Оценка состояния железобетонных опор контактной сети ультразвуковым прибором поверхностного прозвучивания. Диагностика опор и фундаментов влсовременные методы оценки

О диагностике железобетонных опор

В новом документе уточнена цель диагностики Она проводится для определения фактической несущей способности конструкций, выявления опор с недостаточной прочностью и предупреждения их падения

Снижение несущей способности опор объясняется преимущественно двумя причинами: старением бетона в надземной части, электрокоррозией арматуры в подземной части конструкций. Старение развивается во всех опорах независимо от рода тягового тока в результате природно-климатических и эксплуатационных воздействий. Оно сопровождается снижением его прочностных характеристик.

Наиболее интенсивно этот процесс протекает в опорах с низким качеством изготовления стоек в суровых климатических условиях. Агрессивная среда ускоряет старение бетона. При хорошем качестве изготовления стоек опор и в умеренных климатических условиях процесс развивается достаточно медленно.

В подземной части опор при отсутствии агрессивности грунтов и незначительном влиянии климатических факторов старение бетона практически не отмечается. Напротив, его прочность со временем даже возрастает. В агрессивных грунтах потеря бетоном своих прочностных свойств определяется видом и содержанием агрессивных веществ.

Элекгрокоррозия арматуры в подземной части опор возникает при протекании токов утечки с рельсов по арматуре при низком омическом сопротивлении опор и неисправных защитных устройствах. Наибольшая опасность электрокоррозии арматуры наблюдается в анодных и знакопеременных зонах, когда плотность стекающего тока превышает 0,6 или сопротивление опоры менее 25 Ом на каждый вольт потенциала «рельс - земля».

На участках с опорами, объединенными групповыми заземлениями опасны во всех случаях опоры, омическое сопротивление которых менее 100 Ом. Это объясняется возможностью их разрушения перетекающими оками.

В зависимости от места обследования опор и причин, вызывающих снижение их несущей способности различают диагностику надземной части и подземной части опор. Проверка надземной части позволяет оценить несущую способность опор, которая изменяется вследствие старения бетона и уменьшения его прочностных характеристик. Диагностика подземной части проводится для оценки состояния и несущей способности опор при электрокоррозионном повреждении арматуры, а также в случаях разрушения бетона агрессивными грунтами.

Вид ко: троля зависит от рода тягового тока. Так, на участках переменного тока, где нет электрокоррозионной опасности для арматуры в основном следует диагностировать надземную часть опор. В подземной части диагностику проводят в случаях, когда обнаруживают признаки повреждения опор в надземной части.

Если таких признаков нет, то подземную часть проверяют выборочно на 1 - 2 опорах из каждых 100опор раз в 6 лет На участках постоянного тока в обязательном порядке проводят оба вида диагностики.

В свою очередь, диагностика надземной части опор может быть выборочной или сплошной. Выборочная позволяет установить несущую способность опор, у которых при визуальном осмотре выявлены какие либо повреждения: трещины, выбоины, выветривание поверхностного слоя, его шелушение и т.п., а также замечены прогибы в зоне консоли.

При проведении выборочной диагностики рекомендуется проверять также состояние анкерных опор и опор в кривых малого радиуса независимо от наличия на них повреждений. Первую выборочную проверку необходимо провести не позднее 3 лет после сдачи участка в эксплуатацию. В последующем контроль осуществляют не реже 1 раза в 3 года на участках постоянного тока и 1 раз в 6 лет на участках переменного тока.

Сплошная диагностика необходима для определения фактической несущей способности всех опор. При обычных условиях эксплуатации, когда нет чрезмерной агрессивности среды и признаков ускоренного старения опор, первая сплошная диагностика осуществляется через 20 лет после ввода участка.

При сохранении тех же условий эксплуатации вторая сплошная диагностика проводится через 10 лет после первой Последующие обследования назначают индивидуально для каждого участка в зависимости от состояния опор и с учетом данных предыдущих диагностирований.

На участках с тяжелыми условиями эксплуатации, чрезвычайно агрессивной средой (в зоне промышленных предприятий побережья морей и озер) сплошную диагностику опор необходимо проводить более часто, устанавливая эти сроки, исходя из условий обеспечения безопасности движения поездов.

Надземную часть опор обследуют с помощью ме года неразрушающего контроля. Для этого необходимо использовать измеритель толщины защитного слоя бетона ИЗС-10Н ультразвуковой прибор УК-14ПМ, определяющий прочность бетона. Перед применением приборы должны быть проверены в соответствии с инструкцией по эксплуатации и находиться в работоспособном состоянии.

Рассмотрим последовательность проверки. Вначале по книге опор (форма ЭУ-87) уточняют тип конструкции (СЖБК ЖБК, СК, металлические и др.), ее нормативную несущую способность (3,5; 4,5; 60; 8" 10 те м), назначение (консольная, переходная, анкерная, фиксаторная, жестких поперечин) и срока службы (год установки) Используют также исполнительную документацию, паспорта на конструкции, сохранившуюся на стойках маркировку, результаты внешнего осмотра.

Чтобы установить тип железобетонных стоек опор при отсутствии маркировки и исполнительной документации, рекомендуется пользоваться также прибором ИЗС-10Н. Для этого указатель диаметров на его передней панели устанавливают на цифру «41», а преобразователь перемещают по окружности стойки опоры.

Если показания прибора изменяются от 3 - 4 до 10 -15 мм то данная стойка ЖБК Если стрелка прибора постоянно показывает 15 - 18 мм, то данная стойка СЖБК. Уточненные данные заносят в книгу опор или в ПЭВМ в соответствии с программой «Опоры» НТЦх«Эридан 1».

С учетом данных предыдущих обследований, проведенных в соответствии с требованиями Указаний по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети (К-146-88), выбирают опоры с повреждениями и дефектами, а также анкерные опоры и опоры в кривых малого радиуса.

На каждой из них с помощью ультразвукового прибора УК-14ПМ измеряют время распространения ультразвука в бетоне и определяют косвенные показатели, необходимые для оценки несущей способности опор. Изменения и оценка несущей способности опор осуществляется в соответствии с «Рекомендациями по оценке несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети ультразвуковым методом».

При сплошной диагностике время распространения ультразвука и несущую способность определяют для всех опор, в первую очередь для наиболее старых конструкций. Результаты анализируют и разделяют опоры на группы в зависимости от их остаточной несущей способности.

К первой группе относят все опоры, у которых измеренные показатели несущей способности не ниже минимального значения, установленного нормативно-технической документации (не менее , где - нормативная мощность стойки, 1,6-минимальный коэффициент запаса). Такие опоры продолжают эксплуатировать без ограничений, следующий срок обследования назначают в соответствии с установленной периодичностью.

Ко второй группе относят все опоры у которых несущая способность оказалась ниже уровня, установленного нормативно-технической документацией (менее ), где но превышает величину нормативного изгибающего момента (более Для таких конструкций определяют их фактическую несущую способность по таблице, указанной в рекомендациях, и вычисляют фактический изгибающий момент от внешней нагрузки в уровне условного образа фундамента (на отметке 0,5 м ниже головки рельса).

Если фактическая несущая способность опор превышает значения (фактический изгибающий момент в уровне условного обреза фундамента от суммарной внешней нагрузки), то такие опоры продолжают эксплуатировать. Однако их обязательно обследуют каждые 3 года В случаях, когда фактическая несущая способность оказывается менее , но более опоры устанавливают на оттяжки и заменяют в течение 2 - 3 лет (в первую очередь - с наиболее низкой несущей способностью).

К третьей группе относят опоры, у которых по данным измерений косвенных показателей несущая способность оказывается ниже минимально допустимого значения, требуемого для восприятия внешних нагрузок Подобные конструкции считают исчерпавшими свой ресурс и меняют. До замены опоры ставят на оттяжки и при возможности частично разгружают.

Диагностика подземной части опор на участках постоянного тока проводится для определения состояния арматуры. Ока включает следующие этапы-оценку электрокоррозионкой опасности для арматуры опор; определение фактического состояния арматуры опор находящихся в опасных в злекрозионном ом отношении зонах.

При этом следует придерживаться следующего порядка. На всех перегонах и участках измеряют потенциалы «рельс - земля» и определяют примерные границы анодных, катодных и знакопеременных участков Потенциальные диаграммы строят в соответствии с Указаниями по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети. Данные измерений оформляют в виде потенциальных диаграмм участков.

В пределах каждой потенциальной зоны иэмеряют сопротивление растеканию тока каждой опоры. В первую очередь, они необходимы в анодных и знакопеременных зонах. При индивидуальных заземлениях измерения проводятся методом амперметра - вольтметра приборами М231 или с помощью измерителя сопротивлений МС07 (08).

При групповых заземлениях измерения проводят в два этапа. На первом фиксируют входное сопротивление группы. Если оно более 100 Ом, то сопротивления каждой опоры не контролируют Если входное сопротивление менее 100 Ом, то ищут низкоомные опоры в группе.

На втором этапе осуществляется их поиск Для этого либо измеряют сопротивление каждой опоры, отсоединив ее от группового заземления, либо градиент потенциала вблизи опоры с использованием дополнительного источника тока, включаемого между тросом рельсом, и приборов АДО или «Диакор» Методика поиска низкоомных опор с применением названных приборов содержится в прилагаемой к ним инструкции.

По данным потенциальных условий и измерений сопротивлений опор или входных сопротивлений групповых: заземлений оценивают электрокоррозионную опасность для арматуры. Опоры, у которых плотность тока утечки превышает 0,6 , или ток утечки превышает 40 мА, или градиент потенциала вблизи их более 0,1, или их сопротивление менее I00 Ом считаются опасными в отношении электрокоррозии и их подземная часть должна быть обследована.

В особо сложных условиях эксплуатации используют метод построения электрокоррозионных диаграмм, чтобы оценить границы электрокоррозионной опасности и установить интенсивность элекгрокоррозионных диаграмм Он основан на применении интегрирующих датчиков.

Интегрирующий датчик электрокорроэии представляет собой бетонную призму сечением 20x20 мм и длиной 150 мм. Внутри ее имеется металлический электрод, выступающий на 20 мм над одной торцовой гранью и имеющий такой же защитный слой у другой. Электроды изготавливают из проволоки такого диаметра и класса, как и применяемая для опор. Перед установкой в датчики их тщательно взвешивают с точностью до 0,01 г маркируют.

Подготовленные электроды устанавливают в формы и заливают цементирующим раствором или бетоном, состав которого подобно используемому при изготовлении опор. При отсутствии данных о составе бетона опор используют растворную или бетонную смесь с расходом цемента не менее 450 . После бетонирования датчики выдерживают в формах не менее 7 дней и затем освобождают от опалубки.

Подготовленные датчики снабжают изолированным проводником длиной 2,5 - 3 м. Место его присоединения к электроду тщательно изолируют битумной мастикой или клейкой лентой. После оборудования датчик закапывают в грунт в створе на расстоянии 2 - 3 м и подсоединяют к защитному устройству со стороны рельса. Глубина заложения датчика принимается равной примерно 0,5 м.

При индивидуальных заземлениях опор устанавливают один датчик на километр пути, при групповых - один на группу опор. В последнем случае он располагается в месте расположения защитного блока. Присоединенные к рельсу интегрирующие датчики находятся под во действием токов утечки в течение 3-6 мес, затем их извлекают из грунта.

Датчики разбивают и электроды извлекаются. Их очищают от ржавчины, изоляции и снова взвешивают с точностью до 0,01 г. По результатам начального взвешивания и взвешивания после злекгрокоррозионного воздействия определяют потери металла и рассчитывают удельный вынос металла в . для каждого датчика.

Затем на графике по горизонтали наносят в масштабе места установки датчиков и в них откладывают вертикальные отрезки, изображающие удельный вынос металла Концы отрезков соединяют линиями. Полученный график представляет собой электрокоррозионную диаграмму. Она позволяет определит участки с наибольшей электрокоррозионной опасностью, принять меры защиты опор и ограничить диагностику опор только этими участками.

Фактическое состояние арматуры опор, предрасположенных к электрокорроэии, определяют с помощью приборов АДО или «Диакор» УК 14ПМ. Используя прибор АДО, оценивают значение суммарного переходного потенциала после положительной и отрицательной поляризации внешним источником тока, прибор «Диакор» - время достижения потенциалом поляризации контрольного значении.

Если суммарный переходный потенциал арматуры оказывается более 0,75 В или время достижения значения потенциала поляризации в 0,6 В составляет менее 5 мин то считают, что арматура о юры не корродирует и находится в исправном состоянии. Когда суммарный переходный потенциал или время достижения потенциалом контрольной величины оказывается меньше отмеченных величин, обязательно о обследуют подземную часть опор.

Для этого ее откалывают. Если обнаруживают трещины отслоения бетона, выходы ржавчины, то делают вывод о коррозионном разрушении арматуры Опора с такими повреждениями заменяется. При отсутствии видимых повреждений на поверхности опоры подземную часть обследуют прибором УК-14ПМ на наличие скрытых трещин.

Когда резких отклонений показаний прибора в различных местах измерений нет, говорят, что внутренние повреждения и коррозия арматуры отсутствуют. В аком случае проверяют защитные
устройства, и опора продолжает эксплуатироваться. Если имеются признаки скрытых трещин, то опору устанавливают на оттяжки и в последующем заменяют. Воэмож ы ситуации когда приборов АДО или «Диакор» нет. Тогда состояние подзем ой части опор может быть проверено при бором УК-14ПМ. В этом случае откапывают все опоры, оцененные как опасные в электрокорро-зионном отношении.

Обследова ие подземной части опор проводят каждый раз после их длительной (3 - 4 мес) эксплуатации с неисправными защитными устройствами. При исправных защитных устройствах проверка состояния опор с электрокоррозионной опасностью должна проводиться не реже 1 раза в 3 года.

Оценивая состояние одземной части опор, необходимо анализировать величин! сопротивления одних и тех же опор в разные годы. Его снижение с течением времени может свидетельствовать о выходе иэ строя изолирующих втулок. Особую настороженность вызывают случаи, когда сопротивление опор резко повышается с низкого др высокого значения.

Подобное возможно по нескольким причинам: в результате коррозии арматура разрушена полностью и исчезла электрическая цепь через нее; после случайного разрыва контакта между арматурой и закладным болтом и образования зазора между ними, вследствие образования на арматуре продуктов коррозии без разрушения защитного слоя бетона Такие опоры особенно тщательно обследуют и после этого принимают решение о их дальнейшей эксплуатации

Подземную часть опор при повреждении бетона агрессивной средой проверяют после их отко ки на 0,7 -1 м. Методика проверки ничем не отличается от диагностики опор в надземной части При выборочной диагностике подземной части опор на участках переменного тока для контроля выбирают конструкции, находящиеся в наиболее неблагоприятных условиях. Ик откапывают и выдерживают в таком состоянии 4-5 дней. Затем проводят необходимые измерения по той же методике, что и измерения в надземной части. Так же оценивают и несущую способность конструкций.

На участках постоянного тока проверка надземной и подземной частей опор может совмещаться или проводиться раздельно Конкретна пос^едова тельность работ определяется состоянием опор. У металлических опор надземную часть диагностируют в соответствии с Инструкцией по оценке несущей способности и содержанию металлических опорных конструкций контактной сети и прожекторных мачт, а фундаментную часть в соответствии с Указаниями по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактно сети (К-146-88).

По результатам диагностики оценивают состояние парка опор. Анализ включает общие данные числа опор на дистанции (дороге), в том числе железобетонных и металлических, подробную характеристику парка железобетонных опор по типам и срокам службы.

В.И. ПОДОЛЬСКИЙ,
заведующий лабораторией
опор контактной сети ВНИИЖТа
Б.Ф. КОЖАНОВ,
главный технолог ЦЭ МПС

Добро пожаловать!
Шаровые опоры - это очень серьёзный элемент передней подвески, автомобилей ВАЗ классика это касается особенно. Там шаровых опор присутствует вдвое больше, чем в переднеприводных автомобилях (4 штуки), за счёт чего автомобиль становится более опасным. Ведь если не уследить и ездить на автомобиле, на котором шаровые опоры вышли из строя, то колесо может просто завалиться на бок. Если Вы будете ехать в это время, то машина сразу же потеряет управление и остановить её будет очень и очень трудно. Яркий пример мы Вам хотим продемонстрировать на видеоролике ниже, где шаровая опора выходит из строя, а правое колесо у автомобиля просто заваливается на бок.

Примечание!
Чтобы осуществить диагностику шаровых опор, Вам потребуются монтировка либо монтажная лопатка, либо лом; кроме того, очень тоненькая палочка нужна будет либо металлическая, либо просто веточка, но, что очень важно, палочка должна быть ровная, без изгибов и тому подобного. (Лучше всего использовать металлическую палочку длиной 5,6 см). И кроме этого всего, будет нужна ещё линейка и небольшой ножичек. Или вместо палочки, линейки и ножа возьмите хороший штангенциркуль, который эти все инструменты заменит!

Всё зависит от местности, где автомобиль эксплуатируется. Если же он эксплуатируется у Вас в очень крупных городах (такие, как Москва), в самом центре города, в основном на идеальных дорогах, либо же в Санкт-Петербурге, где дороги явно не уступают, то с диагностикой подвески можете даже не заморачиваться. Просто раз в год или каждые 100 000 км поглядывайте туда, всё проверяйте и ездите дальше. Но, в основном, автомобили марки «жигули» эксплуатируются в небольших городах, сёлах и тому подобных местах, где дороги, как говорится, оставляют желать лучшего. В таком случае диагностику всей подвески в целом, а также диагностику шаровых опор нужно производить как можно чаще, примерно раз в 20 000 км. Или же после хорошего наезда в глубокую яму на скорости. Таким образом Вы всегда будете уверены в своём автомобиле и не побоитесь эксплуатировать его, так как после тщательной проверки будете с высокой точностью знать о том, что подвеска полностью исправна.

Примечание!
Мало кто придерживается этого, ведь каждые 20 000 км заглядывать в подвеску авто довольно накладно людям, которые чуть ли не каждый день ездят, а эти 20 000 км накатают за очень короткий период. В таком случае диагностику шаровых опор можно производить сразу же после появления глухого стука в передней части авто или при наезде на яму. Обычно такой звук и появляется, когда одна из опор выходит из строя, но пока этот звук не услышишь, не поймёшь, правильно ли работают шаровые опоры или же нет. Возможно, эти стуки даже могут померещиться. Поэтому, чтобы такого не произошло и просто так Вы не лезли в подвеску автомобиля, взгляните внимательно на ролик ниже, в котором демонстрируется автомобиль с неисправной и шумящей шаровой опорой.

Как продиагностировать шаровые опоры на ВАЗ 2101-ВАЗ 2107?

Примечание!
Диагностируются шаровые опоры несколькими способами, самым правильным из которых является последний (третий) способ. Если действовать согласно ему, то Вы сразу же поймёте, нуждается ли опора в замене или пока ещё нет. Но есть большой минус в этом способе, ведь чтобы осуществить его, нужно будет снять шаровые опоры с автомобиля, а для этого нужно время. Поэтому таким способом мало кто шаровые опоры проверяет на исправность. С другой стороны, если правильно выполнять другие два способа проверки, то они тоже дадут свой результат. И если шаровые опоры будут очень сильно повреждены, то, проверив их такими способами, можно будет тоже понять, что они неисправны и подлежат замене.

Способ первый (вывешивание автомобиля и нагружение передней подвески):

1. Сперва сорвите все гайки крепления колеса к автомобилю, после чего приподнимите автомобиль с помощью домкрата. Как только он будет висеть в воздухе, полностью раскрутите гайки и снимите нужное колесо с автомобиля (читайте статью « »). После проделанной операции подложите под рычаг нижней подвески дощечки (указаны красной стрелкой) и опустите автомобиль на них. После этого у Вас должно будет получиться так, что автомобиль лёг полностью на подвеску, а если быть точнее, то на пружину. Та часть, на которую одевается колесо (указана синей стрелкой), должна будет повиснуть в воздухе. На этом всё, приступайте к проверке.

1. Для осуществления проверки шаровых опор на автомобиле, посредством вывешивания автомобиля, проделайте следующее. Для начала возьмите в руки монтировку (как вариант, лом или монтажную лопатку), после чего вставьте её так, как показано на фотографиях ниже. На большом фото показывается то, как нужно фиксировать монтажную лопатку при проверке верхней шаровой опоры, на маленьком фото – то, как нужно фиксировать её при проверке нижней шаровой опоры. На маленьком фото мало что видно и трудно понять, куда монтажную лопатку нужно вставлять. Но когда будете вживую работать с автомобилем, то сразу всё поймёте и, использовав лопатку как рычаг, поперемещайте её то вниз, то вверх, то вниз, то вверх и т.д. Во время осуществления этой процедуры не повредите пыльник, будьте аккуратны. В том случае, если опора сильно повредится, то подвеска будет сильно гулять и от небольшого усилия уже перемещаться. В таком случае шаровые опоры подлежат замене.

Примечание!
Данным способом лучше всего проверять только верхние шаровые опоры, потому что нижние опоры проверяются чуть-чуть по-другому. Более подробно о том, как это сделать, читайте в способе 2 ниже!

Способ второй (проверка нижних шаровых опор с помощью штангенциркуля):

Начнём сперва с того, что не у всех автолюбителей присутствуют штангенциркули. Если и Вы в оказались в этом числе, тогда возьмите нож, тоненькую проволочку и линейки и также приступайте к проверке. Вначале нужно будет воспользоваться гаечным ключом размером «на 7 мм» (или накидным) и выкрутить полностью с их помощью нижнюю пробку шаровой опоры (указана красной стрелкой). Затем в отверстие засуньте штангенциркуль (на некоторых штангенциркулях специальная тонкая часть есть) и замеряйте расстояние, на которое он войдёт. Если же не получается штангенциркуль засунуть (он упирается в землю например, а домкрата нет) или если его нет, то берите тоненькую проволочку, засовывайте её в отверстие до упора, делайте ножом надрез вровень с торцом шаровой опоры и вынимайте её. Потом измерьте расстояние от конца проволоки и до этого надреза при помощи линейки. Если это расстояние больше, чем 11,8 мм, то шаровая опора подлежит замене.

Способ третий (снятие шаровых опор и визуальных их осмотр):

Это самый долгий способ, но зато Вы будете точно знать, исправны ли шаровые опоры или уже есть в них люфт и они уже все разбиты. Для того, чтобы этот способ осуществить, снимите нужные для Вас шаровые опоры с автомобиля (Как это сделать, читайте в статье « »), после чего осмотрите внимательно пыльник шаровых опор. На нём не должны будут присутствовать трещины, разрывы и тому подобные дефекты. Затем снимите полностью пыльник; убедитесь, что смазка в шаровой опоре есть и что вода, грязь и тому подобное в шаровой опоре отсутствует. Следом возьмитесь рукой за кончик шарового пальца (см. фото ниже) и покачайте его из стороны в сторону. Палец должен будет перемещаться от усилия руки, но тяжело. Если палец болтается и легко перемещается, или же если Вы его даже с места сдвинуть не можете, то такая шаровая опора считается неисправной и подлежит замене.

ДИАГНОСТИКА ОПОР И ФУНДАМЕНТОВ ВЛ
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ

Электросетевое строительство в России активно велось с 60-х до середины 80-х годов прошлого столетия. В настоящее время нормативные сроки службы этих объектов заканчиваются. Отсутствие необходимых и достаточных инвестиций для реконструкции объектов электроэнергетики на протяжении последних 10-15 лет привело к накоплению больших объемов «отложенного спроса». В итоге существует крайне серьезная проблема: с одной стороны – огромное число объектов, требующих незамедлительной реконструкции исходя из нормативных сроков службы; а с другой стороны – отсутствие финансовых возможностей для ее выполнения.
Из вышесказанного следует однозначный вывод: необходимо отказаться от «тотальной реконструкции» в пользу «адресно-восстановительного ремонта» и «адресной замены» электросетевого оборудования и конструкций. Начальным этапом этой работы является диагностика конструкций ВЛ. Наряду с традиционными способами всё активнее начинают применяться современные методы диагностики, о которых рассказывают наши новосибирские авторы.

Юрий Гунгер , к.т.н., генеральный директор
Виктор Чернев , начальник отдела диагностики электрооборудования
Группа компаний «ЭЛСИ», г. Новосибирск

Целью диагностики является ранжирование оборудования и конструкций по их остаточным эксплуатационным характеристикам с разделением на 3 группы.
Первая из них представляет собой группу продления ресурса, которая включает объекты с нормальными остаточными эксплуатационными характеристиками, несмотря на окончание их нормативного срока службы.
Во вторую группу – «адресно-восстановительного ремонта» – входят объекты, остаточные эксплуатационные характеристики которых могут быть восстановлены в результате выполнения текущего или капитального ремонта.
Третья группа – «адресной замены» – состоит из объектов, остаточные эксплуатационные характеристики которых ниже нормируемых значений и не могут быть восстановлены в результате выполнения ремонта.
В последние годы широкое распространение получили различные методы диагностики электрических аппаратов, как наиболее дорогостоящих и ответственных элементов электрической сети. Также разработаны и внедряются в эксплуатационную практику методы диагностики электрической части воздушных линий (ВЛ) и подстанций (ПС) – проводов, контактных соединений и изоляции. На этом фоне единственным широко распространенным способом диагностики механической части ВЛ и ПС – опор, стоек под оборудование и фундаментов остаются внешние осмотры, регламентируемые правилами эксплуатации электроустановок. К сожалению, внешние осмотры не могут рассматриваться как сколько-нибудь серьезный способ диагностики, так как такие конструкции наряду с видимыми дефектами могут иметь и скрытые . При этом, учитывая массовость этих элементов в составе любой электрической сети, вероятность возникновения аварий из-за повреждения механической части отдельных конструкций достаточна высока.

На наш взгляд, проблеме диагностики механической части ВЛ и ПС, находящихся в длительной эксплуатации, следует уделять более серьезное внимание. Опыт показывает, что диагностике должны подвергаться все железобетонные конструкции со сроком эксплуатации более 20 лет. Сейчас в России в эксплуатации находятся несколько десятков тысяч железобетонных стоек ПС и несколько сотен тысяч опор ВЛ с железобетонными фундаментами или центрифугированными стойками со сроком службы около 40 лет.
Следует отметить многопараметричность деструктивных процессов, снижающих несущую способность железобетонных фундаментов и стоек опор ВЛ в эксплуатации: это и воздействие грунтово-климатических факторов внешней среды, и влияние вибраций от действия ветровых нагрузок, и другие специфические, в том числе электрофизические, условия функционирования электросети. В настоящее время достаточно хорошо проработаны следующие методы испытания бетонов на прочность:
Метод стандартных образцов. Образцы кубической формы испытывают через 28 суток после изготовления, для чего они устанавливаются в пресс и нагружаются до разрушения образца.
Использование кернов, выбуренных из конструкции, которые испытываются подобно стандартным образцам под прессом.
Группа методов неразрушающего контроля (НК), основанных на измерении поверхностной твердости бетона.
Первый метод неприменим в эксплуатации. Использование второго метода проблематично, поскольку он ухудшает прочностные характеристики конструкций за счет выбуривания образцов из тела конструкции, а также из-за сложной технической осуществимости такой операции в полевых условиях.

Не только прочность

Прочностные характеристики бетона являются очень важными, но не единственными параметрами, характеризующими надежность и работоспособность железобетонной конструкции. Появление по тем или иным причинам трещин в бетоне может вызывать коррозию арматуры и ослабление несущей способности конструкции изнутри. Оценка коррозионного состояния арматуры проводится электрохимическими методами путем ее поляризации от внешнего источника тока . Сопротивления анодной и катодной поляризации арматуры в неповрежденном и поврежденном бетоне имеют существенные различия, которые и несут информацию о коррозионном состоянии арматуры.
А вот обобщенную оценку состояния всей железобетонной конструкции целиком (фундамента или стойки опоры) можно получить, используя только вибрационные методы диагностики, основаннные на анализе декрементов затухания механических колебаний низкой и высокой частоты, искусственно возбуждаемых в железобетонной конструкции. Между этими параметрами и состоянием бетона, арматуры и их сцеплением между собой существует определенная зависимость . С появлением трещин на бетоне или коррозии арматуры их взаимодействие нарушается, что приводит к снижению несущей способности конструкции.

Наиболее эффективным современным средством контроля технического и коррозионного состояния железобетонных конструкций ПС и ВЛ является комплекс испытаний, использующий ультразвуковые и вибрационные методы оценки механических свойств, а также электрохимические методы определения коррозионного состояния арматуры и металлоконструкций ВЛ.
Для железобетонных конструкций, не имеющих видимых дефектов, комплексные и традиционные обследования имеют примерно одинаковые результаты и временные затраты. В случае, когда имеется скрытый дефект, традиционный способ его определить не может, даже в случае откопки конструкции из земли.
Несмотря на то, что комплексная диагностика является более детальной, при работе с конструкцией, находящейся в нормальном состоянии, она имеет сравнительно небольшие временные затраты (~7 минут). При диагностировании дефектной или даже аварийной конструкции временные затраты увеличиваются в два раза за счет повышенного объема виброконтроля (~14 минут). Традиционный способ при обследовании конструкции в нормальном состоянии с помощью склерометра позволяет уложиться в одну минуту. Однако в случае обследования дефектного фундамента или стойки опоры требуется их откопка (на глубину от 0,5 до 1,5 метров), что увеличивает временные затраты в три-пять раз (по сравнению с комплексной диагностикой).

Обследование фундаментов и опор ВЛ

Группой компаний ЭЛСИ совместно с НПП «Электрокорр» выполнены комплексные обследования фундаментов ВЛ 500 кВ в «Иркутскэнерго» и железобетонных опор ВЛ 110 кВ в «Новосибирскэнерго». В «Иркутскэнерго» по результатам обследований распределение фундаментов по группам выглядит следующим образом:

• в группе продления ресурса фундаментов – 38%;
• группа «адресно-восстановительного ремонта» содержит 62%, из них дефектных фундаментов, требующих срочного ремонта в течение 2006 года, – 19%, фундаментов, ремонт которых может быть выполнен в последующие годы, – 43%;
• аварийных фундаментов обнаружено не было, поэтому в группе «адресной замены» фундаментов – 0%.

• группа продления ресурса содержит 84% стоек;
• группа «адресно-восстановительного ремонта» составляет 8%;
• группа «адресной замены» – 8%.

Основные дефекты

Причинами дефектов железобетонных фундаментов металлических опор являются:

• активное вымывание цементного камня под действием кислой ржавой воды, образующейся из дождевой воды в сочетании с продуктами коррозии стальных стоек опор;
• осыпание и отслаивание бетона и наполнителя, приводящие к оголению арматуры, что в дальнейшем ведёт к коррозии арматуры и потере прочности фундамента;
• незащищенность «оголовника» фундамента от действия процессов «замораживания–оттаивания» влаги.

• неплотно прижатые края опалубки, допущенные при изготовлении центрифугированных стоек, следствием чего явилось быстрое разрушение швов полуформ в эксплуатации. Этот дефект зачастую приводит к образованию больших сквозных дыр, оголению арматуры и образованию значительных трещин вдоль швов полуформ (фото 3);
• повреждения, сколы, полученные при транспортировке и установке опор;
• влияние на стойки опор грунтово-климатических факторов (образование на стойке опоры мелких и крупных трещин). Эти дефекты за время эксплуатации также способствовали снижению несущей способности конструкций, что подтверждается данными вибродиагностики.

1. Необходимо вместо «тотальной реконструкции» вменить в практику планирования ремонта электросетевого оборудования локальный «адресно-восстановительный ремонт» и «адресную замену» дефектных элементов и конструкций. Этот подход позволит в рамках ограниченных финансовых и технологических ресурсов обеспечить экономически целесообразный уровень надежности электроснабжения потребителей.
2. Экономический эффект от предлагаемого метода получается за счет исключения из объемов тех опор и фундаментов, ремонт которых может быть обоснованно перенесен на поздние сроки.
3. Главным условием эффективного решения задачи минимизации затрат на ремонты являются достоверные оценки эксплуатационного состояния всех элементов и узлов линий электропередачи, полученные с необходимой точностью в результате применения современного диагностического инструментария.
4. Традиционные методы оценки технического состояния железобетонных электросетевых конструкций, использующиеся в настоящее время, не обеспечивают выявление дефектов в бетоне на ранней стадии их возникновения и не позволяют получить количественные оценки развития этих дефектов во времени из-за большой погрешности получаемого результата.
5. Наиболее исчерпывающую информацию об остаточном эксплуатационном ресурсе железобетонных и металлических стоек опор и фундаментов воздушных линий электропередачи дают оценки, полученные с помощью ультразвуковой, вибрационной и электрохимической диагностики состояния.

1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Мин-во топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», РД 34.20.501 – 95. – 15-е изд., перераб. и доп. – М.: СПО ОРГРЭС, 1996. – 160 с.
2. Штенгель В.Г. О методах и средствах неразрушающего контроля для обследования эксплуатируемых железобетонных конструкций // В мире НК. – 2002. – № 2(16). – С.12–15.
3. Ботин Г.П., Попонин С.А., Тарасов А.Г. Ультразвуковой контроль состояния железобетонных стоек опор и фундаментов воздушных линий электропередачи / Материалы Первой международной научно-практической конференции «Линии электропередачи – 2004: Опыт эксплуатации и научно-технический прогресс». – Новосибирск, 20–24 сентября 2004.
4. Гунгер Ю.Р., Тарасов А.Г., Чернев В.Т. Ультразвуковой и вибрационный контроль состояния железобетонных стоек опор и фундаментов воздушных линий электропередачи // Электроинфо. – 2005. – № 11. – С. 40–43.
5. Розенталь Н.К. Электрохимический метод исследования коррозии стали в бетоне по поляризационному сопротивлению // Электроснабжение железных дорог / ЗИ: ЦНИИ ТЭИ МПС. – 1993. – № 2. – С. 14–19.
6. Гуков А.И., Чадин А.Б. Аппаратура диагностики опор. Вибрационный и электрохимический методы // Электрическая и тепловозная тяга. – 1981. – № 4. – С. 38–40.

Потеря несущей способности опоры контактной сети электрифицированной железной дороги может привести к весьма тяжелой аварии с гибелью людей. Более половины опор контактной сети железных дорог в нашей стране и за рубежом выполнено из железобетона. Основой такой опоры является стойка в виде толстостенной трубы с внешним диаметром 300 - 400 мм, изготовленная методом центрифугирования. Под воздействием климатических факторов, вибрации и рабочей нагрузки бетон стойки меняет структуру, растрескивается, получает различные повреждения, и в результате стойка постепенно теряет свою несущую способность. Поэтому для определения необходимости замены стойки требуются регулярные обследования всех стоек некоторого участка дороги. Такие обследования предотвращают также излишнюю отбраковку опор.

Возможность объективной оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор базируется на уменьшении скорости распространения УЗ-колебаний в бетоне при появлении в нем дефектов. Причем в силу конструктивных особенностей стоек и характера нагрузок на них изменения свойств бетона в направлениях вдоль и поперек стойки оказываются неодинаковыми: скорость ультразвука в поперечном направлении со временем снижается быстрее, что, по-видимому, можно объяснить повышением концентрации микротрещин с преимущественно продольной ориентацией. По изменению величин скоростей распространения ультразвука вдоль и поперек стойки в процессе ее эксплуатации, а также по их отношению, можно судить о степени потери несущей способности стойки и принимать решение о ее замене.

В практике эксплуатации железных дорог в России в последние несколько лет используется достаточно простая методика оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети, основанная на измерениях скорости распространения продольных УЗ-волн в теле стойки в продольном и поперечном направлениях . Эта методика разработана в ВНИИЖТ в результате многолетних исследований прочности бетона в стойках опор и ее связи со скоростью ультразвука. В качестве основного измерительного средства при контроле опор используется УЗ-тестер УК1401 , предназначенный для измерений времени и скорости распространения продольных волн в твердых материалах при поверхностном прозвучивании на постоянной базе 150 мм. Тестер (фото 1) представляет собой малогабаритный (удерживаемый в руке) электронный блок с цифровым индикатором результатов измерений и двумя встроенными в его корпус УЗ-преобразователями с сухим акустическим контактом.

Ультразвуковой контроль опор проводится при поверхностном прозвучивании материала стойки в двух взаимно перпендикулярных направлениях (поперек и вдоль оси стойки) в одном или нескольких ее местах, в зависимости от типа и степени ее повреждения. Способ поверхностного прозвучивания позволяет вести контроль в любых местах стоек. При контроле выполняется по три измерения времени распространения ультразвука между преобразователями тестера в каждом направлении и определяются средние значения этих измерений. Использование отсчетов времени вместо скорости методически более удобно. По полученному среднему значению времени распространения ультразвука в поперечном направлении («показателю П1») и по его отношению к времени распространения ультразвука в продольном направлении («показателю П2») оценивается фактическая несущая способность опоры. На основе накопленного опыта оценки состояния стоек опор различных типов установлены предельные значения показателей П1 и П2, при достижении которых опоры необходимо заменять.

На рис. 2 показаны положения прибора УК1401 при контроле стойки опоры. Точки установки преобразователей тестера при прозвучивании поперек стойки выбираются так, чтобы продольные трещины, если они есть, проходили не ближе 30 мм к любому из преобразователей, и на пути прохождения волн между преобразователями не было ни одной трещины. При продольном прозвучивании стойки в этом же месте прибор располагается между пучками продольной арматуры, чтобы максимально уменьшить ее влияние на результат измерений. Для определения положения арматуры используется электромагнитный измеритель защитного слоя бетона. Измерения проводятся, как правило, в местах, где стойка наиболее нагружена, например, со стороны пути.

Сам процесс контроля, если не учитывать осмотр стойки и выбор мест измерений, занимает несколько минут. В выбранном месте прибор в горизонтальном положении прижимается к стойке на 10-15 с, после чего результат измерения считывается с индикатора и записывается в таблицу. Эти действия повторяются дважды, причем прибор заново прикладывается к стойке. Затем получают три результата при вертикальном расположении прибора, и они также заносятся в таблицу. Рассчитываются показатели П1 и П2 и оценивается состояние стойки.

В настоящее время готовится производство модернизированного варианта УЗ-тестера (дефектоскопа) УК1401, который будет автоматически вычислять средние значения времени распространения ультразвука по нескольким измерениям, показатели П1 и П2 и сравнивать их с соответствующими предельными значениями для получения вывода о пригодности опоры к дальнейшей эксплуатации.

Контактной сети

В настоящее время основную часть опорных конструкций контактной сети составляют железобетонные опоры и металлические опоры на железобетонных фундаментах. Рассмотрим диагностику железобетонных конструкций.

Различают два вида диагностики опор: диагностику надземной части и подземной части опор. По результатам диагностики надземной части проводится оценка несущей способности опор, изменение которой должно происходить вследствие старения бетона и уменьшения его прочностных характеристик. Диагностика подземной части опор проводится для оценки состояния проволочной арматуры и уровня снижения несущей способности при электрокоррозии арматуры.

В зависимости от рода тягового тока на электрифицированных участках необходимо проводить следующие виды диагностики:

· на участках переменного тока в основном должна проводиться диагностика надземной части. Диагностика подземной части может проводиться только в исключительных случаях, когда обнаружены коррозионные повреждения бетона в этой части;

· на участках постоянного тока обязательно следует проводить диагностику обеих частей опор: надземной и подземной.

Диагностика надземной части опор может проводиться в двух вариантах: она может быть выборочной или сплошной.

Выборочную диагностику осуществляют для установления несущей способности опор, у которых в процессе эксплуатации появились видимые разрушения в виде продольных трещин, выветривания поверхностного слоя, сетки мелких трещин и т.д., а также замечены прогибы консоли. В обязательном порядке рекомендуется проверять состояния анкерных опор и опор в кривых малого радиуса независимо от наличия на них повреждений. Первую выборочную диагностику необходимо проводить не позднее 3-х лет после сдачи участка в эксплуатацию. Последующая проверка должна проходить не реже одного раза в три года.

Сплошную диагностику надземной части следует проводить через 20 лет после начала эксплуатации участка. При сохранении тех же условий эксплуатации вторая сплошная диагностика проводится через 10 лет после первой. Последующие обследования назначаются индивидуально по каждому участку в зависимости от состояния опор с учетом данных предыдущих диагностирований.

Деградировавшие опоры выявляют несколькими способами. На первом этапе определяют места, где возможна коррозия. Для этого измеряют средние значения потенциалов «рельс - земля» и сопротивление опоры. Разделив потенциал на сопротивление, можно получить значение тока утечки, который бы протекал через арматуру. Таким способом выявляют потенциально опасные конструкции, с точки зрения электрокоррозии.

Но опасность электрокоррозии зависит не только от соотношения потенциала и сопротивления, но и от числа агрессивных ионов в почве, продолжительности существования потенциала и т. д. Более достоверна оценка опасности электрокоррозии при помощи интегрирующих датчиков. Интегрирующим датчиком называется электрохимическая ячейка стали в бетоне, погруженная в почву и способная пропустить ток.

Датчик представляет собой бетонный параллелепипед со сторонами 20 х 20 мм и длиной 150 мм с центрально армированным стальным стержнем, выступающим на 20мм над торцевой гранью и имеющий защитный слой у другой торцевой грани. Электрод изготавливается из проволоки такого же диаметра и класса, как и применяемая для изготовления опор. Перед установкой в почву устройство взвешивают с точностью до 0.01г. Число устанавливаемых интегрирующих датчиков электрокоррозии зависит от профиля пути и измерения параметров грунта (в среднем через 1,5...2 км). Стальной стержень каждого датчика подключают к рельсам. По истечении заданного промежутка времени (3 – 4 месяца) датчики изымают и вновь взвешивают. По результатам начального взвешивания и взвешивания после электрохимического воздействия определяются потери металла и рассчитывается удельный вынос металла в г/дм 2 сут для каждого датчика. На основе закона Фарадея рассчитывают электрокоррозионные диаграммы.

Для диагностирования степени электрокоррозии арматуры железобетонных опор применяют устройства АДО-2М, «Диакор», ИДА-2, прибор «ПК-1М».

При использовании прибора ПК-1М необходимо зачистить спуск (выше защитного устройства) и подошву рельса или стыковый соединитель. Затем необходимо соединить разъем прибора «Рельс» с помощью кабеля с рельсом, соединив рельсовый зажим с подошвой рельса или со стыковым соединителем. Далее необходимо соединить разъем прибора «Спуск» со спуском заземления опоры выше защитного устройства. Все подключения и зачистки проводить в диэлектрических перчатках. Далее включить питание прибора и произвести измерения. Измерения проводятся только при наличии нагрузки. Технические характеристики прибора: диапазон измеряемых потенциалов -250 - +250В; диапазон измеряемых сопротивлений 0 – 100кОм; точность измерения – 5%. Прибор содержит блок памяти для запоминания результатов обследования 1000 сопротивлений опор и 250 потенциальных диаграмм.

В АДО-2М использованы два метода - электрохимический и вибрационный. Электрохимический метод предназначен для оценки состояния высокопрочной проволочной арматуры предварительно напряженных опор. Методом можно установить, имеется или отсутствует коррозия стержней или анкерных болтов. При электрохимическом методе арматура опоры поляризуется от источника тока от 0 до 1,5 А в течение заданного промежутка времени (рис. 50). Затем источник тока отключают переключателем S2, и к арматуре подсоединяют вольтметр с диапазоном измерений ±1,99 В. По скорости уменьшения потенциала арматуры определяется степень коррозии.

Дело в том, что потенциал арматуры зависит от состояния ее поверхности, пассивная сталь сильно поляризуется.

Если поверхность арматуры имеет следы коррозии, то ее потенциал уменьшается. Арматура может быть предварительно поляризованной, поэтому для исключения погрешности измерения проводят дважды, меняя знак поляризации переключателем S1. Для измерения неизвестного потенциала один полюс вольтметра подключают к нулевому элементу (НЭ), который погружен в грунт. Нулевой элемент имеет известный постоянный потенциал.

Недостатком метода является необходимость подсоединения к арматуре, что сделать не всегда просто. Кроме того, ток поляризации должен быть значительным, из-за чего источник питания АДО-2М имеет большую массу (8...10 кг).

Рис. 50. Электрохимический метод

Вибрационный метод (рис. 51) основан на зависимости декремента затухающих колебаний опоры от степени коррозии арматуры. Опора приводится в колебательное движение, например, при помощи троса оттяжки и сбрасывающего устройства, которое калибруется на заданное усилие. На опоре устанавливают датчик колебаний, например, акселерометр. Декремент затухающих колебаний определяют как логарифм отношения амплитуд колебаний:

где А 2 А 7 – амплитуды соответственно второго и седьмого колебаний.

Рис. 51. Вибрационный метод

Приборы АДО-2М измеряют амплитуды колебаний 0,01...2 мм частотой 1...3 Гц. Чем больше степень коррозии, тем быстрее затухают колебания.

Недостаток метода в том, что декремент колебаний в большой степени зависит от параметров грунта, способа заделки опоры, отклонений технологии изготовления опоры, качества бетона. Заметное влияние коррозии проявляется лишь при значительном развитии процесса.

АДО-2М можно применять также для измерения потенциалов «рельс - земля» (до 2000 В), сопротивлений опоры, проверки искровых промежутков и диодных заземлителей, поиска низкоомных опор в групповых заземлениях.

Принцип действия комбинированного прибора диагностики коррозионного состояния опор (ДИАКОР) основан на электрохимическом методе. При диагностировании плотность тока составляет 2,5 мкА/см 2 , длительность поляризации - до 5 мин. За это время потенциал арматуры исправной опоры должен подняться до 0,6...0,7 В. Если измеренное значение менее 0,6 В, то ставят диагноз «коррозия». В знакопеременных и катодных зонах мощности источника для поляризации арматуры недостаточно. Там предлагается использовать штыревой заземлитель и увеличивать напряжение питания вдвое.

Для диагностики арматуры опоры применяют дефектоскоп ИДА-2. Действие индуктивного дефектоскопа арматуры ИДА-2 основано на методе измерения индуктивности катушки при внесении в нее стали (рис.52).

Рис. 52. Индуктивный дефектоскоп арматуры

К надземной и подземной частям опоры прикладывают катушку индуктивности, введенную в одно из плеч моста, питающегося от измерительного генератора. Полное сопротивление катушки зависит от количества металла арматуры.

Достоинство такого метода состоит в том, что напрямую сравнивается масса металла в надземной и подземной частях. Недостатки заключаются в необходимости откопки опор и в том, что показания прибора зависят от колебания толщины защитного слоя бетона.

Толщина защитного слоя бетона при неизменной массе арматуры и положение арматуры могут быть определены при помощи приборов ИЗС. В пластмассовом корпусе ИЗС-10Н закреплены магниты и подвижная рамка, на оси которой имеется стрелка-указатель и магнит. Наличие и местоположение арматурных элементов устанавливают, перемещая прибор по поверхности конструкции. Толщина защитного слоя определяется по калибровочной кривой, номер которой зависит от диаметра арматуры.

Прибор ИЗС-10Н состоит из генератора переменного напряжения, источника автономного питания, индуктивного датчика, детектора и стрелочного прибора. Его действие основано на том же принципе, что и действие ИДА-2. Проводят два измерения: когда ось датчика совпадает с направлением арматуры и под прямым углом. Диапазон измерения толщины - 5...60 мм, диаметр арматуры - 4...8 мм класса А-1 и 10...32 мм класса А-1П.

Прибор обеспечивает:

· измерение толщины защитного слоя бетона над арматурными стержнями 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20...25, 28...32 мм;

· измерение толщины защитного слоя бетона в зависимости от диаметра стержней арматуры в следующих пределах: при диаметре 4 ... 10 мм - от 5 до 30 мм; при диаметре 12 ... 32 мм - от 10 до 60 мм;

· определение расположения проекций стержней арматуры на поверхности бетона: диаметром 12...30 мм - при толщине защитного слоя бетона не более 60 мм; диаметром 4 ... 10 мм - не более 30 мм.

Погрешность измерений 5 %, масса - 4,2 кг.

Прибор ИЗС-10Н также применяется для установления типов опор. Для этого указатель диаметров на передней панели прибора устанавливается на цифру 4, а преобразователь перемещается вдоль окружности опоры. Если показания прибора изменяются от 3-4 мм до 10-15 мм, то это свидетельствует, что данная стойка типа ЖБК (со стержневой арматурой). Если же стрелка прибора указывает на 15-18 мм, то это говорит о том, что данная стойка типа СЖБК, СК (предварительно – напряженная).

Прочность бетона определяют ультразвуковым методом при помощи приборов «Бетон-5», УКВ-1М и УК-12П. Для обеспечения надежного акустического контакта между бетоном и рабочими поверхностями ультразвуковых преобразователей применяют солидол, технический вазелин. Данный метод позволяет определить глубину распространения трещин в бетоне, размеры каверн и зон неуплотненного бетона.

Ультразвуковые приборы УК-1401 (УК-14ПМ) предназначены для измерения времени и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твердых материалах при прозвучивании на фиксированной базе с целью определения прочности и целостности железобетонных опор контактной сети. База прозвучивания - 150 мм, диапазон измерений времени - 15... 70 мкс; дискретность измерения времени - 0,1 мкс; диапазон измерений скорости звука - 2150 ... 9900 м/с. Обычно делают два измерения - вдоль и поперек тела опоры.

Области применения:

· определение прочности бетона по скорости ультразвука согласно ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности»;

· определение прочности бетона в эксплуатируемых сооружениях в сочетании с методом «отрыв со сколом»;

· оценка несущей способности бетонных опор и столбов из центрифугированного бетона через отношение скоростей распространения ультразвука в направлениях вдоль и поперек опоры;

· поиск приповерхностных дефектов в бетонных сооружениях по аномальному уменьшению скорости или увеличению времени распространения ультразвука в дефектном месте по сравнению с областями без дефектов;

· оценка сходства или различия упругих свойств материалов или образцов одного материала друг от друга, а так же возраста материала при условии изменения его свойств от времени.

Порядок измерений следующий:

· осматривают наружную поверхность опоры, устанавливают имеющиеся повреждения, их количество, расположение;

· определяют участки измерений. Количество этих участков зависит от типа стойки и степени ее повреждения. Для стоек типа СЖБК, не имеющих отверстий в вершинной части, необходимо не менее 2-х измерений на высоте 1.2 – 1.5 м от поверхности земли. В зоне ниже пяты консоли на 0.5 – 0.7 м. Для других типов стоек (типа СК), имеющих отверстия в вершинной части, достаточно одного участка – в нижней части опоры;

· участки для измерений должны находиться в сжатой зоне конструкции, расположенной со стороны пути или в плоскости действия наибольшего изгибающего момента;

· обязательным считается проведение измерений в зоне сетки трещин независимо от высоты ее расположения над землей;

· в выбранных участках при наличии продольных трещин измерения проводятся между трещинами;

· в зоне контакта ультразвуковых преобразователей с поверхностью бетона не должно быть раковин, выбоин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. Места измерений должны быть очищены от грязи, краски, пыли и т.д.;

· измерения начинают с нижней части опоры;

· измерения требуется проводить в сухую погоду при температуре не ниже +50С;

· прозвучивающее устройство прикладывается к поверхности бетона с усилием порядка 4 кгс;

· откопку опоры для измерения времени распространения ультразвука следует вести до глубины 0.5-0.7 м со стороны нейтральной зоны опоры.

Состояние надземной части опоры можно проверить, нанося серию ударов специальным измерительным молотком. По ускорению отскока молотка определяют прочность железобетона. Из-за того, что структура бетона неоднородна - в нем имеются песок, гравий - диагноз ставят по оценкам математического ожидания и дисперсии измерительных параметров.

Для анализа звуковых колебаний в теле опоры применяют даже бытовой диктофон. По надземной части опоры наносится удар, затухающие звуковые колебания записывают на диктофон. Затем в лабораторных условиях его подключают к звуковой плате (карте) компьютера, и электрические колебания с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуются в массив данных. Этот массив можно обрабатывать всеми известными методами, начиная с чисто визуального сравнения осциллограмм для опор с известными степенями потери прочности бетона.

Диагностику надземной и подземной частей опор можно проводить низкочастотным ультразвуковым дефектоскопом А1220 рисунок 53. Прибор состоит из электронного блока с экраном и клавиатурой и 24-элементного (6*4) матричного антенного устройства (АУ). Конструкция элементов АУ прибора обеспечивает проведение контроля без контактной жидкости, т.е. с сухим точечным контактом. Элементы АУ подпружинены и дают возможность измерений на криволинейных и шероховатых поверхностях.

Рис. 53. Ультразвуковой дефектоскоп А1220

Металлические опорные конструкции можно диагностировать прибором ВИТ-3М (рис.54). Дефектоскоп вихретоковый ВИТ-3М предназначен для обнаружения и оценки глубины поверхностных трещин на изделиях изготовленных из сталей, а так же из сплавов на основе алюминия, меди, титана, магния. Дефектоскоп может применяться для обнаружения дефектов па плоских и криволинейных поверхностях, как с чистовой обработкой, так и с большой шероховатостью, а также под слоем неметаллического покрытия.

В основу работы прибора положен амплитудно-частотный метод вихретоковой дефектоскопии.

Дефектоскоп собран в одном корпусе, включая батарейный отсек. Вихретоковый преобразователь (ВИ) в корпусе которого вмонтирован светодиод индикации, соединяется с корпусом дефектоскопа кабелем через разъем на задней панели.

В дефектоскопе имеется три вида индикации результатов контроля:

· световая, срабатывающая при пересечении преобразователем трещины (конструктивно совмещена с датчиком).

· стрелочная, работающая в статическом режиме и позволяющая оценивать глубину обнаруживаемой трещины путем сравнения отклонений стрелки на специально изготовленном образце и на трещине.

· звуковая, с выводом информации на головные телефоны. Дублирует стрелочную. Изменение частоты тона пропорционально отклонению стрелки.

Рис. 54. Дефектоскоп вихретоковый ВИТ-3М

При проверке металлических конструкций необходимо установить ВИ на контролируемый участок перпендикулярно поверхности. Передвигая ВИ перпендикулярно поверхности по контролируемому участку, следить за отклонением стрелки. При прохождении ВИ над трещиной стрелка отклонится вправо. Если отклонение стрелки более 4-5 делений шкалы, то при пересечении ВИ трещины сработает световой индикатор. При использовании головных телефонов будет слышен звуковой сигнал.

Технические характеристики:

· минимальное значение глубины трещины - не более 0.2 мм;

· минимальное значение длины трещины - не более 3 мм;

· размеры не более 140x90x35 мм;

· масса не более 0.3 кг.

Ультразвуковые толщиномеры серии «26» и «MG2» рисунок 55.

Портативные, карманного типа толщиномеры серии 26 предназначены, в основном, для исследования разрушения материалов.

Ультразвуковой толщиномер серии MG2 с расширенными техническими характеристиками:

· возможность измерения толщины через изоляцию;

· толщина контролируемого материала от 0,5 до 635 мм;

· режим быстрых измерений MIN/MAX;

· режим стоп-кадра;

· компенсация смещения нуля

· время непрерывной работы от встроенных батарей - 150 часов

· рабочая температура от -10 до +1500С

· вес 340 г.

Рис. 55. Ультразвуковые толщиномеры серии «26» (а) и «MG2» (б)

Ультразвуковые дефектоскопы «Epoch LT» (рис/ 56)

Рис. 56. Ультразвуковой дефектоскоп «Epoch LT»

Цифровой широкополосный дефектоскоп со встроенными НЧ и ВЧ фильтрами предназначен для обследования сварных швов и соединений, измерения толщины, выявления коррозии и эрозии, нахождения и определения размеров трещин и пор.

Прибор имеет генератор прямоугольных или пиковых импульсов:

· частота импульсов от 30 Гц до 1 кГц;

· диапазон рабочих частот от 0,5 до 25 МГц;

· VGA, USB порт вывода данных

· NiMH батарея большой емкости, время непрерывной работы 8 часов

· большой, яркий жидкокристаллический или электролюминесцентный дисплей.

· автоматическая калибровка ультразвукового преобразователя.

· усовершенствованная функция регистрации данных с возможностью редактирования

· расширенная память (500 изображений А - развертки /12000 значений толщины)

· возможность определения положения дефекта по трем координатам.

Твердость металла металлических опор может быть определена при помощи прибора МЭИТ-7. Поверхность опоры предварительно защищают, затем вдавливают в поверхность шарик диаметром 10 мм с определенным усилием. Усилие вдавливания выбирается таким, чтобы оттиск от шарика имел диаметр 0,9 мм. Сила вдавливания измеряется и пересчитывается в предел текучести металла. Состояние металлических конструкций рекомендуется оценивать на основе анализа визуальных осмотров, агрессивности среды, оставшейся толщины, прогибов и металлографических исследований. Металлографические исследования проводят тогда, когда имеется необходимость определить марку стали. Для определения толщины полок конструктивных элементов используют индикаторные скобы (рис. 57). Признаками образования трещин служат разрушения слоя краски и выступающие полосы ржавчины красно-бурого цвета. Очень тонкие трещины обнаруживаются с помощью лупы или микроскопа МПБ-2. Вообще, для диагностики металлических конструкций, мест их соединений рекомендуется несколько методов: ультразвуковой, вихретоковый, анализа параметров петли гистерезиса.

Рис.57. Индикаторная скоба