1286

Рис. 1. Общий вид строительной площадки до начала строительства

Рис. 2. Бурение скважины под набивную сваю защитного экрана

Графиком ведения строительно-монтажных работ на экспериментальном участке предполагалось последовательное выполнение свай (№ 71, 72, 73) (рис. 3). Работы по их устройству выполнялись в «окна», т.е. ночное время – с 1.30 до 4.30. Бурение скважин выполнялось с гидропригрузом по причине высокого расположения уровня грунтовых вод и риском выноса в объем скважины грунта из «затрубного» пространства. В связи с отсутствием указаний в проекте о величине гидропригруза его значение определялось экспериментально и корректировалось по ходу строительства в зависимости от показаний электронных датчиков.

331

Рис. 3. Схема расположения и порядковые номера свай защитного экрана и опор путепровода

В процессе устройства свай в конструкциях обделки тоннелей начали развиваться дополнительные деформации и напряжения, значения и изменение которых фиксировались в процессе мониторинга.

Накопление деформаций в конструкциях обделки тоннеля №1 повлекло за собой перенапряжение отдельных элементов тоннеля, что послужило причиной изменения последовательности выполнения свай защитного экрана. Сотрудниками кафедры «Мосты и тоннели» БНТУ на основании выполненных расчетов, была изменена последовательность устройства свайдляразгружениятоннелейивыполненияихвшахматномпорядке.

Рис. 4. Общий вид разработки котлована

332

Рис. 5. Бетонирование плиты защитного экрана и подготовки под плиту

Разработка котлована предусматривалась проектом в 6 этапов. Весь котлован разбивался на захватки шириной 15 м, в которых с откосами разрабатывался грунт до проектной отметки и бетонировалась плита защитного экрана (рис. 4, 5).

Список литературы

1. Петров М.П. Переход на BIM-технологии в проектировании на примере Autodesk Revit // Модернизация и научные исследования

втранспортном комплексе. – 2015. – Т. 1. – С. 447–449.

2.Пастушков В.Г., Вайтович А.Н., Янковский Л.В. Сборно-моно- литная плита проезжей части с контактным соединением специального профиля // Науковедение: интернет-журн. – 2013. – № 5 (18). – С. 2.

3.Ботяновский А.А., Пастушков В.Г. Применение BIM-технологий и новейшего оборудования при исследовании фактического технического состояния мостового сооружения // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы международной на- учно-практической конференции. – 2015. – Т. 1. – С. 342–345.

Об авторах

Яковлев Александр Александрович (Минск, Республика Бела-

русь) – старший преподаватель кафедры «Мосты и тоннели», Белорус-

333

ский национальный технический университет, (220013, Республика Бе-

ларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: ftkckp@mail.ru).

Пастушков Валерий Геннадьевич (Минск, Республика Беларусь) –

кандидат технических наук, доцент кафедры «Мосты и тоннели», Белорусский национальный технический университет, (220013, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: valpast@inbox.ru).

Пастушков Геннадий Павлович (Минск, Республика Беларусь) –

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Мосты и тоннели», Белорусский национальный технический университет, (220013, Республика Беларусь, г. Минск, пр. Независимости, 65; e-mail: mit@bntu.by).

334

УДК 624.21

СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ СОЧЕТАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ВИСЯЧЕЙ СИСТЕМЫ

А.Н. Яшнов, А.А. Лебедев

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск, Россия

Рассмотрена возможность применения полимерных композиционных материалов в конструктивных элементах висячих мостов, а также вопросы оптимального проектирования таких конструкций. В качестве переменных параметров приняты жесткости конструктивных элементов. Показано, что определяющей для обеспечения удовлетворительных прогибов в висячей системе из композиционных материалов будет изгибная жесткость балки. Возникает синергетический эффект при использовании висячей системы из композиционных материалов.

Ключевые слова: пешеходный мост, висячий мост, оптимальное проектирование конструкций, полимерные композиционные материалы, стеклопластик.

Висячие мосты успешно конкурируют с другими системами в области средних и больших пролетов, позволяя пересекать препятствие без устройства промежуточных опор, при этом не требуя устройства временных опор при строительстве [1]. Однако постоянная нагрузка от собственного веса конструкций составляет существенную часть от общей нагрузки, что приводит к увеличению стоимости сооружения в целом.

Современные композиционные материалы позволяют снизить долю постоянной нагрузки, так как обладают значительной прочностью при малом удельном весе [2]. Однако недостатком многих полимерных композиционных материалов, в том числе стеклопластика, является низкий модуль упругости. Поэтому при проектировании мостов с главной балкой, выполненной из стеклопластика, появляются дополнительные трудности по обеспечению удовлетворительных прогибов. В то же время, применяя комбинацию нового материала и висячей системы, можно обеспечить выполнение требований норм по прогибам, при этом уменьшить собственный вес конструкций. Возникает синергетический эффект положительных свойств системы, не совпадающих со свойствами ее подсистем.

335

Чтобы добиться максимального использования положительных свойств конструкции и применяемых материалов необходимо определить целевую функцию. Критерием может служить минимизация расхода материалов [3]. Расход материалов на сооружение висячего моста зависит от множества параметров, включающих в себя геометрические размеры и физические свойства, которые должны удовлетворять системе ограничений, определяемых как нормативными документами, так и рациональным расходом материала на элементы конструкции. Большинство параметров должно быть назначено конструктивно, но изгибную жесткость балки и деформационные свойства кабеля можно варьировать, чтобы получить оптимальный результат.

Для примера рассмотрим распорную однопролетную конструкцию висячего пешеходного моста длиной 60 м и шириной 6 м с возможностью пропуска одиночного автомобиля. Основные несущие конструкции были запроектированы из полимерных композиционных материалов. В конечно-элементной среде было создано несколько вариантов моста, с помощью которых были выполнены численные эксперименты по получению оптимальной конструкции.

Если считать, что балка в висячей системе будет играть роль только проезжей (прохожей) части, то очевидно, что жесткость системы будет определяться деформацией кабеля и на первый взгляд может показаться, что, увеличивая диаметр кабеля, можно решить проблему обеспечения жесткости конструкции в целом. Но определяющим в этом случае становится проверка прогибов при S-образном изгибе, и увеличение размеров поперечного сечения кабеля не приведёт к созданию рациональной конструкции. Поэтому поперечное сечение кабеля имеет смысл подбирать по обеспечению условия прочности, а жесткость висячей системы обеспечить за счет балки. В итоге была решена задача нахождения необходимой жесткости балки, при которой не происходит S-образный изгиб. Следует иметь в виду, что при некоторой минимальной высоте балки деформации будут возрастать, «обесценивая» экономию материала главной балки необходимостью дополнительных ресурсозатрат, связанных с устройством сложной висячей конструкции повышенной жесткости.

Был рассмотрен диапазон высот балок жесткости от 0,75 до 2 м, установлены рациональные значения диаметров кабеля 4–5 см. Отмечено, что в балке не возникает значительных нормальных напряжений (σ ≤ 10–30 МПа) при приложении расчетной пешеходной нагрузки по

336

СП1. Определяющей является проверка по жесткости. В рассмотренном примере оптимальной будет высота балки 1,25 м при диаметре кабеля 5 см. Заметим, что полученная высота балки соответствует и критерию обеспечения аэродинамической устойчивости (отношение высоты к ширине поперечного сечения попадает в рекомендуемый интервал

14 − 131 ) [4]. Безусловно, для дальнейшего анализа требуется добавление

к рассмотрению новых переменных.

Подводя итог, скажем, что применяя полимерные композиционные материалы в висячих мостах, можно получить новую конструкцию, обладающую набором положительных свойств, отличных от металлических конструкций.

Список литературы

1.Бахтин С.А. Проектирование висячих и вантовых мостов: учеб. пособие для вузов. – Новосибирск: Изд-во Сиб. гос. акад. путей сообще-

ния, 1995. – 121 с.

2.Перспективы применения современных композиционных материалов в мостостроении / А.Н. Яшнов, А.Н. Иванов, А.П. Суляев, А.В. Диль // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе: материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 200-й годовщине победы России в Отечественной войне 1812 г. Т. 3. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – С. 330–335.

3.Лазарев И.Б. Математические модели оптимального проектирования конструкций. – Новосибирск, 1974. – 192 с.

4.Курлянд В.Г. Аэродинамические и аэроупругие характеристики пролетных строений мостов: автореф. дис. … канд. техн. наук. – М., 1981. – 20 с.

Об авторах

Яшнов Андрей Николаевич (Новосибирск, Россия) – кандидат технических наук, доцент, зам. зав. кафедрой «Мосты», Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) (630049, г. Новоси-

бирск, ул. Д. Ковальчук, 191; e-mail: yan@stu.ru).

Лебедев Александр Александрович (Новосибирск, Россия) –

студент, Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС) (630049, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191; e-mail: a.a.lebedev_mt@mail.ru).

1 СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП

2.05.03-84* / ОАО «ЦНИИС». М., 2011. 340 с.

337

УДК 624.21

ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ ЕГО РАБОТЕ СОВМЕСТНО С ОРТОТРОПНОЙ ПЛИТОЙ

А.Н. Яшнов, С.Ю. Поляков

Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС), Новосибирск, Россия

Рассмотрена одна из возможных причин малого срока службы одежды ездового полотна на ортотропной плите мостовых сооружений – отсутствие в нормативных документах требований по минимально допустимой жесткости металлоконструкций проезжей части с точки зрения влияния на образование трещин в асфальтобетоне. Проведен анализ действующей методики расчета нежестких дорожных одежд на предмет возможности ее применения для расчета асфальтобетона на ортотропной плите. Выполнена оценка напряженно-деформированного состояния покрытия на мосту с регулярнопроявляющимисядефектами впокрытии.

Ключевые слова: автодорожный мост, ортотропная плита, дефекты асфальтобетонного покрытия, оценка напряженно-деформированного состояния, расчет нежестких дорожных покрытий.

Металлическая ортотропная плита – сравнительно новая конструкция в мостостроении, ставшая в последнее время основной для большепролетных автодорожных мостов. Ортотропная плита имеет малый погонный вес и вместе с тем достаточную жесткость, позволяющую хорошо распределять нагрузку в поперечном направлении между главными несущими элементами. При местном же приложении нагрузки для такой проезжей части характерна повышенная деформативность: жесткость продольных ребер и верхнего листа настила может быть недостаточна для обеспечения трещиностойкости асфальтобетона.

В нормативно-технической литературе рассматриваются вопросы конструирования, определения усилий и проверки по прочности элементов проезжей части, однако практически не затронута проблема их максимально допустимой деформативности1. Установленные критерии же-

1 См.: Рекомендации по проектированию стальных ортотропных плит проезжей части автодорожных мостов. М., 1968. 17 с.; СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М., 1984. 283 с.; СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84* / ОАО

«ЦНИИС»; ОАО «ЦПП». М., 2011. 340 с.

338

сткости носят либо конструктивный характер, регламентируя минимальную толщину листа настила и продольных ребер (причем без их связи друг с другом), либо расчетный, который отчасти, но все же недостаточно учитывает взаимозависимости геометрических параметров элементов ортотропной плиты. Кроме того, вводимые ограничения деформативности установлены применительно только к ортотропной плите, что, на наш взгляд, не совсем верно. Лист настила, являющийся ее частью, непосредственно взаимодействует также с дорожной одеждой, следовательно, необходимо учитывать и зависимость работы покрытия ездового полотна от напряженно-деформированного состояния нижележащих конструкций, поскольку предельное состояние у асфальтобетона наступает гораздо раньше, чем у элементов проезжей части. Следует отметить, что в зарубежных нормах установлены более жесткие требования к ортотропной плите по сравнению с отечественными2.

В последнее время многие авторы [1, 2, 3], обращающие внимание на проблему низкого срока службы дорожной одежды на искусственных сооружениях, отмечают, что в большинстве случаев покрытие назначают, исходя из тех же соображений, что и на обычных автомобильных дорогах. Однако данный подход не учитывает различия в характере работы асфальтобетона на земляном полотне и на ортотропной плите: в дорожной одежде, укладываемой поверх грунтового массива, растягивающие напряжения возникают в ее нижней части, а в покрытии в составе моста – предположительно как в нижней части (между стрингерами), так и в верхней (над продольными ребрами, стенками главных и поперечных балок).

Столь разный характер работы асфальтобетона обусловлен самой структурой основания, на которое укладывается покрытие. Грунт – сплошная однородная среда, имеющая постоянные механические характеристики и как следствие одинаковую податливость во всей области, учитываемой в расчете. Ортотропная плита же с точки зрения жесткости «дискретна», так как лист настила соединен с продольными ребрами, поперечными и главными балками, фактически выступающими в качестве упруго-проседающих опор. Поэтому можно сделать вывод, что состояние покрытия в большей степени определяется не общей, а именно локальной жесткостью основания в месте передачи на конструкцию нагрузки от транспортных средств.

2 См.: Eurocode 1993-2. Design of Steel Structures. Part 2: Steel Bridges. 2006; CAN/CSA-S6-00. Canadian Highway Bridge Design Code – A National Standard of Canada. 2000; AASHTO LRFD. Bridge Design Specifications. SI Units Third Edition. 2005.

339

Внастоящее время в Российской Федерации действуют ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», но разработаны они только для автомобильных дорог на земляном полотне. Поэтому положения данного издания необходимо проанализировать на предмет их соответствия действительной работе асфальтобетона в составе мостового сооружения.

Согласно ОДН 218.046-01. «Проектирование нежестких дорожных одежд», дорожное покрытие рассчитывается по прочности по трем позициям:

а) по допускаемому упругому прогибу; б) по условию сдвигоустойчивости подстилающего слоя и мало-

связных конструктивных слоев; в) на сопротивление монолитных слоев усталостному разрушению

от растяжения при изгибе.

Врамках данного исследования рассмотрено только усталостное разрушение от растяжения при изгибе. При этом сравнивается наибольшее растягивающее напряжение в покрытии с пределом прочности материала на растяжение при изгибе с учетом усталостных явлений, поскольку согласно нашим предположениям при наличии сцепления асфальтобетона с нижележащими слоями именно превышение фактических напряжений над расчетным сопротивлением и приводит к возникновению трещин.

Всоответствии с принятой в настоящее время методикой расчета всю рассматриваемую конструкцию приводят к двухслойной расчетной модели – к нижнему (полубесконечному) упругому слою относят ее часть, расположенную ниже пакета асфальтобетонных слоев, к верхнему – соответственно покрытие ездового полотна. И если дорожную одежду можно заменить единым слоем с эквивалентной жесткостью, то моделировать несущие элементы проезжей части так же, как и грунтовый массив (в качестве полубесконечного упругого слоя), на наш взгляд, не совсем верное решение. Как уже было сказано ранее, грунт заменяется сплошной средой с постоянным модулем упругости на всем

еепротяжении, жесткость же ортотропной плиты зависит от целого ряда факторов – шага и сечения продольных ребер и поперечных балок, а также толщины листа настила. Фактически ортотропная плита является подкрепленной ребрами пластиной, имеющей конечные геометрические размеры, поэтому для количественного выражения ее жесткости одного модуля упругости материала недостаточно. Нужен также либо

340