Современные деформационные швы автодорожных мостов
Так как стоимость деформационных швов в автодорожных мостах составляет не более 1,5% общей стоимости моста, а потребительские свойства мостового сооружения весьма сильно зависят от работоспособности деформационных швов, было бы недальновидным принимать во внимание только стоимость швов при выборе их конструкций - очень важных для нормальной эксплуатации и долговечности мостового сооружения.
КЛАССИФИКАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ШВОВ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ
В настоящее время известно большое количество различных деформационных швов и их отдельных узлов. Создалась необходимость их систематизации по общим признакам, чтобы проанализировать не только свойства конструкций того или иного типа, но и характер, а также условия взаимодействия отдельных элементов швов в процессе эксплуатации. Наиболее наглядна классификация по видовому признаку. По внешнему виду конструкции деформационных швов могут быть разделены на открытый, закрытый, заполненный и перекрытый типы.
У открытого типа шва есть незаполняемый зазор между сопрягаемыми конструкциями. В швах закрытого типа зазор между сопрягаемыми конструкциями сверху закрыт покрытием проезжей части, уложенным без разрыва, а в швах заполненного типа зазор заполнен каким-либо материалом. В заполненных швах покрытие выполнено с разрывом, поэтому с проезжей части видны как кромки зазора, так и само заполнение. В швах перекрытого типа зазор между сопрягаемыми конструкциями перекрыт в уровне верха проезжей части каким-либо элементом.
Каждый тип шва внутри разделен на подгруппы по признакам, которые так же характеризуют видовые изменения в конструкции, причем для каждого типа эти признаки различны. Так, для швов заполненного типа таким признаком является материал заполнения (конструкции с мастичным заполнением и с резиновыми компенсаторами), а перекрытого - вид перекрывающего элемента (скользящий лист, перекрывающая железобетонная плита, гребенчатая плита и т. п.). В швах открытого типа перемещения концов пролетных строений вызывают изменение ширины видимой щели, в закрытых швах - деформацию асфальтобетонного покрытия, в заполненных - деформацию материала заполнения, а в перекрытых - смещение перекрывающих элементов относительно друг друга или относительно пролетного строения.
Кроме разделения по видовому признаку, конструкции швов подразделяют на группы по расположению их в проезжей части (в пределах между тротуарами), под трамвайным полотном, в тротуарах, в бордюре. Такая группировка конструкций является побочной классификацией деформационных швов. Побочные классификации могут быть построены и по другим признакам, однако все они должны дополнять или пояснять основную классификацию.
Опыт эксплуатации мостов, накопленный в Западной Европе, в частности, в Германии и Австрии, показал, что долговечность деформационных швов и гидроизоляции практически определяет долговечность всего сооружения. Огромное количество зарегистрированных в 60-е гг. прошлого века повреждений на мостах вызвало среди специалистов-мостовиков и государственных органов большую дискуссию, направленную на поиск выхода из этой ситуации. Назрела необходимость создания системы государственного контроля и допуска конструкций деформационных швов для применения в мостовых сооружениях. Суть этой системы состоит в следующем:
- разработка нормативных требований к изделиям;
- назначение органов, производящих проверку соответствия изделий нормативным требованиям;
- процедура государственного допуска изделий на их применение в мостовых сооружениях - назначение органов, производящих вневедомственный контроль за изготовлением и монтажом изделий на предмет соответствия серийно изготавливаемой продукции тем экспериментальным образцам и тем техническим условиям, которые послужили бы основанием для разрешения на применение изделий.
Другими словами, государство на основании рекомендаций специалистов должно определить перечень приоритетных технических требований, которым должны удовлетворять деформационные швы, установить порядок проверки соответствия этим условиям и выполнять постоянный надзор за производством и монтажом, чтобы быть уверенным, что на практике применяются такие же изделия (швы), что и при процедуре допуска. Такая система в настоящее время внедрена в Германии и в Австрии, делаются попытки внедрить аналогичный опыт в США, создан европейский комитет и ведутся переговоры по созданию общеевропейских норм.
Опыт Германии и Австрии доказал необходимость и целесообразность такого подхода к применению этих элементов мостовых сооружений. Причем была выработана концепция, в рамках которой предусмотрен единый подход и "выкристаллизованы" единые требования. Для деформационных швов автодорожных мостов эти требования формулируются следующим образом:
1. Водонепроницаемость деформационного шва;
2. Долговечность и надежность (определяются главным образом выносливостью конструкций);
3. Минимальные затраты на эксплуатацию;
4. Минимальные реактивные усилия, передаваемые на несущие конструкции;
5. Возможность в широком температурном диапазоне равномерно регулировать зазоры между элементами швов, воспринимать перемещения пролетных строений во всех направлениях и плоскостях;
6. Возможность, при необходимости, редуцировать шумовую эмиссию в различных направлениях при проезде;
7. Простота и удобство монтажа.
Перечисленные выше пункты, определяющие современную концепцию деформационных швов, послужили предпосылками для разработки технических требований к применяемым конструкциям. Дискуссии специалистов закончились созданием и внедрением в Германии и Австрии (эти страны во многом определяют европейский рынок) перечня технических требований к деформационным швам всех существующих типов и методов их лабораторных испытаний на соответствие этим требованиям.
В Германии и Австрии спор между организациями, эксплуатирующими мосты и требующими в целях снижения расходов на ремонты и содержание мостов отказаться от посыпки проезжей части мостов хлоридсодержащими составами в зимний период, и организациями, отвечающими за безопасность движения и настаивающими на применении соли для посыпки, закончился полной победой последних. Это определило одно из главных требований к конструкции деформационного шва - ее герметичность. Известно, что вода является практически врагом номер один для конструкций, особенно опасны агрессивные растворы на основе хлоридов.
Не менее важно требование обеспечения выносливости конструкций деформационных швов. Исходным пунктом при этом является предпосылка, что деформационные швы должны заменяться не ранее, чем через 20 лет совместно с капитальным ремонтом сооружения. Поэтому и рассчитываться они должны, исходя из их расчетной долговечности - 20 лет, а испытываться в лаборатории эти конструкции должны, исходя из требуемой долговечности - 30 лет (с коэффициентом запаса 1,5).
В рамках этой концепции должны быть сформулированы правила, в соответствии с которыми в сооружениях, финансируемых из государственного бюджета, могут быть применены только те конструкции деформационных швов, что разрешены к применению Министерством транспорта. В свою очередь Министерство транспорта разрешает к применению только те конструкции, которые прошли испытания в соответствии с утвержденными нормами в определенных Министерством транспорта лабораториях и изготовление и монтаж которых подвергаются вневедомственному контролю независимыми учреждениями, определенными государством и располагающими квалифицированным персоналом.
Заметим, что, по мнению специалистов фирмы Maurer (одного из ведущих разработчиков и поставщиков деформационных швов для мостов), для обеспечения вышеуказанных требований нельзя допускать, чтобы какой-либо элемент деформационного шва выполнял несколько совмещенных функций. Это означает, например, что элемент, отвечающий за герметичность, не должен исполнять других функций, например, регулировать зазоры в шве и наоборот.
Обобщая изложенные требования к конструкциям деформационных швов, можно заключить следующее. Конструкция деформационного шва должна оставаться герметичной, не требовать технического ухода при эксплуатации, а при механическом повреждении эластомерного материала должна позволять легко и надежно произвести замену. В конструкции деформационного шва по возможности должны отсутствовать болтовые соединения, поскольку при их наличии необходимо производить постоянный контроль и донатяжку этих соединений. Отсутствие такого контроля приведет к ослаблению и разрушению соединений, что, как показывает опыт применения эластомеров и гребенчатых конструкций швов, может повлечь тяжелые транспортные происшествия.
В конструкции деформационных швов следует избегать применения эластомерных материалов в качестве управляющих элементов. Эластомерные материалы способны регулировать раскрытия в швах только в очень узком диапазоне температур. При больших положительных или больших отрицательных температурах упругие характеристики эластомерных материалов существенно изменяются, и они не выполняют более своей функции. Кроме того, начиная с определенной величины перемещений (примерно 400 мм) не удается достичь равномерного раскрытия деформационного шва, где в том или ином виде как эластомерные материалы использованы управляющие элементы.
По мнению специалистов из Германии в области деформационных швов для мостовых сооружений, в будущем широкое применение найдут деформационные швы следующих конструкций.
Для малых перемещений - шов, представляющий собой металлический прокатный профиль с замком с очень небольшими и жестко соблюдаемыми допусками на отклонение геометрических размеров в комплекте с эластомерным самозаклинивающимся при вертикальной нагрузке (грязь, камни) герметизирующим профилем. Конструкция эластомерного профиля позволяет легко его монтировать и демонтировать с помощью простых инструментов. Этот профиль можно также вулканизировать, что позволяет при повреждениях заменять его не на всю длину, а лишь ограничиться поврежденным участком. Анкеровка профилей надежна и обеспечивает расчетную долговечность деформационного шва.
Для швов больших перемещений - конструкции с кинематическим (или так называемым математическим) управлением зазорами в шве. Эти конструкции представлены швами с поворотными траверсами.
В таких конструкциях отсутствует эластомерный материал в управлении зазорами, и тем самым они становятся применимыми практически во всех климатических зонах. Также эти конструкции допускают практически неограниченные перемещения во всех направлениях и плоскостях. С точки зрения ремонтопригодности, эти конструкции обладают неоспоримым преимуществом, поскольку абсолютно все элементы, способные выходить из строя, можно заменить с проезжей части, не обустраивая опоры снизу дорогостоящими подмостями.
В следующем номере мы рассмотрим конструкции деформационных швов, которые в последнее время широко применяются в автодорожных мостах как за рубежом, так и в России.
| Автор: И.Г. Овчинников, В.В. Раткин, В.Н. Макаров Дата: 08.10.2004 Журнал Стройпрофиль 6-04 Рубрика: металлические конструкции Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |