Full Text

Введение. Мостовое сооружение (мост, путепровод, виадук и т.д.) состоит из трех основных частей: опор, пролетных строений, проезжей части. Проезжую часть моста составляют конструкции, служащие для размещения на мосту движущихся транспортных средств, безопасного, плавного их проезда, передвижения пешеходов и защищающие все сооружение от воздействия внешней среды, а именно (рис. 1): плита проезжей части, система гидроизоляции - водоотвод, деформационные швы, въездные приспособления, дорожная одежда, тротуары и перила, барьеры безопасности, конструкции освещения и контактной сети автотранспорта, приспособления для укладки и сохранности инженерных коммуникаций, конструкции распределения полос движения, дорожные знаки [1]. Рис. 1. Элементы проезжей части На рис. 1 представлены: 1 - перильное ограждение, 2 - тротуарный блок, 3 - ограждение проезжей части, 4 - плита проезжей части, 5 - кабельные коммуникации, 6 - мачта освещения, 7 - водоотвод, 8 - деформационный шов, 9 - стяжка, 10 - гидроизоляция, 11 - дорожная одежда, 12 - переходные плиты. Основное эксплуатационное требование, которое предъявляется к конструкциям проезжей части, - это требование удобства и надежности содержания этих конструкций в исправном состоянии при правильно поставленной службе эксплуатации. Под износом понимается степень несоответствия эксплуатируемой конструкции современным требованиям (изменение потребительских или основных функций). К этим функциям могут быть отнесены: несущая способность, площадь, толщина, жесткость элемента с повреждениями и дефектами. Группа «мостовое полотно» включает элементы: - покрытие; - гидроизоляция, включая выравнивающий и защитный слой; - сопряжение моста с насыпью, включая переходные плиты и покрытие в зоне сопряжения на подходах (при отсутствии четких границ подходов - на участке длиной 10 м с каждой стороны); - система водоотвода; - тротуары; - перила; - деформационные швы; - ограждения. Показатель износа элемента (частный износ) определяется как процент отличия основных качеств (функций) от требуемых. Критерии оценки нарушения функций для каждого элемента свои, соответствующие назначению этого элемента. Назначения элементов мостового сооружения: - переходные плиты - обеспечение плавного въезда на мост; - покрытие - обеспечение плавности и комфортности движения автомобилей; - гидроизоляция - предотвращение попадания фильтрационной воды с ездового полотна на несущие конструкции; - водоотвод - обеспечение безопасных условий движения и быстрого отвода воды с проезжей части полотна; - тротуары - обеспечение безопасного прохода пешеходов; - перила - исключение случайного падения пешеходов с моста; - деформационные швы - создание плавного переезда с пролета на пролет и исключение попадания воды на торцы пролетных строений и опорные площадки; - ограждения - предотвращение падения транспортных средств с моста; обеспечение безопасности пассажиров в случае наезда транспортных средств на тротуары; - плита - непосредственное восприятие воздействия подвижной нагрузки и передача ее на основные несущие элементы. В работе процесс износа мостового сооружения будет представлен в виде динамической линейной окрестностной модели. 1. Элементы проезжей части, их дефекты. В данной статье рассматриваются элементы проезжей части, напрямую связанные с интенсивностью движения транспорта: - переходные плиты (строение с насыпью); - покрытие; - гидроизоляция; - водоотвод; - деформационные швы; - плита проезжей части. В таблице приведены наиболее часто встречающиеся дефекты, а также причины их возникновения, влияние их на долговечность мостовых строений. Дефекты элементов конструкции моста и их последствия № п/п Дефекты элементов конструкции моста, причины их возникновения Последствия развития дефектов и их влияние на долговечность моста Меры по ликвидации дефектов Покрытие ездового полотна и тротуаров 1. Неровности дорожного полотна, наплывы, образование колеи высотой до 5-10 см вследствие низкого качества, недостаточного уплотнения асфальтобетона Повышение динамического воздействия на несущие конструкции, сокращение сроков службы Ремонт, полная замена покрытия 2. Выбоины, ямы на покрытии из-за некачественного выполнения, малой толщины. песок, грязь, снег и лед, вода на ездовом полотне и тротуарах Снижение скорости движения, повышение динамических нагрузок, сокращение долговечности искусственных сооружений Поверхностная обработка, ямочный ремонт полотна 3. Трещины и разрывы в асфальтобетонном покрытии над деформационными швами, ребрами жесткости, диафрагмами, стыками из-за температурных воздействий, неисправностей закрытых деформационных швов, различной жесткости элементов плиты и балок Увеличение динамических воздействий, снижение безопасности движения и сроков службы моста Ремонт, замена элементов деформационных швов, повышение жесткости элементов плиты. 4. Застой - скопление воды на покрытии и под ним, замокание, вспучивание асфальтобетона вследствие несоблюдения проектных уклонов, неисправностей водоотводных трубок (забиты асфальтом, землей), неровностей защитного слоя Разрушение покрытия, гидроизоляции, защитного слоя, снижение безопасности, долговечности пролетного строения Ремонт покрытия и гидроизоляции, защитного слоя, восстановление уклонов, работы водоотводных трубок Деформационные швы и гидроизоляция 5. Разрушение покрытия в зоне закрытых деформационных швов, отсутствие температурного зазора между торцами блоков пролетного строения, разрушение (подвижность) закладных элементов деформационных швов, ослабление прижимных элементов и фиксирующих приспособлений, разрушение лотков компенсаторов под проезжей частью и тротуарами, засорение грязью, фильтрация воды через деформационный шов Разрушение элементов главных балок, снижение несущей способности, безопасности движения, долговечности пролетного моста Спецобследование, ремонт деформационных швов с укреплением ослабленных элементов 6. Тоже самое в деформационных швов открытого типа, кроме того, отрыв (срезание) элементов окаймления деформационных швов, креплений перекрывающих листов ввиду воздействий ударов колес проходящего транспорта То же Обследование технического состояния спецбригадой, разработка проекта ремонта и усиления деформационных швов 7. Дефекты гидроизоляции и системы водоотвода: низкое качество выполнения, отсутствие или несоблюдение продольных и поперечных уклонов проезжей части, отсутствие гидроизоляции на тротуарах, слезников на консольных свесах пролетного строения и тротуарных блоках, недостаточная длина водоотводных трубок, застой и фильтрация воды через стыки Коррозия бетона и металла пролетного строения и опор, снижение долговечности сооружения Ремонт элементов гидроизоляции и водоотвода, обеспечение регулярного водоотвода Система «гидроизоляция-водоотвод» является наиболее уязвимым элементом конструкции проезжей части мостового сооружения [1-8]. На рис. 2 и 3 приведены наиболее характерные дефекты и повреждения гидроизоляции мостовых сооружений. Рис. 2. Замокание, разрушение бетона в нижней части насадки опоры с обнажением и интенсивной коррозией арматуры из-за повреждения гидроизоляции (мост через р. Липовка по ул. Фрунзе в г. Липецке) Рис. 3. Разрушение защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры в плите проезжей части из-за повреждения гидроизоляции (мост через р. Липовка по ул. Фрунзе в г. Липецке) Объектом исследований является путепровод через железнодорожные пути в городе Невинномысске Ставропольского края. Наблюдения за износом элементов конструкций проезжей части велись с 2001 по 2017 года. Дважды за этот период элементы конструкции проезжей части подвергались ремонту и капитальному ремонту соответственно. При этом под капитальным ремонтом понимается ремонт, в процессе которого производится восстановление всех элементов с заменой изношенных конструкций, с доведением всех параметров до первоначального уровня (капитальный ремонт первого типа) или до требуемых для технической категории дороги, на которой расположено сооружение (капитальный ремонт второго типа), а под ремонтом - восстановление первоначальных транспортно-эксплуатационных характеристик и потребительских свойств сооружения с устранением всех повреждений. 2. Окрестностное моделирование процесса износа мостового сооружения. Окрестностные модели [9-14] можно представить в виде ориентированного графа. По дугам этого графа от узла к узлу передаются данные, которые представляют собой векторные значения [15]. Смоделируем процесс износа элементов мостового сооружения с помощью дискретной динамической окрестностной системы. На рис. 4 представим граф динамической окрестностной модели [16-18] износа элементов мостового сооружения. Рис. 4. Граф динамической окрестностной модели износа элементов мостового сооружения На рис. 4 показана зависимость состояний и выходов динамической окрестностной модели [19-20] в каждом узле в следующий момент времени от состояний и входов в текущий момент времени, где - количество лет после ремонта и интенсивность движения соответственно. Узлы окрестностной модели где - узел входных данных, - узел 1-го участка моста, - узел 2-го участка моста, - узел 3-го участка моста, - узел 4-го участка моста, - узел 5-го участка моста, - узел общего износа участков моста. В узлах - это износ асфальтобетонного покрытия, - износ деформационных швов, - износ водоотвода, - износ гидроизоляции, - износ плит проезжей части, - износ въездного приспособления. Состояния каждого i-го промежуточного узла вычисляются по следующим формулам: где - функции пересчета состояний; i =1,…,5; j =1,…,6; - входы в момент времени ; - состояния в момент времени ; - состояния в момент времени . Выходы шестого узла общего износа участков моста вычисляются по формуле: Рассмотрим линейную динамическую окрестностную модель процесса износа элементов мостового сооружения: Была создана программа для выполнения параметрической идентификации линейной динамической окрестностной модели в блоке программирования математического пакета Mathcad. Входными данными в разработанной программе является обучающая выборка, выходными - параметры линейной окрестностной модели. С помощью данной программы можно осуществлять имитационное моделирование процесса износа элементов мостового сооружения. На рис. 5 представлен график зависимости исходных и модельных данных процесса износа элементов мостового полотна для асфальтобетонного покрытия выходного узла где - исходные данные; - модельные данные. Рис. 5. График зависимости модельных и исходных данных износа асфальтобетонного покрытия выходного узла На рис. 6 показан график зависимости модельных и исходных данных износа асфальтобетонного покрытия для узла , где - исходные данные; - модельные данные. Рис. 6. График зависимости модельных и исходных данных износа асфальтобетонного покрытия узла Средняя абсолютная ошибка идентификации вычисляется по формуле: где N - объем выборки; - исходные данные системы; - модельные данные. Выводы. По результатам моделирования была получена средняя абсолютная ошибка идентификации для состояний процесса износа элементов мостового сооружения А = 1,37 %, что свидетельствует об адекватности модели. Таким образом, линейную дискретную динамическую окрестностную модель можем рекомендовать для прогнозирования износа элементов мостового полотна. Также с помощью разработанной программы в математическом пакете Mathcad можно осуществлять прогноз транспортно-эксплуатационного состояния элементов мостового сооружения без фактического выезда на объект при наличии ранее собранных данных состояния конструкций.

About the authors

B. A Bondarev

Lipetsk State Technical University

I. A Sedykh

Lipetsk State Technical University

A. M Smetannikova

Lipetsk State Technical University

References

Statistics

Views

Abstract - 42

PDF (Russian) - 24

Refbacks

• There are currently no refbacks.