Metaldaily.ru :: Ежедневные новости металлургии
Новости металлургии 
   
Metaldaily.ru/Новости - 23.10.2009

Модификация опорных конструкций мостов. "Промышленно-строительное обозрение". № 119 2009

23.10.2009 - 16:07
Конструктивные элементы, передающие нагрузку от пролетного строения через фундамент на грунт, называются опорами мостов, акведуков, путепроводов, виадуков.

Это традиционная конструкция, которую современные технологии и материалы могут сделать менее массивной и более долговечной.

Профессионалы, работающие в мостостроении, где за каждой формулой расчета стоит жизнь людей, убеждены: не всегда стоит спешить с внедрением инноваций в отрасли.

Такой точки зрения придерживается и главный специалист проектного отдела ОАО "Трансмост" Станислав Шульман.

Оптимальный проект

– Станислав Александрович, что требуется от мостовых опор?


– Они должны передавать различные нагрузки и воздействия через фундамент на грунт: вертикальные постоянные (вес пролетного строения и самой опоры) и временные (поезда, автомобили, пешеходы и др.). А также горизонтальные (торможение, сила тяги, центробежные силы, если мост расположен на кривой, температурные воздействия через трение в опорах); наконец, сейсмические.

– От чего зависит выбор типа опорных конструкций?

– От условий применения искусственного сооружения – моста, виадука, путепровода, эстакады, а значит, от дополнительных внешних воздействий. В частности, мосты через водотоки должны иметь защиту от ледохода, от истирающего действия донных наносов и отложений, от попеременного замораживания и оттаивания. Летом опора над водой нагревается до +30°С, а вода только до +10–15. Температурный перепад по линии контакта особенно велик зимой: наверху может быть минус 40°С, в воде всегда плюс. Из-за такого контраста разрушается бетон. Камень устойчивее.

Но цементный раствор для швов между камнями должен также иметь повышенную морозостойкость, водонепроницаемость и т. д. Целиком каменные опоры очень дороги и не слишком надежны. Мостостроители нашли выход: вот уже более 200 лет строят бетонные и бутобетонные опоры в каменной, чаще гранитной, облицовке.

– То есть дорогой натуральный камень ушел в прошлое и в реставрацию?

– Дело не только в цене. Он по ряду свойств не лучше железобетона. Ведь бетон – тот же камень, только искусственный. Сделать его достаточно прочным и надежным с помощью современных технологий возможно. Еще на БАМе лет 30 назад применяли облицовку из бетонных блоков с прочностью свыше 800 кг/кв. см. Это близко к показателям гранита и диарита и т. п.

– Что должен в первую очередь помнить проектировщик?

– Все массивные опоры – каменные, бетонные, бутобетонные – проектируются так, чтобы при расчетном сочетании вертикальных, горизонтальных нагрузок и изгибающих моментов ни в одном сечении не допустить растягивающих напряжений. Иначе возможно образование трещин и нарушение целостности конструкции. Ведь расчетное сопротивление бетона на растяжение в 30 раз меньше, чем на сжатие.

– Какой же материал для строительства опор применяется чаще и почему?

– Через водотоки в большинстве строятся мосты на массивных бетонных опорах с ледорезными гранями. Железобетон в основном применяется в путепроводах, виадуках, где нет водного потока, нет льда, а есть только атмосферные воздействия, такие же как и для пролетного строения. Правда, на небольших водотоках ставят свайно-эстакадные мосты.

У них железобетонная опора в виде куста железобетонных свай, объединенных поверху ригелем или насадкой.

Железобетон по сравнению с бетоном дает заметную экономию средств и материалов. Хотя есть свои сложности. Нужно выставлять арматурный каркас, заделывать его в фундамент. Но это всё решаемо. Зато мы минимизируем размеры опор и увеличиваем пролет в свету под мостом при той же длине пролетного строения.

Металл в отличие от бетона допускает растяжение, но применение его в опорах ограничено другими факторами (например, устойчивостью элементов при сжатии и коррозией). Иногда металлические опоры применяют для пешеходных мостов. При этом нельзя забывать, что существенным ограничением является "период свободного колебания системы". Он не должен совпадать с периодом шага человека, иначе можно попасть в резонанс.

Думаю, в обозримой перспективе новых материалов для мостовых опор не появится. Бетон и железобетон всех устраивают. Металл дороже (хотя и не всегда), на него выше эксплуатационные расходы, так как он подвержен коррозии. Железо надо чистить, красить. А чугун очень плохо работает на растяжение. Деревянные опоры для капитальных строений не годятся: срок службы дерева на открытом воздухе невелик.

– Есть ли какие-то новые подходы в проектировании и строительстве опор мостов?

– К новым решениям можно отнести использование армирования грунта геосинтетикой у береговых опор. При расчете устоев необходимо учитывать как воздействие пролетного строения на опору, так и горизонтальное давление грунта со стороны насыпи.

Мы эти горизонтальные силы можем снять практически полностью с помощью геосинтетических материалов. Ряд новых конструктивно-технологических решений появляется при проектировании и строительстве пилонов вантовых мостов, широко применяющихся в настоящее время. Из разработок нашего института представляет интерес также новая конструкция деформационных швов для железнодорожных мостов. Они обеспечивают свободу перемещения смежных пролетных строений, герметичность и ровность езды.

– Каков принцип оптимизации проектирования?

– Очень простой: стоимость опор вместе с фундаментами должна примерно равняться стоимости пролетных строений. В этом случае сооружение наиболее экономично. Хотя это не относится к проектированию уникальных объектов, где экономика отступает на второй план.

На основе пионерных решений

Строитель зависим от заказчика. Но опытный подрядчик обязан идти в ногу с современной наукой и практикой. На этом настаивает зам. гендиректора по развитию ОАО "Мостострой № 6", член экспертного совета комитета Госдумы РФ по природным ресурсам к.т.н. Сергей Чижов.

– Каким образом прикладная наука помогает строить лучше?

– Для обеспечения наилучшей защиты бетонных опор от воздействия воды мы впервые применили дисперсно армированные бетоны: сталефибробетон, полипропиленовую фибру. Использовали различные модифицирующие добавки, позволяющие регулировать свойства бетонной смеси. За счет уплотняющих добавок получили бетоны с показателем водонепроницаемости W 18-20.

Армирование позволило воспринимать растягивающие и изгибающие нагрузки. Один из крупных проектов, который потребовал новаторского подхода, мост через Кольский залив в Мурманске. Там были отработаны технологии устройства монолитных опор в зоне переменного уровня воды, изменяемого два раза в сутки на 4 м.

– Имеет ли значение количество опор?

– Вектор прогресса направлен на их сокращение. Возведение русловых опор может быть нецелесообразно по показателям долговечности, ремонтопригодности. Если посчитать текущие затраты на объект, вроде бы дешевле строить опоры (вантовый вариант значительно дороже). Но надо учесть весь период эксплуатации сооружения. Не случайно через крупные протоки стараются строить большие вантовые конструкции.

– Из чего предпочтительнее строить мосты?

– Всё зависит от типа объекта. На железной дороге целесообразно использовать металлические конструкции – их сборка на высокопрочных болтах позволяет ускорить сроки строительства. Металл вообще хорош как строительный материал, но в ограниченных пределах. Важно, что он позволяет унифицировать конструкцию в большей степени, чем железобетон. Однако надо работать над повышением его коррозионной стойкости.

Чистый неармированный бетон практически не используется, потому что надо снимать растягивающие нагрузки, иначе образуются микротрещины, куда будет поступать вода, начнется разрушение. Если же с помощью различных пластификаторов удастся увеличить прочность бетона на растяжение при изгибе раза в два-три, это будет прорыв в мостостроении: можно будет делать из него протяженные пролетные строения.

По идее в процессе эволюции доля собственного веса мостов должна уменьшаться, при одновременном увеличении временных нагрузок. Чем шире пролет, тем больше нагрузка на опоры. Сдвиг уже есть – появление преднапряженного бетона.

– В каком направлении движется научная и инженерная мысль?

– Думаю, в придании известным материалам новых свойств. Нанотехнологии позволяют на атомарном уровне изменить материал, а тот в свою очередь открывает возможность изменить характеристики конструкций. В том числе увеличить пролеты железобетонных мостов. Сейчас это достигается за счет конструкции – арочных форм. -- Промышленно-строительное обозрение



Новости по этой теме

В Новости
 

ОТРАСЛИ:

Всего новостей  112385

ГОД:
МЕСЯЦ:
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031   
 


Подписка на рассылку

Ежедневные новости металлургии в Вашем почтовом ящике
RSS



Информер

Ежедневно обновляющиеся заголовки 10 последних новостей металлургии на вашем сайте

все информеры >>