Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса, актуальность, цель задачи и методика исследования 9
1.1 Обзор работ, освещающих участие элементов мостового полотна в работе пролетных строений. Актуальность и цель работы 9
1.2 Основные предпосылки для увеличения грузоподъемности пролетных строений автодорожных мостов. Задачи исследования 19
1.3 Методика и область исследования 22
1.4 Выводы по главе 24
Глава 2 Исследование структуры конструктивного коэффициента на основе анализа действующих на него факторов 26
2.1 Иерархическая структура факторов влияния. Факторы конструктивного запаса 26
2.2 Разработка математической модели, отражающей влияние различных факторов на величину конструктивного запаса 35
2.3 Выводы по главе 38
Глава 3 Разработка- методов количественной оценки факторов конструктивного запаса 40
3.1 Оценка влияния распределения внутренних усилий на величину измеренного конструктивного коэффициента 40
3.2 Оценка влияния трения в опорных частях на результаты испытаний 42
3.3 Разработка метода оценки конструктивных запасов за счет совместной работы слоев дорожной одежды- с основными конструкциями пролетных строений 47
3.4 Выводы по главе 54і
Глава 4 Исследование влияния температуры на деформативные и прочностные свойства рулонных битумно-полимерных гидроизоляционных материалов
4.1 Параметры температурных воздействий, необходимые в- процессе испытаний 56
4.2 Анализ нормативных требований, предъявляемых к гидроизоляционным материалам 61
4.3 Сравнительный анализ деформативных свойств полимерных и битумно-полимерных гидроизоляционных-материалов 66
4.4 Экспериментальное исследование деформативно-прочностных свойств рулонных битумно-полимерных гидроизоляционных материалов 71
4.5 Выводыпоглаве 81
Глава 5 Основные положения методики» оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов по грузоподъемности 83
5.1 Исследование аналитической связи между конструктивными, коэффициентами Kv и Кст 83
5.2 Структураметодики 86
5.3 Определение грузоподъемности пролетных строений- с учетом выявленных, конструктивных запасов 89
5.4 Выводы по главе 97
Глава 6 Определение экономического эффекта от внедрения методики оценки конструктивных запасов пролетных строений, автодорожных мостов по грузоподъемности 99
6.1 Область использования-и перспективы развития методики 99
6.2 Определение экономического эффекта от внедрения, методики оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов по грузоподъемности ЮГ
6.3 Выводы по главе 104
Основные результаты и выводы 106.
Список использованных источников 109
- Методика и область исследования
- Разработка математической модели, отражающей влияние различных факторов на величину конструктивного запаса
- Разработка метода оценки конструктивных запасов за счет совместной работы слоев дорожной одежды- с основными конструкциями пролетных строений
- Сравнительный анализ деформативных свойств полимерных и битумно-полимерных гидроизоляционных-материалов
Введение к работе
Актуальность темы. Мосты являются наиболее сложным элементом дороги и, обладая полным набором ее потребительских свойств, одновременно активно взаимодействуют с окружающей средой, представляя собой, таким образом, геотехнические функциональные системы, а их потребительские свойства охватывают широкий спектр технических и социально-экономических требований. Одним из важнейших функциональных потребительских свойств мостов является его грузоподъемность, которая, как правило, определяется грузоподъемностью пролетных строений. В связи с этим оценка фактической грузоподъемности пролетных строений является одним из основных приоритетов исследований мостов.
Многие отечественные и зарубежные ученые в своих работах свидетельствуют о различиях между расчетными и фактическими значениями прогибов и напряжений, полученных от воздействия автомобильных нагрузок, и отмечают в связи с этим, что пролетные строения обладают резервами грузоподъемности. Большинство специалистов сходятся во мнении, что основной причиной расхождений, является влияние различных конструктивных элементов, не учитываемых в проектных расчетах.
Таким образом, для более точной оценки грузоподъемности мостов, и в первую очередь пролетных строений, необходимо оценить их конструктивные запасы, которые обусловлены включением в совместную работу с несущими конструкциями элементов мостового полотна, а также влиянием трения в опорных частях.
Кроме того, оценка величины, характера и условий действия этих запасов позволяет определить возможность их использования для разового пропуска по мосту эксплуатационной нагрузки, которая превышает нормативные значения.
Исходя из вышеизложенного, актуальность работы определяется, с одной стороны, отсутствием методики оценки резервов грузоподъемности пролетных строений новых и эксплуатируемых мостов за счет конструктивных запасов, а с другой стороны - необходимостью пропуска по мостам автотранспортных средств, превышающих проектные нагрузки.
Цель работы - разработка методики оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов, позволяющей оценить фактическую грузоподъемность пролетных строений новых мостов и возможность повышения грузоподъемности эксплуатируемых автодорожных мостов за счет конструктивных запасов.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
Выявление факторов, влияющих на конструктивный запас пролетных строений. Создание иерархической структуры факторов влияния. Изучение характера действия факторов на напряженно-деформированное состояние пролетных строений.
Разработка методов количественного учета факторов конструктивного запаса, основанных на исследовании характера действия на конструкцию каждого из факторов.
3. Исследование влияния конструктивных запасов на грузоподъемность
железобетонных и металлических пролетных строений.
4. Разработка методики оценки конструктивных запасов пролетных
строений автодорожных мостов по грузоподъемности.
Определение области применения и перспектив развития методики.
Оценка экономической эффективности применения методики. Методы исследования. Исследования выполнены с использованием
современных теоретических и экспериментальных методов. Теоретические методы базировались на научных положениях математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, строительной механики и метода предельных состояний. Экспериментальные исследования проводились на натурных объектах и в лабораторных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработана иерархическая структура факторов, оказывающих влияние на напряженно-деформированное состояние пролетных строений и величину конструктивного коэффициента.
Разработана математическая модель, отражающая влияние различных факторов на величину конструктивного запаса.
Разработан метод условного слоя плиты проезжей части для оценки истинных конструктивных запасов пролетных строений.
Установлена корреляционная связь между адгезионной прочностью на сдвиг и температурой гидроизоляционных материалов, уложенных на стальную и бетонную поверхность плиты проезжей части.
Разработаны методы оценки адекватности расчетной схемы по грузоподъемности и влияния трения на результаты измерений.
Разработана методика оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов по грузоподъемности.
Практическая значимость. Разработанная методика позволяет:
Оценить фактическую грузоподъемность пролетных строений новых и эксплуатируемых автодорожных мостов с учетом конструктивных запасов на основании результатов обследования и натурных испытаний.
Оценить возможность увеличения грузоподъемности пролетных строений эксплуатируемых автодорожных мостов за счет конструктивных запасов.
Вопросы, выносимые на защиту:
Результаты исследования факторов, влияющих на расчетные и фактические параметры напряженно-деформированного состояния пролетного строения, в том числе определяющих конструктивный запас пролетных строений автодорожных мостов.
Результаты исследования зависимости адгезионных и механических свойств рулонных битумно-полимерных гидроизоляционных материалов от температуры.
3. Методика оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов по грузоподъемности.
Достоверность основных научных положений и результатов исследования обеспечивается корректностью выполненных теоретических и экспериментальных исследований (в пределах принятых допущений), а также удовлетворительным совпадением данных полученных в результате теоретических исследований с данными эксперимента на натурном объекте.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются лабораторией испытания мостов Филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Мосты» при анализе результатов натурных испытаний как новых, так и эксплуатируемых автодорожных мостов.
Результаты исследований были использованы при оценке работы сталежелезобетонного неразрезного пролетного строения автодорожного путепровода через пути Московской железной дороги у ст.Болшево в г.Королеве; железобетонного пролетного строения путепровода через железнодорожные пути у ст. Сарепта на П-й Продольной магистрали в Красноармейском районе г. Волгограда; металлического неразрезного пролетного строения автодорожного путепровода через пути Московской железной дороги в г.Люберцы и др.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на заседаниях секции «Строительство и реконструкция искусственных сооружений (мосты, путепроводы, виадуки и т.п.)» Ученого совета ОАО ЦНИИС, а также на 64-й научно-методической и научно-исследовательской конференции Московского Автомобильно-Дорожного Института МАДИ (ГТУ).
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены в 4 публикациях, в том числе 1 в рекомендованном ВАК журнале «Транспортное строительство».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографического указателя. Полный объем диссертации составляет 152 стр., включая 32 рисунка и 8 таблиц. Основной текст (без оглавления, библиографического указателя, приложений, рисунков и таблиц) излагается на 115 страницах. Библиографический указатель включает 125 наименований.
Методика и область исследования
Обзор работ, освещающих участие элементов мостового полотна в работе пролетных строений: Актуальность и цель,работы Практика обследований, и испытаний; автодорожных, мостов показывает, что экспериментальные данные испытаний часто не соответствуют расчетным предпосылкам:. В" результате каждый), раз; когда; требуется? сопоставить расчетные значения- напряжений! и; прогибов с экспериментальными значениями; исследователь сталкивается с трудностями при объяснениилричин расхождений;; между ними. Различия между сопоставляемыми; величинами часто достигает таких размеров, которые.: нельзя-: объяснить, н№ допущениями в, методах;, расчетах, ни погрешностями измерительных приборов; ни неточностями? при; установке нагрузки. Немаловажным? аспектом: в; данном случае является тот факт, что; фактические параметры:, напряженно-деформированного; состояния оказываются; ниже расчетных, (конструктивный. коэффициент значительно меньше единицы): Вероятно, это послужило искусственной;причиной замедления исследований?в; данном направлении так; как расхождения; показывал и наличие определенного запаса грузоподъемности,
Наиболее, очевидной: причиной" расхождений/ является; участие: в работе пролетного строения не учитываемых в,расчетах конструктивных элементов. В связи с этим эффект снижения фактических- напряжений и прогибов в. пролетных строениях от действия испытательной І нагрузки принято связывать,с: наличием так называемых конструктивных запасов. Об этом упоминается во: многих научно-исследовательских отчетах по испытаниям: мостов [38;. 66; 67, 68, 69], а также подтверждается результатами многочисленных исследований. В них наиболее значимым фактором (конструктивным элементом), способным повлиять на: напряженно-деформированное состояние пролетного строения, создаваемое временной нагрузкой, называется одежда мостового полотна, вступающая в совместную работу с несущими конструкциями за счет сил сцепления с ними.
В последнее время вопросу выявления участия элементов мостового полотна в работе пролетных строений автодорожных мостов уделялось мало внимания. Большинство работ, связанных с данной проблемой, сделаны во второй половине XX века. Этому вопросу посвящены работы Е.Е. Гибшмана, Л.И. Иосилевского, Ю.В. Словинского, И.А. Финкелынтейна, В.П. Чиркова, В.Г. Микульского, И.Г. Овчинникова, Г.П. Соловьева, В.А. Новикова, [13, 23, 37, 59, 65, 72, 77, 106] и др. Из зарубежных следует назвать работы Д. Бэнцигера, Е. Феслера, И. Гломба, Л. Скотта, 3. Зелинского, К. Затлера [111, 115,117,120,127].
Работы, посвященные данному вопросу, можно разделить на две группы. В первой, наиболее многочисленной, на основании испытаний пролетных строений констатируется,отличие от теоретического фактического напряженно-деформированного состояния балок и плит. Включение слоев одежды и других элементов мостового полотна в совместную работу с балками в них количественно не оценивалось [32, 35, 47, 50 75, 102, 107, 125].
Другую группу составляют работы, основная цель которых состояла в количественной оценке влияния элементов мостового полотна (тротуаров, подготовительного и защитного слоев, асфальтобетонного покрытия) на жесткость и трещиностойкость конструкций [34, 94, 95, И 1, 115, 117, 120].
Авторы работ первой группы отмечают, что конструкции пролетных строений, находящихся в эксплуатации, обладают весьма существенными запасами прочности, которые имеют место, как в главных балках, так и в плите проезжей части. Так, испытания пролетных строений длиной 18,8 м, выполненные авторами работы [99], показали, что прогибы балок в 1,5-1,6 раза, а напряжения в арматуре на 30-50 % меньше теоретических. Аналогичные результаты получены и другими исследователями для железобетонных пролетных строений длиной 13.0, 16.76 и 22.16 м [34].
В пролетных строениях с пролетом 70 м прогибы балок оказались в 1.3 раза, а относительные деформации бетона на 15-20% меньше теоретических [19]. Такие изменения в напряженно-деформированном состоянии пролетных строений по сравнению с теоретическими авторы работ [34, 99] объясняют тем, что слои дорожной одежды, связанные сцеплением с балками, и другие элементы мостового полотна работают как элементы сборно-монолитной конструкции.
Аналогичные результаты получены и при испытании железнодорожных пролетных строений длиной 23,6 м [107, 125]. Авторы приходят к выводу, что слои одежды мостового полотна составляют единое целое с основной конструкцией, совместная работа с которой достигается за счет сил сцепления. Они считают достаточно надежным сцепление бетонных слоев и балок даже при наличии гидроизоляции на битумной основе, поскольку сдвигающие напряжения от временной нагрузки достаточно малы. Эти выводы подтверждены замерами напряжений (деформаций), которые оказались меньше расчетных.
В работе [75] отмечено уменьшение вдвое по сравнению с теоретическими величин напряжений в корне консоли плиты железнодорожных пролетных строений длиной 23,6 м, что, по мнению авторов, явилось результатом участия защитного слоя в работе плиты на изгиб, а также иных условий передачи нагрузок в отличие от принятых в расчете.
Испытания диафрагменных автодорожных пролетных строений длиной 33,0 м показало, что участие слоев одежды в совместной с ним работе способствует более равномерному распределению между балками усилий от временной нагрузки [102]. При этом, кроме того, примерно в 3 раза уменьшаются крутящие воздействия, передающиеся на стенки и нижние пояса балок.
Разработка математической модели, отражающей влияние различных факторов на величину конструктивного запаса
Таким образом, основной задачей исследования структуры конструктивного коэффициента является количественная оценка членов равенства (2.5), что дает возможность оценить конструктивные запасы пролетного строения по грузоподъемности за счет, не учитываемых в расчетах конструктивных элементов и оценить истинный конструктивный запас пролетного строения по грузоподъемности.
На основе анализа результатов и условий статических испытаний пролетных строений автодорожных мостов и методов их расчета, были выявлены факторы, влияющие на значение измеренного конструктивного коэффициента. 2. Разработана иерархическая структура выявленных факторов по степени их влияния на напряженно-деформированное состояние пролетных строений в процессе испытаний и на стадии проектирования. В результате были определены основные факторы, формирующие конструктивный запас пролетных строений - это истинные конструктивные запасы основных конструкций, дорожная одежда и ограждения мостового полотна, а также трение в опорных частях.
Количественную оценку влияния факторов запаса предложено осуществлять с помощью соответствующих конструктивных коэффициентов запаса по данному фактору: Кист, Код, Когр и Ктр, каждый из которых отражает степень влияния своего фактора запаса на работу пролетного строения при условии отсутствия влияния других факторов запаса.
Использование принципа независимости действия факторов на работу пролетных строений позволило разработать расчетную модель, связывающую между собой конструктивные коэффициента запаса и позволяющей определить истинные конструктивные запасы пролетных строений автодорожных мостов. Глава 3 Разработка методов количественной оценки факторов конструктивного запаса
Оценка влияния распределения внутренних усилий на значение измеренного конструктивного коэффициента Ks
Корректность использования отношения измеренного SH3M и расчетного1 So значений соответствующих параметров напряженно-деформированного состояния наиболее загруженного элемента пролетного строения соблюдается только в том случае, если на этот элемент действуют одинаковые величины внутренних усилий.
Таким образом, прежде, чем приступить к определению конструктивных коэффициентов запаса, необходимо сопоставить расчетные и фактические усилия, приходящиеся на наиболее загруженную балку, напряженно-деформированное состояние которой определяет грузоподъемность пролетного строения в целом. Другими словами — необходимо оценить адекватность расчетной схемы реальной работе конструкции.
Для того, чтобы утверждать, что расчетная схема адекватна фактической работе пролетного строения с точки зрения- оценки его грузоподъемности, достаточно, чтобы выполнялось следующее равенство:
Суть равенства (3.1),заключается в том, что необходимым и достаточным условием адекватности расчетной схемы с точки зрения оценки грузоподъемности пролетного строения является соответствие расчетной и фактической долей временной нагрузки, приходящеихся на наиболее загруженную балку.
Результаты многочисленных испытаний автодорожных мостов свидетельствуют, что равенство (3.1) соблюдается не строго и коэффициент адекватности КА, как правило, отклоняется от единицы.
Если КА оказывается больше единицы, то на наиболее загруженную балку приходится большее усилие, чем это предусмотрено расчетом. В этом случае конструктивный коэффициент Kv должен вычисляться, с учетом коэффициента адекватности по формуле: К,А = К, КЛ (3-2) Формула (3.2) позволяет получить величину конструктивного коэффициента с учетом различий между фактическим И расчетным усилием, приходящимся на наиболее загруженную балку. Тем самым исключается ошибка, возникающая за счет различий между фактическим и расчетным распределением внутренних усилий, при оценке конструктивных запасов пролетных строений. Коэффициент адекватности имеет ограничения в-, применении, так как суммировать можно только прогибы балок.
Если КА оказывается меньше единицы, то на наиболее загруженную балку приходится меньшее усилие, чем это предусмотрено расчетом. В этом случае принимается исходная величина конструктивного коэффициента Kv, что позволит обеспечить определенный запас грузоподъемности, обусловленный отклонениями между фактическими и расчетными значениями внутренних усилий, приходящихся на наиболее загруженную балку.
На основании проведенного автором статистического, исследования результатов испытаний более 50 пролетных строений- различных типов установлено, что с вероятностью 95 % величина» коэффициента Кд находится в диапазоне значений от 0,93 до 1,06.
Оценка влияния трения в опорных частяхна результаты испытаний Задача-. оценки влияния трения в опорных частях на работу пролетных строений- является сложной, так как существующие типы опорных частей отличаются» способами реализации угловых, и поступательных перемещений (таблица 3.1) и способностью, противостоять, износу. В связи-с этим очень трудно найти унифицированный подход к решению данной проблемы.
В. соответствии с п.2.28 СНиП- 2.05.03-84 «Мосты и трубы» нормативное сопротивление от трения в подвижных опорных частях следует принимать в виде горизонтального продольного реактивного усилия Sf и определять по формуле:
Разработка метода оценки конструктивных запасов за счет совместной работы слоев дорожной одежды- с основными конструкциями пролетных строений
На основании результатов лабораторного эксперимента были сделаны следующие выводы: При отрицательной температуре сцепление между слоями, разделенными гидроизоляцией обеспечено до момента наступления в ней предела прочности на сдвиг к одной из прилегающих поверхностей. При этом сдвиговая прочность гидроизоляции достигает 25 кгс/см2, выше прочности на сдвиг некоторых видов бетона. В диапазоне от +5С до +40С материал обладает эластичностью, а сдвиговая прочность гидроизоляции резко снижается. Однако, если максимальные расчетные сдвигающие напряжения на уровне гидроизоляции не превышают 3 кг/см , совместная работа слоев дорожной одежды и плиты проезжей части обеспечена в диапазоне температур от -60 до +40С.
Адгезионная прочность гидроизоляции оценивается на основании прямого ее сопоставления с максимальными значениями касательных напряжений, возникающих в пролетном строении на уровне укладки гидроизоляционного слоя за счет общих и местных деформаций пролетного строения и плиты, а также от сил торможения временной нагрузки.
Таким образом, условием обеспечения надежного сцепления между слоями, разделенными слоем гидроизоляции, является соблюдение следующего неравенства: Тр Rr-сдп. (4.6) где Тр - Расчетное значение касательных напряжений от нагрузок, действующих на уровне слоя гидроизоляции; Кг.едв. - Прочность гидроизоляции на сдвиг. Величина Нг.сдв. принимается в соответствии с корреляционными зависимостями R y,B=f(T), полученными для данного вида гидроизоляции.
Таким образом, первым условием оценки возможности включения дорожной одежды в совместную работу с основными конструкциями является наличие связи на контакте между гидроизоляцией и изолируемой поверхностью.
Исследование деформативных свойств битумно-полимеуных гидроизоляционных материалов.
Для того, чтобы оценить возможности гидроизоляции обеспечивать сцепление между слоями, которые она разделяет, были проведены исследования деформативных свойств битумно-полимерных материалов при различных температурах.
Определение относительной деформации и модуля упругости. Точность измерений дефомометра 0,01 мм - позволила получить достоверные данные относительных деформаций образцов гидроизоляции при различных температурах. Температура образца контролировалась с помощью кривой нагрева (рисунок 4.9). Рисунок 4.9 - Интенсивность нагрева образца гидроизоляции при температуре воздуха+17С На основе результатов испытаний была построена зависимость модуля упругости битумно-полимерной гидроизоляции от температуры (рисунок 4.10), анализ которой позволил сделать следующие выводы: 1. Характер кривой деформирования отличается от прочности на сдвиг, так как деформативные свойства гидроизоляции определяются полимерной основой материала. 2. Модуль упругости резко повышается при низких температурах (минимальная относительная деформация составила 0,002, а максимальная 0,02). 3. С помощью полученной зависимости Er=f(tC) были вычислены коэффициенты сцепления ц, которые использовались при оценке степени включения слоев дорожной одежды в совместную работу с основными конструкциями (Глава 3).
Результаты экспериментальных исследований свойств гидроизоляции показывают, что при низких температурах совместная работа слоев дорожной одежды с основными конструкциями определяется прочностными и деформативными свойствами самого материала, а при положительной температуре - адгезионной прочностью на сдвиг к изолируемой поверхности. Таким образом, степень включения слоев дорожной одежды в совместную работу с основными конструкциями пролетных строений будет различной в зависимости от фактической температуры гидроизоляции. 4.5 Выводы по главе
Большинство современных гидроизоляционных материалов, применяемых на мостах, имеют полимерно-битумную или полимерную основу, что обуславливает сильную зависимость их деформативно-прочностных свойств, а также адгезионной прочности на сдвиг к металлической и бетонной поверхности плиты проезжей части от температуры.
Анализ нормативной документации показал, что предъявляемые требования к гидроизоляционным материалам ориентированы, в основном, на те параметры работы гидроизоляции, которые отвечают за ее гидроизолирующие свойства, долговечность и стойкость к старению.
Битумно-полимерные гидроизоляционные материалы, как и полимерные, обладают эластичностью, однако отличаются по своим механическим свойствам. Битумно-полимерные материалы обладают значительно более высоким модулем упругости, что улучшает условия для совместной работы дорожной одежды с плитой проезжей части.
По результатам измерений, проведенных на натурных объектах, фактическая температура гидроизоляции не превышает температуру Т2, которая характеризует начало текучести гидроизоляционного материала. В связи с этим, податливость гидроизоляции не связана с наступлением ее текучести, а объясняется только увеличением интенсивности запаздывающих деформаций.
Экспериментальные исследования зависимости свойств рулонных наплавляемых битумно-полимерных гидроизоляционных материалов от температуры позволили сделать следующие выводы:
При отрицательной температуре гидроизоляция обеспечивает надежное сцепление слоев дорожной одежды с плитой проезжей части. Прочность гидроизоляции на сдвиг достигает 30 кгс/см2, что превышает нормативное сопротивление бетона на сдвиг; - При положительных температурах прочность на сдвиг гидроизоляции с изолируемой поверхностью резко снижается. Однако в диапазоне температур от 0 до +40С сдвиг гидроизоляции происходит при напряжениях выше 3 кгс/см"; -Прочность гидроизоляции на растяжение при низких температурах достаточна для восприятия сдвигающих усилий от временной нагрузки и составляет 50 % от нормативного усилия разрыва; - Экспериментальные значения прочности гидроизоляции на сдвиг аппроксимируются прямой линией при низких температурах и экспоненциальной кривой при положительных температурах; - Максимальное значение модуля упругости битумно-полимерной гидроизоляции составляет 12000 кгс/см2, что соответствует температуре ниже — минус 50С. Минимальное значение модуля упругости битумно-полимерной гидроизоляции составляет 400 кгс/см2, что соответствует температуре около плюс 50С.
Сравнительный анализ деформативных свойств полимерных и битумно-полимерных гидроизоляционных-материалов
Отличия в применении методики напрямую связаны с различием в целях статических испытаний и расчетов новых и эксплуатируемых мостов, однако для достижения поставленной цели и в том и в другом случае оценка состояния сооружения сводится к определению конструктивных запасов пролетных строений.
Таким образом, с одной стороны - область использования разработанной методики связана с оценкой возможности пропуска по эксплуатируемым мостам нагрузки, превышающей нормативную. С другой стороны - оценка фактической грузоподъемности новых мостов, что позволит повысить надежность выводов по результатам обследований и испытаний.
На всех этапах жизненного цикла мостового сооружения возможно появление и развитие дефектов того или иного характера. Следовательно, даже при вводе нового моста в эксплуатацию он уже имеет комплекс различного рода дефектов, случайным образом распределенных по мостовому сооружению. Причем значительная их часть не обнаруживается визуально, а может проявиться в процессе взаимодействия мостового сооружения с нагрузками и другими внешними воздействиями.
На основании вышеизложенного, перспективы развития разработанной методики лежат в нескольких основных направлениях: а) Совершенствование технических средств измерений с целью повышения достоверности, получаемых в результате измерений значений, параметров напряженно-деформированного состояния конструкции; б) Развитие предложенных методов оценки факторов запаса с целью повышения точности определения фактической грузоподъемности пролетных строений; в) Накопление статистической информации о напряженно деформированном. состоянии пролетных строений различных типов с целью разработки методов расчета пролетных строений на стадии эксплуатации; г) Разработка экспериментально-расчетных методов выявления скрытых дефектов конструкций, и оценка их влияния на истинные конструктивные запасы пролетных строений; д) Совершенствование методик расчета с целью повышения точности получаемых расчетных данных.
В процессе разработки методики автор пришел к выводу, что существует острая- необходимость еще на стадии проектирования- мостов (разработки новых конструкций, выбора наиболее рациональных конструктивных решений; технологий строительства) уделять большое внимание вопросам обеспечения надежности, долговечности, технического диагностирования, эксплуатации, ремонтопригодности, то есть вопросам управления мостами как сложными системами. В связи с этим, перспективы развития разработанной методики связаны с использованием, результатов ее применения при принятии тех или иных решений; связанных с оценкой грузоподъемности автодорожных мостов в процессе эксплуатации.
Определение экономического эффекта от внедрения методики оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов по грузоподъемности Разработанная в диссертации методика оценки конструктивных запасов пролетных строений автодорожных мостов дает возможность адекватно интерпретировать результаты натурных испытаний для оценки фактической грузоподъемности мостов.
Экономический эффект от внедрения методики можно оценить как разницу между дополнительным доходом от использования конструктивных запасов грузоподъемности.пролетного строения и-дополнительным» затратами насодержание или усиление моста [63].
Факторы экономической эффективности: 1. Предложен метод оценки адекватности расчетной схемы, позволяющий выявить запасы грузоподъемности пролетного строения за счет различий между фактическим и. расчетным распределением, внутренних усилий между несущими элементами: Различия между расчетными и фактическими значениями внутренних усилий, приходящихся на. наиболее загруженную. балку, может достигать 10 % в сторону запаса грузоподъемности. 2. Включение слоев дорожной одежды-в совместнуюработу с основными конструкциями может повысить грузоподъемность пролетных строений, на 20-25 %. 3. За счет выявленных истинных конструктивных запасов появляется возможность повысить грузоподъемность пролетных строений на 5-10 %. Экономический эффект от, внедрения методики можно оценить по. нескольким вариантам. Вариант 1. В случае необходимости оценки рациональности, принятых проектировщиком новых конструктивных решений пролетных строений автодорожных, мостов. Результаты статических испытаний новых пролетных строений, обработанные с помощью разработанной методики, могут выявить скрытые резервы пролетных строений, что позволит скорректировать принятые проектные решения в сторону снижения затрат на строительство- за счет корректировки- размеров и формы поперечных сечений без снижения надежности конструкций. ї В этом- случае экономический эффект может быть определен- за: счет снижения стоимости материалов: Э=п (С0-Сф), где- (6.1). Со — проектная стоимость материалов конструкций пролетного строения; 103 Сф - фактическая стоимость материалов конструкций пролетного строения, определенная на основании разработанной методики; п - количество выпускаемых пролетных строений.
Результаты статических испытаний пролетных строений эксплуатируемого моста, обработанные с помощью разработанной методики, позволят оценить конструктивные запасы пролетных строений и возможность их использования для разового пропуска по мосту нагрузки, превышающей нормативную.
В этом случае экономический эффект определяется разностью между затратами на обследование и испытания моста и возможными расходами на усиление пролетных строений или организацию объездных маршрутов, что также повлечет затраты на перепробег.
С экономической точки зрения разработанная методика может быть использована наиболее эффективно в случае необходимости обеспечения постоянного пропуска современных нагрузок по эксплуатируемому мосту, рассчитанному на устаревшие нагрузки или имеющего ограничения по массе пропускаемых автотранспортных средств.
В соответствии с действующим СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы» грузоподъемность моста обеспечена, если он может пропускать нормативную нагрузку АН, при этом общая масса одиночного автомобиля в потоке составляет 30 т с нагрузкой на ось 12 т. Допустим, что в результате расчета грузоподъемности пролетных строений с учетом выявленных дефектов и повреждений, класс нагрузки был снижен на 10 %, что соответствует массе одиночного автомобиля в потоке 27 т с нагрузкой на ось 10 т. Если провести аналогичный расчет грузоподъемности с учетом конструктивных запасов, то требуемая грузоподъемность моста будет обеспечена. Следовательно, можно определить экономию пропускной способности автомобильной дороги:
Предположим, что на участке автодороги длиной Ly4=50 км расположен мост, на котором введены ограничения массы транспортного средства. Если интенсивность проезда автомобилей, перевозящих Q=20x тонн груза составит 1=50 000 автомобилей в год, то грузооборот на этом- участке- дороги составит Gy4=IxQxL=50 000 000 т км:
По данным транспортной компании «Си-Транс» перевозка Q=20 тонн груза на маршруте длиной L=2200 км стоит С=57200? рублей. Грузооборот компании, составляет G=LxQ=44000 т км, а стоимость одной тонны груза на километр пути Сі=СЛЗ=1.3 руб./т км.
Таким образом, экономический эффект по пропускной способности на участке автодороги длиной 50 км может составить 3=Gy,,CiA=7 150 000 рублей в. год. Дополнительным эффектом в данном случае будет являться отсутствие-необходимости расходов.на усиление пролетных строений.
Вг том случае, еслиг величина конструктивных запасов достаточна для пропуска требуемых нагрузок, то затратная часть экономического эффекта ограничивается только расходами на натурныеиспытания пролетных строений, а также расчет их грузоподъемности.
