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

ВВЕДЕНИЕ

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.