Выбор маршрута и пропуск сверхнормативных нагрузок по автодорожным мостам

STUD NET

ВЫБОР МАРШРУТА И ПРОПУСК СВЕРХНОРМАТИВНЫХ НАГРУЗОК ПО АВТОДОРОЖНЫМ МОСТАМ

ROUTE SELECTION AND SKIPPING EXCESS LOADS ON ROAD BRIDGES

Аверченко Г.А., Кирьян И.В.

ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 195251, Россия, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Аннотация

На автомобильных дорогах всегда имели место транспортные перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов, вызывающих перегрузку конструкций искусственных сооружений. Особенно сильно проявляются перегрузки на мостах. Целью данной статьи является освещение существующих подходов к выбору маршрутов сверхнормативных нагрузок по автодорожным эксплуатируемым мостам. Основные методы исследования: анализ имеющихся методик повышения надежности эксплуатации мостов и пропуска сверхнормативных нагрузок по ним, а также принятие во внимание действующих нормативных документов в данной сфере. Результаты: Приведена методика определения наиболее безопасного и экономически выгодного маршрута сверхнормативной нагрузки, с принятием во внимание эксплуатационного состояния мостовых сооружений с использованием современных программных комплексов.

Abstract

On highways, there have always been transportations of bulky and heavy cargoes that cause overloading of structures of artificial structures. Overloads on bridges are especially pronounced. The purpose of this article is to highlight existing approaches to the selection of routes of excessive loads on road-operated bridges. The main research methods: analysis of existing methods to increase the reliability of operation of bridges and skip excess loads on them, as well as taking into account current regulatory documents in this area. Results: The methodology for determining the safest and most cost-effective route of excess load is given, taking into account the operational status of bridge structures using modern software systems.

Ключевые слова: сверхнормативные нагрузки, автодорожные мосты, обследование мостов, обследование водопропускных труб, временные подвижные нагрузки, статическое испытание инженерных сооружений на автомобильных дорогах.

Key words: excess loads, road bridges, inspection of bridges, inspection of culverts, temporary moving loads, static testing of engineering structures on roads.

Проблема выбора оптимального маршрута и пропуска сверхнормативных нагрузок (СНН) по автодорожным мостам, водопропускным трубам и другим инженерным сооружениям на автомобильных дорогах имеет большую актуальность. Количество статей и книг на данную тематику имеется большое количество [1-11]. В первую очередь, это вытекает из того, что транспортный поток непрерывно увеличивается, а, следовательно, нагрузки на мостовые сооружений также возрастают. Пропуск сверхнормативных нагрузок и его влияние на мостовые сооружения становится важным для исследователей в данной области. На мостовых сооружениях общего пользования движение сверхнормативных нагрузок оказывает большое деградационное воздействие [4-5]. Большое количество вопросов вызывают современные нормативные документы, регулирующие нормативные нагрузки и схемы нагружения [12-13]. В данном вопросе Российской Федерации стоит опираться на международный опыт. Имеются многочисленные статьи иностранных авторов, связанные с тематикой нагрузок на мосты и их моделированием [14-22], в том числе нагрузками от сверхтяжелого транспорта [17].

Наибольшее внимание при выборе оптимального маршрута для пропуска СНН уделяется мостам с пролетными строениями массового строительства длиной до 33-42 м, так как в настоящее время они имеют наибольшее распространение и наибольшее количество дефектов. В настоящее время имеется несколько методов определения несущей способности пролетных строений автомобильных мостов.

Выбор маршрута и пропуск сверхнормативных нагрузок (СНН) по автодорожным мостам в том числе и водопропускным трубам осуществляется Как правило силами научных и проектных институтов с опытом выполнения заказов, связанных с проведением обследований мостов и водопропускных труб, организацией выбора маршрута и единовременному или многоразовому пропуску сверхнормативной нагрузки.

Примерная последовательность работ по выбору маршрута СНН следующая.

1. Заказчик сообщает организации проводящей обследование сооружений данные: массу груза, его габаритные размеры, возможные условия закрепления на транспортных средствах, пункты отправления и получения, наименование организации - Перевозчика, имеющего специальные большегрузные трейлеры и тягачи, такелажное оборудование для перегрузок.

При очень большой дальности перевозки (межконтинентальные) Перевозчик, основываясь на опыте и имеющихся технических данных, предлагает к рассмотрению различные варианты смешанных перевозок: земля-воздух (трейлер-самолет), земля-река-земля (трейлер-баржа-трейлер), земля-река-море (трейлер-баржа-теплоход) и др. В любом варианте часть маршрута СНН проходит по автомобильным дорогам. В зависимости от условий местности на 5-12 км дороги приходится одно сооружение мостового типа (мосты, путепроводы, эстакада, виадуки и др.), в городах возможны пешеходные и транспортные тоннели, станции и стволы метрополитена или скоростного трамвая.

Принципиально прорабатывают маршруты, распределяют виды работ и обязанности, в том числе - кто и в какие сроки будет выполнять необходимые согласования с заинтересованными организациями, эксплуатирующими дороги, самолеты, речные и морские суда.

2. Мостоиспытатели начинают работу с анализа возможных для использования транспортных средств. В зависимости от размеров и массы груза может быть 5-7 типов трейлеров. Уточняются необходимые для дальнейших расчетов параметры транспортных средств, в том числе давление на оси и колеса, размеры и давление в шинах, длину сцепки с тягачом и др.

3. В зависимости от развитости сети автомобильных дорог по карте назначают несколько возможных маршрутов. В условиях европейской части Российской Федерации при расстоянии между пунктами движения 200-400 км может быть 3-5 возможных маршрутов.

4. Используя собственный архив и материалы эксплуатационных организаций, собираются данные о дорогах и мостах на маршрутах, при этом обращается особое внимание на отчеты мостоиспытательных станций. Выполняется рекогносцировочное обследование сооружений на маршрутах. Данные о мостах, путепроводах, железнодорожных переездах наносятся на карту и закладываются в программные обеспечения AutoCAD Autodesk, AutoCAD Civil 3D, Midas, Sofistik или др.

5. Систематизируются мосты по типам пролетных строений и опор, имеющимся дефектам, достоверности документации и др. Используя имеющийся опыт и ускоренные, в основном пространственные, расчеты определяются "слабые" мосты. Ориентировочно назначаются возможные методы устранения дефектов и усиления мостов. Замечаются 2-3 маршрута через мосты под тяжелые нормативные нагрузки с наименьшим количеством дефектов. При прочих равных условиях предпочтение отдают маршрутам с малым количеством путепроводов и переездов через железные дороги;

отсутствием мостов через судоходные реки; дорогам в обход городов, особенно с метрополитенами.

Проводится подробное обследование некоторых или всех мостов на 2-3 маршрутах, уточняется документация. Отдельные сооружения испытывают, предварительно проводя соответствующие расчеты и разработав программу испытаний.

При обследовании автодорожного моста осматривают все элементы мостового перехода, включая конструкцию проезжей части и тротуаров, деформационные швы и сопряжения моста с насыпью, пролетные строения, опорные части и опоры, русло и регуляционные сооружения, конусы насыпи и подходы к мосту. На путепроводах необходимо проверять обязательно подмостовой габарит, а на водопропускных трубах определять состояние русла и лотков, оголовков и звеньев труб, укрепление откосов насыпи и состояние проезжей части над трубой. Кроме того, в зимний период при низких температурах мостовой мастер должен осматривать в основном стальные конструкции сварных и клепано-сварных пролетных строений и проверять положение катков опорных частей на этих сооружениях.

6. По данным обследований выполняются расчеты, составляются расчетные листы для каждого сооружения, где приводятся линии влияния прогибов и усилий в наиболее опасных сечениях основных несущих элементов. Расчетные листы позволяют опытному инженеру визуально назначать наивыгоднейшее положение СНН по ширине проезжей части каждого конкретного моста. С версии ПК «ЛИРА» 9.2 в состав поставки входит система МОСТ, предназначенная для расчета мостовых конструкций, позволяющая получить поверхности влияния усилий в заданном сечении от подвижной нагрузки Выполняя расчеты, инженер не должен забывать о неравнопрочности пролетных строений в продольных и поперечных сечениях, особенно в местах соединения сборных железобетонных элементов заводского изготовления.

Определяются усилия в элементах моста под действием различных транспортных средств и сравниваются с предельно допустимыми величинами усилий. Наиболее сложно определять предельные величины усилий в железобетонных мостах с дефектами и для металложелезобетонных пролетных строений, так как могут существовать скрытые дефекты (разрывы арматуры без образования видимых трещин, низкое качество бетона соединительных участков сборных железобетонных элементов и вокруг упоров в объединенных конструкциях и др.).

Значительные расчетные трудности возникают при частичном или

полном отсутствии исполнительной документации. Службы эксплуатации не должны выдавать другим организациям подлинные документы на строительство мостов. Необходимо иметь множительную аппаратуру и выдавать для работы копии требуемых документов. Документы на мосты должны иметь статус постоянного хранения, даже в случаях полной замены мостов.

7. На основании расчетов окончательно устанавливают тип трейлера, для которого составляют основной и, если возможно, резервные маршруты.

В некоторых случаях, особенно при отсутствии исполнительной документации, назначают комплексные обследование и испытание мостов. Программа работ включает в себя комплексное и максимально полное выявление дефектов конструкций пролетных строений по характерным признакам, проведение измерительных работ с целью обнаружения нарушений первоначальной геометрии конструкции. На основе полученных данных даются рекомендации по максимальным нагрузкам и выполняется испытание статической и динамической нагрузкой, состоящей из комплекта нагруженных до требуемого веса машин. Обычно применяют автосамосвалы, загруженные инертным материалом. Бывают случаи, когда испытания проводят с испытательной нагрузкой 300-500т на один состав (комплект) автомашин.

Мостоиспытатели тщательно готовятся к пропуску испытательной нагрузки, выполняя не только обычную работу и исследования, но и согласовывая условия движения с эксплуатационными организациями и ГАИ. Если имеются опасения о наличии в конкретном мосту скрытых дефектов, первый проход состава выполняют с меньшим грузом. Данные первого испытания облегченным составом сверяют с данными теоретических расчетов и только после анализа повышают нагрузку. В связи с продолжительностью работ при данных испытаниях (3-5 и более дней) необходимо решать много организационных вопросов: о пропуске обычного автотранспорта; месте отстоя СНН крана, малого трейлера, вспомогательных машин; ночлеге и питании большой группы научных работников, инженеров и водителей.

8. На основании теоретических расчетов, подтвержденных данными испытаний, Мостоиспытатели выдают заключение об условиях движения в каждом конкретном сооружении, в том числе о полосе движения до ширине (разметку на проезжей части предпочтительно выполнять не для оси транспортного средства, а для левого переднего колеса тягача); длине сцепки тягача с трейлером и др.

В большинстве случаев службы эксплуатации дорог поручают

мостостанциям самим сопровождать движение СНН (осмотр мостов до и после прохода СНН), наблюдение за соблюдением требований движения.

Результатом данного исследования стала последовательность работ по выбору маршрута СНН по автомобильным дорогам общего пользования. Однако стоит упомянуть о проблемах, не решенных в рамках данной статьи и требующие дальнейшего исследования:

1. Теоретические вопросы связаны с недостатками используемых расчетных схем и гипотез, принятых в строительной механике и теории упругости (в том числе отдельные расчеты на изгибающие моменты и поперечные силы), особенно для конструкций из железобетона. Не ясны вопросы усталости и отдыха конструкций при усилиях близких к предельным.

2. Экспериментальные трудности: на очень небольшом количестве мостов имеются смотровые приспособления, мало специальных машин для осмотра мостов; нет специального бюллетеня, в котором бы публиковали подробный анализ всех аварий (малых и крупных) сооружений мостового типа.

3. Организационные трудности: отсутствие единой международной системы временных подвижных нагрузок на мосты; необходимость проектирования и строительства постоянных мостов на дорогах всех типов (включая сельские) на нагрузки А-14, Н14 (НК 100,8), так как движение СНН, в основном, осуществляется по местным дорогам; обязательность хранения подлинной исполнительной документации на мосты; отсутствие в эксплуатирующих дорожных организациях комплекса механизмов для надзора и ухода за мостами.

Для обсуждения наиболее подходят статьи следующих авторов А.А. Белый и С.Б. Андрушко [1,2]. В своих статьях авторы приходят к практически таким же результатам и выводам. Схожесть заключается в том, в обоих исследованиях обращается большое внимание на влияние сверхнормативных нагрузок на эксплуатационное состояние мостовых переходов. А также, что проход сверхнормативной нагрузки по мостовому сооружению сильно сказывается на уровне надежности данного перехода. Основное различие заключается в том, что А.А. Белый и С.Б. Андрушко предлагают пути повышения надежности железобетонных мостов и прогнозирует возникновение различных дефектов мостовых сооружений.

Заключение

1. Существующие подходы к выбору маршрута СНН были сформулированы в единую последовательность (методику), включающую в

себя комплекс необходимых испытаний мостовых сооружений для прохода СНН.

2. Практическая значимость: Движение СНН по автодорожным мостам общего пользования несет за собой издержки, связанные в первую очередь с появлением дефектов дорожного покрытия (образование колеи, раскрытие одиночных трещин и образование сетки трещин и др.). Приняв во внимание изложенную методику, можно минимизировать риск провоза сверхнормативной нагрузки по автодорожным мостам и поддерживать заданные уровни надежности мостового сооружения.

Список литературы

1. Белый А. А. Пути повышения надежности эксплуатации железобетонных мостов для пропуска сверхнормативной нагрузки/ А. А. Белый, СБ. Андрушко// Известия ПГУПС. - 2018. - № 1 (том 15). - С. 17-30.

2. Белый А. А. Вероятностное прогнозирование технического состояния эксплуатируемых железобетонных мостовых сооружений мегаполиса / А. А. Белый // Вестник гражданских инженеров. - 2017. - № 2 (61). - С. 6474. DOI 10.23968/1999- 5571-2017-14-2-64-74

3. Богданов Г. И. Проблемы эксплуатационной надежности и безопасности городских мостов / Г. И. Богданов // Журн. «Мир дорог». - 2010. - № 46. - С. 34-35.

4. Бокарев С. А. Влияние тяжеловесного движения на искусственные сооружения / С. А. Бокарев, Ю. Н. Мурованный, А. М. Усольцев // Железнодорожный транспорт. - 2016. - № 4. - С. 25-28.

5. Карапетов Э. С. Управление долговечностью железобетонных мостов при сложных условиях эксплуатации / Э. С. Карапетов, А. А. Белый // Путь и путевое хозяйство. - 2017. - № 4. - С. 21-25.

6. Кожушко В.П. Расчет неразрезных балочных мостов регулярной и нерегулярной систем на временную нагрузку // Изв. вузов. Стр-во и архитектура. - 1982. - № 5. - С. 118 - 122.

7. Кожушко В.П. Расчет пролетных строений балочных мостов разрезной системы // Сопротивление материалов и теория сооружений. - К.: Будiвельник, 1980. - Вып.36. - С.118-122.

8. Лантух-Лященко А.И. Программный комплекс расчета и проектирования конструкций - М.: Факт, 2001. - 359с.

9. Лукин Н.П. Пространственный расчет бездиафрагменных мостов энергетическим способом // Сопротивление материалов и теория сооружений. - К.: Будiвельник, 1968. - Вып.6. - С. 112 - 123.

10. Гибшман Е.Е., Попов В.И. Проектирование транспортных сооружений: -М.: Транспорт, 1988. - 447 с.

11. Саламахин П. М. Требования к нормам на вертикальные нагрузки на мостовые сооружения / П. М. Саламахин // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2015. - № 1 (71). - С. 24-26.

12. ГОСТ Р 52748-2007. Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения. - М.: Изд-во стандартов, 2008. - 13 с.

13. СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84* - М.: Изд-во стандартов, 2011. - 346 с.

14. ВСН 4-81/Минавтодор РСФСР Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах;

15. Исследование работы стеклопластобетонных балок. Аверченко Г.А., Кириллова Д.Ю. В сборнике: Неделя науки СПбПУ материалы научной конференции с международным участием, Инженерно-строительный институт. В 3 ч.. отв. ред. Н. Д. Беляев, В. В. Елистратов. 2019. С. 42-44;

16. Colin C. Caprani. Bridge loading - Measurement and modelling / Colin C. Caprani, Xin Ruan. Bridge Maintenance, Safety, Management and Life Extension - 2014. - p. 304-304.

17. Colin O'Connor. Bridge loads - An international perspective / Colin O'Connor, Peter A. Shaw. Canadian Journal of Civil Engineering. - 2001. - pp. 175-176.

18. Hale, G. Bridge to reliability. 2015. 66 p.

19. Jamshid Mohammadi. Significance of Fatigue Damage from Overload Trucks on Bridge Load Rating. / Bora Jang, Jamshid Mohammadi. Available at URL:https://www.researchgate.net/publication/325362199_Significance_of_F atigue_Damage_from_Overload_Trucks_on_Bridge_Load_Rating

20. Munoz E. Analysis of the evolution of damage in the bridges of Colombia. / Munoz E., David G. Revista Ingeniería de Construcción. - 2013. - Vol. 28, no 1. - pp. 37-62.

21. Niklas Bagge. Performance of a prestressed concrete bridge loaded to failure. / Niklas Bagge, Jonny Nilimaa, Thomas Blanksvärd, Lars Bernspäng, Björn Täljsten. IABSE Conference : Structural Engineering: Providing Solutions to Global Challenges. 23/09/2015 - 25/09/2015, At Geneva.

22. Nowak А. S. System reliability models for bridge structures. Bulletin of the polish academy of sciences technical sciences. 2004. 321 p.

23. Steenbergen R. Economic and human safety reliability levels for existing structures / R. Steenbergen, M. Sykora, D. Diamantidis, M. Holicky, T.

Vrouwenvelder. Structural Concrete - Journal of fi b. - 2015. -Vol. 16, issue 3. - pp. 323-332.

24. Sykora M. Verification of existing reinforced concrete bridges using the semi-probabilistic approach / M. Sykora, M. Holicky, J. Marková. Engineering Structures. - 2013. - Vol. 56. - P. 1419-1426.

List of references

1. A. A. Bely. Ways to improve the reliability of operation of reinforced concrete bridges to allow excess load / A. A. Bely, C. B. Andrushko // Izvestia PGUPS. - 2018. - No. 1 (volume 15). - S. 17-30.

2. Bely A. A. Probabilistic forecasting of the technical condition of the operated reinforced concrete bridge structures of the metropolis / A. A. Bely // Bulletin of civil engineers. - 2017. - No. 2 (61). - S. 64-74. DOI 10.23968 / 1999- 55712017-14-2-64-74

3. Bogdanov G. I. Problems of operational reliability and safety of city bridges / G. I. Bogdanov // Zh. "The world of roads." - 2010. - No. 46. - S. 34-35.

4. Bokarev S. A. Influence of heavy traffic on artificial structures / S. A. Bokarev, Yu. N. Murovny, A. M. Usoltsev // Railway Transport. - 2016. - No. 4. - P. 2528.

5. Karapetov E. S. Longevity management of reinforced concrete bridges under difficult operating conditions / E. S. Karapetov, A. A. Bely // Path and track management. - 2017. - No. 4. - P. 21-25.

6. Kozhushko V.P. Calculation of continuous beam bridges of regular and irregular systems for temporary load // Izv. universities. Construction and architecture. - 1982. - No. 5. - S. 118 - 122.

7. Kozhushko V.P. Calculation of spans of beam bridges of a split system // Material resistance and theory of structures. - K .: Budivelnik, 1980 .-- Issue 36. - S. 118-122.

8. Lantukh-Lyashchenko A.I. Software package for calculation and design of structures - M .: Fact, 2001. - 359s.

9. Lukin N.P. Spatial calculation of diaphragm-free bridges by the energy method // Material resistance and theory of structures. - K .: Budivelnik, 1968 .-- Issue 6. - S. 112 - 123.

10. Gibshman E.E., Popov V.I. Design of transport facilities: - M .: Transport, 1988. - 447 p.

11. Salamakhin P. M. Requirements for the standards for vertical loads on bridge structures / P. M. Salamakhin // Science and technology in the road industry. -2015. - No. 1 (71). - S. 24-26.

12. GOST R 52748-2007. General automobile roads. Regulatory loads, design load schemes and approximation dimensions. - M .: Publishing house of standards, 2008. - 13 p.

13. SP 35.13330.2011 Bridges and pipes. Updated version of SNiP 2.05.03-84 * -M .: Publishing house of standards, 2011. - 346 p.

14. BCH 4-81 / Minavtodor of the RSFSR Instructions for the inspection of bridges and pipes on roads;

15. The study of the work of fiberglass beams. Averchenko G.A., Kirillova D.Yu. In the collection: Science Week SPbPU materials of a scientific conference with international participation, Civil Engineering Institute. At 3 p.m. ed. N. D. Belyaev, V.V. Elistratov. 2019.S. 42-44;

16. Colin C. Caprani. Bridge loading - Measurement and modeling / Colin C. Caprani, Xin Ruan. Bridge Maintenance, Safety, Management and Life Extension - 2014. - p. 304-304.

17. Colin O'Connor. Bridge loads - An international perspective / Colin O'Connor, Peter A. Shaw. Canadian Journal of Civil Engineering. - 2001. - pp. 175-176.

18. Hale, G. Bridge to reliability. 2015.66 p.

19. Jamshid Mohammadi. Significance of Fatigue Damage from Overload Trucks on Bridge Load Rating. / Bora Jang, Jamshid Mohammadi. Available at URL: https: //www.researchgate.net/publication/325362199_Significance_of_Fatigu e_Damage_from_Overload_Trucks_on_Bridge_Load_Rating

20. Munoz E. Analysis of the evolution of damage in the bridges of Colombia. / Munoz E., David G. Revista Ingeniería de Construcción. - 2013 .-- Vol. 28, no 1. - pp. 37-62.

21. Niklas Bagge. Performance of a prestressed concrete bridge loaded to failure. / Niklas Bagge, Jonny Nilimaa, Thomas Blanksvärd, Lars Bernspäng, Björn Täljsten. IABSE Conference: Structural Engineering: Providing Solutions to Global Challenges. 09/23/2015 - 09/25/2015, At Geneva.

22. Nowak A. S. System reliability models for bridge structures. Bulletin of the polish academy of sciences technical sciences. 2004.332 p.

23. Steenbergen R. Economic and human safety reliability levels for existing structures / R. Steenbergen, M. Sykora, D. Diamantidis, M. Holicky, T. Vrouwenvelder. Structural Concrete - Journal of fi b. - 2015. -Vol. 16, issue 3. - pp. 323-332.

24. Sykora M. Verification of existing reinforced concrete bridges using the semi-probabilistic approach / M. Sykora, M. Holicky, J. Marková. Engineering Structures. - 2013 .-- Vol. 56. - P. 1419-1426.