В настоящее время использование композитных материалов можно считать глобальным трендом мирового мостостроения. Высокие физико-механические характеристики стеклопластика позволили использовать пултрузионные профили в качестве элементов мостовых конструкций. Более того, эта область применения выделилась в отдельное направление. В России количество объектов, построенных с помощью подобной технологии, не так велико, как в Западной Европе и США, тем не менее анализ поведения конструкций существующих сооружений в период эксплуатации играет не последнюю роль.

1999 года ФГУП «НИИ мостов и дефектоскопии» (НИИ мостов) занимается изучением вопроса о возможностях применения композитных материалов для мостостроения. Именно тогда в сотрудничестве с НПП «АпАТэК», на основе проведенных лабораторных статических испытаний образцов, впервые были определены конструктивные элементы композиционных пешеходных мостов, изготовленных с использованием метода пултрузии.

В 2000 году сотрудники НИИ мостов разработали методику испытаний элементов из композиционных материалов, для чего было изготовлено соответствующее оборудование. Затем в испытательном центре института проводились испытания на прочность и выносливость моделей элементов пешеходных мостов, изучалось влияние климатических условий, стойкость конструкций к воздействию агрессивных сред. После чего прошли первые лабораторные испытания фрагмента композитного пешеходного пролетного строения (I = 6,0 м), а также многочисленные статические и динамические исследования пешеходных мостов, построенных НПП «АпАТэК».

Программа включала в себя испытания образцов композитного материала:

• на старение при воздействии искусственно созданных климатических факторов: воздействия положительной температуры и влажности воздуха, отрицательной температуры, перепадов температуры, воздействие светового потока (ультрафиолетового излучения) за год и несколько лет с прогнозом старения образцов за всю продолжительность эксплуатации моста (100 лет);
• на стойкость в не напряженном состоянии к воздействию жидких агрессивных сред (масла, кислоты, едкий натр) по изменению физических свойств образцов;
• на стойкость к воздействию плесневых грибов;
• на ползучесть под воздействием длительной статической нагрузки.

Результаты исследований показали, что протестированные стеклопластики могут быть использованы в проектах типовых пешеходных мостов и при изготовлении мостовых брусьев.

Следует отметить, что при проектировании пролетных строений требуются данные о несущей способности монтажных стыков элементов. Они осуществляются с помощью металлических болтов с металлическими накладками. К сожалению, на сегодняшний день практически неизученной остается работа стыка на контакте «композитный материал - металл».

На основании накопленного опыта в области испытаний, проектирования и строительства опытных конструкций мостов из композитных материалов складывается определенное мнение по ряду вопросов, являющихся наиболее важными при дальнейшем распространении данной технологии в отечественном мостостроении.

1. По результатам обследования конструкций мостов из композитных материалов специалисты НИИ мостов пришли к выводу, что пролетные строения, опоры и лакокрасочное покрытие находятся в удовлетворительном состоянии. С момента сдачи объектов в эксплуатацию до настоящего времени дополнительных эксплуатационных затрат не потребовалось. По своим техническим характеристикам мосты обеспечивают пропуск пешеходной нагрузки согласно СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».

В число обследованных объектов вошли:

• пешеходный мост в районе платформы Чертаново. Дата сдачи в эксплуатацию - октябрь 2004 года;
• пешеходный мост через платформу Косино. Дата сдачи в эксплуатацию - июль 2005 года;
• мобильный сборно-разборный пешеходный мост на Смоленской площади в Москве. Дата сдачи в эксплуатацию - 2007 года;

2. Ремонтопригодность мостового сооружения, то есть возможность замены узла или элемента конструкции должна обеспечиваться за счет легкого монтажа/демонтажа пролетного строения. Ремонт и усиление дефектных зон могут выполняться с использованием специального клея, механического крепежа и композитных накладок.

3. Климатические испытания с композитным материалом, разработанным НПП «АпАТэК», проводились в диапазоне -45...+ 60 °С и показали хорошую стабильность механических свойств.

4. Снижение прочностных характеристик композитных материалов во времени определяется при испытании стандартных образцов и учитывается при проектировании пролетного строения. Расчетный срок эксплуатации несущих конструкций пешеходных мостов из композитного материала, спроектированных в соответствии с существующей нормативной базой, составляет 100 лет.

5. Проектирование пешеходных мостов из композитных материалов рекомендуется проводить с использованием российских нормативных документов. Расчет конструкций производится по предельным состояниям. К сожалению, на сегодняшний день разработанный стандарт отрасли «Конструкции пролетных строений пешеходных мостов из композиционных материалов через железнодорожные пути. Общие технические условия» не утвержден.

6. Необходимо разработать нормативные документы, предъявляющие требования по качеству при изготовлении композитных материалов для мостостроения. Качество материалов при изготовлении конструкций гарантирует предприятие-изготовитель.

Широкому внедрению композитных материалов при строительстве искусственных сооружений на железных дорогах препятствует прежде всего отсутствие общероссийской нормативной базы. Проектирование и строительство ведется по требованиям ведомственных СТО, ТУ и других документов, что приводит либо к излишним запасам прочности и повышенным расходам материалов, либо к снижению качества конструкций. Поэтому в первую очередь необходимо разработать:

• свод правил «Проектирование конструкций искусственных сооружений на железных дорогах из композитных материалов»;
• свод правил «Изготовление и монтаж конструкций искусственных сооружений на железных дорогах из композитных материалов».

Для разработки первого документа совместно с предприятиями-изготовителями  требуется   провести длительные лабораторные испытания с целью:

• изучения свойств композитных материалов, выпускаемых разными предприятиями, с применением разных технологий, компонентов;
• проверки стабильности характеристик продукции разных партий;
• изучения работы стыка на контакте «композитный материал - металл»;
• разработки методику определения величин коэффициентов условий работы и коэффициентов продольного изгиба для композитных материалов.

Для разработки второго документа необходимо на основании опыта действующих предприятий выбрать и рекомендовать:

• технологии изготовления различных конструкций, правила входного контроля композитных материалов;
• методы контроля и испытаний готовых конструкций;
• правила транспортировки и хранения, монтаж на объекте;
• обследования и испытание готовых конструкций;
• требования безопасности при изготовлении и монтаже.

На следующем этапе внедрения конструкций совместно с проектными институтами должны быть выполнены типовые проекты (из композитных материалов):

• пешеходных мостов;
• плит безбалластного мостового полотна;
• мостовых брусьев;
• плит пешеходного настила;
• перильных ограждений;
• настилов смотровых приспособлений;
• пассажирских платформ.

При разработке каждого типового проекта необходимо составить техническое задание, уточнить проектные варианты и выбрать оптимальные решения, разработать детальные технические решения, изготовить опытные образцы и провести испытания.

«ДОРОГИ. Инновации в строительстве» №37 Май - 2014 www.techinform-press.ru