1462

УДК 630.383

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОМЕРЗАНИЯ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ (НА ПРИМЕРЕ ПЕРМСКОГО КРАЯ)

А.М. Бургонутдинов, К.С. Стецюк, А.Г. Окунева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Основной причиной разрушения дорожного полотна на территории Пермского края считаются пучинистые явления. Рассмотрен процесс промерзания грунта с точки зрения математического моделирования. Представленная математическая модель показывает зависимость скорости промерзания грунта от влажности.

Ключевые слова: дорожная одежда; морозное пучение; процесс про- мерзания-оттаивания в трехмерном пространстве; влажность грунта; уплотнение грунта; водонасыщение.

Пермский край расположен в умеренно-холодном климатическом районе. Холодный период года длится с ноября по март. Продолжительность холодного периода года с температурой ниже 0 °С составляет 164–185 сут, при этом среднесуточные значения температур составляют –9,5–10,5 °С. Температура воздуха наиболее холодной пятидневки составляет –35–40 °С, а наиболее холодных суток –39–45 °С1.

Климатические условия Пермского края обусловлены широким диапазоном изменения температуры воздуха – от –45 до +35 °С. Для таких суровых климатических условий Урала характерно сезонное промерзание и оттаивание грунтов; кроме того, на значительной части территории имеются участки с неблагоприятными грунтово-гидрологи- ческими условиями, вызывающими морозное пучение грунтов, ведущее к появлению значительных деформаций на поверхности дорожной одежды автомобильных дорог.

Несмотря на многочисленность исследований процессов промерзания грунтов земляного полотна, отсутствуют исследования причин об-

1 СНиП 23-01–99. Система нормативных документов в строительстве Строительные нормы и правила РФ. Строительная климатология. Дата введе-

ния: 2000-01-01.

351

разования поперечных трещин на асфальтобетонных покрытиях. Например, в первый год после ввода автомобильной дороги в эксплуатацию на поверхности асфальтобетонного покрытия наблюдаются поперечные трещины, располагающиеся через 40–60 м, а на следующий год

– через 20–30 м и т.д. Это можно объяснить неясностью физической стороны процессов, сопровождающих криогенное пучение, что затрудняет математическую формулировку задачи. Исходя из этого, воспользуемся компьютерным моделированием.

В настоящее время разработан ряд программных комплексов, позволяющих решать задачи теплопереноса в грунтах. Из общего ряда можно выделить следующие программные комплексы: GeoStudio (Ка-

нада), COSMOS/M (Россия), ANSIS (США) и др.

При выборе необходимо учитывать следующие требования и возможности программного комплекса:

–проведение термодинамических расчетов для грунтов с учетом того, что грунт является многофазной системой;

–учет климатических данных конкретного района (температура воздуха, влажность, количество осадков и др.);

–возможность задания основных теплофизических (теплопроводность и теплоемкость) и физических (влажность, плотность) параметров грунтов и их изменения при процессах замораживания и оттаивания;

–возможность задания граничных условий различного рода (температура, тепловой поток, плотность теплового потока) функциями данных величин;

–возможность задания начальных условий модели – температуры

влюбой точке модели.

Наиболее полно предъявляемым требованиям отвечает программный комплекс GeoStudio, включающий модуль Temp, который может быть использован для моделирования процессов промерзания грунта земляного полотна.

Для изучения процесса промерзания земляного полотна с помощью программного комплекса GeoStudio/Temp был выбран участок земляного полотна автомобильной дороги в Пермском районе г. Перми, для которой в полевых условиях был выполнен комплекс работ по измерению температуры на поверхности покрытия, а также глубины промерзания.

По полученным результатам изменения температуры окружающего воздуха, температуры на поверхности покрытия и глубины промер-

352

зания с реальными значениями были получены графики изменения теплопроводности в слоях дорожной конструкции (2 слоя асфальтобетона + щебень + ПГС + песок; грунт земляного полотна – суглинок тяжелый) – рисунок.

Применение программного продукта GeoStudio/Temp значительно расширяет возможности проектировщиков в выборе оптимальной конструкции дорожной одежды автомобильной дороги.

Об авторах

Бургонутдинов Альберт Масугутович (Пермь, Россия) – канди-

дат техничеких наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги и мосты», замдекана автодорожного факультета, Пермский национальный

353

исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь,

Комсомольский пр., 29; е-mail: burgonutdinov.albert@yandex.ru).

Стецюк Константин Станиславович (Пермь, Россия) – ассистент кафедры «Автомобильные дороги и мосты», замдекана автодорожного факультета по внеучебной работе, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомоль-

ский пр., 29; е-mail: stew@yandex.ru).

Окунева Александра Геннадьевна (Пермь, Россия) – ассистент кафедры «Автомобильные дороги и мосты», замдекана автодорожного факультета по вузовской подготовке, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсо-

мольский пр., 29; е-mail: 79223300960@yandex.ru).

354

УДК 624.27

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ БАЛОЧНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

А.Н. Вайтович

Белорусский национальный технический университет, Минск, Республика Беларусь

Рассмотрены основные проблемы эксплуатации железобетонных балочных мостов со статистической оценкой их состояния, а также проблемы эксплуатации мостов, связанные с переходом Республики Беларусь на европейские нормы проектирования.

Ключевые слова: железобетонные балочные мосты, состояние, дефекты, грузоподъемность, нормы проектирования.

При проведении диагностики 56 железобетонных мостовых сооружений на дорогах местного значения через малые реки, овраги и суходолы было установлено, что 45 % из них находятся в неудовлетворительном состоянии (2 балла). Строительство наибольшей части мостов, находящихся в неудовлетворительном состоянии, выполнялось в 90-х гг. ХХ в. (рисунок).

Рис. Зависимость года постройки мостовых сооружений и их состояния:

– удовлетворительное состояние; – неудовлетворительное состояние

355

В ходе обработки полученной информации установлено, что основными причинами снижения оценки состояния сооружений являются следующие:

−несоответствие габарита проезжей части на мосту;

−отсутствие перильных ограждений и ограждений безопасности;

−снижение грузоподъемности моста;

−дефекты покрытия проезжей части.

Основными дефектами снижения грузоподъемности мостов являются следующие:

−разрушение защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры;

−проломы плиты проезжей части;

−сколы бетона;

−наличие дополнительного слоя дорожной одежды.

Одним из наиболее распространенных вариантов восстановления несущей способности железобетонных балочных мостов является устройство сверху монолитной накладной плиты, которая объединяет балки в единое пролетное строение.

Эффект в этом случае достигается за счет увеличения рабочей высоты сечения, а следовательно, повышения в них предельных усилий. Для увеличения эффективности накладной плиты пролеты, на которых она устраивается, необходимо преобразовать из разрезной схемы в неразрезную систему. Накладная плита также может служит элементом уширения проезжей части моста до требуемого по нормативным документам габарита или элементом объединения конструкций старого пролетного строения с новыми приставными балками.

Одним из немаловажных вопросов эксплуатации мостов в Республике Беларусь является полный переход с 1 января 2015 г. на европейские нормы проектирования (Еврокоды). Нагрузки от транспортных средств по Еврокоду значительно превышают по своей величине нагрузки, которые предусмотрены проектом ТКП 45-3.03-232–2011 или СНиП 2.05.03–84*. По расчету постоянных нагрузок (слои дорожной одежды) установлено, что расчетное значение нагрузки, собранной по европейским нормам, превышает всего на 0,5 % собранную по ТКП (таблица).

Таким образом, постоянные нагрузки в обоих нормах сопоставимы, а вот нагрузки от транспортных средств по Еврокодам значительно выше, что приводит к перерасходу материалов, однако повышает дол-

356

УДК 625.5

ТРАНСПОРТНЫЕ СТРУННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АНАТОЛИЯ ЮНИЦКОГО

А.В. Веселов, К.А. Пивоварова

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Россия

Рассматривается новая транспортная система, названная по имени ее создателя – Юницкого Анатолия Эдуардовича. Приводится описание составляющих элементов системы и ее преимуществ перед традиционными видами транспорта.

Ключевые слова: транспортная система Юницкого, рельсы-струны, анкерные опоры, промежуточные опоры, навесные и подвесные транспортные средства.

Существование современной человеческой цивилизации неразрывно связано с функционированием мировой транспортной системы, обеспечивающей перевозки людей и грузов. В настоящее время мировая транспортная система включает в свой состав следующие виды транспорта: железнодорожный, морской, водный (речной и озерный), автомобильный, воздушный, трубопроводный, канатный, транспортерный и гужевой. Перемещая ежегодно миллиарды тонн сырья, топлива, материалов, продукции, а также многие миллиарды пассажиров, мировая транспортная система обеспечивает массовое индустриальное производство, глубокое разделение труда, внутреннюю и внешнюю торговлю, способствует развитию культуры и науки [1].

Начало XXI в. может стать временем появления нового эффективного вида транспорта, основанного на струнных технологиях нашего соотечественника инженера Анатолия Юницкого [2]. Транспортная система Юницкого (ТСЮ), над созданием которой Анатолий Эдуардович работает уже почти 40 лет, представляет собой специальное транспортное средство на стальных колесах (пассажирское – юнибус, грузовое – юникар), размещенное на рельсах-струнах, установленных на опорах (рис. 1, 2). Пассажирские ТСЮ разработаны для высокоскоростных (до 500 км/ч) междугородных и международных перевозок и для функционирования в качестве городского общественного транспорта.

358

В первом случае производительность ТСЮ может достигать 500 тыс. пассажиров в сутки, во втором до 25 тыс. пассажиров в час.

Грузовые ТСЮ могут производить перевозки практически любых неделимых грузов. При этом грузы массой до 10 т могут перевозиться при высоких скоростях движения, грузы массой до 20–30 т – на сниженных скоростях перевозок (до 100 км/ч) и грузы массой до 40–50 т – на специальных многоколесных платформах. Транспортными системами Юницкого можно перевозить 99,9 % массовых грузов: нефть, нефтепродукты и другие жидкие грузы, уголь, руду и другие сыпучие грузы, контейнеры, длинномерные грузы, продукты питания, специальные грузы, например радиоактивные вещества, и др.

Размещение транспортных средств в ТСЮ может выполняться как в навесном, так и в подвесном положении относительно рельсов-струн, которые являются основными элементами транспортной системы. Струнный рельс – это обычная неразрезная (по длине) стальная, железобетонная или сталежелезобетонная балка или ферма, оснащенная головкой рельса и дополнительно усиленно армированная предварительно напряженными растянутыми струнами (рис. 3). Максимальное натяжение струны в одном рельсе в зависимости от длины пролета, скоростных режимов движения и расчетной массы транспортного средства будет составлять 10–500 т и более (при расчетной температуре монтажа 20 °С).

Другим важнейшим составным элементом ТСЮ являются опоры. Все опоры, на которые опираются рельсы-струны, подразделяются на два характерных типа:

– анкерные, в которых осуществляется анкеровка струны;

359

– поддерживающие (промежуточные), которые поддерживают путевую структуру в промежутке между анкерными опорами.

Рис. 3. Рельс-струна навесного ТСЮ: 1 – головка рельса; 2 – струна (пучок стальных проволок); 3 – элемент крепления струны к корпусу рельса; 4 – наполнитель (специальный бетон); 5 – корпус рельса

Пролеты путевой струны навесного ТСЮ, превышающие 50–100 м, должны поддерживаться размещенным сверху или снизу специальным канатом по типу висячих или вантовых мостов. Канаты диаметром 100 мм из высокопрочной стальной проволоки обеспечат поддержание пролета длиной до 1500 м, канаты 200 мм – пролета длиной до 3000 м. У подвесного ТСЮ с провисающей путевой структурой максимальный пролет может достигать 3000 м при использовании высокопрочной стали для изготовления рельса и струны.

Транспортная система Юницкого в отличие от автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта очень жизнеспособна и не подвержена влиянию природных климатических факторов. Трассы струнного транспорта не критичны к сложным географическим условиям и легко могут быть проложены по обширным болотистым территориям, джунглям, вечной мерзлоте, песчаным пустыням с подвижным песком, горам, шельфу моря и т.п.

Транспортная система Юницкого очень экономична как при строительстве, так и при эксплуатации. Выполненные экономические расчеты стоимости строительства и эксплуатации ТСЮ показали ее в разы меньшую затратность по сравнению с другими транспортными системами. При этом отмечалось, что в стоимость, например, традиционных автомобильных дорог в отличие от ТСЮ не включается стоимость подвижного состава и инфраструктуры (автовокзалов, мотелей по трассе,

360