На сети железных дорог СНГ насчитывается примерно тысяча грузовых станций. Наращивание мощностей этих станций является важным фактором, определяющим эффективную переработку вагоно- и грузопотоков. Решающее значение в этом имеет путевое развитие как самих станций, так и грузовых пунктов [1, 2].

Число путей приемо-отправочного парка грузовой станции определяется по формуле [2]:

(1)

где Z_n – число путей для приема поездов;
Z_о – число путей для отправления поездов;
I – ходовой путъ.

Число путей в приемо-отправочных парках грузовых станций зависит от грузопотока предприятий: имеются пути по назначению выполняемых операций на станции, пути для приема передаточных поездов, для накопления обработанных вагонов и отправления передаточных поездов на другую станцию.

Имеется грузовая станция, которая одновременно взаимодействует с двумя сортировочными станциями и осуществляет прием и отправление передаточных поездов на два направления. Для накопления вагонов на разные сортировочные станции, процесс которого имеет длительный характер, в приемо-отправочном парке такой грузовой станции предусматривается два пути. Для приема передаточных поездов с двух направлений требуется, как минимум, один путь. Но следует учитывать, что при приеме передаточных поездов с двух направлений возможно совпадение времени их подхода к грузовой станции. При наличии на грузовой станции одного пути приема возникают простои поездов по неприему на станцию. Поэтому при наличии двух примыканий к грузовой станции рассматривается целесообразность укладки двух путей для приема передаточных поездов с разных направлений.

Число совпадений прибытия передаточных поездов разных направлений в течение суток определяется по формуле [2, 3]:

где n₁, n₂ – число прибывающих в течение суток передаточных поездов с первого и второго направлений (сортировочных станций);
t_з – время занятия пути приема передаточным
поездом, ч.

Годовые расходы, связанные с задержками поездов по неприему на станцию, равны

(3)

где e_nч – стоимость 1 поездочаса простоя передаточного поезда по неприему, тенге:

(4)

где – стоимость локомотивочаса поездной работы с содержанием локомотивной бригады, тенге;
e_вч – полная стоимость вагоночаса, тенге;
m_c – состав передаточного поезда в вагонах.

К основным принципам организации перевозок на промышленном транспорте относятся [3]:

- организация перевозочного процесса на основе плана;

- обеспечение устойчивого взаимодействия между элементами перевозочного процесса;

- внедрение единых технологических процессов (ЕТП) работы промышленного железнодорожного транспорта и станции примыкания;

- обеспечение целенаправленной концентрации и регулярности работы всех элементов транспортных цехов;

- повышение скоростей перемещения и сокращение длительности выполнения операций;

- максимальное внедрение поточности, параллельности, непрерывности и ритмичности выполнения операции при переработке вагонопотока;

- организация вагонопотоков с применением отправительской и ступенчатой маршрутизации;

- оптимизация и автоматизация систем управления с применением математических методов и ЭВМ;

- повышение производительности труда, улучшение использования вагонов, локомотивов и транспортных технических средств;

- снижение трудовых и денежных затрат на перевозки, снижение себестоимости перевозок.

Соблюдение основных принципов организации перевозок на промышленном железнодорожном транспорте позволяет весь перевозочный процесс осуществлять с минимальными затратами, рационально обеспечивая загрузку и распределение работ.

Рациональная организация перевозок на промышленном транспорте и управление им с учетом наилучшего использования трудовых ресурсов и технических средств называется эксплуатационной работой, которая должна обеспечивать своевременное и полное удовлетворение потребностей республики в перевозках, наиболее целесообразную концентрацию и непрерывность выполнения операций с обеспечением наибольшей скорости перемещения и наименьших затрат на перевозочный процесс. Такая организация сокращает дополнительные потери, а следовательно, уменьшает потребность в пропускных и перерабатывающих способностях транспортных устройств и увеличении парка подвижного состава.

Е_к – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений. Принимается Е_к = 0,12;
K_n – капитальные затраты на строительство одного километра пути приема, тенге;
Э_р – эксплуатационные расходы на 1 км приемо-отправочного пути в год, тенге;
2 – число стрелочных переводов, приходящихся на один приемо-отправочный путь;
К_с – стоимость одного стрелочного перевода с укладкой в приемо-отправочный путь и оборудованием электрической централизацией, тенге;
Э_с – эксплуатационные расходы по содержанию и обслуживанию одного стрелочного перевода в год, тенге.

Укладка дополнительного пути приема и отправления целесообразна, если выполняются условия:

(6)

Для сравнительной оценки различных микропрофилей нулевую линию – ось аргумента l – целесообразно направлять параллельно «красной» нивелировочной линии профиля дороги через точки, соответствующие среднему значению функции h(l). При этом среднее значение функции микропрофиля, заданной на участке протяженностью l₀ = 2l (рисунок 1),

(1)

будет равно нулю, а основной показатель размера вариации функции h(l) – ее среднеквадратичное отклонение h_с будет иметь минимальную величину

(2)

Взаимосвязь случайных значений функции по длине дорожного участка характеризуется антикорреляционной или просто корреляционной функцией, определяемой из следующего выражения:

(3)

где h(l + Δ) – значение функции микропрофиля при смещенном на величину Δ значении аргумента.

Анализ формулы (3) показывает, что при нулевом сдвиге аргумента (Δ = 0) значение корреляционной функции будет максимальным и равным дисперсии функции микропрофиля. С увеличением сдвига аргумента Δ значения корреляционной функции начинают уменьшаться (рисунок 2) и после некоторого значения Δ = Δ₀ она пересекает ось абцисс, а затем значения функции уменьшаются, становясь меньше любого заданного числа.




Рисунок 1 – График функции микропрофиля
поверхности дороги, заданной на участке l₀ = 2l

Рисунок 2 – График корреляционной функции
микропрофиля

В математической статистике [2] утверждается, что при значениях Δ > Δ₀ случайные значения функции микропрофиля h(l) и h(l+Δ) являются практически независимыми друг от друга случайными величинами.

Следовательно, при любом значении аргумента l функции микропрофиля и при достаточно малом сдвиге Δ величины h(l) и h(l+Δ) будут взаимно связаны определенной вероятностной зависимостью. При увеличении сдвига Δ теснота корреляционной взаимосвязи этих значений функции будет постепенно ослабевать и при Δ > Δ₀ их можно считать уже независимыми случайными величинами.

Поэтому длина отрезка Δ₀ оси абцисс корреляционной функции микропрофиля, характеризующая протяженность вероятностной взаимосвязи высот неровностей h(l) по длине дорожного участка, может использоваться в качестве одного из показателей статистической характеристики ровности рассматриваемой дороги. В таблице представлены результаты обмера микропрофилей дорожных участков основных типов автомобильных дорог [3, 4]. Полученные при этом корреляционные функции микропрофиля (рисунок 3) почти во всех случаях удовлетворительно аппроксимируются следующим выражением:

(4)

где P_i – нормированная корреляционная функция микропрофиля, для которой при Δ = 0 A₁ + A₂ = 1;
X₁ и X₂ – коэффициенты, характеризующие затухание этой функции;
β_k – коэффициент, характеризующий периодическую составляющую микропрофиля.

(5)

или

(6)

Определенные экспериментально значения коэффициентов, входящих в формулы (4), (5) и (6), представлены в таблице.

Зависимость (5) соответствует корреляционной функции, монотонно убывающей с увеличением Δ и

асимптотически приближающейся к горизонтальной оси (рисунок 3). Чем больше коэффициент Х, тем быстрее происходит убывание функции. В силу того, что корреляционная кривая функции не пересекает ось абцисс, для определения протяженности корреляционной взаимосвязи высот неровностей Δ₀ условно принимают, что величина Δ₀ определяется абциссой, соответствующей сравнительно малому значению нормированной корреляционной функции Р_Δ = 0,01…0,05. В формуле (6) коэффициент Х характеризует быстроту убывания функции, а коэффициент β_k – ее периодическую составляющую. Корреляционная функция вида (4) представляет собой сумму двух составляющих: монотонно убывающей (первый член) и затухающего колебания (второй член). Для большинства обследованных микропрофилей коэффициент A₂ меньше A₁ и поэтому функция Р_Δ имеет вид убывающей кривой наложенными волнами сравнительно небольшой амплитуды.




1 – по формуле (5); 2 – по формуле (6);
3 – по формуле (4)

Рисунок 3 – Графики типовых нормированных
корреляционных функций микропрофилей
автомобильных дорог

Таким образом, результаты обмера микропрофилей дорожного покрытия для АБС показывают, что при значительной протяженности участков измерения нормированные корреляционных функций, определенных для следа левых и правых колес, мало отличаются одна от другой.

Рисунок 1 – Расчетная схема


Указанная задача математически формулируется следующим образом:

(1)

где ρ_j – плотность материала;
u_j и _j – соответственно, перемещения по направлениям x и y; (j = 1, 2, 3, 4), j – номер слоя.

Теперь рассмотрим решение дифференциального уравнения (1) для одного слоя.

Тогда вместо подставляем следующие выражения:

(2)

где – объемное расширение.

Подставляя (2) в (1), решение уравнения (1) находим в виде:

(3)

где ω – круговая частота, ω = 2πn;
n – частота колебаний;
λ = 2π/γ – длина волны.

Подставив (3) в (1) и с учетом (2), получим следующие обыкновенные дифференциальные уравнения:

(4)

где

Введя вспомогательную функцию Ф_j(у) с отношениями

(5)

(6)

где

В случае вязкоупругого материала Е_j заменяется (6) комплексными величинами. Тогда С_pj = C_pRj + iC_pIj; С_sj = C_sRj + iC_sIj; С_pj, С_sj – соответственно, скорости распространения продольных и поперечных волн; C_sRj – скорости затухания продольных волн; C_sIj – скорости затухания поперечных волн.

Решение уравнения (6) выражается через экспоненциальную функцию:

(7)

где А_j, B_j, C_j, D_j – произвольные постоянные, которые определяются из граничных условий.

Решение уравнения (6) для первого и второго слоя записывается следующим образом:

(8)

Решение (8) для полупространства записывается в виде:

(9)

Решение (9) для у  L/2 и у  –L/2 принимает вид:

(10)

В симметричном движении слоя решение при –L/2  y  L/2 записывается в виде

(11)

На контакте y =  L/2 выполняются условия равенства перемещений и напряжений

(12)

На свободной поверхности у = l + L/2 ставится условие свободы от напряжений

(13)

Для определения произвольных постоянных A_j, B_j, C_j, D_j (j = 1,2,3) используем граничные условия жесткого контакта (12) и (13). В результате получим 12 алгебраических уравнений с 12 неизвестными в виде

(14)

где [S] – квадратная матрица (12х12), элементы которой выражаются через тригонометрические и экспоненциальные функции. Необходимым и достаточным условием существования решения этой системы является равенство нулю ее детерминанта.

В качестве тестовых задач приведем элементы дисперсионного уравнения для двухслойных тел со свободными поверхностями. Рассмотрим следующие два случая:

1. Пусть sс_s2, тогда q_j и S_j являются действительными числами. Тогда частотное уравнение принимает следующий вид:

где а₁₁ = q₂ cos (q₂L/2), а₁₂ = s₁cos(s₁L/2),

1 – теоретические результаты;
2 – экспериментальные результаты;

Рисунок 2 – Кривая изменения фазовых скоростей изгибных волн напряжения S и длины волны λ
в зависимости от частоты


Исследовано изменение первых пяти фазовых скоростей от длины волны λ для значений параметров α = 1.

Результаты расчетов представлены на рисунке 3. Анализ графиков рисунка показывает, что коренное влияние соприкосновения тела с основанием проявляется в области низких частот, когда соотношения h/λ<0,12.




Рисунок 3 – Изменение фазовых скоростей С_R^*
в зависимости от длины волн


2. Пусть s > с_s2, тогда q_j и S_j являются комплексными числами. В этом случае корни частотного уравнения (15) станут мнимыми, т.е. свободные волны не существуют.

Рассмотрим распространение свободных волн в полосе, находящейся в упругой безграничной среде (рисунок 1). Тогда решение уравнения (1) с учетом (2) примет вид:

при –L/2  у  L/2





при у  L/2 и у  –L/2

Введены параметры

Рассмотрим дисперсионное соотношение для симметричных волн. В этом случае перемещение среды при у  L/2 и у  –L/2





Перемещения слоя –L/2 ≤ y ≤ L/2 принимает следующий вид:





На границе контакта у = ±L/2 выполняются условия равенства напряжений и перемещений |a_ij| = 0; i = 1, 2, 3, 4; j = 1, 2, 3, 4;

При соотношениях параметров ρ₀ > 1; и значениях С_р2 = 2300 м/с С_s2 = 1311 м/c С_р1 = 5400 м/с С_s1 = 3196 м/с; ν₂ = 0,35; ν₁ = 0,3; ρ₂ = 0,126 кг.с²/м⁴, ρ₁ = 0,283 кг.с²/м⁴ проведен расчетный эксперимент, результаты которого приведены на рисунке 4.

В этом случае безразмерные фазовые скорости χ = С/С_р2 являются действительными и χ = f(C/λ). Численные результаты получены при различных значениях n. Анализ результатов вычислений показывает, что с увеличением n фазовые скорости пропорционально увеличиваются. В дальнейшем при L/λ→∞ фазовые скорости не изменяются.

Особую роль экспертное обследование выполняет в мониторинге деформативного состояния зданий и сооружений для крупных городов и мегаполисов. Масштабное строительство надземных и подземных зданий и сооружений, особенно в стесненных условиях центра города, оказывает существенное влияние на уже построенные объекты, приводит к ухудшению строительных свойств грунтов, что в свою очередь создает дополнительные воздействия в ранее построенных зданиях и увеличивает риск потери их несущей способности.

В настоящее время технология обследования существующих и возводимых зданий и сооружений находится в стадии становления, хотя последние внезапные разрушения зданий как в нашей стране, так и за рубежом вывели эту проблему на одно из первых мест в системе превентивных мероприятий по обеспечению безопасности и надежности промышленных и гражданских объектов.

Впервые вопросы нормирования работ по обследованию технического состояния объектов в Казахстане были отражены в СН РК 1.04-4-02 «Обследование и оценка технического состояния зданий и сооружений» [3] и РДС РК 07-07-99 (позже РДС РК 1.04-07-02) «Правила оценки физического износа зданий и сооружений» [4]. В данных документах представлена классификация технического состояния зданий и сооружений по категориям, которая не совсем эффективна при экспертном обследовании сложных, уникальных, большепролетных, высотных объектов, так как не учитывает тенденцию развития современных технологий возведения и материалов. Отсутствуют единые нормы на выполнение исполнительной документации при проведении экспертного обследования.

Обойдена стороной проблема надежности и живучести строительных конструкций, тесно связанная с расчетами на воздействие аварийных (запроектных) воздействий, для обеспечения ограниченной работоспособности объекта. А именно ее решение направлено в первую очередь на безопасность жизни людей и сохранность материального фонда. Тогда закономерно возникают два вопроса:

2. Как повысить существующий уровень живучести при условии несоблюдения достаточной живучести?

Одним из вариантов решения данной проблемы может служить такой комплексный подход, представленный на рисунке, который состоит из следующих основных этапов:

1. Обследование здания и диагностирование дефектов и повреждений;

2. Предварительная оценка технического состояния объекта и разработка, при необходимости, рекомендаций по восстановлению эксплуатационной пригодности;

3. Оценка технического состояния объекта после выполнения мер по восстановлению эксплуатационной пригодности. При этом необходимо:

● выполнить разработку технического регламента по оценке живучести существующих и вновь строящихся зданий и сооружений;

● создать терминологию и разграничить основные понятия, такие как надежность, долговечность, живучесть, безопасность;

● разработать дифференцированный подход оценки степени разрушения отдельных элементов конструкции и их влияния на общую оценку живучести здания (сооружения);

● оценка живучести здания дается по результатам комплексного обследования здания (сооружения) с обязательным приложением поверочных расчетов на прогрессирующее обрушение;

● для вновь строящихся зданий оценка живучести должна назначаться в зависимости от уровня ответственности здания (сооружения) и учитываться проектом;

● разработка альбома по адаптивному усилению типовых конструкций зданий и сооружений.

4. Оценка живучести объекта и разработка, при необходимости, рекомендаций по адаптивному (приспосабливающемуся) усилению по следующим сценариям:

● на развитие критических отказов из-за дефектов и повреждений: оценка живучести здания (сооружения) определяется как для цельной системы, включающей все элементы фундаментного и верхнего строения с учетом взаимосвязей между ними;

5. Заключительная оценка технического состояния и выдача сертификата надежности и живучести объекта.

Исходя из вышеизложенного, разработка нового документа по «Обследованию и оценки технического состояния зданий и сооружений» с учетом надежности и живучести – неотложная задача специализированных организаций, проводящих экспертное обследование гражданских и промышленных зданий и сооружений.

В последнее время появилось много предложений по контролю технического состояния (мониторинга) несущих конструкций строений с использованием автоматических станций, работающих непрерывно (круглосуточно) в режиме реального времени. Однако контроль технического состояния зданий в настоящее время нельзя осуществить автоматически, так как это состояние определяется на основе поверочных расчетов с уточненными по результатам обследования реальными прочностными характеристиками материала конструкций и расчетной схемой объекта, что пока не поддается полной автоматизации. Контроль же отдельных параметров ограниченного числа несущих элементов, как правило, не дает достоверной информации о реальном техническом состоянии здания. Документа, регламентирующего использование автоматических станций для контроля технического состояния несущих конструкций и всего объекта в целом в Казахстане, нет.

Существующие методы определения технического состояния зданий и сооружений, основанные на традиционном обследовании конструкций, выявлении дефектов и последующем отслеживании изменения этих и возникновения новых дефектов, не эффективны при массовой эксплуатации большого числа зданий и сооружений в силу их высокой трудоемкости, стоимости и продолжительности выполнения инструментальных работ. В связи с этим возникает задача разработки других технологий обследования, позволяющих оценивать напряженно-деформированное состояние конструкций.