Извлечение из документа
А.В. Ефанов, И.Г. Овчинников;
В.И. Шестерников, В.Н. Макаров.
Деформационные швы
автодорожных мостов:
Особенности конструкции
и работы
учебное
пособие
2005
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство
по образованию
Саратовский
государственный технический университет
А.В. Ефанов,
И.Г. Овчинников, В.И. Шестериков, В.И. Макаров
Учебное пособие для студентов специальностей 291000,
291100
Саратов 2005
Рецензенты:
Кафедра «Специальные сооружения на автомобильных
дорогах»
Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева
Доктор технических наук, профессор,
зав. кафедрой «Строительные конструкции»
Пензенского государственного строительного университета
Т.И. Баранова
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного технического университета
Содержит рассмотрение
вопросов, связанных с применением современных конструкций деформационных швов в
мостовом полотне автодорожных мостов. В учебное пособие включены основные
положения расчета перемещений торцов пролетных строений мостов и путепроводов
от действия различных влияющих факторов и даны рекомендации по выбору
конструкций деформационных швов по величине определенных перемещений.
Приводится перечень требований, которым должны удовлетворять современные
деформационные швы автодорожных мостов, осуществлена их классификация. Даны
обзор и анализ конструктивных особенностей основных современных типов
деформационных швов на примере реально существующих конструкций. Приведен и
проанализирован опыт применения деформационных швов на мостовых сооружениях,
выделены характерные дефекты рассматриваемых конструкций, по итогам даны
рекомендации по рациональному выбору и использованию деформационных швов
различных типов.
Предназначается для студентов,
аспирантов, специалистов и инженерных работников, занимающихся проблемами
проектирования, строительства, эксплуатации и ремонта мостовых сооружений и
интересующихся вопросами использования в мостовом полотне автодорожных мостов
современных конструкции деформационных швов.
СОДЕРЖАНИЕ
Автодорожные мостовые сооружения призваны
служить для преодоления транспортом и пешеходами различных препятствий: водных
преград, участков со сложным рельефом, других транспортных путей. Однако сами
мостовые сооружения в настоящее время редко могут быть построены без устройства
разрывов основных несущих конструкций по длине.
Самые первые построенные человеком мосты
были, как известно, каменными и деревянными. Деформации и перемещения таких
мостов, возникающие вследствие температурного расширения материала, из которого
они были изготовлены, составляли очень небольшую величину и не оказывали
существенного влияния на работоспособность и надежность мостового сооружения.
Прочие факторы, такие как давление вeтpa и временная подвижная нагрузка, также не могли
вызвать появление сколько-нибудь заметных деформаций и перемещений конструкции
моста. С увеличением максимальных длин пролетных строений, что стало возможным
благодаря применению металла для изготовления мостов, обнаружилось, что
конструкции мостов уже не в состоянии воспринимать усилия, возникающие в
элементах пролетных строений при изменении их температуры, если их концы не
имеют возможности свободно перемещаться. Поэтому между концами пролетных
строений и береговыми устоями, а в многопролетных разрезных мостах - и между
пролетными строениями, стали предусматривать разрывы несущих конструкций, а
сами несушке конструкции - устанавливать на опорные части, позволяющие
пролетным строениям при необходимости свободно перемещаться.
Первоначально эти разрывы предусматривались
для предотвращения появления значительных напряжений в конструкциях пролетных
строений мостов от действия перепадов температуры и назывались температурными
зазорами. С течением времени понятие температурного зазора расширилось,
поскольку было установлено, что действие температуры является не единственным
фактором, заставляющим конструкции мостовых сооружений перемещаться. В
результате, инженеры стали использовать более общее понятие деформационного
зазора - свободного пространства, предусматриваемого для перемещений
конструкций сооружения от действия различных влияющих факторов, вызывающих как
пространственные смещения и повороты конструкций, так и деформации их отдельных
элементов.
Устройство деформационных зазоров
позволило избежать появления значительных усилий в конструкциях мостов от
температурных воздействий, но появилась необходимость обеспечить безопасное
движение автомобилей и людей над этими зазорами. Это и повлекло за собой
применение в мостах специальных устройств, главная задача которых - обеспечение
беспрепятственного и комфортного движения транспортных средств и пешеходов по
мостовому полотну над деформационными зазорами мостов. Эти устройства были
названы деформационными швами (ДШ).
Первые ДШ конструктивно были очень
простыми, в их функции входило только перекрытие деформационного зазора, но с
развитием мостостроения требования к ДШ постоянно возрастали, эти конструкции
эволюционировали и на современном этапе развития: стали одними из самых
ответственных конструкций моста, от надежности, работы которых зависят
работоспособность и долговечность всего мостового сооружения.
Было установлено, что неисправности ДШ
могут приводить к существенным повреждениям конструкций моста: пролетных
строений, опор, опорных частей, подферменников, фундаментов опор, мостового
полотна - словом, всех основных элементов мостового сооружения. Кроме того, от
состояния ДШ непосредственно зависит степень безопасности движения по мосту,
как транспорта, так и пешеходов. Все это привело к тому, что за рубежом достаточно
давно ДШ стали проектироваться на основании тщательно проработанных и научно
обоснованных методов расчета, а изготавливаться с жесткими допусками из
качественных и долговечных материалов, отвечающих самым высоким требованиям по
прочности и выносливости. Не случайно выпуск наиболее совершенных в техническом
плане ДШ был освоен зарубежными фирмами, основной специализацией которых было
производство машиностроительной продукции, а не строительных конструкций и
изделий. По сложности конструкции, характеру работы и специфике изготовления
современные ДШ мостовых сооружений (особенно больших перемещений) относятся
больше к механизмам, нежели к известным строительным конструкциям. Вместе с
тем, до последнего времени в России бытовал подход к ДШ как к вспомогательным
конструкциям, а значения влиянию неисправностей ДШ на общее состояние мостового
сооружения практически не придавалось. Вследствие этого, за все время развития
мостостроения в нашей стране не было выпущено ни одного нормативного документа,
определяющего порядок конструирования, проектирования (расчета) и изготовления
ДШ. Сейчас существуют только Методические рекомендации [7],
но подход к проектированию и требования к ДШ в них уже устарели и нуждаются в
переработке. В этих условиях проектированием и изготовлением ДШ зачастую
приходилось заниматься самим мостостроительным организациям, применял для
расчета элементов этих конструкций общие подходы к расчету элементов мостов.
Неудивительно, что в российских нормативных документах появилась рекомендация
стремиться к проектированию мостов с возможно меньшим количеством ДШ, несмотря
на то, что схема моста должна назначаться, прежде всего, из соображений
экономической целесообразности и эффективности ведения строительных работ. При
этом количество ДШ может быть любым, другое дело, что конструкция ДШ должна
быть спроектирована надежной и не снижающей долговечность мостового сооружения.
В последние годы в России намечается
тенденция к выработке качественно иного подхода к проектированию и эксплуатации
мостовых сооружений, связанного с новым взглядом на, казалось бы, давно
известные и устоявшиеся с позиций проектирования, строительства и эксплуатации
конструктивные детали мостов, такие как покрытие проезжей части, деформационные
швы, опорные части и т.д. Эта позиция стала занимать внимание специалистов с
появлением более широкого понимания работы мостового сооружения в целом,
взаимосвязи элементов моста между собой, осознания важности таких элементов и
влияния их технического состояния на общую работоспособность, безопасность и
надежность мостового сооружения, в составе которого они функционируют.
Новый подход требует отчетливого
понимания специфики работы ДШ в мостовом сооружении, выработки требований к
этим устройствам, создания руководств по проектированию и изготовлению ДШ.
Однако пробел в этой области оказался настолько значительным, что единственным
выходом на период его восполнения стало применение для отечественных мостов
зарубежных конструкций ДШ, проектируемых в соответствии с существующими за
рубежом нормами. Это породило новую проблему. Российский инженер-мостовик
буквально потерялся среди многообразия хлынувших с зарубежных рынков
конструкций, не в силах даже выбрать, в отсутствие объективной информации,
конструкцию ДШ для применения. На это повлияло отсутствие отечественных
нормативных требований к конструкциям ДШ и их характеристикам, несоответствие
зарубежных норм российским условиям, недостаточная осведомленность инженеров о
существующих в мире конструкциях ДШ, поведении ДШ каждого конкретного типа в
мостовых сооружениях, присущих им областях применения, достоинствах и
недостатках, а также характерных дефектах.
Сейчас все чаще можно слышать мнение, что
даже «качественные зарубежные ДШ» показывают себя на российских мостах далеко
не лучшим образом. И дело даже не в том, что зарубежные ДШ не всегда
оказываются действительно качественными конструкциями, а в том, что российский
инженер, по ряду перечисленных причин, не может сформулировать свои требования
к качеству ДШ. В результате применяются конструкции, которые через некоторое
время эксплуатации проявляют недостатки и обнаруживают дефекты, в целом
характерные для данной конструкции ДШ, но оказывающиеся неожиданными для
инженеров-мостовиков. Нередко, в условиях отсутствия информации, на
отечественных мостах применяются конструкции, эксплуатация которых запрещена в
ряде зарубежных стран национальными нормами.
Кроме того, часто допускаются ошибки при
определении перемещений концов пролетных строений с целью выбора конструкции ДШ
для применения, вызванные как субъективным подходом проектировщика, так и
незнанием особенностей работы конструкций. Результатом этих ошибок является
применение ДШ не по назначению, что в свою очередь приводит к раннему
разрушению конструкции швов, ухудшению условий движения по мосту и повреждению
несущих конструкций. На сегодняшний день уже сложилось общепринятое мнение,
согласно которому перемещения пролетных строений мостов являются
пространственными, происходят в трех плоскостях и могут быть разложены на
составляющие по трем взаимно перпендикулярным осям [3].
В этом случае имеют место линейные перемещения торцов пролетных строений вдоль
этих осей, а также вращения торцов вокруг тех же осей. Количество учитываемых
факторов, влияющих на перемещения торцов пролетных строений, также в настоящее
время существенно расширено. Прослеживается стремление принять во внимание как
можно большее число этих влияющих факторов с целью более точного определения
суммарных перемещений и выбора ДШ, позволяющего воспринять эти перемещения без
повреждений конструкции самого ДШ и пролетных строений моста. Поэтому знание
влияющих факторов и характера их воздействия на величину и направление
перемещений торцов пролетных строений моста крайне важно для правильного
назначения и применения конструкции ДШ.
Первая глава учебного пособия полностью
посвящена вопросам определения перемещений торцов пролетных строений с целью
выбора подходящей по величине перемещений конструкции ДШ для установки в
мостовое сооружение.
Материал, изложенный в остальных главах
учебного пособия, призван помочь ориентироваться среди многообразия конструкций
ДШ, существующих в мире в настоящее время. С этой целью представлена
информация, касающаяся накопленного в России и в мире опыта применения
различных типов ДШ, приведен анализ опыта эксплуатации, на основе которого
даются рекомендации по области применения каждого из типов ДШ и ее
ограничениям. Включены также подробный перечень требований к современным ДШ
автодорожных мостов и классификация конструкций ДШ. Кроме того, дан обзор
основных существующих типов ДШ и проанализированы особенности их конструкции и
работы в мостовом сооружении.
