Особенности монтажа перильных ограждений из полимерных композитных материалов

УДК 624.042

ОСОБЕННОСТИ МОНТАЖА ПЕРИЛЬНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ

КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Б.Б. Мандрик-Котов, И.И. Овчинников, И.Г. Овчинников

PECULIARITIES OF INSTALLATION OF PEDESTRIAN RAILINGS FROM POLYMER

COMPOSITE MATERIALS

B.B. Mandrik-Kotov, I.I. Ovchinnikov, I.G. Ovchinnikov

Аннотация. В статье показан процесс совершенствования конструкций перильных ограждений из полимерных композитных материалов, приведены примеры современных перильных ограждений, стоимость которых сопоставима со стоимостью металлических ограждений. Приведены результаты сравнения эксплуатационных расходов, которые свидетельствуют, что к 15 году эксплуатационные расходы на перильные ограждения из ПКМ в 9 раз ниже, чем на металлические перильные ограждения, и в 6 раз ниже, чем на гибридные ограждения. Отмечается, что перильные ограждения из полимерных композитных материалов значительно более чувствительны к неточностям их монтажа на мостовых сооружениях, и потому недостаточно квалифицированная и неточная их установка в проектное положение, недостаточно полное выполнение инструкции по монтажу, может привести к появлению дефектов, которые значительно сократят срок их надежной эксплуатации. Для иллюстрации приведено 7 видов дефектов перильных ограждений из полимерных композитных материалов, вызванных нарушением технологии монтажа. Делается вывод, что вопросу правильного монтажа перильных ограждений из полимерных композитных материалов, производимого с соблюдением всех особенностей технологии, необходимо уделять повышенное внимание.

Ключевые слова: перильные ограждения; полимерные композитные материалы; монтаж ограждений; дефекты монтажа; инновационные решения.

Abstract. The article shows the process of improving the design of railing made of polymer composite materials, examples are given of modern railing, the cost of which is comparable to the cost of metal railing. The results of a comparison of operating costs are given, which show that by the year 15, the operating costs for railing from PCM are 9 times lower than for metal railing, and 6 times lower than for hybrid railing. It is noted that the railing of polymer composite materials is much more sensitive to inaccuracies in their installation on bridge structures, and therefore insufficiently qualified and inaccurate installation in the design position, insufficiently complete execution of the installation instructions, can lead to defects that significantly shorten their term reliable operation. For illustration, 7 kinds of defects of railings made of polymer composite materials caused by violation of the installation technology are given. It is concluded that the problem of the correct installation of railing made of polymer composite materials produced with observance of all the features of technology, it is necessary to pay special attention.

Keywords: railing; polymer composite materials; fencing installation; installation defects; innovative solutions.

Введение

В статье [1] отмечается четыре основных направления использования полимерных композиционных материалов (ПКМ) в мостостроении:

1) применение ПКМ при изготовлении целых мостовых сооружений или их элементов (пролетных строений, плит проезжей части, тротуарных настилов, и т.д.);

http://vestnik-nauki.ru/

ISSN 2413-9858

2) применение неметаллической композитной арматуры для армирования бетонных конструкций мостовых сооружений, включая использование и стержневой и трубчатой наружной арматуры (трубобетон);

3) применение ПКМ для усиления существующих металлических и железобетонных элементов мостовых сооружений;

4) применение ПКМ в малонагруженных конструкциях мостовых сооружений (перильные ограждения, водоотводные лотки, мачты освещения и т.д.).

Первым трем направлениям применения ПКМ в мостостроении посвящено достаточно много публикаций, обзор которых содержится в работах [2-5]. Однако направлению, связанному с применением ПКМ для изготовления малонагруженных конструкций мостовых сооружений, в частности, перильных ограждений, внимания уделяется гораздо меньше (исключая многочисленную рекламу применения ПКМ для создания этих конструкций). Поэтому в данной работе мы попытаемся восполнить этот пробел.

Применение ПКМ для изготовления перильных ограждений

Полимерные композитные материалы начинают достаточно широко применяться для изготовления полнокомпозитных конструкций перильных ограждений и страховых ограждений для пешеходов (рис. 1). Также ПКМ могут применяться для изготовления полнокомпозитных конструкций лестничных сходов, смотровых ходов (рис. 2). Еще одно направление применения ПКМ - откосные водоотводные лотки и подвесные водоотводные лотки (рис. 3, 4). Все эти и другие изделия выпускаются ООО «ПГМ-Городское Пространство» (www.pgmsl.ru), которое является и разработчиком, производителем и поставщиком полнокомпозитных конструкций, применяемых на мостовых сооружениях и не только на них.

Рисунок 3 - Откосные водоотводные лотки Рисунок 4 -Подвесные водоотводные лотки

Рисунок 1 - Перильные ограждения

Рисунок 2 - Лестничный сход

Продукция компании защищена патентами [6-12]. Усовершенствование конструкций из ПКМ позволило компании: увеличить срок эксплуатации за счет исключения металлических соединительных элементов и сверления профиля; упростить и ускорить сборку и замену элементов конструкций; повысить показатель негорючести; снизить логистические затраты; снизить трудозатраты; снизить стоимость конечного продукта (рис. 5, 6). Улучшение формулы полимерной смеси и усовершенствование дизайна конструкции позволило полностью избавиться от металлических соединительных и крепёжных элементов путем использования композитного анкера и двухкомпонентного клея.

Представляет интерес провести сравнение стоимости погонного метра металлических, гибридных и композитных перильных ограждений (таблица 1).

Рисунок 5 -Первоначальный вариант перильного ограждения

Рисунок 6 -Усовершенствованная конструкция перильного ограждения

Рисунок 7 -Усовершенствованная конструкция перильного ограждения 2017 год

Таблица 1 - Стоимость перильных ограждений различного типа

Материал Стоимость ограждения Установка и Стоимость

с доставкой до дополнительные ограждений с

объекта, руб/п.м. работы, руб/п.м. установкой, руб/п.м.

металл с глубокой 4800 1480 6280

оцинковкой

гибридные 5160 960 6120

полимерно 5827 320 6147

композитный

Как видно, стоимость изготовления и последующей установки перильных ограждений практически одинакова для разных материалов. Но сравним эксплуатационные расходы на применение перильных ограждений из этих материалов (таблица 2). При определении цен учитывались расходы на материалы, спецтехнику, антикоррозийное покрытие, трудозатраты, пескоструйную обработку каждые 6 лет (распределенную) и покраску (Приложение N 2 к Приказу Минтранса России от 1 ноября 2007 г. N 157 Периодичность проведения видов работ по содержанию автомобильных дорог общего пользования федерального значения). Замена металлических ограждений каждые 8-12 лет, гибридных ограждений каждые 15 лет. Полная замена металлических перильных ограждений производится в составе работ по ремонту искусственного сооружения (согласно «Классификации работ» утв. Приказом Минтранса РФ №160 от 12.11.2007 г.).

Таблица 2 - Стоимость эксплуатации перильных ограждений различного типа

Материал Металлические Гибридные Конструкции

конструкции конструкции из ПКМ

Эксплуатационные 6 лет 3118 1891 1287

затраты на 1 пог.м. 12 лет 29973 8108 3219

за период 15 лет 40727 27086 4523

(рубли) 24 года 114383 39115 10471

Сравнение показывает, что к 15 году эксплуатационные расходы на перильные ограждения из ПКМ в 9 раз ниже, чем на металлические перильные ограждения, и в 6 раз ниже, чем на гибридные ограждения.

Интересно также проследить отношение нормативных документов к конструкциям их ПКМ. Если ГОСТ 33119-2014: допускает применение металлических элементов, узлов и крепежей, что ухудшает антикоррозийные свойства композитов, допускает исполнение многочисленных отверстий, указывает продолжительность эксплуатации 100 лет (что вообще-то необоснованно); предусматривает категорию горючести Г2; то есть ГОСТ не учитывает основные специфические характеристики полимерных композитных материалов, то более современный стандарт организации (СТО Автодор 2.24-2016 Рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации композитных конструкций: ограждений, лестничных сходов, смотровых ходов и водоотводных лотков искусственных дорожных сооружений на автомобильных дорогах государственной компании «АВТОДОР»): исключает применение металлических элементов; требует технических решений без сверления профилей, особенно в несущих элементах; строго регулирует исполнение отверстий; указывает продолжительность эксплуатации не менее 50 лет; гарантийный срок на конструкции 15 лет; указывает категорию горючести не ниже Г1.

Более подробно нормативные документы по применению ПКМ для изготовления перильных ограждений на мостовых сооружениях обсуждаются в [13].

Важно отметить, что на сегодняшний день стоимость новой усовершенствованной конструкции, разработанной и запущенной в серийное производство в 2017 году (рис. 7) с

доставкой до объекта строительства, составляет 4200 руб./п.м. Это показывает, что за период в пять лет ООО «ПГМ - Городское Пространство не только усовершенствовало конструкцию, улучшив её, увеличив срок её службы, сократив максимально затраты на содержание в период эксплуатации всего жизненного цикла перильных ограждений из ПКМ, но и достигло существенного снижения себестоимости конструкции (в полтора раза). Тем самым не только достигнута конкурентная стоимость, но при этом стоимость перильных ограждений из ПКМ практически сравнялась со стоимостью металлических ограждений.

Проблемы монтажа перил из ПКМ

Как видно, приведенная информация говорит в пользу эффективности применения перильных ограждений из ПКМ. Однако, в процессе применения перил из ПКМ обнаружился ряд проблем, на которых мы хотели бы остановиться. Дело в том, что мало изготовить качественные изделия из ПКМ, необходимо еще их правильно, с соблюдением всех особенностей технологии, смонтировать на мостовых сооружениях. При этом следует учитывать, что если металлические перильные ограждения допускают довольно значительные деформации, что компенсирует неточности, допускаемые при их монтаже, то перильные ограждения из ПКМ значительно более чувствительны к неточностям их монтажа на мостовых сооружениях, и потому недостаточно квалифицированная и неточная их установка в проектное положение, недостаточно полное выполнение инструкции по монтажу, может привести к появлению дефектов, которые значительно сократят срок их надежной эксплуатации. Чтобы не быть голословными, приведём примеры дефектов, которые были обнаружены после незначительного срока эксплуатации перильных ограждений.

1) Довольно часто встречающимся дефектом является отклонение оси перильных ограждений от проектной горизонтальной оси на мостовом полотне (рис.8). В результате при установке в конструкции перильного ограждения создается начальное напряженно-деформированное состояние, приводящее под влиянием вибрации к появлению и развитию трещин и отрицательно сказывающееся на долговечности конструкции.

Рисунок 8 - Отклонение оси перильного ограждения от проектного положения в плане

2) Еще один вид дефекта: отклонение от проектного положения в профиле и не выдержанный размер по длине (рис. 9), в результате чего нарушается горизонтальность расположения поручней и также могут появиться трещины при вибрации.

Рисунок 9 - Отклонение от проектного положения в профиле

3) Также довольно обычным дефектом является отклонение стоек перильного ограждения от вертикальной оси (рис.10). На первый взгляд это незначительный дефект, но мостовое полотно при проезде автомобилей динамически деформируется, что может привести к увеличению раскачивания стоек и созданию дополнительных напряжений в зоне их заделки и в элементах крепления, что также под действием вибрации может привести к образованию трещин, а в последующем к разрушению конструкции.

4) Часто встречающимся дефектом является нарушение целостности конструкции перильного ограждения при монтаже, что является следствием некачественной стыковки элементов, отсутствия соединительных элементов поручня и других элементов перильного ограждения при монтаже (рис. 11).

5) Некачественная стыковка элементов перильного ограждения при монтаже, приводящая при деформировании мостового полотна при проезде автомобилей к перемещению элементов относительно друг друга, а также к созданию нерасчетных напряжений в конструкции (рис.12).

6) Тройной дефект: неплотное прилегание опорной стойки к мостовому полотну, осевое вертикальное и горизонтальное отклонение, а также некачественная стыковка элементов при вибрации приводит к разрушению как элементов основания, так и стыковочных элементов (рис.13).

Рисунок 10 - Отклонение стойки перильного ограждения от вертикальной оси

Рисунок 11 - Небрежный монтаж перильного ограждения, приведший к повреждению

поручня, нарушению стыковки элементов.

Рисунок 12 - Неплотное соединение элементов и соединение с натягом, приведшее к

появлению трещины в поручне

Рисунок 13 - Неплотное прилегание к плите проезжей части и осевое вертикальное и

горизонтальное отклонение

7) Отсутствие гаек на шпильках, крепящих стойку к основанию, что приведет к быстрому разбалтыванию крепления (рис.14).

Рисунок 14 - Отсутствие гайки на шпильке, а также соединение элементов с натягом, что приводит к образованию трещин и впоследствии к разрушению конструкции

Заключение

В статье было приведено несколько видов дефектов, причиной которых является нарушение технологии и инструкции монтажа, причем почти все эти дефекты характерны именно для перильных ограждений из полимерных композиционных материалов. Перильные ограждения устанавливаются на мостовом полотне мостового сооружения, которое в процессе работы подвергается динамическому нагружению проходящим транспортом, в силу чего перильные ограждения в процессе эксплуатации также подвергаются динамическому нагружению через зону контакта стоек с мостовым полотном. В результате имеющие место дефекты интенсивно развиваются, что приводит к раннему выходу перильных ограждений из строя. Характерно то, что основной проектной нагрузкой при расчете перильных ограждений является нагрузка от пешеходов, а вот разрушение их при дефектах монтажа происходит от динамического воздействия колеблющегося мостового полотна. Поэтому вопросу правильного монтажа перильных ограждений, производимого с соблюдением всех особенностей технологии, необходимо уделять повышенное внимание.

ЛИТЕРАТУРА

1. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Мандрик-Котов Б.Б., Михалдыкин Е.С. Проблемы применения полимерных композиционных материалов в транспортном строительстве // Интернет-журнал «Науковедение» 2016. Том 8, № 6. URL: http://naukovedenie.ru /PDF/89TVN616.pdf.

2. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 3. Опыт применения полимерных композитных материалов в мостостроении // Интернет-журнал «Науковедение». 2015. Том 7, № 5. URL: http://naukovedenie.ru /PDF/27TVN515.pdf.

3. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная Москва: Изд-во АСВ, 2013. 200 с.

4. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 1. Экспериментальные исследования особенностей усиления композитами изгибаемых железобетонных

- \/ж\\-http://vestnik-nauki.ru/ -/SS/V 2413-9858

конструкций // Интернет-журнал «Науковедение» 2012. № 4. URL: http://naukovedenie.ru /PDF/13tvn412.pdf.

5. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 2. Натурные исследования усиления железобетонных конструкций композитами, возникающие проблемы и пути их решения // Интернет-журнал «Науковедение». 2012. № 4. URL: http://naukovedenie.ru /PDF/14tvn412.pdf.

6. Патент 2532553 РФ Композитный анкер / Б.Б Мандрик-Котов, 2014.

7. Патент 134563 РФ Лестничное ограждение / Б.Б Мандрик-Котов, 2013.

8. Патент 142397 РФ Узел крепления внутренней части секций ограждения / Б.Б Мандрик-Котов, 2014.

9. Патент 141661 РФ Опора для крепления стойки / Б.Б Мандрик-Котов, 2014.

10. Патент 140294 РФ Водоотвод. / Б.Б Мандрик-Котов, 2014.

11. Патент 158354 РФ Пешеходная мостовая платформа. / Б.Б Мандрик-Котов,

2015.

12. Патент 168407 РФ Ограждение. / Б.Б Мандрик-Котов, 2017.

13. Овчинников И.И., Ильченко Е.Д., Мандрик-Котов Б.Б., Овчинников И.Г. О нормативных документах по применению полимерных композиционных материалов для пешеходных ограждений в транспортном строительстве // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. Сборник научных трудов V Международной научно-практической конференции. Саратов. 2017. С. 368-373.

REFERENCES

1. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Mandrik-Kotov B.B., Mihaldykin E.S. Problemy primeneniya polimernyh kompozicionnyh materialov v transportnom stroitel'stve [Problems of polymeric composite materials application in transport construction]. Internet-zhurnal "Naukovedenie". 2016. V. 8, No. 6. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/89TVN616.pdf.

2. Ovchinnikov 1.1., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Mikhaldykin E.S. O probleme rascheta trubobetonnykh konstruktsiy s obolochkoy iz raznykh materialov. Chast' 3. Opyt primeneniya polimernykh kompozitnykh materialov v mostostroenii [On the problem of the calculation of pipe-concrete structures with a shell of different materials. Part 3. Experience of using polymer composite materials in bridge construction]. Internet-zhurnal «Naukovedenie». 2015. V. 7, No. 5. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/27TVN515.pdf

3. Stepanova V.F., Stepanov A.Yu., Zhirkov E.P. Armatura kompozitnaya polimernaya [ Reinforcement composite polymer]. Moscow: ASV Publ., 2013. 200 p.

4. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitami: 1. Eksperimental'nye issledovaniya osobennostey usileniya kompozitami izgibaemykh zhelezobetonnykh konstruktsiy [The issues of strengthening of reinforced concrete structures with composites: 1. Experimental studies of the features of the strengthening by composites of bending reinforced concrete structures]. Internet-zhurnal «Naukovedenie» 2012. No. 4. URL: http://naukovedenie.ru /PDF/13tvn412.pdf.

5. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitami: 2. Naturnye issledovaniya usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitami, voznikayushchie problemy i puti ikh resheniya [ The issues of strengthening of reinforced concrete structures with composites: 2. Field studies of the strengthening of reinforced concrete structures with composites, problems and solutions]. Internet-zhurnal «Naukovedenie». 2012. No. 4. URL: http://naukovedenie.ru /PDF/14tvn412.pdf.

6. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 2532553 Kompozitnyy anker [Composite Anchor], 2014.

7. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 134563 Lestnichnoe ograzhdenie [Staircase fence], 2013.

8. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 142397 Uzel krepleniya vnutrenney chasti sektsiy ograzhdeniya [The attachment unit of the inner part of the fence sections], 2014.

9. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 141661 Opora dlya krepleniya stoyki [Stand Support],

2014.

10. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 140294 Vodootvod [Drainage], 2014.

11. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 158354 Peshekhodnaya mostovaya platforma [Pedestrian bridge platform], 2015.

12. Mandrik-Kotov B.B. Patent RF 168407Ograzhdenie [Fencing], 2017.

13. Ovchinnikov 1.1., Il'chenko E.D., Mandrik-Kotov B.B., Ovchinnikov I.G. O normativnykh dokumentakh po primeneniyu polimernykh kompozitsionnykh materialov dlya peshekhodnykh ograzhdeniy v transportnom stroitel'stve [About regulatory documents on the use of polymer composite materials for pedestrian fences in transport construction]. Resursoenergoeffektivnye tekhnologii v stroitel'nom komplekse regiona. Sbornik nauchnykh trudov V Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Saratov. 2017, pp. 368-373.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Мандрик-Котов Борис Борисович ООО «ПГМ - Городское пространство», г. Калининград, Россия, генеральный директор,

E-mail: bmandrik@pgmsl.ru

Mandrik-Kotov Boris Borisovich LLC "PGM-Urban space", Kaliningrad, Russia, General Director, E-mail: bmandrik@pgmsl.ru

Овчинников Илья Игоревич Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия, доцент, кандидат технических наук,

E-mail: bridgeart@mail.ru

Ovchinnikov Ilya Igorevich Tyumen industrial University, Tyumen, Russia, associate Professor, PhD, E-mail: bridgeart@mail.ru

Овчинников Игорь Георгиевич Тюменский индустриальный университет, г. Тюмень, Россия, профессор, доктор технических наук,

E-mail: bridgesar@mail.ru

Ovchinnikov Igor Georgievich Tyumen industrial University, Tyumen, Russia, Professor, doctor of technical Sciences, E-mail: bridgesar@mail.ru

Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 410054, Россия, Саратов, ул. Политехническая, 77, 1, СГТУ, корп. 6, каб. 35.

Овчинников И.Г.

8(903)3280380