Ключевые слова: грузоподъемность, железобетонный мост, усиление, композитные материалы
Железобетонные мосты повсеместно возводятся при строительстве развязок автомагистралей. В ближайшие годы с ростом транспортной сети их количество будет только увеличиваться. Одновременно с увеличением числа автодорожных мостов стремительно растет интенсивность транспортных потоков, что, несомненно, приводит к увеличению нагрузки на искусственные сооружения.
На автомобильных дорогах России эксплуатируется большое количество железобетонных мостов, построенных в разные года и запроектированных под разные нормативные нагрузки: Н-13, НГ-60; Н-18, НК-80; Н-30, НК-80; А8, НГ-60; А11, НК-80. Они в свою очередь не были рассчитаны на такую перспективу роста интенсивности движения и увеличения транспортных нагрузок. Приблизительно четверть мостов на автомобильных дорогах общего пользования находится в неудовлетворительном состоянии и не соответствует современным требованиям по грузоподъемности, потому что на сегодняшний день нормативными нагрузками при проектировании мостов являются А14 и Н14.
В мостовых конструкциях возникают различные дефекты и повреждения, связанные как с агрессивным воздействием окружающей среды, так и с физическим износом сооружения, ограничивающим срок службы. Кроме физического износа, происходит моральное отставание мостов от постоянно возрастающих требований в связи с увеличением нормативных нагрузок и скоростей движения. В результате физического и морального износа грузоподъемность мостов снижается. Восстановить ее можно за счет строительства новых или реконструкции существующих мостов.
Строительство новых мостов требует большого вложения денежных инвестиций, поэтому чаще всего для восстановления несущей способности моста требуется заменить, добавить или усилить отдельные балки. Это можно сделать при реконструкции моста. Она позволяет возобновить или повысить пропускную способность мостов и их грузоподъемность в максимально короткие сроки при минимальных затратах.
Основные достоинства реконструкции мостов перед строительством новых: максимальное использование существующих конструкций, частичное или полное сохранение движения автомобильного транспорта по мосту в период реконструкции, экономия строительных материалов и минимальная трудоемкость работ.
Можно выделить несколько основных способов увеличения несущей способности пролетных строений мостов:
− увеличение сечения определенных элементов железобетонного пролетного строения;
− установка высокопрочных преднапряженных элементов в виде стержней, канатов и т. д.;
− наклейка листовой и стержневой арматуры в зонах ослабления;
− усиление балок шпренгелями;
− усиление балок с использованием композитных материалов.
Рис.1. Классический метод усиления
Представленные возможные варианты усиления с использованием стальных арматурных и профильных элементов имеют ряд недостатков:
− увеличение собственного веса конструкции;
− имеются затруднения с сопряжением существующих и вновь устанавливаемых элементов для их совместной работы, необходимость вскрытия существующих арматурных стержней для приварки к ним новых;
− стальные элементы усиления подвержены коррозии, поэтому нуждаются в дополнительных работах по антикоррозийной защите и систематических ремонтах антикоррозийного покрытия.
Действенным способом увеличения несущей способности железобетонных пролетных строений считается использование современной технологии усиления композитными материалами.
Рис. 2. Усиление с помощью композитных материалов
В зависимости от типа волокон композитные материалы подразделяют на основе углеродных волокон, арамидных волокон и стекловолокон. В композиционных материалах на основе стекловолокон используются кварцевые стекла. Преимущество всех типов стекловолокон — их сравнительно невысокая стоимость. Арамидные волокна аналогичны нейлону. По сравнению со стеклянными обладают более высокой прочностью и упругостью. Они более пластичны при действии растягивающих нагрузок, но при сжатии остаются упругими до разрушения. Арамидные волокна обладают хорошей выносливостью и жесткостью, а также низкими электро- и теплопроводностью. Наибольшее применение для ремонта и усиления строительных конструкций получили композитные материалы на основе углеродных волокон, обладающие высокой прочностью на растяжение и сжатие и близким к стали модулем упругости, а также стойкостью к различным агрессивным средам. Аналогичные материалы на основе арамидных волокон имеют недостаточную прочность на сжатие, а стеклопластики — относительно низкий модуль упругости. Модуль упругости композиционных материалов имеет важное значение при усилении строительных конструкций.
Для ремонта и усиления железобетонных пролетных строений применяются композитные материалы, подразделяющиеся на две основные группы:
− Холсты (рис. 4). Они поставляются в рулонах и применяются при так называемом «мокром» способе. Наклеиваются послойно на поверхность усиливаемой конструкции с помощью специальных эпоксидных смол. Композит формируется при отверждении смолы в естественных условиях.
− Ламинаты (рис. 3). Производятся в заводских условиях путем пропитки тканей полимерными составами с последующим формированием пакета из необходимого количества слоев ткани и протяжкой через систему валиков с прессованием и термообработкой до полного отверждения смолы. В результате получаются жесткие композиционные ленты.
Рис. 3. Ламинат
Рис. 4. Холст
Таким образом выходя из выше изложенного можно сделать вывод, что системы с использованием композитных материалов по сравнению традиционными материалами и методами усиления имеют следующие преимущества:
− не утяжеляют конструкцию;
− значительно не изменяют геометрию сооружения;
− обладают высокой прочностью и выносливостью;
− высокая стойкость к агрессивным воздействиям внешней среды;
− отсутствие коррозии;
− материал удобно использовать для усиления любых по форме конструкций;
− меньше трудозатрат на производства работ;
− проведение работ без остановки движения по мостам.
Литература:
- Шилин А. А., Пшеничный В. А., Картузов Д. В. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стройиздат. 2004. 139 с.
- СТО 70386662–101–2012. Стандарт организации. Применение внешнего армирования MBrace для усиления главных балок железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов. Москва 2012.
- СТО 13613997–001–2011. Стандарт организации. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Зика Россия. 2011. 55 с.
- Дементьев В. А., Волокитин В. П., Анисимова Н. А. Усиление и реконструкция мостов на автомобильных дорогах. Учебное пособие. Воронеж, 2006.
