Благодаря высоким прочностным характеристикам, а так же хорошей коррозионной стойкости композиционные материалысо ставляют конкуренцию традиционным строительным материалам. Однако в виду особенностей внутренней структуры данных материалов в настоящее время ведется активный поиск конструктивных решений наиболее эффективно учитывающих их достоинства. В июне 2012 г. состоялось заседание научно-технического совета ОАО «РЖД» по вопросу использования композиционных конструкций в пешеходных мостах, одним из главных выводов которого была необходимость разработки конструктивных и технологических решений, соответствующих особенностям полимерных композиционных материалов, в том числе и гибридных конструкций.

В 2011 г. в НИЛ «Мосты» СГУПС были проведены испытания опытного гибридного пролетного строения полной длиной9,08 м с многораскосными фермами из стеклопластика с уложенной поверху железобетонной плитой. В рамках испытаний данного пролетного строения на длительную статическую нагрузку установлена тенденция к нарастанию деформаций конструкции. После снятия нагрузки в конструкции зафиксированы остаточные прогибы. Для уточнения влияния длительной нагрузки на деформации

были проведены дополнительные исследования на специальных образах с установленными на них приборами для измерения местных деформаций элементов. По итогам выполненных экспериментов было установлено, что при уровне загружения, соответствующем доле постоянной нагрузки в подобных конструкциях, за 6 месяцев модуль упругости стеклопластика марки СППС-240 снижается на 14,75 %, после чего деформации стабилизируются.

Полученные результаты испытаний в дальнейшем могут быть использованы при проектировании автодорожных пролетных строений гибридной конструкции.

Пешеходный мост из композиционных материалов

И.В. Помогаев

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

Современные инновационные технологии позволяют строить изящные пешеходные мосты из надежных и легких материалов.

92

Одним из таких материалов является стеклопластик, применяемый в мостостроении с конца XX в.

Известно несколько способов изготовления таких пролетных строений. Метод вакуумной инфузии— процесс, при котором с применением вакуумной пленки создается разряжение в рабочей полости формы и за счет разницы давлении происходит втягивание смолы и пропитка армирующих материалов. К минусам данного способа можно отнести то, что он достаточно трудоемок в создании формы и применим только к небольшим пролетам.

Метод пультрузии — непрерывная вытяжка профиля постоянного сечения путем протяжки пропитанных связующим армирующих материалов через нагретую формообразующую фильеру. Недостатки — многодельность сборки пролетного строения из элементов, изготовленных методом пультрузии, сложность соединения элементов.

Метод намотки — армирующие волокна пропускаются через ванну с активированной смолой. После смоляной пропитки они наматываются на вращающийся сердечник до получения нужной толщины. Углы подачи можно изменять при изготовлении одного изделия и таким образом задавать ему определенные конечные характеристики. Создаются трубчатые элементы, например стеклопластиковая арматура. Однако в настоящее время нет конструктивных решений для использования трубчатых стеклопластиковых элементов в качестве основных несущих элементов.

В результате анализа существующих методов производства композиционных элементов было решено для дальнейшего исследования принять конструкции, изготавливаемые методом пультрузии. Запроектировано пешеходное пролетное строение длиной 24 м и шириной 3,1 м в виде двух главных балок коробчатого сечения с уложенной поверху железобетонной плитой прохожей части. Особенность проектного решения— в минимизации количества стыков, которые являются наиболее слабым местом, и усовершенствовании конструкции самого стыка. Главные балки собраны из трех блоков длиной по восемь метров каждый. Соединение между блоками коробчатого сечения осуществлялось посредством стеклопластиковых втулок и металлических болтов (шпилек).

Проведены расчетные исследования в конечно-элементном комплексе Midas Civil. Для исследования характера распределе-

93

ния напряжений в элементах узлы стыкования блоков были смоделированы в теле и рассчитаны на восприятие изгибающего момента в главной балке. Полученные результаты подтвердили перспективность разрабатываемого конструктивного решения.

О необходимости и способах усиления сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов

С.А. Бокарев, И.Ю. Мурованный

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

Сталь и бетон— основные строительные материалы, получившие широкое применение в XX в. Вполне естественно, что помимо отдельно металлических и железобетонных конструкций появились объединенные — сталежелезобетонные. Железобетон хорошо работает на сжатие, металл — на растяжение, поэтому совмещение этих двух материалов позволяет добиться эффективной работы каждого из них. Важнейшее преимущество сталежелезобетонных пролетных строений с ездой на балласте связано с -воз можностью их установки в кривых малого радиуса(300 м и меньше), типовые металлические балки и фермы с ездой на мостовом брусе или безбалластном мостовом полотне не могут быть установлены в таких кривых.

Наиболее активное строительство железнодорожных мостов с использованием сталежелезобетонных конструкций вели в начале 70-х годов прошлого столетия, когда шло строительство БайкалоАмурской магистрали. Именно поэтому существенное количество эксплуатируемых в настоящее время композиционных пролетных строений находятся именно на Дальневосточной и ВосточноСибирской железных дорогах. При этом широкое распространение получил типовой проект инв. № 739, разработанный для пролетов длиной от 18 и до 55 м. Общее число пролетных строений данного типового проекта по всем железным дорогам России насчитывает 768 шт. В конце прошлого века этот типовой проект был запрещен для нового строительства, так как в эксплуатируемых конструкциях появлялись дефекты, значительно снижающие грузоподъемность пролетных строений. Традиционно основной проблемой сталежелезобетонных пролетных строений являются дефектные стыки

94

объединения сборных железобетонных плит балластного корыта. По результатам обследования был сделан вывод, что полное выключение железобетонной части сечения из работы конструкции сопровождается вывалом бетона стыков, оголением и разрывами выпусков арматуры, «проседанием» плиты во время прохождения подвижной нагрузки. Несущая способность сталежелезобетонных пролетных строений напрямую зависит от состояния поперечных

швов омоноличивания и объединения железобетонной плиты с главными балками. Разрушенные швы нарушают схему работы сталежелезобетонной конструкции как комбинированной системы, происходит перераспределение внутренних усилий с увеличением напряжений в поясах металлических балок и снижение несущей способности пролетного строения в целом.

В настоящее время не существует нормативных документов, регламентирующих классификацию по грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений. Однако специалистами Сибирского государственного университета путей сообщения были разработаны применительно к однопутным разрезным сталежелезобетонным пролетным строениям железнодорожных мостов с одной плитой в сжатой зоне методика обследования, инструментальная диагностика и методика классификации сталежелезобетонных пролетных строений. По данной методике был рассчитан класс по грузоподъемности верхнего пояса некоторых обследованных пролетных строений мостов, после чего был сделан вывод о том, что даже при наличии скоростных ограничений пропуск обращающейся нагрузки по сооружениям невозможен, необходим срочный ремонт или реконструкции пролетов. В последние годы

ряд организаций предлагали решения по усилению дефектных сталежелезобетонных пролетных строений, такие как:

1)постановка шпренгельных затяжек(ДВГУПС);

2)замена железобетонного корыта на ортотропную плиту (ВНИИЖТ);

3)восстановление прочности бетона поперечных швов омоноличивания (НИИ Мостов);

4)усиление пролетного строения с установкой металлических накладок на стыки с фрикционным объединением элементов конструкции (СГУПС).

95

Первый и второй варианты технологически очень сложны и экономически нецелесообразны. Третий — прост в применении, но для обеспечения его эффективности необходимы длинные«технологические окна» для того, чтобы бетон набрал нужную прочность.

Практика показала, что такой метод усиления не то чтобы не улучшал работу конструкции, но впоследствии даже снижал несущую способность сооружения. Четвертый вариант усиления стыков железобетонных плит балластного корыта металлическими накладками показал свою техническую и экономическую эффективность после реализации его в 2010 г. на мосту 2437 км ПК10 участка Тында-Ургал Дальневосточной железной дороги. В настоящее время остаются открытыми вопросы:

–усовершенствование технологии производства работ за счет уменьшения количества «окон» для реализации работ по усилению;

–изучение в лабораторных и натурных условиях особенности работы усиленной конструкции;

–создание расчетной модели в современном конечноэлементном комплексе;

–уточнение методики классификации по грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений;

–разработка программного обеспечения, позволяющего автоматизировать расчеты грузоподъемности;

–реализация метода усиления металлическими накладками на других дефектных конструкциях, входящих в план реконструкции бывшего БАМа.

Внедрение разгрузочного пакета из композиционных материалов (НИЛ «Мосты» СГУПС) для разработки технологии производства работ по усилению для различных условий эксплуатации.

Автодорожные пролетные строения из трубчатых элементов

И.О. Шеин

Сибирский государственный университет путей сообщения, Новосибирск

В настоящее время автодорожные пролетные строения, используемые в строительстве искусственных сооружений в России, имеют недостатки с точки зрения материалоемкости(а как след-

96

ствие и стоимости), трудозатрат при строительстве, архитектурной выразительности. Поэтому была поставлена задача запроектировать новое пролетное строение, характеристики которого уменьшают недостатки существующих конструкций, но при этом оставляют его конкурентоспособным в современном мире. Для проектирования были приняты конкретные исходные данные: расчетный пролет 33 метра и габарит проезжей части -Г16, расчетные нагрузки А-14, Н-14.

Для уменьшения материалоемкости решено использовать пространственную ферму, панели которой расположены в наклонных плоскостях. Ее элементы имеют трубчатое сечение, что также благоприятно влияет на расход материала. Объемы трудозатрат при монтаже решено уменьшить за счет использования готовых заводских блоков. Монтаж происходит на временных опорах. Свариваются блоки из трубчатых элементов на заводе изготовителе. Объединение блоков при монтаже — на высокопрочных болтах.

Проезжая часть выполнена из сборных железобетонных плит, что тоже уменьшает трудозатраты на монтаже по сравнению с монолитными плитами. Объединение железобетонной проезжей части и металлической несущей конструкции выполняется на гибких упорах.

В результате запроектировано сталежелезобетонное пролетное строение, состоящее из двух продольных ферм. Каждая ферма представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из четырех продольных наклонных плоских ферм, объединенных продольными и поперечными связями.

Расчет модели пролетного строения выполнен методом -ко нечных элементов в пакете «MIDAS Civil». Выполнены проверки основных несущих элементов по первой и второй группам предельных состояний.

Сравнение по ряду показателей(материалоемкости, трудоемкости, стоимости строительства, времени монтажа и др.) запроектированной конструкции с существующими пролетными строениями при заданных пролете, габарите проезжей части и расчетных нагрузках показало его экономичность и конкурентоспособность.

97