1286

по оценке ее влияния на комплексные физико-механические характеристики бетонов [5].

В испытательном центре «УралДорНИИ» были подобрано три смеси ЩМА-15 с процентным содержанием добавки 0,3; 0,4; 0,5 % от массы минеральной части. Все смеси прошли испытания на соответствие требованиям ГОСТ 31015-2002, ПНСТ.

По результатам испытаний выяснилась следующая закономерность. У асфальтобетонов с количеством добавки 0,4 и 0,5 % физикомеханические свойства находились на одном уровне, при 0,3 % результаты были ниже, чем у асфальтобетонов с более высоким количеством добавки по таким показателям, как сцепление при сдвиге при температуре 50 °С на 17,6 %. Предел прочности при сжатии при 50°С и коэффициент внутреннего трения были соизмеримы у всех трех образцов асфальтобетонов.

Таким образом возникли предпосылки исследовать повышенное содержание минеральной добавки в смеси. Ее количество было доведено до 1,0 % от массы минеральной части.

Результаты указывали на то, что при увеличении добавки смесь с каждым разом становилась более жесткой. После стабилизации асфальтобетонных плит они подверглись испытанию на колееобразование на устройстве Wheel Tracking Device. По результатам испытаний (таблица) выявилась следующая закономерность: при увеличении количества добавки стойкость к колееобразованию улучшается. Однако остальные показатели остались практически на прежнемуровне.

Физико-механические показатели ЩМА-15 (содержание «Стилобит» 1,0 %)

Учитывая то, что данные, полученные при испытании на компакторе, можно связать с показателями колейности на покрытии, появляется возможность прогнозировать, насколько будущий асфальтобетон будет подвержен пластическим деформациям.

281

Таким образом, сверхнормативное увеличение количества добавки может приводить к уменьшению колеи на асфальтобетонах и оказывать влияние на его технологичность.

Список литературы

1.Васильев Ю.В., Беляев Н.Н. Колея износа: мифы и реальность // Автомобильные дороги. – 2014. – № 12. – С. 66–70.

2.Кручинин И.Н., Дедюхин А.Ю. Применение хризотила в дорожном строительстве: моногр. /Урал. гос. лесотехн. ун-т. – Екатеринбург, 2011. – 152 с.

3.Дедюхин А.Ю., Кручинин И.Н., Еремян А.А. Структурированные минеральные порошки // Автомобильные дороги. – 2013. – № 10. –

С. 54–60.

4.Дедюхин, А.Ю., Кручинин, И.Н., Мелькумов, В.Н. Применение техногенных отходов переработки хризотила в дорожном строительстве // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. Вып. 4 (16). –

Воронеж, 2009. – С. 141–148.

5.Кручинин, И.Н., Дедюхин А.Ю. Повышение эксплуатационных характеристик покрытий автомобильных дорог из щебеночно-мастич- ных асфальтобетонов // Транспорт. Транспортные сооружения. Эколо-

гия. – 2015. – № 3. – С. 85–96.

Об авторах

Кручинин Игорь Николаевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспорт и дорожное строительство», Уральский государственный лесотехнический университет

(620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37; e-mail: kinaa.k@ya.ru).

Дедюхин Александр Юрьевич (Екатеринбург, Россия) – кандидат технических наук, директор испытательного центра «УралДорНИИ», (620072, г. Екатеринбург, ул. 40 лет ВЛКСМ, 1д/3; e-mail: lsm_ugltu@ mail.ru).

.

282

УДК 621.19

ТРУБОБЕТОННЫЕ БАЛКИ С ЧАСТИЧНО ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННЫМ БЕТОННЫМ ЯДРОМ ДЛЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МАЛЫХ МОСТОВ

О.Ю. Моисеев1, Д.Н. Парышев2, И.Г. Овчинников3, В.В. Харин4, И.И. Овчинников5

1ООО «Мостпроект», Курган, Россия

2ЗАО «Курганстальмост», Курган, Россия

3Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

4Курганский институт железнодорожного транспорта, Россия

5Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Сочинский филиал, Саратов, Россия

Рассматривается возможность использования в пролетных строениях малых мостов балочной конструкции трубобетона с асимметричным предварительно напряженным бетонным ядром. С целью снижения стоимости трубобетонной балки предлагается в качестве металлической трубчатой оболочки использовать старогодные нефтегазовые трубы. Применение частичного предварительного напряжения бетонного ядра позволяет управлять напряженным состоянием трубобетонной балки.

Ключевые слова: малые мосты, пролетные строения, трубобетон, армирующие элементы, бетонное ядро, внецентренное сжатие, металлическая оболочка.

На федеральной сети автомобильных дорог общего пользования РФ расположено 41,8 тыс. мостовых сооружений. Большинство таких сооружений относится к категории малых и средних мостов, построенных в 1960–1970-х гг. по действующим в то время нормам проектирования. В настоящее время в качестве проектных используются большие нагрузки А14 и Н14. Но на дорогах общего пользования все еще эксплуатируются мосты, построенные по старым нормам.

В последнее время происходит прогрессирующее ухудшение состояния мостов на дорогах общего пользования. Так, анализ материалов обследования малых и средних мостов показывает, что целый ряд повреждений носит массовый характер: неисправность гидроизоляции

283

и деформационных швов, размыв опор и устоев, выход из строя опорных частей и т.д. Но наиболее важным с точки зрения эксплуатационных свойств является состояние пролетных строений.

В настоящее время возрастает потребность в сооружении надежных и недорогих малых автодорожных мостов. В первую очередь это связано с тем, что для развития экономики по всей стране должно развернуться массовое строительство автомобильных дорог, что потребует возведения большого количества малых мостов.

Наиболее простые и экономичные мостовые сооружения – малые мосты балочной системы, где главными элементами являются опоры и пролетные строения. При этом пролетные строения, как правило, самые сложные и дорогие элементы в малых мостах, которые в значительной мере определяют общую стоимость мостового сооружения.

Предлагаемая авторами перспективная и экономически выгодная трубобетонная балка с применением старогодных труб, которая может эффективно работать в пролетных строениях малых мостов, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Трубобетонная балка с асимметрично предварительно напряженным бетонным ядром; 1 – бетон (неармированная часть бетонного ядра); 2 – предварительно напряженный железобетон (армированная часть бетонного ядра); 3 – старогодная нефтегазовая труба

Конструкции с использованием трубобетонных элементов начали широко применяться в промышленности и в гражданском строительстве более 70 лет назад. Трубобетон представляет собой бетон, заключенный в металлическую трубу. Но, как показывает мировой опыт использования прямых трубобетонных балок (у которых отсутствует кривизна их осей), всегда ограничиваются конструкциями, где балки применяются или в качестве колонн, или в качестве опор. При этом

284

обеспечивается осесимметричное или внецентренное нагружение сжатием трубобетонной конструкции, у которой бетонное ядро работает в условиях объемного сжатия.

Обычные прямые трубобетонные балки в пролетных строениях мостов использовать практически невозможно в силу того, что в нижней части балки бетонное ядро работает на растяжение и уже при деформации 0,003 в нем образуются трещины. По этой причине в обычных изгибаемых трубобетонных балках бетонное ядро малоэффективно, а грузоподъемность такой трубобетонной балки может оказаться ненамного больше грузоподъемности пустотелой металлической трубчатой балки. На практике трубобетонные конструкции в пролетных строениях мостов всегда используются в виде арок, у которых бетонное ядро работает в условиях объемного сжатия. Однако любые арочные конструкции сложны и затратны в изготовлении и транспортировке их к месту строительства моста, и уже только по этим показателям существенно проигрывают прямым балкам.

Для реализации потенциальных грузоподъёмных свойств прямой трубобетонной балки необходимо создать в её сечении неравномерное распределение предварительных сжимающих напряжений. При этом максимальные сжимающие напряжения в бетонном ядре должны быть

внаиболее растянутых от внешней нагрузки частях ядра (т.е. в её нижней части, наиболее удаленной от оси), для чего напрягаемую арматуру располагают асимметрично (эксцентрично), как показано на рис. 1.

От действия растягивающих усилий от армирующих элементов

всечении трубобетонной балки возникает внецентренное сжатие. Кроме сжимающего усилия в сечении трубобетонной балки также возникает и изгибающий момент, обратный по знаку моменту от внешней нагрузки. В процессе изготовления такая трубобетонная балка получает выгиб, обратный прогибу от внешней нагрузки (по сути дела это строительный подъем). Следовательно, предварительно напряженная арматура в трубобетонной балке создает наибольшие сжимающие напряжения в нижней части бетонного ядра, препятствуя в дальнейшем появлению в нем трещин от действия внешних нагрузок. А при нагрузках, близких к разрушающим, когда в растянутой зоне бетонного ядра начитается трещинообразование, арматура будет воспринимать растягивающие усилия аналогично арматуре в железобетонных элементах.

На рис. 2 представлены возможные схемы натяжения армирующих элементов в трубобетонной балке. Очевидно, что для облегчения за-

285

полнения полости трубы бетоном эти элементы надо располагать или под углом, или вертикально, причем вполне можно применять и самоуплотняющийся бетон.

Рис. 2. Способы реализации асимметричного предварительного напряжения в трубобетонных балках: а – с передачей усилия на упоры 3; б – с передачей усилия на бетон ядра 2; 1 – старогодная нефтегазовая труба; 2 – бетонное ядро; 3 – торцевой упор; 4 – армирующие элементы (только арматура для б, стальной трос или арматура для а)

Напряженное состояние трубобетонной конструкции можно регулировать в широких пределах, создавая искусственные поля напряжений, благоприятные для работы несущей балки (управляя усилиями натяжения в армируюших элементах при создании предварительного напряжения). Важно отметить, что повышение грузоподъёмности рассматриваемой прямой трубобетонной балки достигается не технологическими, а конструктивными мероприятиями. Это существенно снижает стоимость изготовления (в том числе путем использования старогодных нефтегазовых труб) и значительно расширяет эксплуатационные свойства балки. Так, в схеме на рис. 2, а можно вместо стальной арматуры применять стальные тросы, отделив их от бетонного ядра полимерными чехлами. При этом возникает возможность управления не только статическими, но и динамическими напряжениями в трубобетонной балке при её использовании в пролетном строении малого моста. В таком случае можно говорить о классе малых мостов, адаптируемых к эксплуатационным нагрузкам.

В настоящее время практически отсутствуют методы расчета прямых трубобетонных балок для пролетных строений малых мостов. Расчетные методы должны учитывать особенности конструкции предлагаемых балок, в первую очередь рассматривать их как выполненные из композиционных материалов на неметаллической матрице, у которых поля напряжений в общем случае нелинейные и нестационарные.

286

Кроме того, следует рассмотреть все физически реализуемые варианты совместной работы металлической трубчатой оболочки, бетонного ядра (матрицы) и армирующих элементов (стальной арматуры или стальных тросов), что позволит раскрыть потенциальные эксплуатационные свойства предлагаемой трубобетонной балки как элемента пролетного строения малых мостов.

Следует иметь в виду, что при поставке трубобетонных балок на строительную площадку их необходимо четко маркировать, чтобы не перепутать ориентацию балок с частично предварительно напряженным ядром при установке в проектное положение.

Дополнительно, как конструктивный вариант, можно рассматривать повышение несущей способности трубобетонных балок на изгиб путем установки горизонтальной тонкостенной металлической (или фибропластиковой) перегородки и заполнения верхней части полости металлической трубчатой балки обычным бетоном, а нижней части – фибробетоном, что позволит более эффективно использовать возможности каждого материала.

Список литературы

1.О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Ч. 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой / И.И. Овчинников, И.Г. Овчинников, Г.В. Чесноков, Е.С. Михалдыкин // Науковедение: интернет-журн. – 2015. –

Т. 7, № 4.

2.Кришан А.Л. Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром: моногр. / Рост. гос. строит. ун-т. – Ростов н/Д, 2011. – 372 с.

3.Маренин В.Ф. Исследование прочности стальных труб, заполненных бетоном, при осевом сжатии: дис. … канд. техн. наук. – М., 1959. – 231 с.

4.Долженко А.А. Трубчатая арматура в железобетоне: дис. … д-ра техн. наук. – М., 1963. – 413 с.

5.Яровой И.С. Исследование напряженно-деформированного состояния гибких внецентренно сжатых трубобетонных элементов при кратковременном и длительном действии нагрузки: дис. … канд. техн. наук. – Кривой Рог, 1974. – 195 с.

6.Дуванова И.А., Сальманов И.Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – № 6 (21). – С. 89–103.

287

7. Стороженко Л.И., Семко А.В. Сравнение методик расчета трубобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов: науч.-

техн. сб. – 2005. – № 63. – С. 59–67.

Об авторах

Моисеев Олег Юрьевич (Курган, Россия) – генеральный директор ООО «Мостпроект», доктор транспорта (e-mail: mostproekt@ kurganstalmost.ru).

Парышев Дмитрий Николаевич (Курган, Россия) – действитель-

ный член Российской академии транспорта, генеральный директор,

ЗАО «Курганстальмост» (e-mail: kancler@kurganstalmost.ru).

Овчинников Игорь Георгиевич (Пермь, Россия) – доктор техни-

ческих наук, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты», Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Заслуженный деятель науки РФ, действительный член Россий-

ской академии транспорта (e-mail: bridgesar@mail.ru).

Харин Валерий Васильевич (Курган, Россия) – кандидат технических наук, доцент, действительный член Российской академии транспорта, заместитель директора по научной работе и инновационному развитию, Курганский институт железнодорожного транспорта (e-mail: uralakademia@mail.ru).

Овчинников Илья Игоревич (Саратов, Россия) – кандидат технических наук, доцент кафедры «Транспортное строительство», Московский автомобильно-дорожный государственный технический универси-

тет (МАДИ), Сочинский филиал (e-mail: bridgeart@mail.ru).

288

УДК 625.745.22

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ТИПА СЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ГОФРИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО ПЕШЕХОДНОГО ПЕРЕХОДА

О.В. Моисеева, В.И. Клевеко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Россия

Приведены результаты сравнения наиболее используемых сечений металлических гофрированных конструкций. На основе анализа выявлено сечение, наиболее оптимальное с точки зрения экономии.

Ключевые слова: металлические гофрированные конструкции, пешеходный переход, тоннель, сечение.

Впоследние годы вопрос безопасности пешеходов на пешеходных переходах стоит очень остро. Количество аварийных случаев на этих участках дороги говорит о том, что обычные наземные пешеходные переходы со световым регулированием уже не обеспечивают необходимый уровень безопасности. Для решения данной проблемы необходимо внедрение альтернативных видов переходов.

Вцелях уменьшения стоимости наземных и подземных пешеходных переходов, возможна замена железобетонных и иных конструкций на металлические гофрированные конструкции [1–2].

Области применения металлических гофрированных конструкций (МГК) с каждым годом расширяются. Одним из способов применения МГК служит устройство подземных пешеходных переходов (ППП). Применение данной технологии приводит к значительной экономии материалов и рабочей силы, так как не требует такой техники, как при устройстве перехода из железобетонныхконструкций [4–5].

Компании, ориентированные на производство и монтаж МГК, производят несколько видов сечений, каждое из которых предназначено для определенного вида конструкций [5].

Всего производится семь видов сечений: круглая труба; горизонтально ориентированный эллипс; вертикально ориентированный эллипс;

289

полицентрическое очертание; арка кругового очертания; арка пониженного/повышенного очертания.

Однако не все сечения подходят для устройства переходов. Для определения сечений, которые наиболее подходят для устройства ППП, возьмем минимальные размеры пешеходного тоннеля (рис. 1) и впишем их в сечения, которые собираются из гофрированных листов (ТУ 5264-001-44152952-04 Элементы стальных гофрированных конструкций объектов транспорта) [6–7].

Рис. 1. Минимальные параметры пешеходных тоннелей

Для выявления наиболее оптимального сечения будут сравниваться следующие параметры: площадь сечения; длина дуги сечения.

1. Круглая труба с постоянным значением диаметра (рис. 2). Основное назначение конструкции – водопропускная труба, но может применяться и для устройства пешеходных тоннелей, лавино-защитных галерей, скотопрогонов и проездов.

Характеристики данного сечения: длина дуги – 12,50 м, площадь сечения – 12,44 м2.

Рис. 2. Круглая труба

290