Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ и опенка основных показателей автодорожных байтовых мостов 10
1.1. Общие сведения о вантовых мостах рекордных пролетов 10
1.2. Анализ конструктивных решений современных вантовых мостов
Выводы по 1 главе 20
Глава 2. Новые технологии при сооружении вантового пролетного строения и сопутствующие вопросы 32
2.1. Проектное решение Байтового автодорожного моста через реку Обь у г. Сургут 32
2.2. Технология сборки балки жесткости методом навесного монтажа из укрупненных трапецеидальных блоков 56
2.3. Технология автоматической сварки монтажных соединений под флюсом с применением гранулированной металлохимической присадки 83
2.4. Геодезическое обеспечение сооружения вантового пролетного строения 93
2.5. Технология сборки блоков пилона 107
2.6. Отработка технологии использования гидроизоляции на основе отечественных полимерных материалов серии «Поликров» 114
2.7. Разработка технологии покраски вант 127
2.8. Разработка и обоснование новой методики расчета несущей способности глин с коэффициентом пористости более 1 129
2.9. Технология надвижки сцепа из двух балочных пролетных строений длиной более 1,5 км
Выводы по 2 главе 156
Глава 3. Комплексное исследование аэроупругой устойчивости вантового моста при монтаже и эксплуатации 164
3.1. Исследование аэроупругой устойчивости пилона и пролетного строения 164
3.2. Определение натяжения вант 177
3.3. Колебания вант под воздействием ветра и средства по их устранению
3.4. Обтекатели балки жесткости и барьерного ограждения 181
3.5. Тросовые (демпфера) гасители колебания вант 197
3.6. Устройство дополнительной заделки вант 208
Выводы по 3 главе 215
Заключение 218
Список литературы 221
- Анализ конструктивных решений современных вантовых мостов
- Технология сборки балки жесткости методом навесного монтажа из укрупненных трапецеидальных блоков
- Отработка технологии использования гидроизоляции на основе отечественных полимерных материалов серии «Поликров»
- Колебания вант под воздействием ветра и средства по их устранению
Введение к работе
В данном случае создавалось мостовое сооружение с рекордным главным пролетом однопилонной вантовой системы с расходом металла балки жесткости меньшим, чем у зарубежных аналогов. Это потребовало внедрения в практику строительства мостового сооружения ряда научных разработок, в том числе инициированных автором диссертационной работы, а также непосредственного участия автора в их разработке и внедрении. Наряду с научным обеспечением проектирования и строительства моста через реку Обь у г. Сургута актуальной для России является разработка и реализация технологии навесной сборки мостового сооружения с рекордным вантовым пролетом с учетом жестких климатических условий Сибири.
Все сказанное и определяет актуальность диссертационной работы.
Цель диссертационной работы:
- разработать и реализовать при возведении Байтового пролетного строения моста, новую технологию навесного монтажа Байтового пролетного строения, а также проекта эксплуатации вантового моста в части динамического мониторинга вантового пролетного строения.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
- разработка новых научно обоснованных технологий сборки пространственных конструкций балки жесткости и пилона, включая проблемы монтажной сварки в северных условиях; к - разработка и обоснование технологии выполнения сложных работ по монтажу балки жесткости навесным способом с параллельным решением вопросов геодезического обеспечения и контроля за напряженно-деформированным состоянием конструкции;
- выявление и формулировка проблем динамической и аэродинамической устойчивости вантовых мостов в процессе строительства и эксплуатации;
- организация работ по реализации проекта эксплуатации моста в части динамического мониторинга вантового пролетного строения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- впервые в России при участии и под руководством автора была разработана технология и осуществлена сборка балки жесткости методом навесного монтажа из укрупненных трапецеидальных блоков с использованием автоматической сварки верхних плит блоков между собой, и тем более, в условиях северного исполнения. При этом были отработаны все особенности подъема блоков, их перемещения, фиксации и геодезического контроля; - при участи автора впервые в практике отечественного мостостроения в условиях северного исполнения была отработана технология автоматической сварки монтажных соединений под флюсом с применением гранулированной металлохимической присадки (МХП), с использованием которой был выполнен большой объем сварочных работ (более 25 км. сварочного шва);
- автором впервые была разработана, научно обоснована и реализована сборка блоков пилона на сплошных подмостях в уровне устанавливаемого блока, с последующим его поворотом вокруг шарнира установленного в основании блока;
- при участии автора была разработана, и реализована технология демпфирования колебаний вант;
- для защиты металлической ортотропной плиты от коррозии и надежного сцепления металла с асфальтобетонным покрытием, по предложению и с участием автора была отработана технология использования нового типа гидроизоляции на основе отечественных полимерных материалов серии «Поликров»;
- при участии автора разработана конструкция аппарата и разработана технология покраски вант отечественным методом, коренным образом отличающимся от зарубежного;
- по предложению и с участием автора разработана новая методика расчета несущей способности глин с коэффициентом пористости более 1, которая дала экономию по материалам фундамента до 20%; л
- при участи автора разработана и реализована технология надвижки сцепа из двух балочных пролетных строений длиной более 1,5 км.;
- по предложению автора была разработана и реализована технология надвижки пролетов длиной 132 м. без временных опор и шпренгеля с устройством тросового гасителя колебаний;
- автором предложена и при его участии разработана и внедрена конструкция узла дополнительной заделки вант.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
- внедрение разработанных технологий позволило обеспечить сооружение вантового пролетного строения и моста через реку Обь у г. Сургута в целом на год раньше нормативного срока, что позволило раньше открыть движение по мосту и обеспечить более раннюю окупаемость вложенных затрат;
- проектирование и сооружение Сургутского моста позволило вывести отечественное мостостроение на новый уровень в области теоретических расчетов, экспериментальных исследований, разработки технологии изготовления и монтажа сложных конструкций в северных условиях.
Важно отметить и то, что данный мост помог ученым и инженерам преодолеть своеобразный психологический барьер, который отделял нашу страну от других стран, добившихся выдающихся результатов в мостостроении в последние годы.
На примере Сургутского моста российские ученые и инженеры показали, что они способны решать практически любые современные проблемы мостостроения при наличии экономических условий.
Постройка Сургутского моста с главным пролетом 408 м. позволила:
- увеличить область применения вантовых однопилонных мостов;
- ученым и инженерам различных стран смелее принимать решение об увеличении главного пролета двухпилонных вантовых мостов.
Реализация работы производилась в процессе строительства мостового сооружения и позволила завершить его досрочно и с хорошим качеством. Результаты исследований используются в ОАО «Мостострой-11», а также в учебном процессе в Саратовском государственном техническом университете и других вузах при изложении вопросов монтажа пролетных строений. С участием автора издано четыре учебных пособия.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
- научно-технической конференции фонда «АМОСТ» (г. Сургут, 2000 г);
- 14-й конференции IRF Road Congress «Конструкции дорог, мостов ...» (г. Париж, 2001 г.);
- Российско-финском семинаре «Ремонт и содержание мостов» (г. Сургут, 2002 г.);
- всемирном симпозиуме мостостроителей IABSE (г. Мельбурн, 2002 г.);
- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (г. Саратов, 2000-2004гг.);
- научно-техническом совете ОАО «Мостострой-11» (г. Сургут, 2002г.); научно-технических конференциях корпорации «Трансстрой» (г. Москва, 2001-2002гг.); техническом совете дорожного департамента ХМАО (г. Ханты-Мансийск, 2001 г.); техническом совете института ОАО «Гипротрансмост» (г. Москва, 2000 г.).
Полностью диссертационная работа докладывалась на заседании кафедры «Мосты и транспортные сооружения» Саратовского государственного технического университета (ноябрь 2004 г). Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 19 печатных работ, в том числе монография (в соавторстве).
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, приложений, списка литературы. Основной текст изложен на 231 страницах, содержит 26 таблиц и 95 рисунков. Список литературы включает 110 наименований.
Анализ конструктивных решений современных вантовых мостов
Сравнение различных вантовых мостов существенно затруднено разнообразием применяемых материалов и конструктивных форм, что исключает простейшие подходы такие как, например, сравнение качества мостов по расходу материала на квадратный метр проезжей части. Приведем несколько характерных примеров, подтверждающих мастерство и разнообразие подходов инженеров различных стран, а также постоянный прогресс мирового мостостроения [6, 9, 34, 39].
1. Мост Северин (пролет 302 м, табл. 1.2, 1.4) - первый мост с «А-образным» пилоном, у которого ванты сходятся на вершине пилона и жестко закреплены в ней, за исключением нижней пары вант, прикрепленных с продольной подвижностью в пониженной точке присоединения.
2. Мост Книебрюкке (пролет 320 м, табл. 1.2, 1.4) - первый мост с анкеровкой вант бокового пролета в опоры эстакадной части, что существенно повысило жесткость конструкции. Боковой пролет (Back Span) однопилонной системы представляет собой неразрезную пятипролетную балку (5 48,5 м),
3. Мост Хугли (пролет 457 м, табл. 1.1) - один из первых мостов со сталежелезобетонной балкой жесткости (железобетонная плита проезжей части, металлические главные балки и ортотропная плита нижнего пояса общей коробчатой конструкции). 4. Московский мост (пролет 300 м, табл. 1.2, рис. 1.3) - первый отечественный мост большого пролета, вошедший в 1976 г. в первую пятерку однопилонных мостов мира. Внешне распорный мост с «А-образным» железобетонным пилоном, но анкерная опора совмещена с устоем, в который упирается балка жесткости, что позволяет практически уравновешивать горизонтальные проекции усилий от левых и правых вант. Неразрезная металлическая балка жесткости проходит не только через вантовое пролетное строение, но и эстакадную часть моста: 84,5+300+5 63,0+42,0 м. Балка жесткости состоит из двух коробок, соединенных мощной поперечной балкой; проезжая часть и нижний пояс коробок выполнены в виде ортотропной плиты.
5. Мост Флее (пролет 368 м, табл. 1.2, 1.4; рис. 1.4) - имеет металлическую балку жесткости только в главном пролете (Main Span), а «боковой пролет» (Back Span) представляет собой многопролетную предварительно напряженную железобетонную балку (13 60 м). По аналогии с мостом Книебрюкке ванты заанкерены в конструкции второго и третьего железобетонного эстакадного пролетного строении (см. рис. 1.4) для повышения жесткости.
6. Мост Нормандия (пролет 856 м, табл. 1.1) - «первый вантовый мост, вошедший в диапазон очень больших пролетов (long-span bridges), зарезервированный висячими мостами» (рис. 1.5).
Отметим особенности его конструкции: - боковые пролеты вантового пролетного строения (рис. 1.6, б) выполнены из предварительно напряженного железобетона и представляют собой многопролетную неразрезную балку (п 43,5 м); - данные пролетные строения вместе с промежуточными опорами играют роль своеобразной «равномерно распределенной анкерной опоры», существенно уменьшающей деформации пилона; - балка жесткости фактически является композитной конструкцией (composite deck - это и есть главный «революционный» фактор моста Нормандия). Она выполнена из двух материалов, объединенных по длине пролета: средняя часть главного пролета длиной 624 м - коробчатая стальная балка (рис. 1.6, а); оставшиеся консоли главного пролета по 116 м и все боковые пролеты - коробчатые предварительно напряженные железобетонные балки (см. рис. 1.6, б).
7. Мост Татара (пролет 890 м, табл.1.1, рис. 1.7): - боковые пролеты вантового пролетного строения являются композитной ІД конструкцией. Они выполнены из предварительно напряженного железобетона (PC Girder на рис. 1.7,6) на длине 105,5 м и 62,5 м и стали на ) остальной длине (Steel Girder на рис. 1.7,а) и представляют собой трех- и двухпролетные неразрезные балки общей длиной по 270 м каждая); - железобетонные части боковых пролетных строений вместе с промежуточными опорами играют роль своеобразных «равномерно распределенных анкерных опор», существенно уменьшающих деформации пилона; - балка жесткости во всем главном пролете представляет собой коробчатую стальную балку для уменьшения нагрузки на ванты и пилон по сравнению с железобетонной балкой.
Сургутский вантовый мост занимает в данном ряду весьма достойное место, не уступая по основным показателям зарубежным образцам [3, 8, 13, 41, 55,71,74]. А.А.Петропавловского, М: Транспорт, 1985) приведен график, показывающий, что расход металла на 1 м2 возрастает линейно с ростом пролета. Но показатели Сургутского моста несколько лучше, чем можно было бы ожидать для пролета 408 м относительно построенных мостов ближайших пролетов (368 и 320 м).
Из таблицы 1.5 видно, что по расходу металла на балку жесткости Сургутский мост превосходит своих главных «конкурентов по мировому господству»: мосты Флее (его пролет меньше Сургутского на 10%, а расход металла только на 7%) и Книебрюкке (пролет данного моста меньше на 22%, а расход металла лишь на 17%).
Технология сборки балки жесткости методом навесного монтажа из укрупненных трапецеидальных блоков
Монтаж балки жесткости производился по двум технологиям: береговую ее часть общей длиной около 213 м от устоя до опоры № 3 и от опоры № 3 до временной опоры № 1 (В01) собирали на подмостях, а русловую часть, длиной 343,6 м - внавес с использованием еще одной временной опоры (В02), расположенной на расстоянии 211,2 м от опоры В01 и 13,5 м от оси строящегося моста (см. рис. 2.12). Эта опора предназначалась только для восприятия посредством шарнирной распорки горизонтальных ветровых нагрузок, действующих на монтируемое внавес вантовое пролетное строение. Следует отметить, что не только опора В02 работает на большую поперечную горизонтальную нагрузку (при длине консоли от опоры В02 до опоры № 6 132,4 м она составила 100 т); горизонтальная нагрузка на В01 была значительно больше и равнялась 160 т, так как на нее опиралась консоль длиной 211 м (от опоры BOl до опоры В02).
Балка жесткости состоит из 54 монтажных блоков длиной в основном 10,5 м и массой около 80 т. Поперечное сечение блоков образуют 12 элементов заводского изготовления (см. рис. 2.13), в том числе два верхних и два нижних уголковых элемента и восемь плоских ортотропных плит (четыре верхних, два боковых и два нижних). Все элементы соединяются между собой сварными швами, а с диафрагмами - высокопрочными болтами.
До начала основных монтажных работ на левом берегу был выполнен большой комплекс подготовительных работ (см. рис. 2.14), в том числе: создан склад металлоконструкций; сооружены стенд для укрупнительной сборки ортотропных плит и стапель для сборки и сварки коробчатых блоков балки жесткости; в пролетах 1-3 и 3-6 возведены подмости для сборки балки жесткости, смонтирована электрическая подстанция для обеспечения энергией сварочного оборудования, электроинструментов, нагревательных и осветительных приборов; установлены будки с источниками питания автоматической и полуавтоматической сварочной аппаратуры, сварочными кабелями и инструментом, а также помещения для хранения сварочных материалов с электропечами для прокалки флюса и электродов и для очистки и намотки электродной проволоки в кассеты; кроме того, предусмотрены переносные навесы-палатки для бесперебойного выполнения работ в случае атмосферных осадков, сильного ветра и сквозняков; организованы посты для ручной электродуговой сварки (прихватки, подварочные и угловые швы, вспомогательные работы); оборудована компрессорная станция производитель-ностью 18 м /мин (два компрессора КС-9) с воздухосборником объемом 5 м , масловлагоотделителем и магистральным трубопроводом (пескоструйная очистка стыков, продувка зазоров, работа флюсоотсасывающей аппаратуры и пневматического инструмента); создан пост, оснащенный газорезательной аппаратурой и горелками большой мощности для предварительного подогрева свариваемых кромок, просушки "отпотевшего" металла, обрезки деталей и термической правки деформированных участков; оборудованы посты подготовки высокопрочных болтов для их промывки, просушки и сортировке по длине; смонтированы инвентарные тепляки для выполнения сварочных работ при отрицательных температурах воздуха (до - 30С) и помещения для обогрева сварщиков и монтажников, просушки их спецодежды.
Все участки сварочных работ были освещены для работы в темное время суток и в закрытых местах с обеспечением освещенности не менее 50 лк. Склад металлоконструкций, стенды укругшительной сборки и сборочная площадка обслуживались стреловыми кранами КН300, КН500 и КС-8165 фузоподъемностъю 63 т и 100 т соответственно. Непосредственно на стройплощадку элементы конструкции доставлялись автотранспортом.
На стендах укрупнительной сборки и сварки заводские элементы балки жесткости объединялись в пять крупноблочных элементов: четыре верхние ортотропные плиты - в два, верхние и нижние угловые элементы и боковая ортотропная плита - в один бортовой элемент (всего их два) и две нижние ортотропные плиты - в один. Для обслуживания стендов было организовано четыре сварочных поста: два поста - для автоматической и по одному посту для ручной и полуавтоматической сварки. Укрупненные элементы грузились краном КН300 грузоподъемностью 63 т на полуприцеп грузоподъемностью 20 т и доставлялись к месту, где из них собирались коробчатые блоки, т.е. к подмостям в пролете или к стапелю.
На первом этапе в пролете 1-3 стреловыми кранами КН300 и КН500, расположенными на земле, выполнялась сборка четырнадцати блоков № 2-15. При этом частично использовался и кран КС-8165 с башенно-стреловым оборудованием. Сборка велась в отметках строительного подъема. Для точной установки бортовых элементов коробок (верхнего и нижнего) использовали кондукторы (см. рис. 2.15).
Для работ по оформлению поперечных стыков балки жесткости на кондукторах были сооружены специальные площадки. Монтаж элементов верхних ортотропных плит вели с использованием внутренних подмостей, монтирующихся на поперечных связях балки жесткости. На втором этапе производилась установка блока № 1 и блоков № 16-21 в пролете 3-6. Эта работа выполнялась краном КН500, который после монтажа блока № 1 перемещался по собранному участку балки жесткости к блоку № 15 и далее, наступая, осуществлял установку блоков № 16-21 (см. рис. 2.12). На третьем этапе в ходе монтажных работ необходимо было обеспечить плавное сопряжение участка балки жесткости, собираемого на подмостях и заканчивающегося блоком № 21, с участком навесной сборки, начинавшимся с блока № 22. Блок № 21, таким образом, являлся пограничным между этими участками и должен был обеспечить проектную пристыковку к смежным блокам (№ 20 и № 22) обоих участков. Поэтому после завершения монтажа берегового участка с пристыкованным блоком №21, его отсоединяли, расчленяли на укрупненные заводские элементы и отправляли для повторной сборки на стапель, где сопрягали с блоком № 22 - первым блоком, монтируемым внавес. После этой пристыковки блок № 21 опять расчленяли и повторно монтировали на подмостях.
Перед началом работ по сборке "навесного" участка балки жесткости рас-кружаливали ее участок на отрезке В01 - опора № 3 путем поддомкрачивания на БОЇ на высоту 20 см с опиранием на временные подвижные опорные части на BOl и опоре № 3. Таким образом на этой стадии смонтированная секция балки жесткости опиралась в пролете 1-3 через деревометаллические клетки на подмости, на опоре № 3 - на подвижные опорные части из даклена и полированного металлического листа и на BOl посредством однокатковой опорной части. До монтажа блока № 23 было также выполнено защемление балки жесткости на устое, что позволило исключить продольное горизонтальное нагружение подмостей в пролете 1-3 при натяжении вант.
Отработка технологии использования гидроизоляции на основе отечественных полимерных материалов серии «Поликров»
Металлические поверхности ортотропных плит в заводских условиях подвергались обработке дробеметным способом на поточных линиях "Гитарт". После сборки-сварки плит производилось грунтование. Очистку поверхности стальной ортотропнои плиты перед наклейкой на нее рулонной гидроизоляции производили механизированным способом (пескоструйная очистка). Непосредственно перед наклейкой рулонов поверхность ортотропнои плиты просушивалась и очищалась от пыли.
Для защиты металлической ортотропнои плиты от коррозии и надежного сцепления металла с асфальтобетонным покрытием на мосту применен новый тип гидроизоляции на основе отечественных полимерных материалов серии "Поликров". Гидроизоляция разработана прямым назначением для мостов специалистами АО "Поликров-ЧРЗ" и АО "ЦНИИС". Система рулонно-мастичной гидроизоляции включает в себя следующие материалы, выпускаемые и поставляемые на объекты комплектно предприятием АО "Поликров-ЧРЗ", расположенным в г. Чехове Московской области; - рулонный полимерный резиноподобный материал "Поликров Р-200" (ТУ 5774-002-11313564-96), составляющий основу гидроизоляционной защиты; - клеящую полимерную мастику "Поликров М-140" (ТУ 5775-003-11313 564-96) для приклеивания рулонного материала к конструкции и одновременно защиты ее от коррозии; - резинобитумную мастику "Полибит" (праймер) (ТУ 5775-004-11313564-96) - как промежуточный слой между рулоном "Поликров Р-200" и асфальтобетонным покрытием, обеспечивающий их сцепление. Физико-механические характеристики гидроизоляционной системы "Поликров" приведены в табл. 2.7 в сопоставлении с показателями нормативной документации для гидроизоляции мостов (ВСН-32-81).
Стойкость к воздействию агрессивных климатических факторов по ускоренным испытаниям, циклы ГОСТ 18956-73, ГОСТ 9.401-91 Более 50 циклов Напряжение сдвига в системе металл-гидроизоляция-асфальт,кг/см2 Методика ЦНИИС 3,6-6,9; сдвиг по рулонному материалу и асфальту 0,82
Адгезия на отрыв к металлу (сталь15ХСНД) ортотропной плитыопытного моста после 8,5 мес.эксплуатации, кг/см2 (осенне-зимне-весенний период) ГОСТ 15140-78 Более 5; отрыв по эпоксидной смолеи рулонному материалу (30 %) Не менее 3 Адгезия на отдир к металлу ортотропной плиты того же моста, кг/см ГОСТ 15140-78 Более 2; разрыв по рулонному материалу Не менее 116 Как видно из табл. 2.7, все показатели, характеризующие потребительские качества гидроизоляции "Поликров", соответствуют существующим нормам, а по некоторым показателям превосходят их. К отличительным особенностям рулонно-мастичной гидроизоляции "Поликров" следует отнести: - высокую адгезию к металлу ортотропной плиты и асфальту, обеспечивающую совместную работу всех элементов системы мостового полотна; сопротивление материала сдвигу от действия горизонтальных нагрузок при экстренном торможении и резком трогании с места транспортных средств в 5-7 раз превышает касательные напряжения, получаемые расчетом; разрушения экспериментальных образцов при испытаниях происходили по асфальтобетону или рулонному материалу, но не по плоскостям склеивания; - эластичность; относительное удлинение при разрыве в 20 раз превышает нормативные требования, что очень ценно при деформациях основной несущей конструкции от знакопеременных нагрузок; - химическую стойкость по отношению к щелочным средам, нефтепродуктам и солевым растворам, образующимся на мостовом полотне при борьбе с гололедом; - биостойкость; - термостойкость при воздействии на гидроизоляцию укладываемой и уплотняемой катками горячей (до + 180С) асфальтобетонной смеси, а также сохранение прочности, достаточной для прохождения по гидроизоляции дорожных машин при нагреве ее и ортотропной плиты в летнее время солнечными лучами до + 90С; - водостойкость и водонепроницаемость, уникальный эффект "самозалечивания" при мелких повреждениях в виде проколов.
Высокая адгезионная прочность гидроизоляции к металлу, в том числе огрунтованному на заводе-изготовителе конструкций, позволяет не производить весьма трудоемкую и вредную для здоровья рабочих операцию по сплошной пескоструйной очистке поверхности ортотропной плиты. На ней не должно быть жировых загрязнений, влаги, пыли и рыхлой ржавчины. Жировые пятна удаляют растворителем (бензином, уайт-спиритом), влагу и пыль - продувкой сухим сжатым воздухом, рыхлую ржавчину - дорожно-уборочными машинами с металлическими щетками и пневмоотсосом пыли. Кроме того, с поверхности удаляют брызги и: наплывы металла от сварки. Наличие на неогрунтованнои поверхности металла тонкого слоя плотной прочно сцепленной ржавчины темно-коричневого цвета не является браковочным признаком.
Поверхность металла ортотропных плит на мосту через р. Обь в Сургуте была покрыта заводской грунтовкой стил-пэйнт-цинк и подготовка ее заключалась лишь в удалении случайных загрязнений и продувке сухим сжатым воздухом непосредственно перед наклеиванием гидроизоляции.
Работы по устройству рулонно-мастичной гидроизоляции "Поликров" рекомендуется выполнять при положительной температуре воздуха, однако, при необходимости допускается наклейка ее при отрицательных температурах воздуха и металла до - 20С при условии обязательной просушки поверхности плиты от инея и влаги и хранении исходных материалов в отапливаемом помещении при положительной температуре. При укладке гидроизоляции на мосту через р. Обь в Сургуте температура в дневное время достигала + 50±5С у металла плиты и + 45±5С у гидроизоляционного покрытия. Колебания средней температуры составляли от + 30±5С днем до + 15±5С в ночное время. Такие колебания температуры явились причиной появления наиболее типичных дефектов - отдельных вздутий (пузырей) диаметром от 10 до 30 мм, образующихся вследствие выделения паров растворителя из мастики при высокой температуре в местах наибольшего ее скопления. Эти дефекты легко устраняются благодаря уникальной способности гидроизоляции "Поликров" к самозалечиванию. В месте дефекта гидроизоляцию прокалывали шилом под углом 30-45, прикатывали рулонный материал и выдавливали пары растворителя с последующей обработкой места прокола мастикой "Поликров М-140" в один слой. После просушки мастики М-І 40 наносили два слоя праймера "Полибит". Выполняли эту операцию в часы наибольшего прогрева гидроизоляционного полотна, когда образуется максимальное давление паров растворителя под рулонным материалом. Аналогичным способом устраняли отслоения рулонного материала вдоль валиков усиления, сварных швов.
Укладку гидроизоляции производили от обеих кромок мостового полотна к его середине с общим потоком работ вдоль моста (рис. 2.46). Рулонный материал раскатывали на чистой поверхности ортотропной плиты и в таком состоянии выдерживали 1,5-2 ч. Затем раскраивали на полотнища длиной по 4-5 м для удобства наклейки. Наклейку полотнищ выполняли в приведенной ниже последовательности: клеевую мастику "Поликров М-140" наносили на поверхность металла и гидроизоляционного материала вручную с помощью капроновых щеток; мастику на поверхности выдерживали "до отлила" от 3 до 4 мин в зависимости от температуры воздуха и силы ветра; затем полотнище плотно прижимали к основанию и приклеивали, не допуская образования воздушных пузырей под полотном. Наклеивали рулонный материал с нахлестом 60-100 мм. В местах продольной и поперечной нахлестки клеевую мастику также наносили на обе приклеиваемые поверхности "Поликров-Р-200" и соединяли между собой после выдерживания "до отлила".
Колебания вант под воздействием ветра и средства по их устранению
По имеющимся в литературе сведениям [19,20,21,22,33,52,60,62,82], одной из серьезных проблем при сооружении вантовых мостов являются колебания вант в ветровом потоке. ЦАГИ был привлечен к решению этой проблемы только на этапе завершения строительства моста. Поэтому исследования колебаний вант в аэродинамической трубе не проводились, а были заменены наблюдением за поведением натурных вант моста в реальных условиях. В этих исследованиях автор принимал непосредственное участие.
Было установлено, что большинство вант, а именно с 7-й по 31-ю (речные) и с 9-й по 34-ю (береговые) подвержены колебаниям при реальных и частых скоростях ветра (от 3 до 11 м/с) при направлениях, близких к направлению, поперечному по отношению к пролетному строению. Колебания наиболее часто происходят с частотой 11-15 Гц, т.е. по высоким тонам с биениями. Амплитуды колебаний в пучности достигают 15 мм. Однако наблюдались и колебания вант по 1-му тону с амплитудой в пучности - 0,7-0,8 м.
На двух вантах (31-я речная и 34-я береговая) были размещены специальные тросовые демпферы (рис. 3.9). До этого эти ванты наиболее часто подвергались кблебаниям в потоке ветра. После установки демпферов колебания этих вант не наблюдались. Отработка конструкции и изготовление тросовых демпферов проводились силами ЦАГИ, а с привлечением сотрудников ОАО «Мостострой 11» под руководством автора, осуществлена установка их на большинстве вант.
Динамическая стабилизация пролетного строения, пилона или вант — это комплекс расчетных, конструктивных и организационных мероприятий, обеспечивающих предотвращение возникновения резонансных колебаний любой системы при монтаже или эксплуатации моста.
Причины, вызывающие колебания различны: - аэроупругая неустойчивость вант в ветровом потоке; - гололедо-изморозевые отложения на вантах; - взаимодействие вант с ветровым потоком при ливневых дождях; - динамическое поведение пролетного строения в поле ветровых и подвижных нагрузок; - динамическое поведение пилона при взаимодействии его с ветровым потоком. Авторами проекта вантового моста через реку Обь у Сургута, совместно с ЦАГИ и при участии автора настоящей диссертационной работы были разработаны способы стабилизации, которые позволили создать вантовую систему» обладающую высокой эффективностью, ремонтопригодностью, простую в изготовлении и монтаже, почти не требующую эксплуатационных затрат.
При оценке ветрового воздействия на работу конструкции ее расчеты на ветровое воздействие были выполнены в соответствии с нормативными документами СНиП2.05.03-84 , СНиП 2.01.07-85. Величина ветровой нагрузки определялась как сумма статической и пульсационной составляющих в двух вариантах: с нормативными коэффициентами лобового сопротивления в соответствии со СНиП 2.05.03-84 и экспериментальными коэффициентами, полученными в ходе физического моделирования.
Ветровая нагрузка, рассчитанная с использованием нормативных коэффициентов лобового сопротивления, оказалась больше ветровой нагрузки, полученной с применением экспериментальных коэффициентов. При участии автора работы был выполнен значительный комплекс исследований и поверочных расчетов по оценке напряженно-деформированного состояния вантового пролетного строения моста: - статические расчеты вантового пролетного строения в линейной и нелинейной постановках в стадии возведения и в стадии эксплуатации с учетом последовательности монтажа; - исследование влияния изменения температуры на напряженно деформированное состояние основных несущих элементов пролетного строения; - анализ поведения пролетного строения при ветровых воздействиях; - исследование аэродинамической устойчивости моста на разных стадиях его монтажа и в эксплуатации; - рассмотрение случаев постоянной скорости ветра и периодически изменяющейся во времени (в первом случае определено критическое значение постоянной скорости ветра, а во втором - критическое значение амплитуды, проанализировано влияние периода изменения ветровой нагрузки на ее критическое значение); - определение запасов устойчивости равновесия вантового пролетного строения для наиболее ответственных монтажных стадий и эксплуатации; - оценка напряженно-деформированного состояния несущих элементов пролетного строения при различных сочетаниях нагрузок и воздействий на стадиях монтажа и в эксплуатации.
В процессе исследований решалась задача по определению того, как будет реагировать упругая конструкция пилона и Байтового пролетного строения на воздействие ветрового потока, и по разработке мероприятий, обеспечивающих их аэроупругую устойчивость при монтаже и эксплуатации.
По своим конструктивным особенностям вантовый мост через р. Обь не имеет аналогов в России и сопоставим с большепролетными подвесными мостами, сооружаемыми и проектируемыми в ряде стран в последнее время.
Мостовые сооружения таких размеров, как автодорожный мост через реку Обь у Сургута, подвержены динамическому воздействию ветра, вызывающему колебания элементов конструкции, что может представлять опасность для их прочности, снизить ресурс и затруднить монтаж, обслуживание и эксплуатацию. Особенно опасна динамическая неустойчивость мостовых конструкций при воздействии ветра на стадии монтажа, которая может длиться несколько месяцев.
По исходным данным проектной организации в ЦАГИ в сотрудничестве с автором диссертации проводились расчетные исследования динамических характеристик пилона и пролетного строения на различных стадиях монтажа и при эксплуатации, определялись формы и частоты основных собственных тонов колебаний.
На жестких моделях отсеков с профилями пилона и пролетного строения в аэродинамической трубе Т-103 ЦАГИ были проведены весовые испытания с целью определения статических аэродинамических характеристик: коэффициентов лобового сопротивления Сх, подъемной силы Су, боковой силы С7 и соответствующих коэффициентов аэродинамических моментов.
Эти данные позволили провести предварительный анализ возможности возникновения аэроупругих колебаний типа галопирования.
Следующим этапом исследований явилось изготовление и испытание отсеков, выполненных по полужесткой схеме. На специально созданной динамической установке на упругой подвеске моделировались собственные частоты изгибных и крутильных колебаний пилона и пролетного строения, и, кроме того, массово-инерционные параметры натурного сооружения.
Испытания отсеков в Т-103 позволили определить критические скорости автоколебаний типа ветрового резонанса и галопирования, а также оценить опасность возникновения срывного флаттера.
Критическая скорость классического изгибно-крутильного флаттера рассчитывалась для пролетного строения по принятым в отделении аэроупругости ЦАГИ методикам. Было установлено, что критическая скорость флаттера существенно превышает максимальные значения скорости ветра, возможные для района Сургута по данным метеонаблюдений.
