CC BY
20
УДК 620.19
КАЗАКОВА Е.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного транспорта)
ЩЕРБИНИНА Ю.В., старший преподаватель (Донецкий институт железнодорожного
транспорта)
Аналитический анализ повреждений железобетонных плит безбалластного мостового полотна
Kazakova E.V. Senior Lecturer (DRTI) Shcherbinina Y.V. Senior Lecturer (DRTI)
Analytical analysis of damage to reinforced concrete slabs of ballastless bridge deck
Введение
Безбалластное мостовое полотно на железобетонных плитах укладывают на металлических пролетных строениях как с ездой поверху, так и с ездой понизу при расстоянии между главными или продольными балками от 1,80 до 2,40 м.
Безбалластное мостовое полотно обладает высокой стабильностью, имеет длительный срок службы, предохраняет от загрязнения и коррозии верхние пояса балок и связи между ними, обеспечивает безопасный проход по мосту колесных пар в случае схода с рельсов.
Конструкция безбалластного
мостового полотна приведена на рис. 1.
1 - безбалластная железобетонная плита; 2 - контруголок; 3 - путевой рельс со скреплениями; 4 - опорная деревянная прокладка; 5 - арматурная сетка; 6 - цементно-песчаная подливка; 7 - высокопрочная шпилька крепления плиты; 8 - овальное отверстие для шпильки и нагнетания раствора под плиту
Рис. 1. Мостовое полотно на безбалластных железобетонных плитах
На отечественных железных дорогах с 1970-х гг. в плановом порядке проводится массовая замена
деревянного мостового бруса на железобетонные плиты безбалластного мостового полотна (БМП) -предварительно напряженные (до 1990-х гг.) и обычные (по настоящее время). На многих мостах уложенные плиты БМП после различных сроков эксплуатации подверглись различным повреждениям, поэтому на некоторых из них уже проводилась замена плит. В настоящее время замена плит БМП как одиночная, так и сплошная является затратным мероприятием, которое целесообразно проводить только при опасных повреждениях плит. Однако классификация повреждений плит с учетом их влияния на долговечность, несущую способность и безопасность эксплуатации отсутствует. Поэтому исследования, направленные на систематизацию повреждений плит БМП, определение причин их возникновения и влияние на долговечность, несущую способность и безопасность эксплуатации, является актуальной задачей.
Анализ последних исследований и публикаций
Различные повреждения железобетонных плит оказывают различное влияние на их несущую способность, надежность и долговечность. В этой связи в различных литературных и нормативных источниках приводятся градации повреждений по степени этого влияния. Так, в зависимости от влияния на безопасность движения поездов, долговечность и условия обслуживания установлены следующие категории дефектов (повреждений) искусственных
сооружений железных дорог: дефекты отсутствуют;
I - дефекты ухудшают условия обслуживания, снижают долговечность сооружения, но их развитие не влияет на пропущенный тоннаж;
II - развитие дефекта может ограничить грузооборот и создать угрозу безопасности движения;
III - дефект угрожает безопасности движения поездов, сооружение требует особых условий эксплуатации вплоть до введения предупреждений [1].
В приведенном источнике [2] без распределения на категории дефекты бетонных и железобетонных элементов железнодорожных мостов и труб классифицируют по влиянию на прочность, долговечность, безопасность движения. При этом указано, что трещины с шириной раскрытия более 0,2-0,3 мм недопустимы из-за опасности коррозии арматуры.
В источнике [3] повреждения, в частности трещины, в зависимости от влияния на работу конструкции автодорожных мостов условно делятся на три группы:
- трещины, долговечность;
- трещины, долговечность;
- трещины, несущую способно
Для оценки степени износа железобетонных конструкций в источнике [4] применяются категории технического состояния, краткое описание которых приведено в таблице 2.
Наиболее подробная градация повреждений приводится в [5] для бетонных и железобетонных
конструкций промышленных и гражданских зданий, где все выявленные дефекты разделяются на
не снижающие снижающие снижающие
сть.
типы: те, которые указывают на угрозу снижения или необеспеченность несущей способности; недопустимые с точки зрения пригодности конструкций для нормальной эксплуатации.
В источнике [5] установлены категории технического состояния сооружений железных дорог, приведенные в таблице 1.
Таблица 1
Категории технического состояния зданий и сооружений железных дорог
Категория Техническое состояние Признаки категории технического состояния Необходимые меры
1 Нормальное Отсутствуют повреждения, препятствующие нормальной эксплуатации; техническое состояние, как при вводе в эксплуатацию -
2 Удовлетворительное Имеющиеся повреждения, влияющие на возможность обеспечения нормативного срока службы здания Необходим текущий ремонт
3 Непригодное для нормальной эксплуатации Имеющиеся повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности конструктивных элементов Необходим капитальный ремонт
4 Аварийное Невозможно обеспечить целостность конструктивных элементов, возможно их внезапное разрушение Эксплуатация запрещена
Таблица 2
Категории технического состояния железобетонных конструкций промышленных и _гражданских зданий_
Категория Признак категории Характеристика повреждений Необходимые меры
1 2 3 4
Отсутствуют видимые Глубина потери защитного Необходимость в
дефекты и повреждения, слоя бетона его защитных ремонтно-
свидетельствующие о свойств не превышает восстановительных
I снижении половины его толщины; работах отсутствует
эксплуатационной пригодности конструкций толщина защитного слоя не менее проектного на 20%; ширина раскрытия трещин не превышает допустимых норм
Отсутствуют видимые Глубина потери защитным Необходимо
дефекты и повреждения, слоем бетона защитных восстановление
свидетельствующие о свойств не превышает его защитных свойств
снижении несущей толщины защитного слоя;
способности и устройство и
II эксплуатационной восстановление
пригодности конструкций, защитные свойства бетона относительно арматуры на отдельных участках исчерпаны гидроизоляции и антикоррозионной защиты
1 2 3 4
III Имеющиеся повреждения, свидетельствующие о снижении несущей способности и эксплуатационной пригодности конструкций, но на момент обследования не угрожающие безопасности работающих и обрушению Ширина раскрытия трещин превышает допустимые значения более 30%; отдельные стержни арматуры утратили связь с бетоном или разорваны В [4] не указаны
IV Имеющиеся повреждения, свидетельствующие об опасности пребывания людей в зоне обследуемых конструкций Разрыв арматуры и отдельных стержней рабочей арматуры; выкрашивание крупного заполнителя из бетона сжатой зоны Необходимы немедленные страховочные меры: ограничение нагрузок (недопущение складирования материалов, деталей и т.п.); ограничение грузоподъемности кранов и их сближения; устройство предупредительных сетей и т.п.
V Имеющиеся повреждения, свидетельствующие о возможности обрушения конструкции Смятие бетона на краях трещин, взаимное смещение сборных конструкций, смещение на опорах, прогибы при наличии трещин и раскрытие более 0,3 мм Требуется немедленная разгрузка конструкции
Цель работы
Определение видов повреждений железобетонных плит безбалластного мостового полотна с учетом их влияния на долговечность, несущую
способность и безопасность
эксплуатации.
Проведение аналитического
обзора литературных и нормативных источников, визуального осмотра безбалластного полотна, анализ причин
возникновения повреждений и их влияния на несущую способность плит с учетом особенностей изготовления, схемы работы под поездной нагрузкой, возможности коррозии арматуры и т.п.
Основная часть
Большинство повреждений - это трещины, расположенные в различных местах в разных направлениях.
Трещины - наиболее
распространенные повреждения
железобетонных пролетных строений. Во всех случаях необходимо обращать внимание на участки бетонной поверхности с пятнами ржавчины, что
указывает на нарушение
водонепроницаемости бетона или на недостаточный защитный слой арматуры.
Продольные трещины на верхней грани плит показаны на рис. 2.
Рис. 2 - Продольные трещины на верхней грани плит
С учетом особенностей изготовления плит, схемы работы под нагрузкой, возможности коррозии арматуры, предполагаемые причины
(факторы) возникновения повреждений и их влияние на долговечность, несущую способность и безопасность эксплуатации приведены в таблице 3.
Таблица 3
Повреждения (дефекты) плит безбалластного мостового полотна и их категории в зависимости от влияния на долговечность, несущую способность, безопасность
эксплуатации
Номер дефекта Описание Причина повреждения Категория
1 2 3 4
1 Продольные трещины Прокладочный слой При раскрытии
через отверстия для шириной менее 200 мм трещин до 0,2 мм - 2;
шпилек и наружных закладных болтов более 0,2 до 0,5 мм - 3; более 0,5 мм - 4
скрепления КБ
Продольные трещины на Прокладочный слой
2в верхней грани плит шириной менее 200 мм. Неоптимальный состав «
бетона в соединении с избыточным усилием затягивания шпилек
1 2 3 4
2н Продольные трещины на нижней грани плит Прокладочный слой шириной менее 200 мм. Недостаточное усилие затяжки шпилек или его ослабление при эксплуатации При раскрытии трещин до 0,2 мм - 2; более 0,2 до 0,5 мм - 3; более 0,5 мм - 4
3в Продольные трещины на верхней грани плит возле торцов Несовершенный состав бетона, некачественные компоненты бетона, низкая морозостойкость «
3н Продольные трещины на нижней грани плит возле торцов Несовершенный состав бетона, некачественные компоненты бетона, низкая морозостойкость «
4 Поперечная трещина посередине верхней грани плиты через всю плиту Неправильная распалубка при производстве плит. Неровный прокладочный слой При раскрытии трещин до 0,2 мм - 2; более 0,2 до 0,5 мм - 3; более 0,5 мм - 4
5в Поперечные трещины на верхней грани плит возле торцов «
5н Поперечные трещины на нижней грани плит возле торцов «
6в Косые трещины на верхней грани плиты Непараллельность площадок опирания плиты. Недостаточное усилие натягивания или разрыв отдельных шпилек. При раскрытии трещин до 0,2 мм - 2; более 0,2 до 0,5 мм - 3; более 0,5 мм - 4
6н Косые трещины на нижней грани плиты Непараллельность площадок опирания плиты. Недостаточное усилие натягивания или разрыв отдельных шпилек «
7в Сетка трещин на верхней грани плит Несовершенный состав бетона, некачественные компоненты бетона, низкая морозостойкость «
7н Сетка трещин на нижней грани плит Несовершенный состав бетона, некачественные компоненты бетона, низкая морозостойкость При раскрытии трещин до 0,2 мм - 2; более 0,2 до 0,5 мм - 3; более 0,5 мм - 4
8 Сетка трещин вокруг отверстий для закладных болтов скреплений КБ, болтов контруголков, отверстий для строповки Распалубка плит при низкой прочности бетона (недостаточная тепловлажностная обработка) «
1 2 3 4
9 Поверхностные отколы, Заводской брак при Без оголения арматуры
разрушения или отслоение изготов ле нии плиты - 2; при оголении
защитного слоя бетона арматуры - 3; при
потере сцепления
арматуры с бетоном
или уменьшении ее
сечения от коррозии
При обследовании плит БМП должны быть выявлены все дефекты, и в первую очередь те, которые снижают грузоподъемность и долговечность пролетных строений: коррозия рабочей арматуры; потеря сцепления с бетоном рабочей арматуры, выключение ее из работы; трещины в бетоне несущих элементов; повреждение гидроизоляции пролетного строения; нарушение
нормальных условий работы системы водоотвода из балластных корыт; неправильность в расположении и недостаточная подвижность опорных частей; отклонения от нормативов в состоянии мостового полотна и др.
Рассмотрим влияние различных факторов на появление трещин в плитах БМП (таблица 4).
Таблица 4
Влияние различных факторов на появление трещин в плитах БМП, %_
№ п/п Факторы возникновения трещин в плитах безбалластного мостового полотна Влияние фактора, %, по мнению
ученых специалистов-эксплуатационников в среднем
1 2 3 4 5
1 Непараллельность площадок для опирания плит на продольные балки моста 12,3 19,6 15,9
2 Некачественное устройство прокладочного слоя при монтаже 10,5 17,6 14,0
3 Недостаточная ширина прокладочного слоя 100 мм 16,0 9,7 12,8
4 Повышенная ползучесть бетона в результате несовершенности его состава 18,3 3,1 10,7
5 Недотягивание или перетяжка высокопрочных шпилек при монтаже и эксплуатации плит 5,8 15,6 10,7
6 Недостаточная прочность и однородность бетона в результате недостаточного качества материалов 13,7 4,0 8,8
7 Конструктивные особенности плит 0,8 10,6 5,7
8 Токи на электрифицированных участках железных дорог 9,2 0,0 4,6
9 Низкое качество высокопрочных шпилек 2,8 6,2 4,5
10 Неоднородность бетона в результате недостаточной продолжительности перемешивания бетонной смеси 2,8 5,1 4,0
1 2 3 4 5
11 Недостаточная прочность бетона плит в
результате недостаточной объективности 2,0 3,3 2,7
данных неразрушающих методов контроля
прочности
12 Неоднородность бетона в результате
неоднородности распределения 2,8 0,8 1,8
температуры в пропаривательной камере
13 Некачественное покрытие плит защитными составами, отсутствие герметизации швов 2,8 0,6 1,7
14 Другие 0,0 4,0 2,0
Всего 100 100 100
Выводы
Таким образом, определено влияние различных факторов на образование трещин в плитах безбалластного мостового полотна, представлена классификация
повреждений плит с их распределением на категории по влиянию на долговечность, несущую способность и безопасность эксплуатации, а также указания за осмотром, защитой или заменой для гарантии эксплуатации на протяжении всего срока службы.
Список литературы:
1. Инструкция по оценке состояния и содержания искусственных сооружений на железных дорогах Российской Федерации/ Департамент пути и сооружений ОАО «РЖД». - М.: 2006. - 120 с.
2. Совершенствование методов расчета и технических решений безбаластного мостового полотна железнодорожных мостов/ Орешкин А.И.// дисс. раб. - Санкт-Петербург, 2011. - 120 с.
3. ОСТ 32.72-97. Плиты железобетонные безбалластного мостового полотна для металлических пролетных строений железнодорожных
мостов. Общие технические условия. / МПС РФ. М.: Департамент пути и сооружений МПС России, 1997.
4. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л. Шагин, Ю.В. Бондаренко, Д.Ф. Гончаренко, В.Б. Гончаров; под ред. А.Л. Шагина. - М.: Высш. шк., 1991. - 352 с.
5. Експлуатащя i реконструкщя моспв / Н. С. Страхова, В. О. Голубев, П.М. Ковальов, В.В.Тодiрка; за ред. А.1. Лантуха - Лященка. - К.: ТАУ, 002. -408 с.
Аннотации:
В статье определено: конструкция безбалластного мостового полотна, влияние различных факторов на образование трещин в плитах безбалластного мостового полотна, а также установлены категории по их влиянию на долговечность, несущую способность, безопасность эксплуатации. Рекомендованы указания по осмотрам, защите или замене БМП для гарантии эксплуатации на протяжении всего срока службы.
Ключевые слова: безбалластное мостовое полотно, повреждения плит, несущая способность, дефекты искусственных сооружений
The article defines the design of a ballless bridge deck, the influence of various factors on the formation of cracks in the slabs of a ballless bridge deck, and also establishes categories for their impact on durability, bearing capacity, and operational safety. Instructions for inspection,
protection, or replacement are recommended to Keywords, ballastless bridge deck, damage
ensure operation throughout their entire service life. to slabs, bearing capacity, defects in artificial
structures
