Автоматизация оценка транспортно-эксплуатационного состояния мостовых сооружений

СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА

УДК 624.21.004.17 : 004

В.Г. Ерёмин, Као Ван Лам АВТОМАТИЗАЦИЯ ОЦЕНКА ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ

Одной из важнейших характеристик сооружений является транспортноэксплуатационное состояние (ТЭС) мостового полотна, определяющее характер и условия движения по мостовому сооружению, ТЭС оценивается в соответствии с износом отдельных элементов мостового полотна. Процесс определения износа и оценки условий движения является трудоемкой задачей, требующей высокой квалификации исследователя и неоднократного обращения к базе данных по оценке износа отдельных элементов. Для определения износа мостовых сооружений и условия движения создана автоматизированная программа с целью сокращения трудоёмкости и снижения влияния квалификации и субъективного мнения специалиста, занимающегося обследованием сооружений.

Автоматизация, износ, частный износ, определение износа, условие движения, мостовое полотно, эксплуатация, транспортно-эксплуатационное состояние

V.G. Eremin, Cao Van Lam EVALUATION OF TRANSPORTATION AND AUTOMATION CONDITION OF BRIDGES

One of the most important characteristics of structures is its transport and operation conditions of the deck which determines the nature and conditions of traffic on bridges. The conditions are assessed according to the wear of individual elements of the deck. The process of determining and assessing traffic conditions is a laborious task that requires high skills and continuous requests to the database in order to assess the wear of the individual elements. To determine the wear of bridges and traffic conditions an automated program has been created to reduce the labor costs, impact of the qualifications factor, and the subjective opinion of a professional inspecting the facilities.

Automation, wear, definition of wear, conditions of motion, bridge painting, maintenance, transportation and operating conditions

Введение

Показатель физического износа сооружения является наиболее удачной интегральной эксплуатационной характеристикой, увязанной с прогнозируемым остаточным ресурсом, резервом несущей способности и надёжностью сооружения в целом. Он предназначается для оценки изменения технического состояния конструкций во времени, а также для качественной оценки состояния различных строительных конструкций и выбора метода ремонтно-восстановительных работ. Кроме того, показатель физического износа мостового полотна является базой для оценки транспортно-эксплуатационного состояния (ТЭС) при эксплуатации мостовых сооружений. Показателями ТЭС являются безопасная скорость движения [У] и величина перегрузки элементов мостового сооружения, представленная значениями динамического коэффициента (1+ц) к осевой нагрузке. Величины [У] и динамический коэффициент (1+ц) зависят от величины износа элементов мостового полотна. Автоматизация оценки износа и категории износа железобетонных пролетных строений автодорожных мостов представлены в [8]. В данной статье продолжено направление автоматизации оценки износа и оценки условии движения при эксплуатации мостовых сооружений.

В [8] приводится методика определения износа разрезных железобетонных балочных пролетных строений. В данной статье предлагается автоматизация оценки износа элементов мостового полотно и оценки транспортно-эксплуатационного состояния мостовых сооружений. Алгоритм программы, позволяющий их определять, представлен на рисунке.

1. Автоматизация определения износа и оценки категории состояния мостового полотна

В жизненном цикле мостового сооружения наиболее продолжительной является стадия эксплуатации. Срок службы моста в значительной степени зависит от режима его эксплуатации, т.е. организации обслуживания и обеспечения своевременного проведения ремонтных работ. В течение эксплуатации должна поддерживаться постоянная работоспособность сооружения при воздействии движения автотранспортных средств, погодно-климатических и техногенных изменений окружающей среды. Под влиянием природноклиматических, техногенных факторов и старения материалов происходит физический износ конструкций.

В блоке «Определение износа и оценка категории состояния мостового полота» с помощью табличного процессора Excel износ мостового полотна определен по показателям износа отдельных элементов в соответствии с его классификационными частными износам и с использованием коэффициентов значимости, приведенных в [2]. При воздействии движения автотранспортных средств, погодно-климатических и техногенных изменений окружающей среды в элементах мостового полотна, а также конструкции мостовых сооружений возникают и развиваются повреждения (дефекты), зависящие от качества заводского изготовления, технологии строительства, применяемых материалов и способности их сопротивления к старению. По результатам величины размеров дефектов рассчитываются частные износы в процентах для 8 элементов мостового полотна (табл. 1): покрытия, гидроизоляции, системы водоотвода, тротуаров, перил, деформационных швов, ограждений безопасности и сопряжений с насыпью. Основой для определения частного износа элемента является база данных, взятая из ОДМ 218.0.018-03 [3] и помещенная в блок-схему программы. При помещении величины размера дефектов в таблицу дефектов автоматически заполняются столбцы 3, 4, 5 табл. 1, характеризующие износ элемента.

|- -Определение износа и оценка категории состояния мостового полотна— — — — —|

Оценка условий безопасности движения

Алгоритм автоматизированной программы определения износа элементов мостового полотна и оценки транспортно-эксплуатационного состояния мостовых сооружений

При назначении работ по оценке результатов износа следует ориентироваться на следующие пороговые значения износа мостового полотна и категории его состояния в соответствии методикой [2], которые помещены в отдельную базу:

- категория состояния 0 - И^2%; требуются затраты только на нормативное содержание;

- категория состояния А - И2<10%; требуются сверхнормативные затраты на проведение профилактических работ;

- категория состояния Б - И3<40%; ликвидация износа осуществляется при проведении планово-предупредительных работ по восстановлению отдельных элементов;

- категория состояния В - И4<70%; ликвидация износа осуществляется за счет восстановления и замены большего числа элементов; работы выполняют за счет средств на ремонт мостовых сооружений;

- категория состояния Г - И5>60-80%; требуется реконструкция сооружения, так как полная замена элементов пролётного строений более выгодна, чем их восстановление.

При оценке подсчитанного по износам элементов износа мостового полотна в целом его относят к пяти состояниям: О, А, Б, В, Г (столбец 6 табл. 1).

Таблица 1

Результат расчёта износа и категории состояний мостового полотна

ИЗНОС МОСТОВОГО ПОЛОТНА

№ Элемент мостового полотна Частный износ ИІ, % Коэфф. значимости Yi Слагаемые для определения износа мостового полотна Категория состояния по критерию

И

1 2 3 4 5 6

1 Покрытие 20.00 0.12 2.40 Б

2 Г идроизоляция 40.00 0.35 14.00 Б

3 Система водоотвода 30.00 0.10 3.00 Б

4 Тротуары 40.00 0.19 7.60 Б

5 Перила 60.00 0.07 4.20 В

6 Деформационные швы 40.00 0.05 2.00 Б

7 Ограждения безопасности 34.00 0.04 1.36 Б

8 Сопряжения с насыпью 40.00 0.08 3.20 Б

Итого !И Y 1.00 37.76 В

Категория состояния принятая В

Используя указанную классификацию из примера в табл. 1, можно сделать следующий вывод: наибольшая категория состояния по рассмотренному признаку одинакова (В) и свидетельствует о необходимости восстановления и замены большего числа элементов; работы выполняют за счет средств на ремонт мостовых сооружений. Показатели износа мостового полотна используются для оценки общего износа мостового сооружения и его категории технического состояния.

2. Автоматизация оценки условий безопасности при эксплуатации мостовых сооружений

Транспортно-эксплуатационными показателями являются безопасная скорость движения [V], величина перегрузки элементов мостовых сооружений, представленная значениями динамического коэффициента (1+^) к осевой нагрузке. Величины [V] и (1+ц) зависят от дефектов, т.е. износа элементов, являющегося одной из многих причин, влияющих на условия безопасности движения. К таким дефектам относятся: выбоины, наплывы, колейности, провал в покрытии, просадки, сдвиги, гребенки, волны, сколы, раковины, шелушение, разрушение бетона, отсутствие защитных решеток, нарушение и повреждение окраски деформационных швов (ДШ), коррозия, трещины (продольные и поперечные). Опираясь на оценку износа элементов мостового полотна в автоматизированном режиме, предложено определять безопасную скорость движения, динамический коэффициент и категорию транспортно-эксплуатационного состояния (рисунок). Результаты данных определений трансформируются в виде числовых значений столбцов 5, 6, 7 табл. 3.

Влияние продольного профиля на условия движения проявляется в появлении вертикальных ускорений автомобилей и, как следствие, дополнительных нагрузок на несущие конструкции. Перегрузки от нарушения плавности движения при наличии углов перелома над опорами воспринимаются плитой проезжей части и несущими конструкциями. При этом с увеличением углов перелома возрастает динамический коэффициент при неизменной скорости или снижается допустимая скорость, при которой неизменной остается величина перегрузки. Из результата определения динамического коэффициента в столбце 7 в табл. 3 и а также взамен требований к оценке безопасности движения сооружений, приведенной в ОДМ 218.017-2003 [2], значения безопасных скоростей движения при различных углах перелома определены в столбце 3 табл. 3.

Проблема оценки влияния габарита мостов на скорость движения автомобилей представляется как элемент общей проблемы обеспечения единообразных условий движения на дороге, причем для выравни-214

вания скоростей на дороге и мосту требуется ввести в габарит полосы безопасности, ширина которых, как и размер полосы движения, зависит от расчетной интенсивности. ОДМ 218.017-2003, по которой допускается определить скорость безопасности движения и оценивать условие движения на дороге. Значения безопасных скоростей приведены в ОДМ для различных фактических габаритов и часовой интенсивности движения автомобилей. При этом значения [V] даны для трех случаев, отличающихся длиной мостового сооружения, а именно 150 > Ь > 50 м, Ь > 150 м и Ь <50 м. Значения безопасных скоростей движения по «узким» мостам используют для оценки состояния по критерию «безопасность»; ограничения скоростей движения на мостовых сооружений. Отсюда ограничение скорости при различных фактических габаритах и часовой интенсивности движения автомобилей определено в столбце 8 табл. 3.

Из результатов определения безопасных скоростей и динамического коэффициента в соответствующем общем подходе к оценке состояния сооружений и планированию работ по содержанию и ремонту [4] транспортно-эксплуатационное состояние может быть отнесено к одной из пяти категорий состояния (табл. 2). Его оценка дается с целью определить, к какой нормируемой группе (ТЭС) относится сооружение, исходя из условий безопасности движения, установить, какие меры следует предпринимать для его улучшения.

Таблица 2

Безопасная скорость для различной категории состояния моста

Категория дороги Расчетные скорости, км/ч Безопасные скорости [V], км/ч, при категориях состояния

О А Б В Г

!а 150 >150 150-130 130 > [V] > 110 110 > [V] > 40 <40

!б, II 120 >120 120-100 100 > [V] > 80 80 > [V] > 30 <30

III 100 >100 100-90 90 > [V] > 70 70 > [V] > 25 <25

IV 80 >80 80-70 70 > [V] > 50 50 > [V] > 20 <20

V 60 >60 60-55 55 > [V] > 40 40 > [V] > 10 <10

Оценка (по пятибалльной системе) 5 4 3 2 1

О - обеспечен комфортный проезд; А - обеспечена плавность движения, при которой не требуется снижения скорости движения. При состоянии, относящемся к категориям О и А, скорости движения не снижаются. На мосту выполняются нормативные работы по уходу; Б - не обеспечена плавность движения, из-за чего требуется снижение скорости движения до уровня, установленного экономическими соображениями (оценка «посредственно»). При состоянии, относящемся к категории Б, незначительно ограничивают скорости движения до величин, указанных в табл. 2. На мосту выполняются профилактические работы, предусмотренные в документах [5] и [6]; В - не обеспечена плавность движения и не обеспечены скорости, установленные экономическими соображениями, в связи с чем условия движения характеризуются как «повышенной опасности» (оценка «неудовлетворительно» по пятибалльной системе); При состоянии, относящемся к категории В, существенно ограничивают скорость движения. На мосту выполняются восстановительные работы в соответствии с [5] и [6] - ремонт элементов мостового полотна, что относится к содержанию мостового сооружения (планово-предупредительные работы); Г - «аварийное» транспортно-эксплуатационное состояние. При состоянии, относящемся к категории Г, пересматривают организацию движения или движение по МС должно быть закрыто. Требуется выполнение работ по замене элементов мостового полотна (их переустройству) либо ремонту пролетных строений.

В процессе эксплуатации должно еще поддерживаться состояние элементов, обеспечивающее плавный проезд автомобилей. Предельный износ элементов, соответствующий аварийному транспортно-эксплуатационному состоянию составляет:

- покрытием - И > 80%; на период до закрытия V = 10 км/ч;

- сопряжением - И > 80%; на период до закрытия V < 10 км/ч;

- системой водоотвода - И > 80%; на период до закрытия V = 10 км/ч.

Выводы

1. Предложена программа по автоматизированной оценке степени износа мостового полотна, позволяющая значительно снизить трудозатраты и влияние субъективности мнения специалиста на конечный результат.

2. На основе износа отдельных элементов мостового полотна определяются основные транспортно-эксплуатационные показатели мостового сооружения - безопасная скорость движения, динамический коэффициент и категория условий движения.

3. Программа позволяет по оценке транспортно-эксплуатационного состояния установить уровень содержания и виды ремонтных работ, необходимые в ближайший период эксплуатации.

Таблица 3

Результат определения условия движения и динамического коэффициента при использовании результатов диагностического мониторинга мостовых сооружений

ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ

Наименование сооружения Путепровод через железную дорогу «Москва - Астрахань» км 192+320

Категория интенсивности III; 1100

Габарит, м Г-9,5+0,8+0,75

Ограждение безопасности

Тип, высота, м Барьерное; 0,5

№ Элемент мостового полотна Ограничение скорости при различных углах переломов в профиле проезжей части [V] км/ч Частный износ иі, % Безопасная скорость движения с учетом износа различных элементов мостового полотна Характеристика условий движения с учетом износа различных элементов мостового полотна динамический коэффициент

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 Покрытие 150.00 20.00 150.00 О 1.10 145.26 86.00 1.25

3 Система водоотвода - 30.00 100.00 А -

4 Деформационные швы 150.00 40.00 100.00 А 1.25

5 Ограждения - 34.00 86.00 Б -

6 Сопряжения с насыпью 150.00 40.00 100.00 А 1.20

Принятые значения 150 150.00 Б 1.25 145.26

Условия движения Б 1.25

ЛИТЕРАТУРА

1. ВСН 4-81(90). Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах / Минавтодор РСФСР. М.: Транспорт. 1990. 35 с.

2. ОДН 218.017-2003. Руководство оценки транспортно-эксплуатационного состояния мостовых сооружений / Росавтодор. М.: 2003. 24 с.

3. ОДМ 218.0.018-03. Методика определения износа конструкций и элементов мостовых сооружений на автомобильных дорогах / Росавтодор. М., 2003. 104 с.

4. Концепция улучшения состояния мостовых сооружений на федеральной сети автомобильных дорог России (на период 2002-2010 гг.). М.: ГСДХ России (Росавтодор), 2002. 45 с.

5. Методические рекомендации по содержанию мостовых сооружений на автомобильных дорогах / Росавтодор Минтранса России. М., 1999.

6. Классификация работ по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования. Распоряжение Росавтодора № ИС-5р от 03.01.02. М., 2002.

7. Шестериков В. И. Оценка и прогнозирование состояния мостов на автомобильных дорогах в системе управления их эксплуатацией: автореф. дис.... д-ра тех. наук: 05.23.11 защищена 2004: Владимир Иванович Шестериков. М., 2004. 45 с.

8. Еремин В.Г. Автоматизация оценки износа железобетонных пролетных строений автодорожных мостов / В.Г. Еремин, Ван Лам Као // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. 2012. Вып. 1(25).

Ерёмин Владимир Георгиевич - Eremin Vladimir Georgievich -

кандидат технических наук, профессор Candidate of Technical Sciences, Professor the De-

кафедры «Проектирование автомобильных partment of Design automobile roads and bridges of

дорог и мостов» Воронежского государственного Voronezh State University of Architecture and Civ-

архитектурно-строительного университета il Engineering

Као Ван Лам - Van Lam Cao -

аспирант кафедры Postgraduate

«Проектирование автомобильных дорог Department of Automobile Roads and Bridges Design

и мостов» Воронежского государственного Voronezh State University of Architecture

архитектурно-строительного университета and Civil Engineering

Статья поступила в редакцию 12.03.12, принята к опубликованию 06.11.12