Залізничні шпали із бетону з композитною арматурою

Abstract

UA: Об’єктом дослідження є напружено-деформований стан, електричні властивості, електрокорозійні процеси та їхні наслідки у залізничних шпалах із бетону з композитною та сталевою дротяною арматурою. Предметом дослідження є залізничні шпали із бетону з композитною та сталевою дротяною арматурою та їхні моделі. Методи досліджень: розрахунковий (методом скінчених елементів) і натурний (навантаженням фізичних моделей) експерименти з аналізом напружено-деформваного стану шпал із бетону з композитною та сталевою дротяною арматурою; моделювання електричних характеристик шпал; експозиція фізичних моделей шпал під корозійними та електричним впливами та оцінка наслідків цих впливів фізико-хімічними методами, у т.ч. мікроскопічним, наноіндентуванням. В результаті проведених досліджень отримано нові наукові результати: набули подальшого розвитку уявлення про роботу і напружено-деформований стан під поїзним навантаженням шпал із бетону зі сталевою дротяною та композитною базальтопластиковою арматурою, в яких 5 попередньо напруженим є весь пакет арматури; вперше отримано залежності максимальних значень напружень у бетоні шпал з композитною арматурою під поїзним навантаженням від зусилля натягу арматурного пакету, діаграми деформування моделей таких шпал з різними зусиллями попереднього натягу арматурного пакету; набули подальшого розвитку уявлення про електричні властивості, корозійну та електрокорозійну поведінку шпал із бетону з композитною базальтопластиковою арматурою; вперше встановлено, що заміна сталевої дротяної арматури композитною обумовлює збільшення електричного опору шпали у 6–16 раз, проте призводить до електроміграційного вилуговування бетону під впливом струмів витоку, для запобігання якому доцільно підвищення щільності а, отже, класу бетону. Практичне значення отриманих результатів полягає у створенні теоретичних та експериментальних основ для конструювання, виробництва та експлуатації шпал із бетону з композитною арматурою, які матимуть кращі експлуатаційні якості порівняно зі шпалами зі сталевою дротяною арматурою, а також у наданні отриманих нових знань студентам – майбутнім фахівцям залізничної і будівельної галузей під час реалізації навчального процесу. Розроблено спосіб виробництва попередньо напружених шпал, на який подано заявки на видачу патентів на винахід і корисну модель, отримано патент на корисну модель. За результатами досліджень для одного з підприємств України розроблено рекомендації з вибору конструкції і технології виробництва залізобетонних шпал, які передбачають можливість виробництва шпал з композитною арматурою. Рекомендації впроваджені, зокрема, розроблено конструкцію шпал, уведено в експлуатацію технологічну лінію з їх виробництва та поставлено шпали на виробництво.

EN: Object of research – stress-strain state, electrical properties, electro-corrosion processes and their consequences in railway sleepers made of concrete with composite and steel wire reinforcement. Subject of research – railway sleepers made of concrete with composite and steel wire reinforcement and their models. Research methods: computational (finite element method) and full-scale (physical model loading) experiments with analysis of the stress-strain state of concrete sleepers with composite and steel wire reinforcement; modeling of electrical characteristics of sleepers; exposure of physical models of sleepers to corrosive and electrical influences and assessment of the consequences of these influences by physicochemical methods, including microscopic and nanoindentation. As a result of the research, new scientific results were obtained: the ideas about the performance and stress-strain state under train load of concrete sleepers with steel wire and composite basalt-plastic reinforcement, in which the entire reinforcement package is pre-stressed, have been further developed; for the first time, the dependencies of the maximum stress values in the concrete of sleepers with composite reinforcement under train load on the tension force of the reinforcement package, [and] deformation diagrams of models of such sleepers with different pre-tension forces of the reinforcement package were obtained; ideas about the electrical properties, corrosion and electro-corrosion behavior of concrete sleepers with composite basalt-plastic reinforcement have been further developed; it was established for the first time that the replacement of steel wire reinforcement with composite [reinforcement] causes an increase in the electrical resistance of the sleeper by 6–16 times, but leads to electromigration leaching of the concrete under the influence of leakage currents, for the prevention of which it is advisable to increase the density and, therefore, the class of the concrete. The practical significance of the obtained results lies in the creation of theoretical and experimental foundations for the design, production, and operation of concrete sleepers with composite reinforcement, which will have better operational qualities compared to sleepers with steel wire reinforcement, as well as in providing relevant knowledge to future specialists in the field through implementation into the educational process. A method for manufacturing concrete sleepers with pre-stressed reinforcement was developed and patented. Based on the research results, recommendations for the choice of construction and production technology of reinforced concrete sleepers, which provide for the possibility of producing sleepers with composite reinforcement, were developed for one of the enterprises of Ukraine. The recommendations have been implemented; in particular, the construction of sleepers was developed, a technological line for their production was put into operation, and the sleepers were put into production.