1462

УДК 624.21

НАУЧНО-ИНЖЕНЕРНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА БУГРИНСКОГО МОСТА В Г. НОВОСИБИРСКЕ

А.Н. Яшнов, С.Ю. Поляков

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск, Россия

Даны общие сведения о Бугринском мосте в г. Новосибирске – общая технология сооружения и некоторые технические характеристики. Приведена информация о разработанной специалистами НИЛ «Мосты» методике определения усилий натяжения вант по частотам собственных колебаний с применением автоматизированного измерительного комплекса «Тензор МС».

Ключевые слова: мостовое сооружение, мониторинг, диагностика, оценка технического состояния, контроль усилий натяжения вант, Бугринский мост.

В последние годы в г. Новосибирске в связи с резким увеличением автомобильного парка остро назрела необходимость в сооружении новых мостовых переходов через р. Обь. Существующие мосты в центральной части города – Коммунальный и Димитровский – практически перестали справляться с возросшим потоком автомобилей, и для предотвращения транспортного коллапса и дальнейшего устойчивого развития городских территорий было принято решение о возведении 3-го моста, названного впоследствии Бугринским.

Проект был разработан ЗАО «Институт “СТРОЙПРОЕКТ”» (г. Санкт-Петербург). Мост запроектирован под временную нагрузку

ввиде полос А14 и одиночной колесной нагрузки Н14. Пропускная способность сооружения не менее 135 000 автомобилей в сутки при расчетной скорости 100 км/ч. Габариты проезжей части обеспечивают размещение шести полос движения (по три в каждом направлении, ширина каждой полосы 3,75 м) с полосами безопасности шириной 1,5 м справа по ходу движения и 1,0 м – слева, а также тротуарных проходов по краям пролетных строений шириной по 1,5 м с уширением до 2,5 м

впределах арочного пролета.

521

Пойменные пролетные строения – неразрезные балочные, сталежелезобетонные с ездой поверху, состоящие в поперечном сечении из четырех главных балок коробчатой конструкции, объединенных между собой по железобетонной плите и поперечными балками, а в надопорных сечениях – по плите и поперечными связями.

Наибольший интерес вызывает устройство руслового пролетного строения, имеющего уникальную конструкцию – внешне безраспорную арку пролетом 380 м и стрелой подъема около 70 м. Затяжка арки представляет собой две стальные коробки высотой по 2,5 м (главные балки) и две балки двутаврового сечения высотой по 2,44 м (продольные балки). Арки – коробчатого сечения (высотой по 3 м и шириной по 2,1 м каждая), объединены между собой системой поперечных связей. Совместную работу арки и затяжки обеспечивают четыре плоскости вантовых подвесок (39 вант в каждой плоскости, по две плоскости подвесок на арку). Ванты состоят из семипроволочных прядей – монострендов, от 8 до 19 прядей в каждой, причем активные анкеры, расположенные в арках, позволяют производить регулировку усилий натяжения.

Сооружение такого уникального и технически сложного объекта было осуществлено за 5 лет – с конца 2009 по 2014 г. Работы по монтажу были выполнены подразделениями генеральной подрядной строительной организации ОАО «Сибмост». Строительство моста велось одновременно на двух берегах. Монтаж конструкций выполнен способом продольной надвижки, причем на правом берегу надвижка пойменных пролетных строений для сокращения сроков строительства производилась в двух направлениях. Левобережное пойменное пролетное строение и затяжка арочного руслового пролетного строения были надвинуты с левого берега. Причем затяжка была оперта на временные и капитальные опоры с общим количеством точек опирания 32 шт. На следующем этапе на затяжке был смонтирован арочный свод, который был собран на стапелях, установленных по концам затяжки, по технологии конвейерно-тыловой сборки с последующей надвижкой с двух сторон по временным опорам, установленным на затяжке. Разработанную ЗАО «Институт “СТРОЙПРОЕКТ”» технологию можно с полным основанием считать уникальной, а ее осуществление потребовало организации контроля напряженно-деформированного состояния конструкций на всех этапах для недопущения возникновения каких-либо внештатных и аварийных ситуаций и обеспечения соответствия проекту.

522

с помощью метода «малых воздействий» – нескольких одиночных толчков испытателем пассивного анкера на затяжке.

Разработанная методика дает хорошую сходимость полученных результатов с данными компании VSL – разница усилий по большей части не превышает 10 %, что достаточно для организации периодических контрольных проверок усилий натяжения вант. Таким образом, отпадает необходимость использования дорогостоящих импортных месдоз для определения усилий натяжения. К тому же процесс перестановки месдоз весьма трудоемок.

После завершения строительства специалистами СГУПС были проведены статические испытания неразрезного пролетного строения через р. Иня и арочного руслового пролетного строения, а также динамические испытания сооружения.

При динамических испытаниях колебания пролетных строений фиксировали с помощью вибродатчиков-акселерометров комплекса «Тензор МС» [2], высокая чувствительность которых позволила провести испытания с помощью метода «малых воздействий», когда конструкция выводилась из состояния относительного равновесия посредством прыжков испытателей. Анализ полученных вибро- и спектрограмм позволил определить динамические параметры сооружения.

При статических испытаниях измеряли фибровые деформации в характерных сечениях конструкций в результате их загружения испытательной нагрузкой. При испытании арочного пролетного строения было задействовано 24 груженных песком автомобиля-самосвала «КамАЗ-65115» средней массой около 25 т и общим весом 600 тс. Расчетный уровень нагруженности для различных элементов конструкции находится в интервале от 50 до 100 % расчетных усилий от проектной временной нагрузки.

Результаты статических и динамических испытаний пролетных строений свидетельствуют о соответствии фактической работы конструкции расчетным схемам, заложенным при проектировании, и подтверждают высокую жесткость и несущую способность пролетных строений.

Следует отметить, что при статических испытаниях определение изменения усилий натяжения вант при заезде испытательной нагрузки осуществлено с помощью фиксации собственных частот колебаний вант по приведенной выше методике.

524

Полученные в результате научно-технического сопровождения строительства данные позволяют организовать мониторинг состояния моста в процессе эксплуатации.

Список литературы

1.Автодорожный мост через реку Обь у г. Сургута: особенности проектирования и строительства: учеб. пособие / Ф. Солохин, С.Н. Дядькин, И.Г. Овчинников [и др.] / Сарат. гос. техн. ун-т. − Сара-

тов, 2002. – 164 с.

2.Малогабаритные автоматизированные системы для диагностики ИССО / С.А. Бокарев, И.И. Снежков, А.В. Слюсарь [и др.] // Путь и путевое хозяйство. – 2007. – № 9. – С. 25.

Об авторах

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

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

Поляков Сергей Юрьевич (Новосибирск, Россия) – студент, Сибирский государственный университет путей сообщения (630049, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191).

525

УДК 624.21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЛИ НАГРУЗКИ, ПРИХОДЯЩЕЙСЯ НА ГЛАВНУЮ БАЛКУ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ, ПО ЧАСТОТАМ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ

А.Н. Яшнов, И.И. Снежков, И.В. Чаплин

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск, Россия

Рассмотрен вопрос определения доли нагрузки, приходящейся на отдельную балку в составе пролетного строения. Приведены и проанализированы фактические данные, полученные при определении распределения нагрузок между главными балками.

Ключевые слова: мостовое сооружение, вибродиагностика, коэффициент поперечной установки.

Вибродиагностика находит все более широкое применение при оценке состояния сооружений, ее возможности очень широки [1, 2]. В научно-исследовательской лаборатории «Мосты» СГУПС накоплен большой опыт испытания и обследования мостовых сооружений с применением методов вибродиагностики.

При вибрационной диагностике, как правило, исследуется временной сигнал или спектр частот колебаний объекта исследования. Наиболее часто используют акселерометры, которые фиксируют виброускорения. В основе заложен пьезоэлектрический эффект, например как в вибродатчиках малогабаритного многофункционального измерительного комплекса «Тензор МС» [3], разработанного специалистами научноисследовательской лаборатории «Мосты» СГУПС. Данный комплекс имеет собственное программное обеспечение, позволяющее обрабатывать и представлять первичные данные в различных видах. Для разделения зафиксированных частот колебаний используется аппарат спектрального анализа. В основе цифрового спектрального анализа лежит дискретное преобразование Фурье [4]. Измерительный комплекс широко применяют специалисты СГУПС и другие организации при испытаниях и диагностике мостовых сооружений.

Пространственная работа мостовых сооружений весьма сложна. Главные несущие элементы (главные балки) пролетного строения объ-

526

единяются в поперечном направлении плитой проезжей части и (или) поперечными связями (диафрагмами), которые определяют, как включаются отдельные главные балки в совместную работу в единой конструкции пролетного строения.

При определении распределения постоянной нагрузки общепринято допущение о ее равномерном распределении между главными балками, что существенно упрощает расчеты, но приводит к некоторым погрешностям в результатах. Фактическое распределение постоянной нагрузки может быть уточнено по частотам собственных колебаний. Данный способ основан на аналитической зависимости между напряжением, возникающим в балке, и частотой собственных колебаний [5]. Примером могут служить полученные результаты вибродиагностики железобетонных мостов при сдаче в эксплуатацию автомагистрали «Кемерово – Ленинск-Куз- нецкий» в Кемеровской области (таблица). Для рассмотренных конструкций характерны широкие пролетные строения 25–30 м, состоящие в поперечном направлении из 15–20 балок полной длиной от 15 до 33 м. Как видно из таблицы, частоты собственных колебаний разных балок в одном пролетном строении отличаются, но это отличие не существенно, поэтому можно считать допущение о равномерном распределении постоянной нагрузки между главными балками в пролетном строении обоснованным.

Результаты определения собственных частот колебаний на трассе «Ленинск-Кузнецкий – Кемерово»

Примечание. Серым цветом выделены пролетные строения, изготовленные из преднапряженного железобетона.

527

А вот для распределения временной нагрузки в автодорожных мостах при инженерных расчетах закладываются различные методы: «рычага», «внецентренного сжатия» и «упругого распределения». Фактическая величина коэффициента поперечной установки, характеризующего долю временной нагрузки, приходящейся на отдельную балку, как правило, может быть уточнена при испытаниях. При этом испытательную нагрузку устанавливают в разных положениях по ширине проезжей части и фиксируют прогибы или напряжения в отдельных элементах. Например, при испытаниях автодорожного моста через р. Вах на строящейся автодороге «Нижневартовск – Стрежевой» было выполнено по три перестановки испытательной нагрузки в поперечном направлении (в крайнем левом положении на проезжей части, посередине ширины проезжей части и в крайнем правом положении на проезжей части). Пролетное строение данного моста представляет собой металлическую «коробку» (главные несущие элементы – две металлические сварные балки постоянной высоты, объединенные верхней и нижней ортотропными плитами и системой поперечных связей). При проведении испытаний была сделана попытка определить распределение временной нагрузки между стенками коробки методами вибродиагностики. Для этого были установлены вибродатчики в створе главных балок в середине пролета и проведены измерения при нагруженном и ненагруженном состояниях путем возбуждения колебаний методом «малых» воздействий. Зафиксировано изменение частот собственных колебаний по правой и левой стенкам коробки в зависимости от изменения положения нагрузки. Получено хорошее соответствие коэффициента поперечной установки (КПУ), определенного по частотам собственных колебаний, с КПУ, определенным традиционным методом на основе фиксации прогибов и напряжений в конструкции. Развитие этого метода позволит диагностировать состояние пространственных связей в конструкции с меньшими трудозатратами, так как отпадает необходимость оборудования сечений тензодатчиками и прогибомерами, достаточно просто расставить вибродатчики на проезжей части.

Приведенные результаты свидетельствуют о широких возможностях вибродиагностики мостовых сооружений.

Список литературы

1. Зусман Г.В., Барков А.В. Вибродиагностика: учеб. пособие. – М.:

Спектр, 2011. – 215 с.

528

2.Динамика железнодорожных мостов / Н.Г. Бондарь, И.И. Казей, Б.Ф. Лесохин [и др.]. – М.: Транспорт, 1965. – 412 с.

3.Малогабаритные автоматизированные системы для диагностики ИССО / С.А. Бокарев, И.И. Снежков, А.В. Слюсарь [и др.] // Путь

ипутевое хозяйство. – 2007. – № 9. – С. 25–25.

4.Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2002. – 608 с.

5.Чаплин И.В. Расчетное и экспериментальное определение частоты собственных колебаний предварительно напряженных железобетонных балок // Современные проблемы технических наук: сб. тез. докл. Новосибир. межвуз. науч. студ. конф. «Интеллектуальный потенциал Сибири». – Новосибирск, 2014. – С. 100.

Об авторах

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

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

Снежков Игорь Иванович (Новосибирск, Россия) – старший научный сотрудник НИЛ «Мосты», Сибирский государственный университет путей сообщения (630049, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191;

е-mail: igor.i.s@mail.ru).

Чаплин Иван Владимирович (Новосибирск, Россия) – аспирант, кафедра «Мосты», Сибирский государственный университет путей сообщения (630049, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191; е-mail: ivannumber1_chaplin@mail.ru).

529