|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Применение в мостостроении мегаполиса Москва композиционных материалов
Успешность развития мегалополиса Москва во многом зависит от того, удастся ли в сегодняшних благоприятных внешнеэкономических условиях сформировать инфраструктуру, которая в будущем обеспечит развитие экономики вне зависимости от влияния внешних факторов. Одной из основных причин неудовлетворительного состояния элементов инфраструктуры в настоящее время является ускоренное старение и деградация конструкций в условиях существенного несоответствия темпов работ по модернизации и роста нагрузок на дорожную сеть. Кроме того, особого внимания заслуживает экологическая проблема. Она имеет несколько аспектов: - научно-технический, связанный с минимизацией воздействий на окружающую среду за счет внедрения прогрессивных научно-технических достижений; - временной, связанный с необходимостью сокращения сроков строительства и уменьшением за счет этого степени риска по причинению ущерба; - экономический, так как следует учитывать ценность земель, временно занимаемых для нужд строительства, и затраты на их восстановление (рекультивацию) после его завершения, а также мероприятия по утилизации отходов. Мировой опыт применения КМ в мостостроении показал перспективность этих материалов для решения указанных проблем, поэтому, начиная с 1998г. при непосредственном участии НПП "АпАТэК" в России началось их внедрение. Краткая история этого процесса включает следующие этапы: 1998 - Предложение НПП АпАТэК в РЖД 2001 - Временные технические условия (НИИ Мостов, РЖД) 2002 - Фрагмент пешеходного схода 2003-04 - два Технических свидетельства РОССТРОЯ России 2003-04 - Первый в России композитный мост (Чертаново) 2004 - Первый в России композитный мост со сходами 2005 - Временные технические условия (ЦНИИС) 2005-06 - Мобильный мост 2005-07 - Парковые мосты 2007-... - Раздел по КМ в строительных нормах г. Москвы (МГСН)
Работы по созданию в России мостовых конструкций из композитных
полимерных материалов были начаты в конце 1998 по инициативе НПП
"АпАТэК" в связи с возникшей проблемой по обеспечению безопасности
мостовых конструкций РЖД в условиях резкого сокращения финансирования на
текущее содержание инфраструктуры. По заданию МПС РФ НПП «АпАТэК» совместно с
отраслевым институтом НИИ мостов и дефектоскопии МПС РФ (Санкт-Петербург) в
течение 2000 - 2001гг. на основании выполненных исследований разработали
отраслевые технические условия, регламентирующие основные этапы создания
пешеходных мостов из КМ. Кроме того, НПП «АпАТэК» для проведения долговременных
эксплутационных испытаний в 2002 году в Санкт-Петербурге был установлен
натурный фрагмент пешеходного схода из пултрузионного стеклопластика шириной 4 м и длиной
4.5 м. До настоящего времени сход эксплуатируется без каких либо замечаний
со стороны железнодорожников.
Рисунок 1
Первый
в России пешеходный мост из КМ был создан и спроектирован на основе
существующих нормативных документов для мостов из традиционных материалов, ТУ
на пултрузионный стеклопластик АпАТэК и ТУ РЖД на применение КМ в пешеходных
мостах. Мост (рисунок 1) создан совместно с фирмой Fiberline (Дания) и установлен в ноябре
2004г. Время монтажа 12 часов. Вес моста около 10 тонн, ширина 3 м, длины пролётов:
два по 13 м
и один 15 м.
Опыт эксплуатации показал правильность выбранного направления по внедрению КМ в
мостостроение, так как, например, эксплутационные расходы на его содержание
снизились более, чем в 100 раз.
В 2004г. в г. Москве возникла необходимость срочно возвести мост через
высокозагруженную железнодорожную линию (четыре пути). Дополнительной проблемой
было ограниченное пространство, которое можно использовать под строительную
площадку и складирование стройматериалов. Применение КМ для конструкции моста
позволило возвести конструкцию весом 55 т (рисунок 2) за один
месяц от начала строительства опор до его сдачи. Монтаж потребовал минимального
места для размещения конструкции и техники. Два пролетных строения шириной 5 м и длинами
пролётов 17 м
установлены с двух стоянок автомобильного крана за общее время 4,5 часа без
демонтажа контактной сети.
Рисунок 2 Создание указанных конструкций сопровождалось обширными экспериментальными исследованиями. В частности были выполнены испытания для определения: - параметров прочности и долговечности материала пултрузионных профилей - статической прочности и долговечности основных узлов конструкции моста (рисунок 3а) - статической прочности, вибрационных характеристик и ползучести фрагмента конструкции (рисунок 3б)
статической прочности и вибрационных характеристик натурной конструкции
(рисунок 3в).
Полученные экспериментальные данные и опыт конструирования и строительства пешеходных мостов из КМ позволил «АпАТэК» в 2004г. получить сертификаты Госстроя России на применении КМ в строительстве и мостостроении, а в 2005г. по заказу правительства г.Москва разработать Технические условия (ТУ) для создания мостов из КМ в Москве. Технические условия включают следующие разделы: - требования к материалу и конструкции; - допустимые отклонения конструкций и элементов; - требования к расчету конструкций, элементов и соединений; - правила приемки; - правила транспортирования и хранения; - правила сборки, монтажа и эксплуатации конструкций пешеходных мостов из стеклопластиковых элементов; - требования по безопасности. Первым объектом, спроектированным в соответствии с ТУ, стал мобильный мост со сходами, изготовленный по заказу правительства г. Москва.
Мост предназначен для быстрой установки через высокозагруженные магистрали г. Москвы во время проведения ремонтных и строительных работ (рисунок 4а). Основные требования к конструкции: - минимальное время монтажа и площадь, необходимая для установки конструкции; - установка на легкие временные опоры; - перевозка неспециальным транспортом; - хранение на открытом воздухе. Комплект моста состоит из пролётного строения: 6 легко соединяемых между собой блоков (4 по 6 м и 2 по 9 м) и 2 цельнокомпозитных схода. Первая установка мобильного моста (рисунки 4б и 4в) осуществлена 3 декабря 2006г. в г. Москва через Садовое кольцо в районе станции метро Смоленская. Время перекрытия движения 3 часа. Время монтажа пролётного строения 20 минут. На рисунке 5 представлен настил из КМ профилей на металлическом пролетном строении через федеральную автомобильную трассу недалеко от Москвы. Основной проблемой при строительстве моста являлись сжатые сроки возведения и необходимость выполнения работ при отрицательных температурах. Первоначальный проект предусматривал заливку бетоном настила в полевых условиях, строительство промежуточной опоры и две остановки движения по автомобильной трассе. Замена железобетонного настила на КМ позволило выполнить установку пролётного строения за один подъём без строительства промежуточной опоры и отказаться от бетонных работ. Время остановки движения по шоссе 1 час. В таблице 1 приведён расчёт технико-экономической эффективности применения настила из ПКМ вместо железобетонной плиты прохожей части. Параметры сооружения: длина пролетного строения 56м, ширина пролетного строения в осях перильного ограждения 4м. Основной технико-экономический эффект: уменьшение массы элементов пролётного строения на 63% и уменьшение стоимости устройства элементов пролётного строения на 12% Таблица 1
Рисунок 5 Кроме ферменных мостов в 2005 ¸ 2006 гг. были спроектированы и построены вантовый мост, а также несколько балочных мостов (рисунок 6). Все мосты установлены в парках или зонах отдыха, где эксплутационное обслуживание затруднено. В таблице 2 приведён расчёт технико-экономической эффективности перильных ограждений из стеклопластика по отношению к ранее устанавливаемым чугунным. Основной эффект: уменьшение массы перильного ограждения в 13 раз, уменьшение эксплуатационных затрат в 80 раз, расчётный срок окупаемости 7лет. Таблица 2
Рисунок 6 На рисунках 7 и 8 представлено несколько перспективных мостовых конструкций, проекты которых были разработаны, но по различным причинам пока не реализованы. На рисунке 7а изображен мобильный типовой пешеходный арочный мост с длиной пролёта до 15 м. Предназначен для установки на малых реках города Москвы в основном в зонах отдыха. Мост изготавливается полностью в заводских условиях и устанавливается за один подъём, создавая минимальный неудобства отдыхающим и не оказывая вредного воздействия на окружающую среду, как во время установки, так и в процессе эксплуатации. Дополнительным плюсом конструкции является возможность выполнения работ по установке в зимнее время. Рисунок 7 Торгово-пешеходный мост (рисунок 7б) позволяет решать наряду с упомянутыми выше проблемами мегалополиса дополнительно вопрос с финансированием строительства, за счёт того, что вместе с созданием пешеходного перехода создаётся и коммерческая недвижимость, привлекательная для потенциальных инвесторов. Применение традиционных материалов для выполнения подобного проекта затруднительно по условиям эксплуатации, так как обслуживание силовой конструкции при большом количестве собственников неминуемо столкнётся с большими проблемами. Рисунок 8 На рисунке 8 представлен проект увеличения пропускной способности существующих автомобильных дорог за счёт строительства эстакады. Каркас эстакады стальной, настил из КМ. Преимуществом проекта является малая площадь опор и возможность возведения конструкции без длительного закрытия движения по автостраде. Выполненные и перспективные проекты подтвердили основные преимущества применения КМ в густонаселённых районах: - снижение времени и стоимости монтажа; - минимальная площадь строительной площадки и опор; - низкие затраты при транспортировке и складировании; - минимальное время остановки движения; - возможность строительства в холодное время года; - повышение долговечности и надежности сооружений и их элементов при снижении эксплуатационных затрат; - продление срока службы и увеличение пропускной способности существующих конструкций.
На основании выполненных проектов начаты работы по включению в Московские
городские строительные нормы (МГСН) "Проектирование городских мостовых
сооружений" раздела с новым строительным материалом - пултрузионным стеклопластиком в разделы Пешеходные мосты и Пешеходные
сооружения тоннельного типа. Таким образом, за последние 10 лет в России
пройден путь от ведомственных стандартов для единичных объектов из КМ до
общероссийских норм для массового их применения.
|
28 марта 2023 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||