CC BY
114
УДК 624.21
Р. I. ПОЛЮГА (ДерждорНД1 iM. М. П. Шульгiна, Ки1в)
ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНО1 НАД1ЙНОСТ1 ОПОРНИХ ЧАСТИН АВТОДОРОЖН1Х МОСТ1В
В статп наведено опис конструкцш опорних частин автодорожшх мослв, 1х класифжацш. Особливу увагу придшено ефективним опорним частинам з використанням еластомерних матер1ал1в: гумовим, ста-канним, сферичним. Вказано на характерш дефекти опорних частин та вимоги, що направлен на забезпе-чення 1х експлуатацшно! надшностг
В статье приведено описание конструкций опорных частей автодорожных мостов, их классификация. Особое внимание уделено эффективным опорным частям с использованием эластомерных материалов: резиновым, стаканным, сферическим. Указаны характерные дефекты опорных частей и требования, направленные на обеспечение их эксплуатационной надежности.
In the article the description of structural bearing types for roadway bridges and their classification is given. Special attention is paid to effective bearings with elastomeric materials - rubber, pot, spherical ones. Characteristic defects of structural bearings and demands of serviceability are noticed.
Опорш частини е важливими елементами моспв, що забезпечують розрахунковi умови роботи вшх конструкцш: прогонових будов, опор, насишв mдходiв. Опорш частини призна-чеш для передачi опорних реакцш прогонових будов на опори i забезпечення кутових i посту-пальних перемiщень опорних перерiзiв прогонових будов вщповщно до розрахунково! схеми опорних закршлень.
Автодорожнi мости характеризуются знач-ною рiзноманiтнiстю по шириш, плану i проф> лю. Це ж вщноситься до мостiв, естакад, шля-хопроводiв i транспортних розв'язок в мютах, коли складнi по оргашзаци руху споруди доводиться вписувати в порiвняно обмежений прос-тiр. Вказанi особливостi призводять до необ-хiдностi розташування споруд на кривих малих радiусiв i з граничними величинами ухилiв, ви-користання нерозрiзних прогонових будов велико! або змшно! ширини, використання нерегулярно! розбивки споруд на прогони, щоб збе-регти складнi шдземш i наземнi iнженернi ко-мушкаци, що перетинаються, i магiстралi. Вс цi обставини визначають особливостi шдбору i розташування опорних частин на автодорожшх мостах i мiських транспортних спорудах.
До останнього часу основними типами опорних частин в мостах були сталевi опорш частини, що застосовувалися в мостобудуванш протягом довгого часу. При бущвнищга сучас-них мостiв iндивiдуального проектування (мо-нолiтних залiзобетонних, багатопролiтних не-розрiзних, кривих в планi i профiлi) необхiднi зовсiм iншi види опорних частин. Використання сучасних конструкцш i технологiй, застосу-вання нових матерiалiв з покращеними фiзико-
механiчними характеристиками привели до розробки нових тишв опорних частин, невеликих по габаритах i менш матерiалоемних. З врахуванням металоемностi i вартостi на тепе-рiшнiй час опорш частини ковзання з використанням синтетичних матерiалiв в автодорожшх мостах практично повнютю замшили металевь Тому при каштальному будiвництвi слщ засто-совувати ефективнi опорнi частини з використанням еластомерних матерiалiв: гумов^ пол> уретановi, стаканнi, сферичш. Металевi танген-цiальнi, секторнi i котковi опорнi частини ре-комендуються при ремонтi для замiни опорних частин, що вийшли з ладу.
Слщ зазначити, що експлуатацшний стан опорних частин прямим чином залежить вщ стану деформацiйних швiв над ними. Якщо шов вийшов з ладу i втратив герметичнiсть, то вода з нього потрапляе на опорш частини i торщ прогонових будов, що призводить до !х руйну-вання (рис. 1).
Типовi дефекти металевих опорних частин -корозiя металу, вiдсутнiсть графiтового масти-ла на поверхнях ковзання, угон опорних час-тин, руйнування анкерного крiплення до опор внаслщок заклинювання опорних частин (рис. 2, 3, а).
Присутш дефекти i для найбiльш пошире-них опорних частин з використанням еластоме-рiв - гумових (рис. 3, б). Для них характерш розриви гуми, викривлення бокових поверхонь, наявшсть мюцевих випирань гуми i непрокле-ювань по торцях сталевих лиспв, наявнiсть за-зорiв мiж опорною частиною i опорною площадкою прогоново! будови чи балки.
© Полюга Р. I., 2010
Рис. 1. Наслвдки розладнання деформацшних шв1в:
а) - руйнування бетону торщв балок та в мгсцях встановлення опорних частин; б) - руйнування затзобетонних валкових опорних частин
Повний асортимент титв опорних частин, що виробляються для мост1в, дуже р1зномашт-ний. Детальна класифшащя опорних частин приведена у частит 1 европейських норм [1]. Даною класифшащею слщ користуватись при використанш опорних частин, вироблених у кра!нах СС. Слщ зазначити, що [1] складаеться з 11 роздшв { охоплюе вс типи опорних частин, а також питання, що пов'язаш з !х проек-туванням, влаштуванням, експлуатащею.
В Укра!ш на даний час д1е тшьки шструкщя [2], вщповщно до яко! проектувались та влаш-товувались пол1мерш опорш частини, що за-стосовувались на територн СРСР.
Нижче подане узагальнення тишв опорних частин в залежносп вщ принципу реатзацн перемщень (табл. 1).
В залежносп вщ характеру перемщень опорш частини подшяються на нерухом1 { рухомь Нерухом1 опорш частини забезпечують свободу ильки кутових перемщень у вертикальнш та/або горизонтально площиш, передаючи на опору тшьки вертикальне 1 горизонтальне на-вантаження, рухом1 - передають на опору вертикалью навантаження { забезпечують свободу кутових { горизонтальних лшшних перемщень.
В свою чергу рухом1 опорш частини розд1-ляються на:
- всесторонньо-рухом1, що забезпечують лшшш { кутов1 перемщення опорних вузл1в прогонових будов у вс1х напрямках;
лшшно-рухом1, що забезпечують свободу лшшних перемщень тшьки в одному напрям-ку, кутов1 - у вс1х напрямках.
Нерухом1 опорш частини по принципу реа-л1зацн кутових перемщень подшяються на плосю, тангенщальш, балансирш, стаканш, сферичш, гумово-сталев1 вщповщно.
Рухом1 опорш частини по принципу реал> зацп лшшних перемщень подшяються на:
- кочення (одно- та багатокотков^ одно-та багатовалков^ секторш);
- ковзання (плосю, тангенщальш, стакан-т, сферичш);
- пружш (гумов1, пол1уретанов1).
Як вже зазначалось, на даний час металоем-к конструкцн опорних частин кочення в авто-дорожшх мостах практично повшстю витиснеш комбшованими опорними частинами ковзання, тому на них зупинимось детальшше.
Риа 2. Дeфeкти мeтaлeвиx oпopниx чacтин - кopoзiя мeтaлy, вiдcyтнicть мacтилa нa пoвepxняx кoвзaння, угон oпopниx чacтин:
а) - бaгaтoвaлкoвa onoprn чacтинa; б) - тaнгeнцiaльнa onoprn чacтинa
У гyмoвиx oпopниx чacтинax кутов1 i лшшш пepeмiщeння oпopниx вузл1в пpoлiтниx будов зaбeзпeчyютьcя дeфopмaцieю гуми, ^ивулга-нiзoвaнoï до cтaльниx лиcтiв apмaтypи.
У cтaкaнниx oпopниx чacтинax (pиc. 4, д, е) вepтикaльнa cилa пepeдaeтьcя чepeз cтaкaнoпo-д1бний eлeмeнт, зaпoвнeний aмopфним мaтepi-aлoм - eлacтoмepoм. Пoвopoт orop^ro œpepi-зу зaбeзпeчyeтьcя дeфopмaцieю eлacтoмepy як в'язкoï piдини.
У cфepичниx oпopниx чacтинax (pиc. 4, б, в) пoвopoт oпopнoгo пepepiзy зaбeзпeчyeтьcя ков-
зaнням кульового ceгмeнтy по вв1гнутш cфepи-чнш пoвepxнi нижнього eлeмeнтy. Свoбoдa по-вopoтy визнaчaeтьcя мaлoю вeличинoю тepтя по пoвepxнi кoвзaння, для чого ввiгнyтa cфepи-чнa пoвepxня пoкpивaeтьcя aнтифpикцiйним мaтepiaлoм, a пoвepxня кульового ceгмeнтy, що cпoлyчaeтьcя, викoнyeтьcя 1з cтiйкoгo до кopoзiï мeтaлy i пoлipyeтьcя. Сфepичнi oпopнi чacтини з'явилиcя як пoдaльший poзвитoк кoмбiнoвaниx oпopниx чacтин, яю дoпycкaють пoвopoт oпop-ниx пepepiзiв в будь-як1й площин1 i мeнш вимо-глив1 до дoпycкiв ^и ycтaнoвцi.
б)
Рис. 3. Дефекти опорних частин:
а - угон металевих секторних опорних частин; б - розриви мiж гумою i армуючими листами гумово! опорно! частини
Свобода повороту досягасться малою величиною тертя по сферичнш \ плоскш поверхнях ковзання, утворюваним листовим фторопластом \ пол1рованою нержав1ючою сталлю. За-звичай застосовують листи фторопласту за-втовшки 5... 6 мм, яю при виготовленш вво-дяться в металев1 елементи \ виступають над !х поверхнею на 2,5 мм. Цим виключаеться контакт металевих поверхонь один з одним шд на-вантаженням.
Поступальш перемщення опорних перер1з1в комбшованих опорних частин забезпечуються парою ковзання з анкерною плитою. Як прави-
ло, пара ковзання розташовуеться у верхнш частит конструкций що дозволяе досить прос-тими засобами захистити и вщ забруднення. У сучасних опорних частинах як пара ковзання використовують нержав1ючу пол1ровану сталь \ антифрикцшний матер1ал, зокрема, листовий фторопласт (пол1тетрафторетилен). Така пара ковзання забезпечуе коефщ1ент тертя вщ 0,01 до 0,12 залежно вщ середнього тиску на фторопласт \ температури зовшшнього говоря. Кое-фщ1ент тертя тдвищуеться при пониженш температури \ знижуеться при збшьшенш серед-нього тиску на фторопласт.
Класифжащя титв опорних частин
Таблиця 1
Опорш частини
Рухом1
Нерухом1 Кочення Ковзання Пружт
Котков1
Плосш Тангенцiальнi Балансирш Стаканш Сферичш Гумово-стальш Одно- та багатокотков1 Одно та валков1 Секторш Плосш Тангенщальш Стаканш Сферичш о S Гу « о н а т (D а ^ ч о С
Для забезпечення кутових перемщень опорних перер1з1в даш опорш частини мають еле-менти обертання, яю застосовують у нерухомих опорних частинах - тангенщальш (рис. 4, г), стаканш (рис. 4, д, е), сферичш (рис. 4, б, в), пружш (рис. 4, а).
Окр1м розглянутих вище всесторонньо ру-хомих опорних частин ковзання застосовують-ся i л1н1йно-рухом1 опорш частини, що забезпе-чують горизонтальш перемiщення лише в одному заданому напрямь Для мостiв на прямих -це напрями вздовж або впоперек ос моста. Пе-ремiщення опорних частин лише в одному на-прямi вирiшуeться пристроем на плитi ковзання направляючих силових бортiв з бiчними парами ковзання (рис. 4, а, б) або направляючих планок на плитах ковзання по ос опорно! частини з вщповщними пазами в середшх опорних елементах (рис. 4, е).
Поверхш ковзання при виготовленш опорних частин мають бути ретельно оброблеш i надшно захищенi вiд пошкоджень пiд час транспортування, монтажу i експлуатацii. При використанш фторопласту для збереження в чаш нормативного рiвня коефiцiента тертя по-трiбне мастило, яке закладаеться при виготов-леннi в змащувальш гнiзда у фторопластовому листi i поступае на поверхнi ковзання при пе-ремiщеннях в процесi експлуатаци.
При зсувах верхнього листа ковзання мас-тило затягуеться в зону контакту мiж ним i ан-тифрикцшним листом. Додавання змащуючо! речовини в процес експлуатацii сучасних конс-трукцш ковзаючих опорних частин неможливе. Замша мастила виконуеться лише при розван-таженш опорних частин i !х повному розби-раннi.
Як антифрикцшний шар можуть бути вико-ристаш i iншi матерiали. Так, шмецька фiрма Maurer Söhne замiсть фторопласту в опорних частинах використовуеться матерiал власно! розробки MSM, що володiе пiдвищеною стшю-стю до стирання i великою довговiчнiстю. У росшських опорних частинах використовуеться Даклен-1, що е двошаровою тканиною, що мае рiзний склад волокон на лицьовш i зворотнш сторонах. Така структура тканини дозволяе ма-ти матерiал з високими антифрикцшними влас-тивостями i надiйно скршлювати його за допо-могою клею з металевою основою [3].
Вид опорних частин, !х конструкцiя та ти-порозмiр, а також кшьюсть у транспортнiй спо-рудi визначаеться проектантом на основi статично! схеми конструкций величини зусиль, що передаються на опорну частину, розрахункових лiнiйних та кутових перемiщень опорних вузлiв прогонових будов, клiматичних умов району будiвництва. Важливе значення мають також положення моста i прогоново! будови в планi та профш.
Всi цi данi вiдображаються в маркуванш опорних частин, що повинно мютити:
• тип опорно! частини;
• порядковий номер виробника;
• максимальне проектне значення несучо! здатносп по нормальнiй та поперечнiй силц
• максимальне проектне перемiщення;
• мюце розмiщення в транспортнiй спо-
рудi;
• напрям опорно! частини при монтаж!.
При обчисленш розрахункових перемщень
опорних частин враховують перемщення вщ ди температури, усадки i повзучосп бетону, тимчасового вертикального навантаження, га-льмування, сейсмiчнi навантаження.
е)
Рис. 4. Комбiнованi опорнi частини:
а) - гумова з елементом ковзання з фшсащею перемщень в одному напрямку; б) - те ж, сферична; в) - всесторонньо рухома сферична; г) - те ж, тангенщальна; д) - те ж, стаканна; е) - стаканна з елементом ковзання з фжсащею перемi-
щень в одному напрямку
Нормативне перемщення вщ впливу усадки { повзучосп бетону вираховують зпдно з д1ю-чими нормами ДБН В.2.3-14 [4]. Температурш перемщення визначають вщ нормативних пе-репад1в температури конструкцн, що прийма-
ються р1вними нормативним перепадам температури зовшшнього пов1тря вщ tmm до tmax Перемщення вщ тимчасового навантаження визначають при завантаженш одного або обох сум1жних прогонових будов. При такому ж
розмщенш навантаження визначають перем> щень вщ гальмування транспорту, що рухаеть-ся в одному напрямь
Навантаження i впливи на опоpнi частини i пepeмiщeння в опорних частинах криволшш-них чи косих в плат балкових прогонових бу-дов необхщно визначати з врахуванням криво-лшшносп чи косини конструкцп.
Опоpнi частини автодорожшх, мiських i m-шохщних мостiв в обгрунтованих розрахунком випадках допускаеться встановлювати без кр> плення до прогоново! будови i опор. Ршення щодо анкерування опорних частин (в тому чис-лi доцшьнють врахування сумюно! роботи ан-кepiв з силами тертя) приймаеться проектантом для кожно! конкретно! опорно! частини. Неру-хомi опоpнi частини, як правило, слщ анкеру-вати.
Вiдповiдно до ддачих норм [4], розрахунко-вий термш служби опорних частин повинен становити не менше нiж 30 роюв. Проте в pазi складних констpукцiй слiд надавати перевагу конструкщям, прогнозований тepмiн експлуа-тацi! яких близький до тepмiну eксплуатацi! транспортно! споруди в цiлому [5]. В Укра!ш на даний час промисловютю виробляються тiльки гумовi опоpнi частини. Таким чином, конструкцп iнших титв iмпоpтуються з-за кордону. З цього випливае, що для проектанта ви-бip констpукцi! опорних частин е важливим та вiдповiдальним ршенням. Тому до викорис-тання допускаються констpукцi! опорних частин, виготовлеш у заводських умовах вщповщ-но до проекпв чи тeхнiчних умов, затвердже-них у встановленому порядку. Опорш частини як вiтчизняних, так i iнозeмних виpобникiв, допускаеться використовувати тсля пщтвер-дження придатносп !х використання вiдповiдно до постанови Кабшету Мiнiстpiв [6]. Для про-ведення пepeвipки пpидатностi визначаються виконавщ iз числа базових оpганiзацiй з науко-во-тeхнiчно! дiяльностi згiдно з [7] за вщповщ-ними напрямами дiяльностi (в даному випадку такою оргашзащею е ДерждорНД1). Така вимо-га унеможливлюе використання нeпepeвipeних конструкцш та тих, що мають негативний до-свiд eксплуатацi! як в Укра!ш, так i за !! межами, або обмежуе дiапазон !х використання.
Окpiм цього, слщ проводити постiйний контроль на вшх етапах влаштування опорних частин: при постачанш на бущвельний майданчик,
при вантажно-розвантажувальних роботах, перед монтажем, при регулюванш змiщeння ков-зно! плити вщповщно до температури, при включeннi опорно! частини в роботу з прогоно-вою будовою, при влаштуваннi виpiвнюючого шару, при пpийманнi в експлуатащю.
Всi результати контролю (геодезичного, в> зуального), вiдхилeння вiд проекту, ршення комiсiй тощо збepiгаються в журналах. Ц данi дуже важливi для подальшо! eксплуатацi! спо-руди.
Таким чином, незважаючи на те, що проек-тування опорних частин на даний час зводиться до вибору iз готових констpукцiй, представле-них на ринку, як сам процес пщбору, так i влаштування опорних частин вимагае вщ виконав-цiв певних знань та навичок. Таю ж вимоги ви-суваються i до eксплуатацiйних оpганiзацiй.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Structural bearings: EN 1337 [Текст]: Parts 1-11, (CEN) / European committee for standartization. -Brussels, Belgium.
2. Инструкция по проектированию и установке полимерных опорних частей мостов: ВСН 86-83 [Текст]. - М.: СоюздорНИИ Минтрансстроя, 1983. - 29 с.
3. Богданов, Г. И. Опорные части мостов [Текст]: учеб. пособие для студентов вузов. - ч. 1, 2 / Г. И. Богданов, С. С. Ткаченко, С. А. Шуль-ман. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2006.
4. ДБН В.2.3-22:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Основш вимоги проектування [Текст]: офщ. вид. - К.: М1нрепонбуд Укра!ни, 2009. -52 с.
5. Ramberger, G. Structural bearings and expansion joints for bridges. Structural Engineering Documents 6 [Текст] / G. Ramberger -Switzerland, Zurich: IABSE, 2002. - Р. 89.
6. Про затвердження Правил пвдтвердження придатносп нових будiвeльних виpобiв для засто-сування [Текст]: Постанова Кабшету Мшст^в вщ 1 березня 2006 р. № 240.
7. Порядок проведення роботи з тдтвердження придатносп нових будiвeльних виpобiв для за-стосування в будiвництвi [Текст]: Затв.: Наказ Мшбуду Украши вщ 20 березня 2006 року № 69, за реестр. в Мш'юсп Украши 18.05.2006 за № 577/12451.
Надшшла до редколегп 18.03.2010. Прийнята до друку 26.03.2010.
