свидетельствуют о значительном росте количества трещин (до 50 % за 5 лет) в последние годы. По данным на 2015 г. на сети железных дорог имеется 1 575 шт. нелокализованных трещин. В дистанциях искусственных сооружений используют традиционные способы локализации (засверливание и засверливание с постановкой высокопрочного болта), которые только замедляют развитие трещин, но не приводят к восстановлению несущей способности и долговечности сварной конструкции с усталостными трещинами.

Разработанная в СГУПСе технология усиления методом индукционной пайки позволяет не только локализовать трещину, но и полностью восстановить несущую способность и увеличить остаточный ресурс пролетного строения. Причем, в отличие от сварки, пайка не изменяет кристаллической структуры основного металла и не приводит к образованию остаточных напряжений в металле.

Результаты работ защищены патентом № 2562626 «Способ усиления имеющего трещину металлического элемента пролетных строений мостов». В ОАО «РЖД» переданы три заявки на изобретение.

10. Способы диагностики мостовых сооружений и их элементов

10.1 Комплексная тензо- и вибродиагностика

С помощью автоматизированных измерительных комплексов производится фиксация изменения значений выбранного параметра под воздействием нагрузки, и получаемые результаты сравниваются с эталонными значениями. Эталоном могут служить как результаты расчетов (например, методом конечных элементов), так и результаты ранее выполненных испытаний (например, исправного сооружения при сдаче его в эксплуатацию). Отклонение значений выбранного параметра от эталона будет симптомом, сигнализирующим о возможных повреждениях. При этом предварительная экспресс-оценка результатов осуществляется непосредственно в полевых условиях, детальный анализ и оценка технического состояния сооружения возможны при камеральной обработке.

Процесс диагностики иллюстрирует схема, приведенная ниже.


10.2. Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа

Способ диагностики преднапряженных железобетонных пролетных строений балочного типа позволяет определять фактическую величину предварительного напряжения арматуры по частоте собственных вертикальных колебаний балки и контролировать величину потерь предварительного напряжения арматуры.

Для этого в контролируемой балке измеряют собственные частоты вертикальных колебаний. Путем последовательных, определяют усилия предварительного натяжения, при которых расчетная частота колебаний равна измеренной:


Полученные значения напряжений и будут искомыми.

10.3. Способ определения усилия натяжения вантового элемента моста

В последнее время при строительстве мостовых сооружений широко используют конструкции с применением натянутых вантовых элементов, с помощью которых можно обеспечить перекрытие больших и сверхбольших пролетов. Способ определения усилия натяжения вантового элемента моста позволяет осуществлять контроль усилия в вантах на всех этапах жизненного цикла вантовых конструкций.

Способ разработан с учетом результатов многочисленных экспериментов: влияния изменения температуры и провисания ванты, условий закрепления.

Данный способ апробирован при определении усилий в вантовых подвесках Бугринского моста через р. Обь в г. Новосибирске, на мосту через р. Иртыш на обходе г. Павлодара (Республика Казахстан) и Виноградовского моста в г. Красноярске.