Актуальные конструкции деформационных швов автодорожных мостов
- Авторы: Трифонова А.А.1, Алексеев С.В.1, Егошин А.М.2
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
- Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулева
- Выпуск: Том 7, № 2 (2021)
- Страницы: 42-54
- Раздел: Обзоры
- URL: https://journals.eco-vector.com/transsyst/article/view/64996
- DOI: https://doi.org/10.17816/transsyst20217242-54
- ID: 64996
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В современном мостостроении предъявляются повышенные требования к материалам и конструктивным элементам, в том числе деформационным швам (Д.Ш.). Необходимо использовать усовершенствованные модели, в которых решены проблемы и недостатки стандартных, широко реализуемых конструкций, при этом обеспечивается максимальная долговечность.
Основные типы конструкций деформационных швов: Д.Ш. закрытого типа, Д.Ш. заполненного типа, Д.Ш. перекрытого типа. Рассматриваются конструктивные особенности, преимущества и недостатки различных видов Д.Ш.
На основе полученных результатов выявлено, что новые и усовершенствованные модели Д.Ш. обладают лучшими показателями по рассмотренным критериям, т.е. они обеспечивают большую надежность и долговечность швов. Наиболее совершенные конструкции швов: Д.Ш. закрытого типа с металлической опорной пластиной; Д.Ш. заполненного типа с выпуклым V-образным компенсатором и перекрывающим листом; Д.Ш. перекрытого типа с гребенчатыми плитами и шарнирно присоединенным стержнем и пружиной.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время требования к строительным материалам и конструкциям, используемым в мостовой и дорожной отраслях, ужесточаются. Это связано как с растущей интенсивностью движения, так и с использованием усовершенствованных технологий производства, предполагающих больший срок службы изделий. Поэтому вновь используемые при строительстве материалы и конструктивные элементы также должны обеспечивать большую надежность, нежели стандартные образцы.
На основе [1] выделены следующие типы конструкций деформационных швов: Д.Ш. закрытого, заполненного и перекрытого типов. В исследовании [2] представлена методика выбора Д.Ш. в зависимости от длины пролета моста.
Документ [1] содержит основные модели швов, уже реализуемые в мостостроении. Но, как утверждалось ранее, в современных условиях необходимо повышать уровень надежности любых конструкций, в том числе деформационных швов. В данном случае целесообразно использовать усовершенствованные или новые конструкции Д.Ш.
Цель статьи – рассмотреть существующие, а также новые и усовершенствованные модели Д.Ш., запатентованные в течение последних лет, и выявить их достоинства и возможные недостатки.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАИЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СВОЙСТВ РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ Д.Ш.
В табличной форме (Табл. 1–3) рассматриваются основные стандартные модели существующих типов Д.Ш. [1], а также новые и усовершенствованные варианты [3–9]. Отдельно выводятся достоинства и недостатки каждой из конструкций по следующим критериям: обеспечение прочности материалов и элементов, воспринимающих нагрузки от температурных перемещений пролетных строений; обеспечение прочности всех элементов от транспортных нагрузок; герметичность; низкие вибрационные нагрузки; сопротивляемость атмосферным воздействиям, химическим реагентам [10–18].
А) Деформационные швы закрытого типа:
Таблица 1. Сравнительный анализ Д.Ш. закрытого типа
Название модели Д.Ш. | Схема модели | Анализ Д.Ш. | |
Достоинства конструкции | Недостатки конструкции | ||
1. Простая конструкция Д.Ш. закрытого типа [1] | 1. Прочность основного рабочего материала (АБ-покрытие, битумы и пористые наполнители зазора) на основные нагрузки (растягивающие и сжимающие напряжения от температурных перемещений пролетных строений) обеспечена за счет армирования стальными или полимерными волокнами. | 1. Плохая герметичность конструкции (отсутствие дополнительного слоя гидроизоляции); 2. Из п. 1 следует быстрая потеря прочности в нижележащих бетонных элементах моста из-за удержания в них влаги. | |
2. Д.Ш. закрытого типа с дополнительным обратно-выгнутым компенсатором [2] |
| 1. Прочность рабочего материала на основные нагрузки обеспечена (см. п.1 «Простая конструкция Д.Ш. закрытого типа»); 2. Дополнительный компенсатор способствует стоку воды, препятствует удержанию влаги (герметичность), обеспечивает вентиляцию; 3. Прочность элементов моста вблизи Д.Ш. обеспечена. |
|
3. Д.Ш. закрытого типа с щебеночно-мастичным заполнением и металлической опорной пластиной [6] | 1. Прочность рабочего материала на основные нагрузки обеспечена за счет наличия металлической пластины (растягивающие напряжения); 2. Герметичность – гидроизоляционная прослойка; 3. Прочность конструктивных элементов моста вблизи Д.Ш. обеспечена. |
| |
4.Д.Ш. закрытого типа, совмещенный с V-образным компенсатором [7] | 1. Прочность рабочего материала на основные нагрузки обеспечена за счет наличия дополнительного V-образного компенсатора (растягивающие напряжения); 2. Герметичность – гидроизоляционная прослойка; 3. Прочность конструктивных элементов моста вблизи Д.Ш. обеспечена. |
|
Б) Деформационные швы заполненного типа:
Таблица 2. Сравнительный анализ Д.Ш. заполненного типа
Название модели Д.Ш. | Схема модели | Анализ Д.Ш. | |
Достоинства конструкции | Недостатки конструкции | ||
1. Простая конструкция Д.Ш. заполненного типа с V-образным упругим компенсатором [1] | 1. Прочность рабочего материла на основные нагрузки обеспечена.
| 1. Достаточно быстрое образование трещин в полимерном материале, причины – засорение твердыми частицами мусора, повреждение материала заостренными элементами снегоочистительной техники; 2. Плохая герметичность материала, как следствие – снижение прочности близко расположенных бетонных конструкций моста из-за удержания в них влаги. | |
2. Д.Ш. заполненного типа с V- образным компенсатором в виде двойной ленты [3] | 1. Прочность рабочего материла на основные нагрузки обеспечена; 2. Увеличение прочности материала за счет двойной ленты (препятствие прокалыванию и дефектам материала); 3. Из п.2 следует герметичность конструкции; 4. Прочность конструктивных элементов моста вблизи Д.Ш. обеспечена. |
| |
3. Д.Ш. заполненного типа с выпуклым V-образным компенсатором [8] | 1.Прочность рабочего материла на основные нагрузки обеспечена; 2. Увеличение прочности компенсатора за счет выпуклой формы: способствует самоочищению компенсатора, что препятствует накоплению посторонних твердых частиц, вызывающих дефекты; 3. Увеличение прочности компенсатора за счет наличия утолщенных концов; 4. Из п. 2,3 следует герметичность конструкции; 5. Прочность конструктивных элементов моста вблизи Д.Ш. обеспечена. |
| |
4. Д.Ш. заполненного типа с выпуклым V-образным компенсатором и перекрывающим листом [4] | 1. Прочность рабочего материла на основные нагрузки обеспечена; 2. Увеличение прочности за счет выпуклой формы компенсатора (см. п. 3 «Д.Ш. заполненного типа с выпуклым V-образным компенсатором»); 3. Увеличение прочности компенсатора за счет наличия металлического листа: защита Д.Ш. от атмосферных воздействий, препятствие проникновению посторонних частиц; 4. Из п. 2,3 следует герметичность конструкции; 5. Прочность конструктивных элементов моста вблизи Д.Ш. обеспечена. |
|
В) Деформационные швы перекрытого типа:
Таблица 3. Сравнительный анализ Д.Ш. перекрытого типа
Название модели Д.Ш. | Схема модели | Анализ Д.Ш. | |
Достоинства конструкции | Недостатки конструкции | ||
1. Простая конструкция Д.Ш. перекрытого типа с гребенчатыми плитами [1] | 1. Прочность рабочего элемента на основные нагрузки обеспечена
| 1. Достаточно быстрое нарушение совместной работы гребенчатых элементов (их расшатывание, выпячивание над поверхностью проезжей части); 2. Из п. 1 следует уменьшение прочности рабочих элементов Д.Ш. на действие динамических транспортных нагрузок; 3. Их п. 1 следует возникновение чрезмерной шумовой эмиссии, вибрационных нагрузок. 4. Из п. 3 следует уменьшение прочности близко расположенных бетонных конструкций моста. | |
2. Совмещенная конструкция Д.Ш. перекрытого типа с гребенчатыми плитами и скользящими листами [13] | 1. Прочность рабочего элемента на основные нагрузки обеспечена; 2. Повышение жесткости Д.Ш. за счет наличия 2-х слоев рабочих элементов (гребенчатые плиты и скользящие листы); 3. Из п. 2 следует высокая прочность Д.Ш. на действие динамических нагрузок, отсутствие чрезмерной шумовой эмиссии и вибрационных нагрузок; 4. Прочность близко расположенных бетонных конструкций моста обеспечена. |
| |
3. Д.Ш. перекрытого типа с шарнирно присоединенным стержнем и пружиной [5] | 1. Прочность рабочего элемента на основные нагрузки обеспечена; 2. Перераспределение динамических нагрузок между гребенчатыми плитами и шарнирным стержнем с пружиной, в результате – увеличение жесткости, прочности конструкции; 3. из п. 2 следует отсутствие чрезмерной шумовой эмиссии и вибрационных нагрузок; 4. Прочность близко расположенных бетонных конструкций моста обеспечена. |
| |
4. Д.Ш. перекрытого типа с гребенчатыми плитами и модульным упругим компенсатором [9] | 1. Прочность рабочего элемента на основные нагрузки обеспечена; 2. Повышение жесткости и прочности Д.Ш. на действие динамических нагрузок за счет наличия дополнительного упругого компенсатора; 3. Из п. 2 следует отсутствие чрезмерной шумовой эмиссии и вибрационных нагрузок; 4. Прочность близко расположенных бетонных конструкций моста обеспечена. |
|
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА
Проведен анализ различных моделей основных типов деформационных швов. Рассмотрены как стандартные конструкции (п. 1 в Табл. 1, 2), так и новые, усовершенствованные виды (п. 2 ,3, Табл. 1–3).
Основные конструктивные преимущества новых и усовершенствованных видов Д.Ш.:
а) Д.Ш. закрытого типа: обеспечение герметичности шва (дополнительный обратно-выгнутый компенсатор, гидроизоляционные слои); повышение прочности основных рабочих материалов за счет установки элементов, воспринимающих растягивающие нагрузки (металлическая пластина, дополнительный V-образный компенсатор); долговечность элементов моста вблизи конструкции Д.Ш.;
б) Д.Ш. заполненного типа: увеличение прочности компенсатора (компенсатор в виде двойной ленты, выпуклая форма компенсатора, наличие утолщенных концов материала, наличие дополнительных металлических элементов, перекрывающих компенсатор); повышение герметичности шва; защита компенсатора от атмосферных воздействий; долговечность элементов моста вблизи конструкции Д.Ш.;
в) Д.Ш. перекрытого типа: повышение жесткости, прочности основных рабочих элементов Д.Ш., повышение прочности шва на действие динамических нагрузок, снижение шумовой эмиссии и вибрационных нагрузок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исходя из полученных результатов п. 3 можно сделать вывод, что новые и усовершенствованные модели Д.Ш. лучше удовлетворяют современным требованиям к конструкциям и материалам.
Наиболее совершенные конструкции Д.Ш. из рассмотренных типов: Д.Ш. закрытого типа с металлической опорной пластиной; Д.Ш. заполненного типа с выпуклым V-образным компенсатором и перекрывающим листом; Д.Ш. перекрытого типа с гребенчатыми плитами и шарнирно присоединенным стержнем, и пружиной.
Авторы заявляют что:
- У них нет конфликта интересов.
- Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.
Об авторах
Ангелина Александровна Трифонова
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Email: trifonova97@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2968-6897
SPIN-код: 9870-5498
студент
Россия, Санкт-ПетербургСергей Викторович Алексеев
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Автор, ответственный за переписку.
Email: sergeyaleks1966@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8632-3852
SPIN-код: 6013-0312
Кандидат военных наук, доцент
Россия, Санкт-ПетербургАлексей Михайлович Егошин
Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулева
Email: al-ego@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2025-2590
SPIN-код: 7338-7504
доктор технических наук, доцент, кафедра автодорожной службы
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- ОДМ 218.2.025-2012. Деформационные швы мостовых сооружений на автомобильных дорогах: нормативно-технический материал. [ODM 218.2.025-2012. Deformacionnye shvy mostovyh sooruzhenij na avtomo-bil'nyh dorogah: normativno-tekhnicheskij material. (In Russ.)]. Доступно по: https://docs.cntd.ru/document/1200112562. Ссылка активна на 23.03.2021.
- Алексеев С. В., Трепалин В. А., Шевченко С. М., Трифонова А. А. Современные методы совершенствования конструкций деформационных швов автодорожных мостов // Путевой навигатор. – 2020. – № 43(69). – С. 3. [Alekseev SV, Trepalin VA, Shevchenko SM, Trifonova AA. Sovremennye metody sovershenstvovaniya konstrukcij deformacionnyh shvov avtodorozhnyh mostov. Putevoj navigator. 2020;43(69);3 (In Russ.)] Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43158634. Ссылка активна на 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 2614172/ 23.03.17. Бюл. № 9. Должиков А.И., Катанов М.А., Ардеев В.Н., Ардеев К.В. Деформационный шов автодорожного моста. [Pat. RUS № 2614172/ 23.03.17. Byul. № 9. Dolzhikov AI, Katanov MA, Ardeev VN, Ardeev KV. Deformacionnyj shov avtodorozhnogo mosta. (In Russ.)]. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38261256. Дата обращения: 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 190001/ 21.09.18. Бюл. № 17. Алейнер А.В. Деформационный шов автодорожного моста. [Pat. RUS № 190001/ 21.09.18. Byul. № 17. Alejner AV. Deformacionnyj shov avtodorozhnogo mosta. (In Russ.)]. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000190091_20190618_U1_RU/. Дата обращения: 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 1844659/ 14.05.18. Бюл. № 31. Шульман С.А. Деформационный шов. [Pat. RUS № 1844659/ 14.05.18. Byul. № 31 SHul'man SA. Deformacionnyj shov. (In Russ.)]. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000184659_20181102_U1_RU/. Дата обращения: 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 2706979/ 19.02.19. Бюл. № 33. Еремеев В.П., Еремеев П.В. Деформационный шов моста. [Pat. RUS № 2706979/ 19.02.19. Byul. № 33 Eremeev VP, Eremeev PV. Deformacionnyj shov mosta. (In Russ.)]. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002706979_20191121_C1_RU/. Дата обращения: 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 2681044/ 27.03.18. Бюл. № 7. Еремеев В.П. Деформационный шов моста. [Pat. RUS № 2681044/ 27.03.18. Byul. № 7 Eremeev VP. Deformacionnyj shov mosta. (In Russ.)]. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0002681044_20190301_C1_RU/. Дата обращения: 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 156213/ 21.05.15. Бюл. № 31. Поспелов В.М., Старченко В.С. Деформационный шов моста. [Pat. RUS № 156213/ 21.05.15. Byul. № 31 Pospelov VM, Starchenko VS. Deformacionnyj shov mosta. (In Russ.)]. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000156213_20151110_U1_RU/. Дата обращения: 23.03.2021.
- Патент РФ на изобретение № 157180/ 09.07.15. Бюл. № 32. Шульман С.А. Деформационный шов моста. [Pat. RUS № 157180/ 09.07.15. Byul. № 32 SHul'man SA. Deformacionnyj shov mosta. (In Russ.)]. Режим доступа: https://rusneb.ru/catalog/000224_000128_0000157180_20151120_U1_RU/. Дата обращения: 23.03.2021.
- Аверченко Г.А., Огурцов Г.Л. Перспективы использования композитного материала в мостостроении / Фундаментальная и прикладная наука: состояние и тенденции развития. 24 ноября 2019 года; СПб. Под ред. Ивановской И.И. Петрозаводск: "Международный центр научного партнерсва Новая наука", 2019. – С. 229–231. [Averchenko GA, Ogurcov GL. Perspektivy ispol'zovaniya kompozitnogo materi-ala v mostostroenii In: Ivanovskaya II, aditor. Fundamental'naya i prikladnaya nauka: sostoyanie i tendencii razvitiya. 2019 Nov 24; St. Petersburg. Petrozavodsk: Mezhdunarodnyj centr nauchnogo partnersva Novaya nauka; 2019. p. 229-231. (In Russ.).]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41475166&pff=1. Ссылка активна на 23.03.2021.
- Овчинников И.И. Анализ конструктивных особенностей деформационных швов мостов // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. – 2012. – С. 297–304. [Ovchinnikov II. Analiz konstruktivnyh osobennostej deformacionnyh shvov mostov. Modernizaciya i nauchnye issledovaniya v transportnom komplekse. 2012;297-304. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18875154. Ссылка активна на 23.03.2021.
- Овчинников И.Г. Особенности и проблемы применения инновационных технологий в транспортном строительстве // Инновационный транспорт. – 2014. – С. 46–53. [Ovchinnikov IG. Osobennosti i problemy primeneniya innovacionnyh tekhnolo-gij v transportnom stroitel'stve. Innovacionnyj transport. 2014;46-53. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21260641. Ссылка активна на 23.03.2021.
- Бондарев Б.А. Оценка износа конструкций деформационных швов и пути повышения их долговечности // Вестник пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2019. – С. 126–132. [Bondarev BA. Ocenka iznosa konstrukcij deformacionnyh shvov i puti povy-sheniya ih dolgovechnosti. Vestnik permskogo nacional'nogo issledovatel'sko-go politekhnicheskogo universiteta. 2019;126-132. (In Russ.)]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41805115. Ссылка активна на 23.03.2021.
- Лазарев Ю. Г. Применение информационного моделирования при диагностике и обследовании мостовых сооружений / Региональные аспекты развития науки и образования в области архитектуры, строительства, землеустройства и кадастров в начале III тысячелетия. 29 ноября 2018 года; СПб. Под ред. Козин В.М. Комсомольск-на-Амуре: Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 2018. – С. 223–227. [Lazarev YUG. Primenenie informacionnogo modelirovaniya pri diagnostike i obsledovanii mostovyh sooruzhenij In: Kozin VM, aditor. Regional'nye aspekty razvitiya nauki i obrazovaniya v oblasti arhitektury, stroitel'stva, zemleustrojstva i kadastrov v nachale III tysyacheletiya. 2019 Nov 21; St. Petersburg. Komsomol'sk-na-Amure: Komsomol'skij-na-Amure gosudarstvennyj universitet; 2019. p. 223-227 (In Russ.)]. Доступно по: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38588199. Ссылка активна на 23.03.2021.
- MULTI. The online architecture and design exhibition [Internet]. Available from: https://www.archiexpo.com/prod/mageba/product-126411-1332697.html.
- Niemierko A. Modern bridge bearings and expansion joints for road bridges. Transportation Research Procedia. 2016;4040-4049. doi: 10.1016/j.trpro.2016.05.501
- Huadong L. The Cause Analysis on the Highway Bridge Expansion Joints and the Maintenance of Construction Management. 2nd International Conference on Machinery, Materials Engineering, Chemical Engineering and Biotechnology. 2016. doi: 10.2991/mmeceb-15.2016.10
- Jelínek D, Meng N, O’Suilleabhain C. The particular challenges of expansion joint installation in steel bridges – Case studies. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 419. 2018. doi: 10.1088/1757-899x/419/1/012017
Дополнительные файлы
