Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ИССЛЕДОВАНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ И ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОСТОВ

Губарев В.Ю. 1
1 ФГБОУ ВПО Воронежская государственная лесотехническая академия
В статье приведены результаты исследования транспортно-эксплуатационных характеристик моста, расположенного в Липецкой области в зоне действия Тербунского лесхоза. Для восстановления несущей способности левобережной опоры моста по разработкам и при непосредственном участии авторов были проведены работы по инъекционному закреплению грунтов в зоне опоры. На основании лабораторных исследований был подобран состав для закрепления грунтов. Авторами были проведены испытания моста статистической нагрузкой. Испытания моста показали, что и в результате инъекционного закрепления грунтов восстановлена несущая способность свайного фундамента, а деформации опоры прекратились. Для оценки надежности и эффективности ремонтных работ были проведены статистические испытания моста. В качестве испытательной нагрузки использовались колонны грузовых машин КАМАЗ, которые устанавливались на проезжей части моста в положения, обеспечивающие максимальные усилия и деформации в расчетных сечениях. Интенсивность испытательной нагрузки составила 86+92 % от расчетных нагрузок Н-13, Т-13. В процессе испытаний замеряли: прогибы концов речных консолей, середины подвески и середины пролетного строения 1-2; местные фибровые деформации для подсчета напряжений в ребрах балок в середине пролета 1…2 м и в опорном сечении на опоре 2; вертикальные и горизонтальные перемещения опоры 1. Представлены некоторые рекомендации и предложения по дальнейшей эксплуатации моста.
мост
грузоподъёмность
транспортно-эксплуатационные характеристики
деформация
фундамент
пролет
сечение
консоль
1. Автомобильные транспортные средства / Д.П. Великанов, В.Н. Вернацкий, Б.И. Нифонтов, И.П. Плеханов; под ред. Д.П. Великанова. – М.: Транспорт, 1977. – 326 с.
2. Информационные технологии для решения задач управления в условиях рационального лесопользования : монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин, В.Н. Логачев. – Воронеж, 2011. – 127 с. - Деп. в ВИНИТИ 26.09.2011, №420-2011.
3. Кондрашова, Е.В. Определение эффективности транспортной работы лесовозной автомобильной дороги / Е.В. Кондрашова // Бюллетень транспортной информации (БТИ). Информационно-практический журнал. - №9 (171), сентябрь, 2009. – С.25-27.
4. Кондрашова, Е.В. Повышение эффективности транспортной работы автомобильных дорог в лесном комплексе / Е.В. Кондрашова, А.М. Волков. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. университета, 2010. – 232 с.
5. Курьянов, В.К. Повышение эффективности обследования автомобильных дорог в районах лесозаготовок / В.К. Курьянов, Е.В. Кондрашова, Ю.В. Лобанов. – Москва: Изд-во РАЕ, 2010. – 130 с.
6. Методы, модели и алгоритмы повышения транспортно-эксплуатационных качеств лесных автомобильных дорог в процессе проектирования, строительства и эксплуатации : монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин, В.Н. Логачев. – Москва: издательство ФЛИНТА: Наука, 2012. – 310 с.
7. Рябова, О.В. Совершенствование методов оценки транспортно-экологических качеств автомобильных дорог / О.В. Рябова, Е.В. Кондрашова, А.В. Скрыпников. - Воронеж: Изд-во Воронеж.гос. универ., 2005. – 277 с.
8. Скрыпников, А.В. К вопросу повышения безопасности движения на лесовозных автомобильных дорог и дорогах общего пользования / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, В.Ю. Губарев, А.Б. Киреев. - Москва: Издательство ФЛИНТА: Наука, 2012. – 168 с.
9. Скрыпников, А.В. Метод оптимизации планов ремонта участков лесных автомобильных дорог / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6; URL: www. science- education.ru/ 100-5155.
10. Скрыпников, А.В. Оптимизация межремонтных сроков лесовозных автомобильных дорог / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // Фундаментальные исследования. Москва, 2011. – № 8 (ч. 3). - С. 667-671.
11. Скрыпников, А.В. Оценка транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (САПР АЛД) / А.В. Скрыпников. - Воронеж: Издательство Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2008. – 387 с.

Анализ технического состояния моста. Для изучения грузоподъёмности и транспортно-эксплуатационных характеристик мостов для примера взят мост в Липецкой области в зоне действия Тербунского лесхоза. Отверстие моста перекрыто по схеме 8,5+35,7+53,4+35,7+8,5 м. Габарит моста Г19,6+2х2,5 см; расчетные нагрузки – автомобильная Н-13, гусеничная НГ-60 и трамвайная Т-13.

Пролетное строение моста состоит из двух двухконсольных балок, которые сопрягаются друг с другом подвесным пролетным строением длиной 25,5 м. Высота консольных балок по длине пролета меняется с 5,15 м на опоре до 2,10 м – в середине пролета. Очертание нижнего пояса выполнено по круговой кривой.

В поперечном направлении пролетное строение коробчатое: 8 вертикальных стенок объединены верхней и нижней плитами и поперечными диафрагмами. Ширина коробки – 18,45 м. Сопряжение моста с насыпями подходов устроены с помощью свободных консолей длиной 8,5 м и переходных железобетонных плит длиной 1,5 см.

Сопряжение подвесного пролетного строения с консолями устроено с помощью опорных столиков. Материал пролетных строений – монолитный бетон.

Опорные части пролетных строений: подвижное – валковые металлические, неподвижные – металлические тангенциальные.

Опоры моста массивные из монолитного бетона возведены на свайных фундаментах. В основании опор забиты призматические железобетонные сваи сечением 35х35 см.

На проезжей части моста устроены две полосы автопроезда шириной по 6,175 м и трамвайные пути, которые расположены по оси моста. Покрытие автопроезда – асфальтобетон, трамвайные пути – на деревянных шпалах по балласту.

При завершении строительства моста было установлено, что левобережная крайняя опора дала значительную вертикальную осадку (330 мм) и крен в сторону подходной насыпи (59 мм). Выполненные проверочные расчеты предполагали, что и в будущем деформации не будут развиваться. Однако, прогнозы специалистов не оправдались, деформации опоры увеличивались и достигли критических величин. С увеличением деформаций опоры происходил наклон валков подвижных опорных частей и, к моменту обследования, создалась угроза полного завала валков набок. Вследствие расклинивания валков в стенки валкового колодца, в них образовались трещины раскалывания. Деформации опоры и деформация опирающегося на опору пролетного строения приводили к перелому продольного профиля моста, что нарушает плавность и безопасность проезда. Для выравнивания продольного профиля на мосту периодически укладывались дополнительные слои асфальтобетона и увеличивали высоту балластной призмы трамвайных путей. В результате этого, к моменту обследования моста толщина асфальтобетона достигла 48 см, а толщина балласта под шпалой 32 см. Укладка дополнительных слоев покрытия и балласта привело к увеличению постоянной нагрузки на 1 п.м. моста на 26 % по сравнению с проектной.

Кроме того, в результате недостатков текущего содержания проезжей части и водоотводных устройств на мосту, разрушение деформационных швов, вода и грязь с проезжей части проникала и скапливалась в коробках пролетных строений, создавая дополнительную нагрузку на пролетные строения и опоры.

Для определения несущей способности опоры были проведены его испытания статистической нагрузкой – 5 груженых автомобилей КАМАЗ. При этом, были установлены неупругие вертикальные деформации [1,2].

Основными причинами длительных непрекращающихся деформаций опоры являются недостаточная несущая способность свайного фундамента, переувлажнение грунтов в зоне береговой опоры, а также значительное увеличение постоянных и временных нагрузок на опору.

Другими серьезными дефектами, влияющими на долговечность и грузоподъёмность моста, являются трещинообразование, коррозия арматуры и бетона в пролетных строениях.

Для восстановления несущей способности левобережной опоры моста по разработкам и при непосредственном участии авторов были проведены работы по инъекционному закреплению грунтов в зоне опоры. На основании лабораторных исследований был подобран состав для закрепления грунтов: карбомидная смола КФ-МГ-50 %, вода -50 % и хлористый аммоний в % от веса смолы. В теле конуса вокруг опоры были пробурены скважины и через специальные инъекторы под давлением в течение 16 дней нагнетали закрепляющий состав. В результате выполненных работ в теле конуса и за опорой образовался монолит с прочностью грунта в среднем 1,96 МПа.

После завершения работ по закреплению грунта были проведены испытания моста статистической нагрузкой. Испытания моста показали, что и в результате инъекционного закрепления грунтов восстановлена несущая способность свайного фундамента, а деформации опоры прекратились.

Кроме работ по закреплению грунтов левобережной опоры были проведены по мосту ремонтные работы:

  • с проезжей части моста удалили ранее уложенные слои асфальтобетона и уменьшили толщину балластной призмы;
  • установили металлические ограждения безопасности, конструкция которых разработана на кафедре промышленного транспорта, строительства и геодезии ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»;
  • отремонтированы деформационные швы;
  • установили временные страховочные опорные части;
  • из внутренних полостей пролетных строений убрали воду и грязь: установили дополнительные водоотводные трубки в нижних плитах пролетных строений.

Выполненные ремонтные работы полностью восстановили несущую способность моста и значительно улучшили его транспортно-эксплуатационные характеристики.

После завершения ремонтных работ первой очереди за состоянием моста ведутся систематические наблюдения для разработки рекомендаций по его дальнейшей эксплуатации.

Для оценки надежности и эффективности ремонтных работ были проведены статистические испытания моста. В качестве испытательной нагрузки использовались колонны грузовых машин КАМАЗ, которые устанавливались на проезжей части моста в положения, обеспечивающие максимальные усилия и деформации в расчетных сечениях.

Интенсивность испытательной нагрузки составила 86+92 % от расчетных нагрузок Н-13, Т-13.

В процессе испытаний замеряли:

  • прогибы концов речных консолей, середины подвески и середины пролетного строения 1-2;
  • местные фибровые деформации для подсчета напряжений в ребрах балок в середине пролета 1…2 м и в опорном сечении на опоре 2;
  • вертикальные и горизонтальные перемещения опоры 1. Основные результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты испытаний

Места установки приборов

Прогибы, мм

 

по длине

моста

относительно течения реки

замеренные

остаточные

теоретически

1

Середина пролета 1-2

верховая

3,5

0,1

3,03

1,12

низовая

3,7

0,4

1,09

2

Конец консоли 2-2

верховая

6,9

0,2

9,15

0,73

низовая

6,6

0,0

0,72

3

Подвесная балка

верховая

12,7

0,1

17,57

0,72

низовая

10,1

0,3

0,56

4

Конец консоли 3-3

верховая

4,3

0

6,8

0,63

низовая

3,8

0

0,56

Измеренные деформации опоры 1 (горизонтальные и вертикальные) при загрузке испытательной нагрузкой составили 0,2…0,4 мм, что значительно меньше предельно допустимых.

В целом прочность и жесткость моста достаточна для пропуска нормативных временных нагрузок (проектных) [3-5].

Для определения степени влияния на несущую способность тротуарной консоли трубопроводов, подвешенных под тротуарами (газопровод и водовод диаметром по 630 мм) были выполнены расчеты.

Предельный изгибающий момент в корне консоли до вскрытия арматуры определяли по приближенной формуле

,

где - изгибающий момент по нормам проектирования;

- расчетное сопротивление арматуры по действующим нормам проектирования;

- допускаемое напряжение в арматуре по нормам года проектирования.

Таблица 2

Предельные изгибающие моменты

Нормы

проектирования

1986

2000

2014

, в т.м.

26,07

39,10

44,4

Отличаются от полученных по приближенной формуле на 8…9 %.

Максимальные изгибающие моменты от внешних нагрузок, подсчитанные с учетом дополнительной нагрузки от трубопроводов, составили соответственно 34,8; 44,43 и 44,11 тсм в зависимости от норм проектирования.

При этом, нагрузки составили соответственно – 37, 13,6 и 0,8 % в зависимости от норм проектирования.

Здесь следует учесть, что расчеты, сделанные по нормам [6] и [7] не учитывают строения материалов и действительное техническое состояние сооружения на момент обследования. А потому, из анализа выполненных расчетов следует, что в тротуарных конструкциях в настоящее время имеет место перегрузки до 33 % [11].

Опыт эксплуатации консольных мостов свидетельствуют о том, что опорные столики являются наиболее слабым местом конструкции и здесь часто имеют место серьезные дефекты, влияющие на долговечность моста, а в отдельных случаях и снижающие грузоподъёмность [6-8]. Расчеты узлов сопряжения опорных столиков, применяемые на практике, упрощены и не отвечают действительной работе конструкции. А поэтому, представляет интерес исследовать напряженное состояние опорных столбиков и дать предложения по их конструированию и усилению.

В результате анализа напряженного состояния опорного столика методом конечных разностей и исследования его модели представляется возможным предложить следующий порядок расчета опорного столика на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок [4-6,9].

Необходимое количество горизонтальной арматуры в сечении I-I можно определить из условия восприятия растягивающего усилия

, , ,

где - плечо силы А относительно сечения I-I;

- высота опорного столика;

- растягивающее усилие в сечении II-II , воспринималось наклонной арматурой

,

где - коэффициент, зависящий от высоты столика h, =0,065+0,040 при изменении h от 0,50 до 0,80 м.

Вертикальное растягивающее усилие, действующее в горизонтальном сечении III-III

,

где - коэффициент, зависящий от высоты Н. При изменении Н от 1,50 до 3,0 м k изменяется в пределах 38-47 [9-11].

Общие выводы и рекомендации:

1. Анализ технического состояния и исследования грузоподъёмности моста показали высокую эффективность ремонтных работ, выполненных по рекомендациям авторов;

2. Левобережная опора моста имеет достаточную несущую способность, пластические деформации отсутствуют.

3. Для нормальной эксплуатации моста, повышения его грузоподъёмности и долговечности следует выполнить следующие работы:

  • заменить временные страховочные опорные части на капитальные;
  • временные конструкции деформационных швов заменить на постоянные;
  • толщину асфальтобетона на мосту довести до см, а существующую конструкцию трамвайных путей заменить на безбалластную;
  • демонтировать трубопроводы, подвешенные на мосту;
  • трещины в пролетных строениях заинъектировать эпоксидной композиций;
  • повысить качество текущего содержания и продолжить систематические наблюдения за конструкциями моста.

Рекомендации и предложения по дальнейшей эксплуатации моста переданы эксплуатирующим организациям.

Рецензенты:

Скрыпников А.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры информационные технологии моделирования и управления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г.Воронеж.

Кондрашова Е.В., д.т.н., профессор кафедры технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», г.Воронеж.


Библиографическая ссылка

Губарев В.Ю. ИССЛЕДОВАНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ И ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОСТОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13854 (дата обращения: 25.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074