Содержание к диссертации
Введение
1. Основные положения методологии исследований 10
1.1. Принципы системного подхода 10
1.2. Потребительские свойства мостов 17
1.2.1. Классификация 18
1.2.2. Три критерия потребительских свойств 20
1.2.3. Функциональные потребительские свойства 22
1.2.4. Потребительские свойства второго уровня 34
Резюме 37
2. Методология нормирования сроков службы мостов и нагрузок от автотранспортных средств 39
2.1. Два уровня оптимизации функциональных потребительских свойств 39
2.2. Основные положения методики нормирования сроков службы и нагрузок 44
2.3. Методика определения меры силовых повреждений мостовых конструкций в период эксплуатации 50
2.4. Эксплуатационные нагрузки от автотранспортных средств 55
2.5. Характер воздействия нагрузки на различные группы мостов 59
Резюме 70
3. Выбор нормативных значений сроков службы автодорожных мостов и нагрузок от автотранспортных средств 72
3.1. Сроки службы 72
3.1.1. Состояние вопроса 72
3.1.2. Алгоритм оптимизации сроков службы 74
3.13. Результаты расчетов и предложения по нормированию 79
3.2. Нагрузки от автотранспортных средств 82
3.2.7. Исторический обзор 82
3.2.2. Схема нагрузки АК 90
3.2.3. Выбор величины нормативной нагрузки АК 95
3.2.4. Дополнительные обоснования нагрузки А 14 98
3.2.5. Структура расчетных коэффициентов к нагрузке АК 102
Резюме 103
4. Методология оценки грузоподъемности и долговечности эксплуатируемых мостов 106
4.1. Оценка грузоподъемности мостов 106
4.1.1. Неодинаковая грузоподъемность мостов 106
4.1.2. Понятие и формы грузоподъемности 108
4.1.3. Способы классификации конструкций и нагрузок 113
4.1.4. Экспресс-оценка возможности пропуска по мосту автотранспортных средств 116
4.2. Вероятностная оценка долговечности эксплуатируемых железобетонных мостов 120
4.2.1. Долговечность железобетонных мостов. Состояние вопроса 120
4.2.2. Общий анализ основных факторов, обуславливающих физический износ железобетонных мостовых конструкций . 125
4.2.3. Карбонизация бетона защитного слоя 134
4.2.4. Хлоридная коррозия арматуры 156
4.2.5. Вероятная оценка остаточного ресурса физического срока службы железобетонных мостовых конструкций 181
Резюме 197
5. Системный подход к натурным исследованиям мостов 199
5.1. Основные положения 199
5.2. Сбор и анализ, имеющийся предварительной информации о сооружении, обмеры 210
5.3. Визуальное освидетельствование конструкций 213
5.3.1. Классификация повреждений 213
5.3.3. Методика оценки повреждений 218
5.4. Инструментальные исследования 226
5.4.1. Измерения, определяющие конфигурации сооружения и подмостового пространства 227
5.4.2. Исследования свойств и состояния материалов мостовых конструкций 229
5.4.3. Лабораторные исследования 243
5.4.4. Исследования начального напряженного состояния 246
5.5. Натурные испытания 249
5.5.1. Мосты, подлежащие испытаниям 250
5.5.2. Исследуемые элементы 252
5.5.3. Технология проведения испытаний 253
5.5.4. Величина испытательной нагрузки 260
5.5.5. Подбор испытательной нагрузки 267
5.5.6. Динамические испытания 269
5.5.7. Особенности испытаний эксплуатируемых мостов 274
5.5.8. Результаты испытаний 276
5.6. Расчеты 280
5.6.1. Роль расчетов при исследовании новых и эксплуатируемых мостов 280
5.6.2. Учет дефектов и повреждений железобетонных и стальных конструкций 281
5.6.3. Учет нарушения совместной работы балок и плиты в сталежелезобетонных пролетных строениях 283
5.6.4. Влияние мостового полотна на грузоподъемность пролетных строений 286
5.7. Оценка результатов натурного исследования. Рекомендации 288
5.8. Паспорт моста 291
5.9. Мониторинг состояния мостовых конструкций 297
5.10. Развитие измерительной базы натурных исследований 305
Резюме 309
6. Характерные повреждения железобетонных мостовых конструкций 311
6.1. Причины образования трещин 311
6.2. Технологические трещины 313
6.3. Температурно - усадочные трещины 317
6.3.1. Трещины в массивных конструкциях 318
6.3.2. Трещины в стенках 321
6.3.3. Трещинообразование в типовых ребристых балках 323
6.4. Трещины от воздействия ледовых линз внутри конструкций 324
6.5. Силовые трещины 239
6.5.1 Критерии образования и раскрытия трещин в линейных элементах 329
6.5.2. Силовые трещины в стенках коробчатых балок 334
* 6.5.3. Продольные силовые трещины 337
6.5.4. Трещины от местных напряжений 338
6.5.5. Растрескивание железобетонных консолей тротуаров 339
6.5.6. Трещины в поперечных стыках составных по длине конструкций 339
6.6. Коррозионные и механические повреждения 342
6.6.1. Коррозия арматуры и повреждения защитного слоя 343
6.6.2. Протечка воды и высолы 353
6.6.3. Морозные разрушения бетона 361
6.6.4. Растрескивание и обрывы арматуры 363
4 6.6.5. Местные механические повреждения 367
Резюме 371
7. Выводы 373
8. Литература
- Три критерия потребительских свойств
- Основные положения методики нормирования сроков службы и нагрузок
- Результаты расчетов и предложения по нормированию
- Экспресс-оценка возможности пропуска по мосту автотранспортных средств
Введение к работе
- развитие традиционных автодорожных коридоров, повышение технического уровня существующих федеральных и территориальных дорог путем их модернизации для обеспечения высокого уровня удобства и безопасности загруженных участков автомагистралей на подходах к крупнейшим городам и строительство обходов населенных пунктов в целях выноса из них транзитных потоков и сокращения отрицательного воздействия на окружающую среду;
- формирование и развитие сети многополосных автомагистралей и скоростных дорог для обеспечения связи между крупнейшими региональными центрами Российской Федерации в составе российских и международных транспортных коридоров и их интеграция в Европейскую и Азиатскую системы международных автомобильных дорог;
- завершение формирования сети территориальных автомобильных дорог, строительство новых хордовых и соединительных дорог, дополняющих сложившуюся радиальную структуру региональной дорожной сети с целью ликвидации перепробега автотранспорта и обеспечения связи между районными центрами и крупными населенными пунктами по кратчайшим маршрутам.
Основные направления технической политики включают:
- повышение качества и долговечности дорог и сооружений, в том числе за счет постоянного надзора и ухода за дорожными элементами и конструкциями, своевременного производства ремонтных работ с учетом роста интенсивности движения, совершенствования организации движения с учетом сезонных условий эксплуатации, расширения системы весового контроля и совершенствования метрологического обеспечения служб содержания дорог;
- разработку и внедрение новых конструкций и технологий, увеличивающих сроки службы сооружений и обеспечивающих снижение энергоемкости, материалоемкости и транспортных издержек.
- развитие традиционных автодорожных коридоров, повышение технического уровня существующих федеральных и территориальных дорог путем их модернизации для обеспечения высокого уровня удобства и безопасности загруженных участков автомагистралей на подходах к крупнейшим городам и строительство обходов населенных пунктов в целях выноса из них транзитных потоков и сокращения отрицательного воздействия на окружающую среду;
- формирование и развитие сети многополосных автомагистралей и скоростных дорог для обеспечения связи между крупнейшими региональными центрами Российской Федерации в составе российских и международных транспортных коридоров и их интеграция в Европейскую и Азиатскую системы международных автомобильных дорог;
- завершение формирования сети территориальных автомобильных дорог, строительство новых хордовых и соединительных дорог, дополняющих сложившуюся радиальную структуру региональной дорожной сети с целью ликвидации перепробега автотранспорта и обеспечения связи между районными центрами и крупными населенными пунктами по кратчайшим маршрутам.
Основные направления технической политики включают:
- повышение качества и долговечности дорог и сооружений, в том числе за счет постоянного надзора и ухода за дорожными элементами и конструкциями, своевременного производства ремонтных работ с учетом роста интенсивности движения, совершенствования организации движения с учетом сезонных условий эксплуатации, расширения системы весового контроля и совершенствования метрологического обеспечения служб содержания дорог;
- разработку и внедрение новых конструкций и технологий, увеличивающих сроки службы сооружений и обеспечивающих снижение энергоемкости, материалоемкости и транспортных издержек.
Среди ключевых задач научно-технической политики следует отметить:
- совершенствование нормативной базы дорожного хозяйства, ориентированной на учет новых экономических условий, гармонизацию отечественных и европейских норм;
- создание научных основ управления развитием и состоянием сети автомобильных дорог;
- совершенствование методов проектирования и строительства автомобильных дорог, мостов и путепроводов.
Следует отметить, что в области мостостроения поставленные задачи активно решаются с образованием в начале 1990-х годов Федеральной дорожной службы России (ФДС). В завершающей стадии находится паспортизация мостовых сооружений. Проводится активная техническая политика в разработке нормативно-методической документации, по использованию новых материалов и т.п. По всей вертикали управления внедряется понимание, что мосты являются наиболее сложными транспортными сооружениями, требующими к себе особого внимания. К эксплуатации мостов привлекаются специалисты.
Однако проблемы повышения уровня грузоподъемности и долговечности автодорожных мостов далеки еще от полного решения. Они являются, по существу, задачами управления качеством, в которых ключевыми инструментами служат нормирование новых и оценка состояния эксплуатируемых сооружений.
Этим проблемам и посвящена данная диссертационная работа.
Структурно материал диссертации представлен в виде четырех блоков исследований.
Первый, стержневой блок (глава 1) содержит концепцию системного подхода к исследованиям мостовых сооружений как природно-технических систем и анализ потребительских свойств мостов, и в первую очередь, функциональных свойств: пропускной способности, грузоподъемности, безопасности движения, долговечности. Для дальнейшего исследования выбраны грузоподъемность и долговечность как наиболее значимые и, одновременно, наиболее изменчивые свойства. Их отражение в нормах представляет собой главную задачу нормирования, их диагностика - главную задачу натурных исследований.
Методология оптимального нормирования требований к грузоподъемности и долговечности, т.е. норм нагрузок от автотранспортных средств и сроков службы мостовых конструкций, рассматривается во втором блоке (главы 2 и 3).
Третий блок (глава 4) включает методики оценки грузоподъемности эксплуатируемых мостов и остаточного ресурса их срока долговечности в зависимости от их физического состояния на момент проведения натурных исследований. Последняя оценка дается в вероятностной форме.
Наконец, четвертый блок (главы 5 и 6) развивает методологию диагностики мостовых сооружений на основе натурных исследований и обобщает большой опыт в этой области, накопленный в лаборатории испытания мостов НИЦ «Мосты» ОАО «ЦНИИС» при активном участии автора. Практическую значимость представляет анализ повреждений железобетонных конструкций (глава 6).
В исследованиях используются принципы системного подхода, методы теории вероятностей, теории надежности, математическое моделирование, возможности компьютерной техники.
Три критерия потребительских свойств
Со временем эксплуатируемые мосты в большей или меньшей степени утрачивают свои потребительские свойства вследствие морального и физического износа, т. е. происходит неизбежный процесс их старения.
Моральный износ обусловлен повышением в процессе эксплуатации требований к потребительским свойствам по сравнению с первоначальными, заложенными в нормы и проект, например, с необходимостью увеличения пропускной способности, грузоподъемности, повышения уровня безопасности движения, расчетных скоростей, качества эксплуатации моста и т.п.
Физический износ связан с повреждениями конструкций в процессе эксплуатации и, как следствие, со снижением уровня их потребительских свойств.
С учетом отмеченных обстоятельств, для каждого потребительского свойства следует рассматривать три критерия, определяющие степень его обеспеченности: - проектный критерий, отражающий степень обеспеченности потребительского свойства, предусмотренную первоначально при проектировании сооружения, по сравнению с нормативными требованиями; - критерий по моральному износу, отражающий соотношение проектного уровня с требованиями к данному потребительскому свойству, действующими в текущий период эксплуатации моста; - критерий по физическому износу, показывающий степень потери исследуемого потребительского свойства на данный момент вследствие физического износа.
По аналогии с подходом, принятым в методике предельных состояний [ 40 ], перечисленные критерии можно формализовать в виде следующих неравенств. Проектный критерий: " проекти. — " норм.і ( - -) где W норм. - совокупность нормативных требований к рассматриваемому потребительскому свойству; W проекти. - совокупность проектных параметров моста, обеспечивающих выполнение указанных нормативных требований в проекте. Соблюдение неравенства ( 1.2) свидетельствует о качественном выполнении проекта. Заметим, что W проекти, и W НОрм. являются константами относительно времени, как параметра. Критерий по моральному износу: W проекти. W Треб. (t), (1.3) где W треб (t) - совокупность требований к потребительскому свойству на момент t от начала эксплуатации моста. Если соотношение (1.3) не выполняется, это является признаком морального износа моста по данному потребительскому свойству. Критерий по физическому износу: їГфиз.ш їГтреб.т, (1.4) где W фИ3. (t) - совокупность параметров моста, обеспечивающих выполнение требований к потребительскому свойству, с учетом физического износа конструкций на рассматриваемый момент времени t. Нарушение соотношения (1.4) свидетельствует о необходимости ремонта конструкций моста с целью восстановления его проектных параметров.
Таким образом, в предельных случаях вышеприведенные неравенства (т.е. при превращении их в равенства), можно трактовать как предельные состояния потребительских свойств.
Охарактеризуем более подробно отдельные функциональные Ф потребительские свойства, т.е. свойства первого уровня, по приведенным в разд.1.2.2 критериям.
Понятие пропускной способности мостового сооружения включает как оценку максимально возможной интенсивности транспортного движения по этому сооружению, так и возможность пропуска под ним в поперечном направлении судов, водного потока, ледохода, транспорта (для путепроводов), а также коммуникации.
Заданные (нормативные) условия пропуска транспорта и коммуникаций обеспечиваются принятыми в проекте габаритами по ширине и высоте.
Отверстие моста для пропуска паводковых вод определяется специальным расчетом, исходя из нормируемой вероятности наивысшего уровня воды.
Моральный износ применительно к пропускной способности заключается в том, что со временем требуемые параметры движения по мосту и под ним могут выйти за рамки проектных значений. Для движения по мосту это, в основном, относится к интенсивности движения автотранспорта, возрастание которой может потребовать увеличения числа полос движения по мосту. Для движения под путепроводом моральный износ, как правило, связан с увеличением высотных # габаритов подвижного состава и развитием автомобильной или железной дороги, которую пересекает путепровод. Для пропуска судов могут повыситься требования к подмостовым габаритам в связи с новыми условиями судоходства.
Снижение пропускной способности, вызванное физическим износом, обуславливается чаще всего вводимыми ограничениями скорости движения автомобильного транспорта по мосту из-за различного рода повреждений мостового полотна и уменьшением высотного габарита под путепроводами в связи с укладкой новых слоев покрытия проходящей под ним дороги.
Относительно редко ограничение пропускной способности по сравнению с проектной происходит из-за исчерпания грузоподъемности крайних главных балок вследствие физического износа и вынужденного искусственного сужения габарита проезда.
Основные положения методики нормирования сроков службы и нагрузок
Поскольку сроки службы (Т) мостов или их отдельных несущих элементов, а также нормы автомобильных нагрузок А отражают функциональные потребительские свойства - грузоподъемность и долговечность, которые являются первичными по отношению к выбору конструктивных форм и материалов конкретных сооружений, оптимизацию указанных нормативов следует проводить относительно всей совокупности мостовых сооружений и с учетом состояния и тенденций развития автотранспорта в целом.
При этом с максимальной эффективностью используются основные принципы системного подхода. Нормирование сроков службы и нагрузок рассматривается как многоцелевая задача, включающая адекватное представление в нормах воздействий на мосты реальных автотранспортных средств и характера физического и морального износа мостов, учет перспективы развития автомобильного транспорта, комплексный подход к нормированию сроков службы нагрузок во взаимодействии со всеми другими факторами, определяющими надежность и долговечность моста (другие виды нагрузок, различные конструктивные схемы, особенности характеристик строительных материалов и грунтов и т.п.), иерархию параметров, что позволяет оптимизировать наиболее существенные характеристики норм нагрузок и определить с позиций практической целесообразности остальные параметры.
Оптимальное нормирование сроков службы и норм автомобильных нагрузок осуществляется путем минимизации полной стоимости (С), величина которой применительно к данной задаче приобретает вид:
С (Тмост, переход) = СНач (А. (Т)) + 2. Сі.реконстр. (МОм)) (2.2) где A (t) - необходимые параметры нормативной автомобильной нагрузки для обеспечения нормальной эксплуатации моста в течение t лет с момента окончания его строительства; . Т - срок службы моста (мостовой конструкции) до первой реконструкции; tj - момент і -ой реконструкции (в течение срока существования мостового перехода, реконструкции несущих элементов могут проводиться неоднократно); Снач. - начальная стоимость моста; СІ реконстр- стоимость і-ой реконструкции.
Как видно из формулы 2.2 основной исходной характеристикой при определении величины полной стоимости "С" является зависимость A (t).
Будем помнить при этом, что нормативная нагрузка А отражает наиболее неблагоприятные случаи загружения моста автотранспортом общего пользования в условиях нормальной эксплуатации, т.е. без аварий и перебоев движения автотранспорта (пробки, большие перегрузки отдельных машин, непредвиденное наличие в колонне отдельных утяжеленных автотранспортных средств и т.п.). Соответственно и понимание уровня эксплуатационных нагрузок адекватно этой трактовке.
Это означает, что если уровень эксплуатационных нагрузок Аэ изменяется во времени, как некоторая неубывающая функция Аэ = Аэ (t), то сроку службы Т должна соответствовать нормативная нагрузка А (Т), определяемая прогнозируемым значением уровня Аэ (Т).
Задачу оптимизации нормативных сроков службы и нагрузок методически целесообразно выполнять последовательно в два этапа.
На первом этапе находится экономически оптимальное значение срока службы Т. При этом может быть использована детерминированная, интегральная форма соответствия функций ,4(t) и Аэ (t) по двум параметрам - общей интенсивности автомобильной нагрузки, распределенной по длине, и величине местной сосредоточенной нагрузки.
В этом случае величина С; реконст (ti, A (ti+1)) в формуле ( 2.2 ) трактуется как стоимость замены мостовой конструкции в момент t на новую, которая будет служить до момента tjH, когда уровень эксплуатационных нагрузок Аэ достигнет уровня нормативной нагрузки A (tj+i). При этом можно оперировать относительными значениями Аэ (t) и А, например, приняв уровень Аэ (t =0), соответствующий положению на 2000г., за единицу.
На втором этапе, когда уже получено оптимальное значение срока службы Т, форма соответствия A (t) и Аэ (t) должна быть исследована более подробно, с учетом статистического характера воздействий реальных эксплуатационных нагрузок на мосты.
Должна быть построена статистика {S} воздействий на мостовые конструкции от реальных автотранспортных средств с привязкой ее к текущим моментам эксплуатации моста, т.е. {S} как функция t, иначе, определены характеристики случайного процесса нагружения мостовых нагрузок.
Здесь понятие статистики {S} обозначает спектр возможных силовых воздействий от эксплуатационных нагрузок в течение достаточно длительного периода, например, одного года, с учетом вероятностей возникновения того или иного уровня этих воздействий.
Если свести анализ воздействий к анализу уровня напряженности в несущих элементах, то можно представить режим эксплуатации моста в виде некоторой временной диаграммы (рисунок 2.2) [ 6 ].
Результаты расчетов и предложения по нормированию
По приведенным выше исходным данным для каждой группы мостов (см.таблицу 2.2) выполнены расчеты по упомянутой программе к ЭВМ. При этом величина коэффициента экономической эффективности принималась в двух вариантах 1,06 и 1,04. За основу принята величина Е=1,06. Полученные результаты показывают, что оптимальные значения сроков службы лежат в пределах 50-80 лет (рисунок 3.1).
Для других элементов мостовых сооружений возможен аналогичный подход, хотя, например, для элементов мостового полотна вполне применим критерий физического износа.
Эволюцию эксплуатационных нагрузок на гужевые, а впоследствии автодорожные мосты можно разделить на пять основных этапов, на каждом из которых характер нагрузок и принципы их нормирования имеют свою специфику.
Первый этап охватывает период до 1910-191 Згг. Он характеризуется небольшим количеством типов эксплуатационной нагрузки: конные фуры, толпа, паровые катки. Поэтому при проектировании мостов в качестве расчетных нагрузок принимались конкретные типы экипажей и толпа (рисунок 3.2).
Первые сведения о расчетных нагрузках на мосты под обыкновенную дорогу относятся к 1862г. В курсе мостов П.Усова максимальной считалась нагрузка от слоя снега 0,5фт«15см и толпы интенсивностью 96 пд/саж2«385 кг/м2. В курсе лекций профессора Эпрольда рекомендовалось давление колеса повозки принимать равным 100пд«1,6т [114]. Основные параметры отечественных норм нагрузок приводятся в таблице 3.2.
Первые в России официальные нормы нагрузок на мосты появились, по-видимому, в 1875г. В этих нормах временная вертикальная нагрузка принята в виде двух типов конных фур и толпы. Вес фур зависит от класса моста [ 58 ].
В нормах 1891г. предусмотрены случаи загружения моста фурами, толпой и комбинацией фур и толпы. Полосы загружения не являются одинаковыми, учитывается динамическое воздействие нагрузки [ 70 ].
В начале XX века количество типов эксплуатационной нагрузки на мосты увеличивается. Появляются паровые катки, вес которых колеблется от 6 до 25 т, городской рельсовый транспорт (рисунок 3.3). Нормами 1906г. для Санкт-Петербурга мосты разделяются на пять разрядов. Загружение проводится в зависимости от разряда моста на три комбинации нагрузок. В 1915г. насчитывается уже 11 типов нагрузок на мосты [ 77 ].
Следует отметить, что в описываемый период требовалась обязательная проверка на загружение проезжей части нагрузкой от толпы, причем для сравнительно больших пролетов эта нагрузка, как правило, оказывалась определяющей.
Второй этап (1913-1938гг.) связан с развитием автомобильного транспорта. Впервые автомобильная нагрузка зафиксирована в нормах 1913г. в виде двух встречных рядов автомобилей, причем в каждом ряду три автомобиля сближены [112].
В последующие годы наблюдается прогрессирующее увеличение числа эксплуатационных нагрузок, главным образом, автомобильных.
Отметим, что в России до 1917г. практически не было собственной автомобильной промышленности. На Русско-Балтийском заводе в г.Риге в период 1908-1915гг. в малом количестве производили сборку зарубежных марок легковых автомобилей. К 192 г. автопарк России насчитывал всего 21 тыс. автомобилей и мотоциклов. Причем отечественные автотранспортные средства составляли в нем всего 10%.
Положение начало меняться в середине 20-х годов, когда начался выпуск грузовых автомобилей на Ярославском автомобильном заводе (ЯАЗ) и Московском (АМО) грузоподъемностью 3 и 1,5 т.
Вес грузовиков, однако, в этот период увеличивается незначительно, оставаясь, как правило, в пределах 10 т. Наиболее тяжелыми были различные модификации машин Ярославского завода (Я-3, Я-5 и позднее ЯГ-4, ЯГ-6), а также некоторые зарубежные грузовики [ 61].
Расширение диапазона эксплуатационных режимов нашло отражение в нормах НКПС 1927г., в которых автомобильная нагрузка имеет семь классов [ 78 ].
С другой стороны, увеличение количества классов расчетной нагрузки отражало позиции составителей норм в экономике мостостроения. В период начала индустриализации дифференциация норм диктовалась стремлением получить максимальную экономию в капиталовложениях. Последующий опыт строительства и эксплуатации мостов показал, однако, что такой подход к многочисленным ограничениям автомобильного движения и влечет серьезный материальный ущерб в период эксплуатации. Поэтому в дальнейшем количество классов нагрузок было уменьшено.
Состав и интенсивность автомобильного движения в 20-е годы давали возможность нормировать нагрузки на мосты в виде нескольких типов колонн, состоящих из конкретных автомобилей.
Однако, уже к 1930г. автотранспортный парк страны настолько разросся, что применение в качестве расчетных нагрузок конкретных экипажей стало невозможным. Потребовалось серьезное исследование фактических эксплуатационных нагрузок для разработки и обоснования норм нагрузок в виде условной расчетной схемы [ 72 ]. Результаты такого исследования явились нормы 1931 и 1933гг.-ОСТ4926.
Эти нормы устанавливались как объемлющие по отношению к различным комбинациям эксплуатационных нагрузок. Сравнение проводилось по величине эквивалентных нагрузок для изгибающего момента в середине пролета разрезной балки. Расчетная схема представляла собой традиционную колонну, но уже некоторых условных автомобилей, не повторяющих полностью ни один конфетный экипаж.
Экспресс-оценка возможности пропуска по мосту автотранспортных средств
Долговечность железобетонных автодорожных мостов определяют три основные группы факторов: а) качество проектирования и строительства; б) воздействие факторов, определяемых условиями эксплуатации моста; в) воздействие природной среды, характерное для географического и климатического района, в котором эксплуатируется мост.
Деление это нередко оказывается условным, поскольку особенности эксплуатации моста во многих случаях диктуются природными воздействиями и направлены на устранение или уменьшение негативного влияния, которое оказывают природные факторы на безопасность движения по мосту и долговечность его конструкций. Наиболее яркий пример такого взаимодействия -массированное применение эксплуатационными службами на дорогах и мостах России хлористых солей - антиобледенителей, определяемое климатическими условиями на 90-95% территории России (кроме узкой полосы вдоль северного побережья Черного моря), где средняя температура января оказывается ниже -10С. Однако, с целью последовательности изложения, указанное выше деление представляется достаточно целесообразным.
Важность влияния природных факторов на потребительские свойства мостов по существу признана во всех промышленно развитых странах. Так, в 1996г. под руководством Центральной лаборатории мостов и дорог Франции (LCPC) в рамках национального проекта ВНР 2000 [139] система дорожных лабораторий Франции приступила к выполнению многолетней программы по определению эксплуатационных характеристик мостовых бетонов, в первую очередь - их долговечности. Исследуются 15 бетонных составов, пределы, прочности которых меняются от 25 до 120 МПа. Образцы и нагруженные конструктивные элементы с трещинами выставлены на испытательных стендах и в действующих сооружениях в различных районах страны, где они подвергаются естественному воздействию природной среды. Цель работы - определить комплекс технических требований к мостовому бетону на основании исследования долговечности на натурных стендах и определяемых в лаборатории механических характеристик. Авторы назвали эту работу экспериментом для XXI века, поскольку они не видят альтернативы бетону как универсальному материалу для транспортного строительства.
Организация такой сложной, дорогостоящей и долговременной работы не в малой степени определяется ситуацией, которая сложилась с долговечностью железобетонных мостов практически во всем мире.
В 40-60-х годах XX века в связи с совпавшим быстрым развитием автомобильного транспорта, с одной стороны, и сборного железобетона, с другой, практически во всех промышленно развитых странах было возведено огромное число железобетонных мостов на автомобильных дорогах. Только в Соединенных штатах Америки их было построено более полумиллиона. В эти годы в технической литературе можно было нередко встретить утверждение о том, что бетон и железобетон являются «вечными материалами», т.е. срок эксплуатации сооружений из бетона и железобетона - плотин, мостов, резервуаров и т.п. практически неограничен. При этом, два изначально присущих обычному железобетону неустранимых недостатка - пористая, несплошная структура бетона на портландцементе и склонность стальной арматуры к коррозии в земной атмосфере не то, чтобы игнорировались, но предполагалось, что защитный слой обычного плотного (тяжелого) бетона надежно изолирует арматуру от воздействия атмосферных факторов, и при достаточной толщине защитного слоя его пористость не будет иметь определяющего значения.
Толщины защитных слоев, поскольку эксплуатационный опыт еще отсутствовал, в большинстве случаев назначались близкими к «минимально необходимым» из соображений обеспечения надежного сцепления бетона и арматуры, огнестойкости и др. Соображения, связанные с долговечностью, представлялись второстепенными, но большую роль играли экономические соображения снижения массы и стоимости конструкций, требующие сведения толщины защитного слоя к возможному, допустимому минимуму.
Не учитывалось еще одно весьма существенное обстоятельство, постепенно во все большем объеме в плане общенаучного подхода осознаваемое в настоящее время [105]. Бетон и железобетон в связи с особенностями структуры, технологии изготовления, исходных материалов и ряда других факторов являются материалами, физико-технические характеристики которых имеют вероятностную природу с достаточно большим разбросом значений. Известно, что стандарты [ 41 ] узаконивают коэффициент вариации прочности бетона на сжатие, одной из наиболее стабильных его макрохарактеристик, т.е. усредненного показателя качества бетона значением V = 13,5%, а для монолитного бетона - 20%. Дисперсия локальных характеристик (например, проницаемости), как правило, оказывается значительно выше указанных значений. Значительным вариациям подвержена, в связи с особенностями технологии изготовления, и толщина защитного слоя.
