Научный архив: статьи

Местный размыв грунта у опор мостов является довольно распространенным и опасным дефектом, несвоевременное обнаружение которого может привести к возникновению аварийных ситуаций с тяжелыми последствиями. Обоснованы возможности организации системы мониторинга частот свободных колебаний и углов наклона конструкций с целью своевременного обнаружения размывов опор. Описан процесс образования местного размыва опор мостов, параметры, влияющие на глубину размыва. Также представлен обзор существующих методов диагностики местных размывов опор, в основе которых лежит контроль изменений динамических параметров. Описаны результаты исследований влияния других факторов (например, уровня воды, прочности грунта, места установки датчиков) на динамические параметры конструкции. По результатам анализа установлено, что для диагностики размыва опор наиболее информативными динамическим параметрами являются частоты собственных колебаний. С учетом результатов обзора существующих методов диагностики авторами проведены натурные исследования. В качестве объекта исследования были выбраны идентичные друг другу по конструкции промежуточные опоры двухпутного железнодорожного моста (одна из опор с размывом около 1,5 м, две другие опоры без размыва). Натурные измерения проведены с помощью датчиков-акселерометров и инклинометров измерительной системы «Тензор МС». Результаты натурных исследований показали высокую чувствительность измеряемых параметров (частоты свободных колебаний и наклона верха опоры) при различном уровне грунта у опоры. По результатам исследований теоретически и практически подтверждена актуальность и возможность организации системы периодического или постоянного автоматизированного мониторинга динамических параметров конструкций с целью своевременного обнаружения размывов опор.

На основе анализа топографических планов г. Якутска и современных исследований изучены особенности эволюции городской дорожной сети и определены перспективы развития её транзитного потенциала. Выявлены два этапа развития улично-дорожной сети. На первом этапе сеть формировалась по логистическим принципам организации дорожного движения и грузопассажирских перевозок, осуществляемых гужевым транспортом. Переход ко второму этапу фиксируется по резкому увеличению городской территории и росту количества единиц автомобильного транспорта. Каркас дорожной инфраструктуры г. Якутска на втором этапе составляют дороги, основанные в начале XIX в. Автомобильный транспорт вытеснил из городского пространства гужевой транспорт. Одновременно в инфраструктуре и самой дорожной сети произошел ряд принципиальных изменений, проявившихся в необходимости разделения пешеходных и автомобильных потоков, введения обязательной регулировки транспортных и пешеходных потоков; организации движения общественного транспорта, включая строительство остановок; создании дневных, ночных и зимних стоянок и гаражей для личного и общественного транспорта; формирования площадей и станций технического обслуживания автомобильного транспорта; строительства заправочных станций. Все изменения оказали крайне негативное влияние на возможности городской дорожной сети, касающиеся её пропускной способности, интенсивности движения и транзитного потенциала. Нормативные требования по организации дорожного движения автомобильного транспорта привели к уменьшению ширины проезжей части городских улиц в два раза, а регулирование движения на перекрестках уменьшило пропускную способность улиц также в два раза. Особую проблему для развития улично-дорожной сети представляют системы городского тепло-, водо- и газоснабжения, в первую очередь, магистральные и межквартальные трубопроводы, расположенные на поверхности. Установлено, что дорожная инфраструктура города по своей пропускной способности исчерпала свои возможности и не сможет обеспечить транзит грузов после строительства мостового перехода через р. Лену.

Транспортным сооружениям, в частности мостам, в связи с прогрессирующим в текущее время развитием инфраструктуры на территории Российской Федерации уделяется большое внимание. Конструкциям мостов, особенно железобетонным, приходится работать в крайне неблагоприятных условиях. В первую очередь влияют различного рода агрессивные воздействия окружающей среды (хлоридное воздействие, карбонизация, перепады температуры, воздействие микроорганизмов, противогололёдных реагентов и т. д.). Также не стоит забывать о статических и динамических нагрузках и воздействиях, оказывающих влияние на мостовые сооружения в процессе их эксплуатации, часто интенсифицирующих процесс коррозионного износа конструктивных элементов транспортных сооружений. Для решения проблемы коррозии железобетонных сооружений было решено применить комплексный подход - использовать совместно базальтовую фибру и комплексную пластифицирующе-гидрофобизирующую добавку. Целью является повышение прочностных характеристик, а также показателей долговечности железобетонных конструкций, работающих в агрессивных условиях северной части Российской Федерации. Посредством эксперимента были определены эффекты применения базальтового дисперсно-армирующего компонента совместно с комплексной пластифицирующе-гидрофобизирующей добавкой Basf MasterCast 414. В качестве основного объекта исследования выступают физико-механические показатели цементного камня с добавлением комплексной пластифицирующей и гидрофобизирующей добавки и базальтового дисперсно-армирующего компонента (базальтовой фибры). К методам, применяемым для проведения эксперимента, относятся: аналитический метод с вариативностью выбора компонентов, сравнительный метод с соотношением показателей полученных данных, лабораторный эксперимент с применением специального оборудования в соответствии с нормативными документами. Основными результатами исследования являются выводы о возможности комплексного использования базальтовой фибры и комплексной пластифицирующей и гидрофобизирующей добавки, показатели прочности на сжатие и прочности на растяжение при изгибе, а также рассчитываемый коэффициент трещиностойкости образцов кубиков и балок.

При решении задач распределения температуры в дорожной конструкции, в том числе при определении глубины промерзания, необходимо уделить особое внимание слою снежного покрова, расположенного на откосах и у основания насыпи автомобильной дороги. Дорожная конструкция промерзает неравномерно. Снег имеет малую теплопроводность, что способствует защите грунта от глубокого промерзания. В течение зимнего периода с проезжей части производят механизированную уборку снега, в то время как на откосах и у основания насыпи происходит накопление снежного массива на протяжении всего зимнего периода. Это создает сложную картину промерзания и существенно влияет на распределение изотермы 0 °C внутри дорожной конструкции. В связи с этим необходимо определить характеристики снежного покрова на территории Пермского края для получения более точной картины промерзания конструкции. Характеристики снежного покрова существенно зависят от внешних климатических факторов и условий местности. Произведен анализ климатических характеристик на восьми метеостанциях Пермского края. Выявлено различие между нормативными и фактическими значениями температуры наружного воздуха в период с октября по апрель. Определена средняя месячная высота снежного покрова, а также вероятность установления снежного покрова в осенние месяцы и вероятность сохранения снежного покрова в апреле. Проанализирован опыт исследования теплофизических характеристик снежного покрова российских и зарубежных ученых и выбраны необходимые значения плотности и теплопроводности снега. Рассчитана удельная теплоемкость снежного покрова толщиной до 30 см.

На полигонах твердых коммунальных отходов (ТКО) основным видом отходов, требующим утилизации, являются полимеры различного строения. В статье показано на конкретном примере переработки вторичных полимеров в виде пластиков и резины автомобильных покрышек, как технико-экономические показатели технологии, рыночная конъюнктура и экологические риски определяют выбор технологии переработки. Значительную часть пластиков можно переработать в гранулы вторичного пластика, но проблемными остаются фракции с высоким уровнем загрязнения либо смесь пластиков, которую трудно или невозможно разделить на отдельные виды пластика. Показано, что низкая удельная теплотворная способность таких видов пластика препятствует применению их по энергетической схеме. Предложено перерабатывать неутилизируемые пластики в бескислородное жидкое топливо. Обсуждаются пути утилизации автомобильных покрышек. В связи с тем, что автомобильные покрышки являются композиционным материалом, показана экологическая опасность их переработки по энергетическому пути и предложено использовать материальный потенциал покрышек для производства битумоподобных материалов. Для всех рассмотренных видов вторичных полимерных материалов рассмотрены технико-экономические показатели различных технологических решений.

Представлены инновационные способы укрепления и стабилизации грунтов. Рассматривается современная технология укрепления глинисто-гравийных и песчаных грунтов автомобильных дорог с применением отходов пластика и отработанной керамической пыли. Проведено исследование по определению оптимального процентного содержания керамической пыли и пластиковых отходов в исследуемом грунте, которое составило 20 и 1 % соответственно. Приведена технология утилизации ПЭТ-бутылок из-под воды и использование их в качестве армирующего материала для улучшения свойств песчаных грунтов. Результаты исследования показали, что армирование пластиковыми отходами способствовало повышению прочности, сдвигоустойчивости и коэффициента CBR песчаного грунта. Также представлено исследование возможности армирования грунта частицами из восстановленного полиэтилена высокой плотности (HDPE). Испытания показали, что армированный песчаный грунт с использованием восстановленных фрагментов HDPE повышает его устойчивость к деформации и увеличивает прочность. Приведены результаты эксперимента по укреплению и стабилизации глинистого грунта с помощью отходов ПЭТ-бутылок. Результаты эксперимента показали, что произошло значительное улучшение параметров сдвигоустойчивости исследуемого грунта. Технология укрепления глинисто-гравийных и песчаных грунтов автомобильных дорог с применением пластиковых отходов и отработанной керамической пыли позволяет улучшить прочностные характеристики грунтовых дорожных оснований, а также утилизировать отходы пластмасс с сохранением их материального ресурса, что поможет снизить негативное воздействие пластиковых отходов на объекты окружающей среды. Данную технологию можно рассматривать как биопозитивную и климатически-нейтральную, так как она не требует организации сложной технологической линии по подготовке отходов, и значительного расхода энергии на подготовку отходов пластмасс к использованию. При этом в процессе производства стабилизатора для грунта, а также во время эксплуатации дорожного полотна не образуется вторичной эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу.

Большое количество регионов РФ испытывают дефицит качественных каменных материалов, что определяет их высокую стоимость и, как следствие, увеличение стоимости дорожного строительства. Снизить стоимость строительства конструктивных слоев дорожной одежды автомобильных дорог возможно за счет использования в качестве конструктивного слоя укрепленных грунтов из местных материалов. Такой подход позволяет не только снизить стоимость строительства, а также и повысить эксплуатационные качества автомобильной дороги в целом. Показано, что замещение части слоев дорожной одежды укрепленными грунтами приводит к снижению стоимости строительства автомобильных дорог на 15-25 %. Рассмотрено использование минеральных и органических вяжущих для консолидации частиц грунта, особенности возникающих при этом связей. Показано, что с увеличением объемов промышленного производства, расширением номенклатуры крупнотоннажных отходов появилась возможность вовлечения различных отходов (шлаки металлургии и химического производства, золы от сжигания топлива, шламы химических производств и т. п.) в дорожное строительство, при этом возможно эффективно влиять на структурообразование в грунтобетонах. Проведенные предварительные аналитические исследования на кафедре «Автомобильные дороги и мосты» Пермского национального исследовательского политехнического университета показали, что для этих целей можно использовать отходы АО «Березниковский содовый завод», АО «Минерально-химическая компания ЕвроХим», АО «СИБУР-Химпром, ПАО «МЕТАФРАКС»: в мелкодисперсном состоянии отходы данных предприятий можно применять для повышения несущей способности грунта за счет управления химических, физических и механических процессов взаимодействия отходов и грунта. Предварительно проведенные исследования по использованию высокоосновных отходов показали хорошие результаты при укреплении суглинков Березниковского района Пермского края.

Проведен эксперимент по вермирекультивации почв, загрязненных отработанным автомобильным маслом в концентрации 50 г/кг, с использованием дождевых червей Eisenia fetida, Eisenia andrei и Dendrobaena veneta и микроорганизмов - симбионтов дождевых червей. Стимулирующее влияние на выживаемость Eisenia fetida в условиях загрязнения маслом отмечена в образцах с добавлением с B. subtilis (Кр. Краскела - Уоллиса: H (4, N = 15) = 11,54386; p = 0,0211). В ходе анализа численности E. andrei в условиях загрязнения почвы отработанным машинным маслом установлено стимулирующее влияние Pseudomonas aeruginosa и Pseudomonas putida (Кр. Краскела - Уоллиса: H (4, N = 15) = 12,48889; p = 0,0141). При оценке различий показателей выживаемости Dendrobaena veneta выявлены статистически значимые различия в образцах почвы, загрязненной маслом, и в образце загрязненной почвы с добавлением Rhodococcus и Pseudomonas aeruginosa (Кр. Краскела - Уоллиса: H (4, N = 15) = 13,25898; p = 0,0101). При использовании симбиотических микроорганизмов наибольшая эффективность рекультивации почв, загрязненных отработанным машинным маслом, отмечена при совместном использовании Bacillus subtilis и Rhodococcus совместно с E. fetida - 95-100 %, Rhodococcus совместно с E. аndrei - 100 %, а также с Pseudomonas putida и Pseudomonas aeruginosа (80-85 %) совместно с Bacillus subtilis и Rhodococcus и D. veneta - 96-97 %.

Одним из основных условий технического регулирования в области проектирования и строительства автомобильных дорог является применение дорожно-климатического районирования, к которому привязаны основные нормы по земляному полотну, дорожным одеждам и требования к дорожно-строительным материалам. Повышение качества проектирования автомобильных дорог за счет более обоснованного учета региональных природно-климатических условий и совершенствование существующих отраслевых нормативных документов Кыргызской Республики с учетом реальных условий эксплуатации особенно важно и актуально. Строительство автомобильных дорог на просадочных грунтах достаточно сложный и трудоемкий процесс. Необходимо обеспечить безопасность езды и долговечность конструкции, одним из важных критериев которой является несущая способность грунта. На несущую способность в значительной мере влияет состояние верхней увлажненной зоны грунта. В задачу районирования входит качественная и количественная инженерная оценка условий дорожного строительства, выявление просадочных явлений грунтов земляного полотна автомобильных дорог горной местности.

Использование активных минеральных добавок совместно с суперпластификаторами является необходимым для достижения высоких физико-механических характеристик бетона. Использование побочных продуктов, получаемых в различных отраслях промышленности, способствуют развитию устойчивого строительства за счет сокращения отходов. Приведен литературный обзор исследований, посвященных влиянию техногенных минеральных добавок совместно с пластификатором, на свойства бетона, обеспечивающие долговечность материала. Каждая минеральная добавка обладает определенными свойствами и по-разному влияет на реологию, гидратацию, микроструктуру и, как следствие, на физико-механические свойства бетона. Долговечность бетона можно прогнозировать путем задания его определенного состава, включающего регулирование компонентов состава бетонной смеси, ее реологии, а также задания определённых характеристик затвердевшего бетона, включающего показатели прочности, морозостойкости, коррозионной стойкости, карбонизации и других свойств. Прогнозирование долговечности особенно актуально для транспортных бетонных конструкций и сооружений, зачастую подвергающихся суровым условиям эксплуатации. Активные минеральные добавки в небольших пропорциях, как правило, положительно влияют на структуру и прочность цементного камня бетона, а также на такие эксплуатационные свойства, как стойкость к проникновению хлоридов ионов, предотвращение щелочно-кремнеземной реакции между щёлочью и заполнителем. Зола-уноса и гранулированный доменный шлак обладают пуццолановыми свойствами и меняют кинетику гидратации цемента, действуя как инертные частицы на ранних стадиях гидратации. Микрокремнезем, побочный продукт производства кремниевых сплавов, является высокоэффективной пуццолановой добавкой в бетоне благодаря небольшому размеру частиц и высокому содержанию кремнезема, что приводит к увеличению прочности и снижению проницаемости. Однако его эффективность зависит от дозировки: оптимальный диапазон составляет 15-20 % от массы цемента для высокопрочных бетонов.

Рассматривается вопрос эксплуатации дизельных погрузчиков при выгрузке грубых кормов в процессе завоза сена в Якутию для полноценного кормообеспечения крупного скота. Своевременное и качественное кормообеспечение является актуальной проблемой для аграрного сектора республики. Периодически республика сталкивается с неуправляемыми природными факторами, влекущими за собой невыполнение планов кормозаготовительных кампаний и необходимость завоза сена из других регионов страны. В то же время территориальная неравномерность расселения и развития инфраструктуры транспорта, а также региональные особенности климата накладывают определенные ограничения в части выбора технических средств для производственных нужд. Авторами предложена схема доставки кормов, предполагающая создание накопительного склада и применение погрузчиков, работающих на дизельном топливе. При работе с дизельными погрузчиками в условиях ограниченного пространства необходимо принимать во внимание концентрацию загрязняющих веществ, в связи с чем авторами проведено экспериментальное исследование концентрации загрязняющих веществ при работе дизельного погрузчика VOLVO MC95C в помещении объемом 358 м3 с помощью многокомпонентного газоанализатора МАГ-6 С-1, определяющего концентрацию (мг/м3) O2 (кислорода), CO2 (углекислого газа), CH4 (метана) и CO (угарного газа). Исследования показали, что за 10 мин концентрация особо опасного вещества - угарного газа - достигает 16 мг/м3. Приводятся результаты исследования концентрации загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны погрузчика, подчеркивается опасность отработавших газов дизелей и необходимость подбора модели теоретического расчета количества сажи в отработавших газах в широком диапазоне режимов работы двигателя.

Применение одноосных и двухосных прицепов в составе автотракторного поезда позволяет значительно повысить грузоподъемность и производительность подвижного состава на транспортных работах, снизить затраты труда и себестоимость перевозок. Вместе с тем в сравнении с одиночными транспортными средствами для автотракторных поездов характерны более низкие эксплуатационные показатели - такие как устойчивость прямолинейного и криволинейного движения, маневренность. Устойчивость прямолинейного движения является важнейшим эксплуатационным свойством автотракторного поезда, влияющим на безопасность транспортных работ, и во многом определяется устойчивостью движения прицепного состава. Неустойчивое движение прицепа проявляется в поперечных боковых колебаниях, возникающих на достаточно низких скоростях прямолинейного движения автопоезда, - около 45 км/ч, что не позволяет в полной мере реализовывать скоростные возможности современных автомобилей-тягачей и колесных тракторов, скоростной потенциал которых значительно выше этих значений. Уменьшение боковых колебаний прицепов возможно путем модернизации тягово-сцепных устройств, снабженных стабилизаторами колебаний, а также стабилизирующих устройств, основанных на использовании тормозных систем прицепов, обеспечивающих раздельное подтормаживание колес прицепа, позволяющих поддерживать его стабилизацию путем подтормаживания ближнего к полюсу отклонения колеса прицепа при возникновении его колебаний. Предложена методика определения граничной скорости по условиям устойчивости одноосного прицепа, снабженного устройством раздельного подтормаживания колес, при возникновении поперечных колебаний. По результатам исследований представлен ряд запатентованных технических решений тягово-сцепных устройств, связанных с тормозной инерционной системой одноосного прицепа, позволяющих поддерживать устойчивое движение автопоезда путем стабилизации прицепа.