CC BY
46УДК 627.33
Т.В. Гришанова, аспирант ФБОУ ВПО ВГАВТ 603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова,5а
ВОПРОСЫ ИЗМЕНЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИЧАЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПОРТОВ ПРИ ИХ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Исследование несущей способности портовых причальных сооружений является важной и актуальной
эксплуатационной задачей, требующей особых подходов для ее решения. В статье определены основные
понятия и вопросы, относящиеся к проблеме эксплуатации причальных сооружений и определения их несущей
способности.
На сегодняшний день оценка несущей способности и определение допускаемых эксплуатационных нагрузок являются главными задачами при решении вопросов эксплуатации причальных портовых сооружений.
Портовые гидротехнические сооружения принадлежат к числу строительных конструкций, подвергающихся наиболее интенсивным и разнообразным внешним воздействиям и работающих в сложных естественных и эксплуатационных условиях.
Совокупность естественных факторов весьма широка и включает, прежде всего, гидрологические, геологические и климатические. Колебания уровня воды, волнение, течения, ледовый режим, агрессивность водной и грунтовой среды, колебания температуры воздуха, осадки, грунтовое окружение и многие другие неблагоприятно воздействуют на конструкцию причального гидротехнического сооружения на протяжении всего срока эксплуатации.
К эксплуатационным условиям относятся перегрузка причалов, механическое действие швартующихся судов (удары при подходе, навалы и истирание корпусом судна на стоянке, подмыв оснований струями от винтов и др.), действие химических грузов, расположенных и перерабатываемых на причалах, отсутствие своевременных текущих и капитальных ремонтов и др.
При эксплуатации сооружений происходит случайное изменение различных условий, сочетание, взаимодействие и наложение разнообразных факторов. Схемы воздействий на конструкцию разнообразны и могут реализовываться многократно или не повторяться. За годы службы сооружений реализация всевозможных схем нагружений и воздействий приводит к значительному ухудшению технического состояния сооружений и изменению несущей способности как конструкции в целом, так и отдельных ее частей.
Исследованиями вопросов несущей способности причальных сооружений и ее изменения занимались многие научные и проектные организации, а также ученые и практики водного транспорта. Заметный вклад в развитие комплексной теории методов проектирования и строительства гидротехнических сооружений (ГТС) портов, повышения их несущей способности, надежности, оценки технического состояния занимались Бик Ю.И., Будин А.Я., Долинский А. А., Костюков В.Д., Нарбут P.M., Шихиев Ф.М., Школа
А.В., Штенцель В.К. и др.
Обеспечение несущей способности сооружений, то есть сохранение максимальной нагрузки, которую они, их элементы или грунты оснований, могут воспринять без потери функциональных качеств, является основной задачей при их эксплуатации. Несущая способность сооружений тесно связана с понятием долговечности, как свойством конструкции сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленных нормах эксплуатации, а также технического обслуживания и ремонта.
Будин А.Я [1, 2] и ряд других ученых считают, что зависимость несущей способности портовых сооружений от времени, их долговечность определяется тремя основными процессами:
1) изменением во времени напряженного состояния конструкций вследствие реологических явлений в грунтах оснований и материале конструкций;
2) изменением прочности конструкционных материалов за счет воздействия окружающей среды;
3) изменением напряженного состояния под влиянием динамических нагрузок и вибраций.
Поэтому несущая способность причальных сооружений может изменяться со временем: в одних случаях со временем она более или менее существенно снижается, в других - значительно повышается, а иногда остается практически неизменной.
Встречаются случаи, когда несущая способность конструкций в первый период эксплуатации увеличивается, а в дальнейшем снижается. Такие явления могут возникать за счет интенсивного упрочнения бетона в начальный период после постройки сооружения при равномерном проявлении ползучих деформаций грунтов оснований. Наконец, возможны случаи, когда несущая способность причальных сооружений в начальный период после постройки снижается, а впоследствии возрастает. Чаще всего это можно наблюдать у тонкостенных портовых сооружений, возводимых на сильно сжимаемых основаниях.
Рассматривая вопрос об изменении несущей способности причальных сооружений портов при их длительной эксплуатации, следует учитывать воздействие окружающей среды, которое тоже проявляется во времени. Окружающая среда оказывает на портовые сооружения существенное, а в некоторых случаях решающее влияние. Элементами внешней среды, которые могут влиять на несущую способность причальных сооружений портов, являются водно-воздушное и грунтовое окружение, агрессивное и упрочняющее воздействие перерабатываемых грузов (таких как химические), воздействие блуждающих токов и т. п. Влияние перечисленных факторов на несущую способность сооружений сказывается через изменение прочностных и деформативных свойств конструкционных материалов. В отдельных случаях некоторые из них воздействуют на механические характеристики грунтов оснований и засыпок, что может повлечь за собой изменение несущей способности причальных сооружений. От относительной плотности грунта засыпки за причальными стенками зависит допустимый режим эксплуатации средств портовой механизации и транспорта в прикордонной полосе. Наибольший уровень вибраций, создаваемых работающими перегрузочными машинами и транспортом, должен соответствовать относительной плотности грунта засыпки - в противном случае причальное сооружение окажется подверженным воздействию дополнительных нагрузок. Изменение плотности грунтовой засыпки может происходить под воздействием вибраций, возникающих при эксплуатации причала, а также вследствие вытекания грунта на акваторию из-за дефектов грунтозащитных устройств.
Агрессивные воздействия окружающей среды способны привести к разуплотнению и разрушению бетона и интенсивной коррозии металла портовых сооружений. Разупрочнение и коррозия бетона, возникающие при неблагоприятном воздействии окружающей среды и режимах эксплуатации, в некоторых случаях являются причинами аварий портовых сооружений. К факторам, вызывающим снижение прочности и разрушение бетона и железобетона, относят агрессивное воздействие воды на акватории, воздействие перерабатываемых на причалах химических грузов, влияние блуждающих токов и токов утечки.
При определении несущей способности сооружений устанавливаются конкретные показатели ее оценки на основании расчетов их прочности и устойчивости. Например, для причального сооружения в виде шпунтовой стенки с анкеровкой, оцениваются изгибающие моменты в шпунте и анкерная реакция в тяге, как лимитирующие факторы прочности конструкции. С другой стороны деформация конструкции может произойти при отклонении перемещений верха больверка от нормативных значений, что также ограничивает несущую способность сооружений из тонкого шпунта. Относительно незначительные отклонения от допустимых снижают несущую способность конструкции, накопление отклонений и отдельные значительные отклонения могут привести к разрушению части конструкции или всего сооружения в целом.
Вызывают интерес появившиеся в последнее время работы по оценке влияния окружающей среды на работоспособность ГТС. Среди них можно привести работы ученых НГАВТ, например Елицура Д.В., Есиновского В.А., Рудыха В.Г. и другие, в которых такое влияние прослеживается на примерах ГТС в районах севера и Дальнего Востока, где агрессивное влияние факторов окружающей среды наиболее существенно, в первую очередь, из-за климатических условий.
Так, в работе Щербининой М.А. предположено и методически обосновано определение воздействия факторов окружающей среды на несущую способность ГТС в целях обоснования периодичности обследований набережных и межремонтных периодов.
Практическая задача определения действительной несущей способности портовых сооружений, особенно в условиях их длительной эксплуатации, является актуальной для большинства существующих причальных сооружений. Оценка несущей способности конструкций в процессе эксплуатации, определение допускаемых эксплуатационных нагрузок на причальные сооружения представляется вопросом современным не только техническим, но и экономическим.
Однако, несмотря на многообразие направлений исследований в вопросах обеспечения и сохранения несущей способности причальных ГТС в портах ряд вопросов остается мало исследованным. К ним в первую очередь относятся вопросы оценки комплексного влияния наиболее значимых факторов на несущую способность сооружений, в том числе разупрочнения грунтовой среды, коррозионного износа элементов сооружений, переуглубления дна акватории и другие. Рассмотрение данных вопросов и будет положено в основу наших дальнейших исследований.
Список литературы:
[1] Будин, А.Я. Эксплуатация и долговечность портовых гидротехнических сооружений. Изд. 2-е, перераб. и доп. / А. Я. Будин - М.: Транспорт, 1977. - 320 с.
[2] Штенцель, В.К. Порты и портовые сооружения / Под ред. В.К. Штенцеля. Учеб. пособие для вузов водн. трансп. /
В.К. Штенцель, М.А. Соколов. - М.: Транспорт, 1977. - 336 с.
MATTERS CHANGES OF CARRYING CAPACITY IN PORTS BERTHING FACILITIES THEIR LONG-TERM USE T.V. Grishanova
Investigation of bearing capacity of the port berthing facilities is important and relevant operational task that requires special approaches to its solution. The paper identifies the key concepts and issues related to the problem of exploitation and berthing facilities to determine their load capacity.
