В статье рассмотрены предпосылки появления деформационных швов, первые их конструкции. Выявлены основные функции ДШ. Проанализированы некоторые типы и характеристики современных швов на основе сравнительного анализа. Разобраны основные тенденции в проектировании и усовершенствовании ДШ.
Ключевые слова: деформационный шов, автодорожный мост, усовершенствование, тенденции
С начала развития мостостроения велись исследования и работы по возможному устранению деформаций мостовых сооружений, возникающих вследствие тех или иных факторов. Первым фактором, послужившимустановлению особых конструкций, сдерживающих деформацию, стало изменение температуры пролетных строений. Конструкция моста попросту не справлялась с усилиями, возникающими вследствие температурных скачков элементов мостового сооружения. Было установлено, что без возможности свободного перемещения концов пролетных строений коллапсы неизбежны.
Начали предусматриваться разрывы несущих мостовых конструкций, которые, в свою очередь, поддерживались специальными опорами, обеспечивающими свободное перемещение пролетов моста [1; 2; 3,34;4,67;5,323;6,123].
Изначально брался во внимание лишь температурный фактор, под влиянием которого обеспечивались напряжения в пролетных частях мостов. Как следствие, разрывы именовались температурными зазорами. В дальнейшем начался учет иных факторов деформации мостовых сооружений, и понятие температурного зазора расширилось: в применение вошли характерные конструкции, обеспечивающие свободное перемещение транспортных средств по мосту [7, 113; 8;55; 9,143; 10,46]. Эти конструкции были названы деформационными швами.
С развитием технологий и профессиональных навыков инженеров-строителей роль деформационного шва в мостовом сооружении неоспоримо увеличивалась. Было установлено, что неисправности ДШ могут приводить к значительным повреждениям конструкций моста: пролетных строений, опор, опорных частей, фундаментов опор, мостового полотна — словом, всех основных элементов мостового сооружения. Важно, что от состояния ДШ зависит также и безопасность движения по мосту как транспорта, так и пешеходов [11, 69; 12;103; 13,77].
Основная часть
Поперечное, продольное и вращательное перемещения концов пролетных строений могут быть вызваны факторами:1-Изменением температуры;2-Временными динамическими нагрузками; 3-Осадкой фундамента;4-Деформацией металла;5-Усадкой.
Для эффективной эксплуатации должна быть всецело определена роль ДШ, оценено выполнение поставленных задач, спрогнозировано поведение ДШ в течение нескольких лет.
При выборе ДШ для мостового сооружения необходимо иметь представление об основных типах ДШ, их поведении при эксплуатации.Рассмотрим некоторые основные типы ДШ с сопутствующим описанием возможных дефектов, их симптомов и причин.
Таблица 1
|
ДШ закрытого типа |
Предполагаемое время эксплуатации: 10–12 лет |
|
|
Формируется из пластичного материала, также образующего дорожную поверхность над зазором ДШ. Металлическая пластина поддерживает заполнение ДШ. Пригоден при малом диапазоне перемещений. |
|
Дефекты: |
Нарушение сцепление между пластиной и дорожным покрытием; раздробление дорожного покрытия; образование трещин; разрушение материала металлической пластины; протечки. |
|
ДШ перекрытого типа |
Предполагаемое время эксплуатации: 25 лет |
|
|
Составные части: перекрывающиеся пластины, эластичный компенсатор, гидроизоляционный слой. Пригоден при большом диапазоне перемещений. |
|
Дефекты: |
Износ поверхностей, расшатывание болтов крепления; разрыв эластичного компенсатора; засорение; коррозия металла. |
|
ДШ супругими компенсаторами |
Предполагаемое время эксплуатации: 10 лет |
|
|
Упругий компенсатор прикрепляется к металлическим брускам. Бруски удерживаются за счет резиновых подкреплений, соединенных с мостовым полотном. Пригоден при среднем диапазоне перемещений. |
|
Дефекты: |
Выход, прокол или поломка упругого компенсатора; изнашивание металлических брусков; коррозия металла; износ металлических компонентов; протечки; подпочвенные компоненты; растительность; засоры. |
|
ДШ заполненного типа |
Предполагаемое время эксплуатации: 5 лет |
|
|
Заполняющие материалы предохраняют от повреждений смежные части дорожного полотна; две части заполнений поддерживают компенсатор. Компенсатор может быть заменен отдельно. Пригоден для очень малых перемещений. |
|
Дефекты: |
Смещение компенсатора под воздействием засора; разбалтывание компенсатора из-за температурных колебаний; разрушение заполняющих материалов и нарушение их сцепления со смежным дорожным полотном; протечки. |
В настоящее время качественная служба ДШ любого типа и соответствующих деталей — серьезная проблема, касающаяся содержания мостового сооружения. Цена установки ДШ несоизмерима с последующими расходами на их ремонт и содержание. Расходы могут быть связаны со всеми вышеперечисленными дефектами.
Наряду со структурированием существующих знаний о ДШ проводятся исследования новых типов и материалов конструкций швов. Новые детали включаются в конструкцию ДШ для увеличения срока службы шва. Важна правильная установка шва.
Усовершенствования в конструкции ДШ могут быть достигнуты посредством использования новых герметизирующих материалов, способных вытеснить обычно используемый неопрен. Например, уретановые и силиконовые компенсаторы. Иной вариант усовершенствования — включение слоев изармирующих волокон: кевлара или нейлона. Данные материалы способны обеспечить большее сопротивление материалов и сохранить пластичность ДШ в течение большего периода эксплуатации, нежели неопрен.
Протечки ДШ — не менее существенная проблема. Соленая вода с содержанием хлоридов высоких концентраций впитывается в бетон и приводит к коррозии металла. Ржавеющая сталь расширяется, что приводит к отслаиванию от бетона.
Использование в России свободных водосливных желобов под ДШ закрытого типа показывает, что обеспечение особой защиты ДШ от протечек — необходимый подход при проектировании ДШ. Альтернативой водосливным желобам свободного типа могут служить желоба, прикрепляющиеся к нижней части мостового полотна. Такие конструкции исключают накопление мусора в желобе и, как следствие, требуют лишь незначительный наклон для водослива. Под резиновым компенсатором могут устанавливаться вставки из пеноматериала, препятствующие засорению основных мостовых элементов или желоба.
В странах с обильными снегопадами тенденцией проектирования ДШ стал отказ от проектирования и эксплуатирования ДШ с армированными краями, деформирующимися под воздействием снегоуборочных машин.
Зафиксировано, что многие зарубежные строительные организации стремятся свести к минимуму наличие ДШ или сократить их ширину. Они отмечают, что отказ от использования ДШ может стать основной целью при проектировании автодорожных мостов в ближайшем будущем.
Выводы
Основные тенденции совершенствования ДШ сводятся к минимизации затрат на их содержание в период эксплуатации, а также на:
– Использовании новых герметизирующих материалов (уретан и силикон);
– Использовании свободных водосливных желобов под ДШ закрытого типа для защиты от протечек;
– Включении слоев из армирующих волокон (кевлар и нейлон);
– Отказе от проектирования и эксплуатирования ДШ с армированными краями в странах с обильными снегопадами.
Кроме того, среди зарубежных организаций-проектировщиков прослеживается тенденция сведения к минимуму длины ДШ и уменьшения их количества.
Литература:
- Пастушков В.Г, Овчинников И. Г., Овчинников И. И. (2012). Деформационные швы фирмы RW Sollinger Hutte;
- Ефанов А. В., Овчинников И. Г., Шестериков В. И., Макаров В. Н.(2005). Деформационные швы автодорожных мостов: особенности конструкции и работы.
- Лазарев Ю. Г. Транспортная инфраструктура (Автомобильные дороги). Монография — LAP LAMBERT, Германия: 2015. 173 с.
- Ватин Н. И., Производство работ. Определение продолжительности строительства воднотранспортных сооружений/ Н. И. Ватин, Г. Я. Булатов, Т. Ф. Морозова, А. В. Улыбин// Учебное пособие: СПб, СПбПУ, 2013. 116 с.
- Лазарев Ю. Г., Новик А. Н., и др., Изыскания и проектирование транспортных сооружений: Учебное пособие /Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, В. Г. Терентьев, С. А. Сидоров, С. А. Уколов, В. А. Трепалин / СПб.: ВАТТ, 2008. 392 с.
- Ермошин Н. А. Эксплуатация, восстановление и техническое прикрытие военно- автомобильных дорог: Учебник / Н. А. Ермошин, Ю. Г. Лазарев, С. В. Алексеев, В. Г. Лунев, Б. Г. Ашуркин, А. Н. Новик, В. А. Трепалин, Д. Л. Симонов, В. Т. Колесников/ СПб: ВАТТ, 2015. 312 с.
- Лазарев Ю. Г., Строительство автомобильных дорог и аэродромов: Учебное пособие. / Ю. Г. Лазарев, А. Н. Новик, А. А. Шибко, С. В. Алексеев, Н. В. Ворончихин, А. Т. Змеев, С. А. Уколов, В. А. Трепалин, С. В. Дахин, В. Т. Колесников, Д. Л. Симонов // СПб.: ВАТТ. 2013. 528 с
- Лазарев Ю. Г., Собко Г. И. Реконструкция автомобильных дорог: Учебное пособие. СПб. 2013. 93 с.
- Лазарев Ю. Г., Обоснование деформационных характеристик укрепленных материалов дорожной одежды на участках построечных дорог. / Ю. Г. Лазарев, П. А. Петухов, Е. Н. Зарецкая/ Вестник гражданских инженеров. 2015. № 4 (51). С. 140–146.
- Лазарев Ю. Г. Формирование потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог / Ю. Г. Лазарев, Д. Л. Симонов, А. Н. Новик/ Технико — технологические проблемы сервиса. СПб.: 2016. № 1(35). С. 43–47.
- Рустенбек С. Д. Формирование базы данных для тестирования дорожных одежд/ С. Д. Рустенбек, Д. Ю. Кириллова, Ю. Г. Лазарев// Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2016. № 2–2. С. 68- 72.
- Лазарев Ю. Г., Громов В. А. Современные требования к обеспечению потребительских и эксплуатационных свойств автомобильных дорог // В сборнике: Инновационные технологии в мостостроении и дорожной инфраструктуре. Материалы межвузовской научно- практической конференции. 2014. С. 102–109.
- Ватин Н. И., Моделирование набора прочности бетона в программе ELCUT при прогреве монолитных конструкций проводом/ Н. И. Ватин, М. О. Дудин, Ю. Г. Барабанщиков// Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2 (54). C. 33–96.
