CC BY
10ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРНЫХ ДЕФЕКТОВ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ, ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИХ
ПРОЧНОСТИ
Айдос Полатович Рахимхужа АбдуFани Низомжон Одилбек ^ли
^аллибеков уFли Усмонов Эгамбердиев
Ташкентский Государственный Транспортный Университет
АННОТАЦИЯ
В результате лабораторных и полевых исследования показано, что с увеличением числа приложений циклических нагрузоккискусственно уплотненныхслабозасоленных грунтов хлоридно-сульфатного засоления при неизменной влажности и плотности изменяются физико-механические свойства. Эта явления объяснено изменением структуры уплотненного засоленного грунтапри действие на его повторных нагрузок.
Ключевые слова: защитный слой бетона, коррозия арматуры, деградация прочностных свойств бетона, хлоридно-сульфатный слабозасоленный грунт, физико-механические свойства, подвижная нагрузка, лабораторные и полевые работы, структурные особенности.
STUDY OF CHARACTERISTIC DEFECTS OF SPAN STRUCTURES OF ROAD BRIDGES, BASIC REQUIREMENTS FOR THEIR STRENGTH
ABSTRACT
As a result of laboratory and field studies, it was shown that with an increase in the number of applications of cyclic loads of artificially compacted, weakly saline soils of chloride-sulfate salinization with constant moisture and density, the physical and mechanical properties change. This phenomenon is explained by a change in the structure of the compacted saline soil under the effect of repeated loads on it.
Keywords: protective layer of concrete, corrosion of reinforcement, degradation of strength properties of concrete, chloride-sulfate slightly saline soil, physical and mechanical properties, moving load, laboratory and field work, structural features.
Значительную часть эксплуатируемых в настоящее время в нашей республике автодорожных мостов и путепроводов составляют мосты с железобетонными балочными пролетными строениями (из балок и плит), которые были построены несколько десятилетий назад. Многие сооружения морально устарели, так как были запроектированы по действующим тогда нормативным
документам, которые предусматривали отличающиеся от регламентируемых в настоящее время временных нагрузок.
За прошедшие с момента строительства и, особенно, за последние годы произошел резкий рост автомобильных перевозок.Современное автомобильное движение отличается увеличенной интенсивностью, значительным количеством тяжеловесных автопоездов с полной массой около 60т и появлением специальных автопоездов для перевозки крупногабаритных и особо тяжелых грузов массой свыше 100т.
При длительной эксплуатации в несущих конструкциях мостовых сооружений развиваются различные дефекты и повреждения, обусловленные неблагоприятными атмосферными воздействиями, механическими повреждениями, воздействием сверхпроектных постоянных и временных нагрузок и т.д. При этом, наибольшему износу подвергаются пролетные строения, так как они представляют собой существенно нагруженные тонкостенные плитно-балочные системы. Весьма важной в настоящее время является проблема обеспечения безопасной эксплуатации мостовых сооружений с имеющимися дефектными несущими конструкциями в условиях интенсивного режима эксплуатации. В аналогичных условиях находятся железобетонные балочные конструкции транспортных эстакад различного назначения, которые эксплуатируются длительное время на технологических маршрутах многих промышленных предприятий.
При эксплуатации железобетонных пролетных строений могут возникать неисправности в виде трещин, отколов защитного слон, раковин и каверн в бетоне, обнажения и ржавления арматуры, выщелачивания раствора, плохого состояния гидроизоляции и водоотводных приспособлений, неплотного опирания балок на опоры и т. п. [9].
Трещины в пролетных строениях могут быть технологическими, возникшими при изготовлении конструкций, температурно-усадочных и силовыми от внешних нагрузок. Подавляющее большинство технологических и температурно-усадочных трещин имеют небольшую глубину (1—3 см).
Они возникают и обнаруживаются часто не сразу после изготовления конструкций, а через 1—3 года, Спустя 3—5 лет развитие большей части таких трещин, как правило, прекращается; подвижная нагрузка не влияет на раскрытие этих трещин. После покраски поверхности бетона цементным раствором они обычно не возобновляются [9].
Другая группа трещин, наблюдаемая реже, силового происхождения и возникает, например, при изготовлении предварительно напряженных конструкций из-за чрезмерного обжатия молодого бетона напрягаемой аркатурой или появляется в процессе эксплуатации от тяжелых подвижных нагрузок.
Под влиянием проходящей нaгрузки трещины могут раскрываться; за ними устанавливают тщательное наблюдение. Для этого трещины обозначают чертой темной краски, проводимой параллельно, ставят гипсовые маяки, а также делают эскизы с обозначением длины, раскрытия и даты обнаружения, В зависимости от этих данных и результатов наблюдения в течение 1—2 лет принимают меры по заделке трещин или проводят более серьезные мероприятия.
В пролетных строениях из железобетона обычного и преднапряженного вертикальные и наклонные силовые трещины часто обнаруживают в зоне опорных частей; их раскрытие — примерно 0,05 - -0,20 мм, длина 20—50 см. Они возникают от вертикальных и горизонтальных сил и полаются ремонт путем инъекцирования полимерным клеем.
В нижних поясах часто наблюдаются вертикальные сквозные трещины в средней части пролетных строений из обычного железобетона. Толщина трещин колеблется от 0,05 до 0,30 мм, а иногда и больше. Они возникают вследствие не учета при проектировании конструкций пониженного сопротивления бетона растяжению. Чем больше обращающаяся нагрузка приближается к расчетной, тем чаще могут обнаруживаться подобные трещины.
Трещины толщиной меньше 0,5—0,20 мм не вызывают опасности развития коррозии арматуры. При большом раскрытии должны быть приняты меры предохранения от попадания влаги в трещины. Для этого можно применять полимерные клеи.
Наклонные трещины в стенках балок возникают чаще всего в результате совместного воздействия на бетон главных растягивающих и температурно-усадочных напряжений. Раскрытие трещин наблюдается от 0,02 до 0,20 мм.
Трещины могут быть неглубокие, а иногда и сквозные через всю толщину стенки. В этих случаях полезны их герметизация или иньекцирование. Горизонтальные продольные трещины в нижней части стенки и нижних поясах балок, наблюдаемые в преднапряжённых пролетных строениях, возникают из-за чрезмерного обжатия и усадки бетона. Подобные трещины появляются не сразу, а спусти несколько лет после начала эксплуатации. Если такие трещины имеют раскрытие не больше 0,15—0,2 мм, то влага сквозь них не проникает, При большом размере раскрытии их нужно заделывать [9, 10].
Места с обнаруженными отколами защитного слоя, раковинами и кавернами и бетоне, с обнажением н ржавлением арматуры, выявленные при эксплуатации, исправляют путем заделки цементными составами. Часто в железобетонных пролетных строениях обнаруживают недостатки в водоотводе и протекание гидроизоляции балластного корыта. Подобные дефекты могут привести к излишнему насыщению бетона водой и размораживанию зимой, а также к коррозии арматуры.
Наблюдающееся выщелачивание раствора происходит чаще всего из-за нарушений работы водоотводных устройств и повреждения изоляции. Подобные дефекты ликвидируют после вскрытия балласта путем восстановления поврежденного гидроизоляционного Слоя и очистки водоотводных трубок. Работы ведут в «окно» или под прикрытием разгрузочных пакетов.
В автодорожных мостах выщелачивание раствора является следствием повреждения дорожного покрытия — трещины и сдвиги в асфальтобетонном слое, закупорка водоотводных трубок.
Для ремонта изоляции: вскрывают покрытие и защитный слой, очищают покрытие, защитный слой, трубки и восстанавливают гидроизоляционные слои. Не плотности между бетоном и трубкой заделывают цементным раствором. При эксплуатации мостов сталкиваются со следующими их недостатками:
- дефектами, являющимися следствием низкого качества возведения сооружения, а точнее брака;
- повреждениями возникающими в элементах а результате развитии коррозионных процессов, а также механических ударов и воздействий (результаты физического старения).
Дефекты и повреждения могут бить связаны между собой. Так низкое качество бетона, его малая плотность, являющаяся скрытым браком при изготовлении, со временем могут проявить себя в виде морозных разрушений или коррозии. Однако, принятие мер при эксплуатации по защите дефектных конструкций от увлажнении можно исключить негативные последствия.
Значительную группу недостатков, которые не могут быть отнесены к дефектам и повреждениям, составляют результаты морального старения - то есть неудовлетворение некоторых заложенных в проекте показателей 'современным нормативным документам. Ниже приведены некоторые сведения о реальных имеющихся дефектах обнаруженных в пролетных строениях мостов. (рис. 1.13, рис. 1.14).
Рис.1.13. Разрушение защитного слоя бетона, оголение и коррозия арматуры, фильтрация воды через плиту и балки
Рис.1.14. Разрушение защитного слоя бетона и коррозия арматуры, деградация прочностных свойств бетона, неработоспособность опорных частей
Начиная с 60-х гг. ХХ в. вышли в свет типовые проекты железобетонных пролетных строений разрезных систем серии 3.503.1-16 3.503.1-73, 3.503.1-81 различных модификаций, запроектированные по нормам СН200-62 и СНиП 2.05.03-84 под временные нагрузки Н-30, А11 и НК-80 [11].
В настоящее время мосты с перечисленными выше железобетонными пролетными строениями эксплуатируются на автомобильных дорогах Узбекистана. Наряду с этим техническое состояние пролетных строений и существенный рост грузонапряженности транспортных средств, обращающихся по дорогам, вызывают серьезную озабоченность по безопасной эксплуатации мостов, связанной с прочностью пролетных строений.
Прочность всех эксплуатируемых мостов, расположенных на дорогах, относящихся к основным маршрутам, должна быть такой, чтобы обеспечить безопасный пропуск в неконтролируемом режиме транспортных средств, соответствующих требованиям.
На основании соглашения о массах и габаритах транспортных средств, осуществляющих межгосударственные перевозки по автомобильным дорогам государств - участников Содружества Независимых Государств, подписанного главами правительств государств - участников СНГ 4 июня 1999 года, класс нагрузки для этих сооружений должен поддерживаться на уровне А10-А11.
Конкретные требования к прочности мостов на основных маршрутах вытекают из сопоставления проектных нагрузок для эксплуатируемых мостов с пролетами различной длины и анализа грузопотоков на всех дорогах, связывающих государства - участники СНГ, включая выходы на дальнее зарубежье. В частности, на мостах не должно быть сооружений, класс нагрузки которых ниже указанных в табл. 1.
Сведение о классах нагрузки
Таблица 1.1
Длина загружена?. 3 6 12 18 21 33 42 50 63 84 °105
шина разрезных про летных
строении, м
Класс по грузоподъемности 11,0 10,5 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,5 11,0 11,0 11,0
АК(ед. «К», тс) для
2-по лос ных м остов
То же, для 11,0 10,0 9,5 9,5 9,5 9,5 9,5 10,0 11,0 11,0 11,0
4-ПО лосных мостов
Прочность пролетного строения считается недостаточной, если фактический класс нагрузки К и масса одиночной нагрузки по схеме НК меньше предусмотренных современными нормами проектирования. В случае недостаточной прочности вводятся соответствующие ограничения движения, как правило, ограничение массы транспортных средств или ограничение массы, приходящейся на ось транспортного средства.
Согласно руководству [10], прочность пролетного строения оценивается дефектным состоянием его несущих конструкций по четырем критериям:
- дефекты, не оказывающие влияния на прочность несущих элементов конструкции;
- дефекты, незначительно снижающие прочность несущих элементов конструкции, что обеспечивает пропуск расчетной нагрузки;
- дефекты, снижающие прочность конструкции до уровня, когда обеспечен пропуск обращающихся нагрузок без существенных ограничений;
- дефекты, снижающие прочность до уровня, при котором необходимо вводить ограничения массы обращающихся нагрузок.
Для новых и реконструируемых сооружений, которые будут строиться на дорогах, относящихся к основным маршрутам, в качестве проектных нагрузок целесообразно принимать большие нагрузки, например, по схемам А14 и
НК-100, которые планируется ввести в Узбекистане, А14 и НК-102,5 в России, а также А14 и НК-180 - в Казахстане или А15 и НК-100, введенным в Украине.
Увеличение проектных нагрузок корреспондируется с современными европейскими требованиями и обеспечивает долговременную эксплуатацию сооружений под современные и перспективные транспортные средства.
Возможности пролетных строений (без дефектов) различной длины по пропуску тяжелых транспортных средств могут быть определены только на основе конкретных расчетов.
REFERENCES
1. Александров, А. В. Сопротивление материалов / А. В. Александров, В. Д. Потапов, Б. П. Державин. - М. : Высш. шк., 2003. - 560 с.
2. Александров, В. М. Аналитические методы в контактных задачах теории упругости / В. М.Александров,М. И.Чебаков. - М : Физматлит,2004. - 304 с. Uzbekistan www.scientificprogress.uz Page 450
3. Волков, С. Ю. Железобетон - материал на все времена / С. Ю. Волков //ПГС. -2012. - № 10. - С. 73-76.
4. Замуховский,А.В. О технико-экономической целесообразности применения железнодорожных эстакад вместо высоких насыпей / А. В. Замуховский, В. А. Копыленко, В. М. Фридкин // Транспортное строительство. - 2012. -
5. Кнут, Д. Э. Искусство программирования, том 1, Основные алгоритмы / Д. Э. Кнут. - М. : Вильямс, 2011. - 720 с.
6. Нелинейное деформирование бетона и железобетона / Н. И. Карпенко, В. М. Круглов, Л. Ю. Соловьев. - Новосибирск : Изд-во СГУПСа, 2001. - 276 с.
7. Пецольд, Т. М. Расчет усиленных железобетонных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений / Т. М. Пецольд, Д. Н. Лазовский // Совершенствование железобетонных конструкций, оценка их состояния и усиление: сб. мат. респ. науч.-техн. конф. - Минск : УП "Технопринт", 2001. -С. 136-139.
8. Best of 2006. Dallas High Five Interchange, Dallas [Электронный ресурс] //Texas Construction. - 2006. - Vol. 12. - Режим доступа: http://texas.construction.com/projects/judgesawards 2006.pdf .
9. Combault, J. Pre-cast concrete segments for bridges [Электронный ресурс] / J. Combault // 1st International Symposium on Bridges and Large Structures. -Sao Paulo, Brazil, May 2-8, 2008. - Режим доступа: http://www.abece.com.br/web/download/pdf/simposio/
10. Encyclopedia of Chicago / J. R. Grossman, A. D. Keating, J. L. Reiff. - Chicago :University of Chicago Press, 2004. - 1117 p.
11. ШНК 2.05.03-11. Мосты т трубы. 2012. - 694 с.
