716
.pdf1) от действия постоянных и временных вертикальных нагру-
зок;
2)неравномерного действия температуры по высоте сечения пролетных строений либо применения комбинированного сечения (сталежелезобетонного);
3)осадок некоторых промежуточных опор;
4)наклона или изгиба опор вдоль моста;
5)подъема либо опускания пролетного строения на опоре. Угловые перемещения φz (см. рис. 6) возникают:
1)при неравномерном температурном воздействии в горизон-
тальном направлении (по поперечному сечению, вследствие неодинакового прогрева фасадов моста) и от ветровых нагрузок в случае, если ДШ не используется совместно с поперечно-неподвижными опорными частями;
2)если мост расположен на кривой в плане;
3)в результате кручения береговых опор моста от внешних воздействий (как правило, от давления грунта).
Задача проектировщика состоит в том, чтобы отобрать из данного перечня факторов именно те, которые существенно влияют на перемещения данного мостового сооружения, и отбросить несущественные. Например, боковой ветер или неравномерный прогрев фасадов моста может несущественно влиять на перемещения торца пролетного строения в направлении оси y, если на массивных опорах установлены современные однонаправленные опорные части, ограничивающие перемещения в этом направлении.
Однако те же факторы могут быть важны, например, если применены всенаправленные опорные части (в частности, РОЧ) либогибкие опоры. Кроме того, если деформационный шов устанавливается до укладки мостового полотна, то в расчете необходимо учесть появление дополнительных перемещений вследствие прогиба пролетного строения после устройства мостового полотна. Усадка бетона, как и перемещения опор в период стабилизации грунтового массива насыпи и релаксации грунта под фундаментами важна, ес-
11
elib.pstu.ru
ли деформационный шов устанавливается на новый мост, при ремонте моста эти факторы можно не рассматривать.
Определив перемещения по всем направлениям, можно переходить непосредственно к выбору деформационного шва.
2.1. Этап 1
Задача, решаемая на первом этапе, состоит в выборе приемлемых типов деформационных швов. Поэтому целесообразно охарактеризовать каждый тип деформационных швов и область его применения в отдельности.
Деформационные швы закрытого типа
Деформационные швы закрытого типа (в англоязычной технической литературе обычно называются buried expansion joints) используются в местах сопряжения разрезных пролетных строений малой длины, установленных на подвижные опорные части, а также в местах сопряжения разрезных, неразрезных и температурнонеразрезных цепей балочных пролетных строений, установленных на неподвижные опорные части.
Во всех случаях перемещения, воспринимаемые деформационными швами закрытого типа, в направлении поперек оси шва, как правило, не превышают 10–15 мм. Возможны отдельные случаи применения этих конструкций при перемещениях до 20 мм. Вертикальные перемещения при этом должны быть не более 1–1,3 мм.
Щебеночно-мастичные деформационные швы
Деформационные швы данного типа обычно называют щебе- ночно-мастичными (ЩМДШ) или мастичными (МДШ) деформационными швами. Традиционные англоязычные названия ЩМДШ:
asphaltic plug joints, asphalt plug joints или, иногда, bitumenelastomer joints. Впервые примененные в Европе, ЩМДШ достаточно быстро распространились по всему миру и стали одними из наиболее популярных деформационных швов для мостов с малыми температурными перемещениями пролетных строений. Нередко
12
elib.pstu.ru
ЩМДШ рассматриваются как дальнейшее развитие деформационных швов закрытого типа, однако справедливее будет их выделить в отдельную группу. Объясняется это тем, что ЩМДШ, в отличие от деформационного шва закрытого типа, представляет собой законченную конструкцию, элементы которой необходимо проектировать отдельно от других конструкций моста, тогда как деформационный шов закрытого типа неотрывно привязан к конструкции дорожной одежды, воспринимающей перемещения.
ЩМДШ воспринимают горизонтальные перемещения поперек оси шва, находящиеся в пределах от 5 до 40 мм (в отдельных случаях до 50 и даже 60 мм). Вертикальные перемещения торцов пролетных строений не должны превышать 3 мм. Любые угловые перемещения должны быть незначительными либо вообще должны отсутствовать. Предельный угол косины моста должен быть не более 45°.
Деформационные швы заполненного типа
В англоязычной литературе они называются poured sealant expansion joints). В отечественной литературе можно встретить такие русскоязычные варианты названий, как деформационные швы с мастичным заполнением или просто мастичные деформационные швы. Эти названия в настоящее время являются устаревшими, поскольку в современных деформационных швах битумные мастики не применяются. В связи с заменой битумных мастик современными материалами (на основе силикона и других) эти швы переживают второе рождение, что делает их эффективным решением при ремонте мостов благодаря простоте укладки и хорошим адгезионным свойствам материала заполнения. Однако пока не совсем ясны пределы долговечности таких швов, поскольку опыт их применения еще невелик.
Следует иметь в виду, что деформационные швы заполненного типа, в отличие от большинства других типов деформационных швов, не характеризуются определенным диапазоном воспринимаемых перемещений. Как правило, перемещения, воспринимаемые деформационным швом заполненного типа, зависят от предельных относительных деформаций, которые способен воспринять материал заполнения. Поэтому часто допускаемые перемещения при рас-
13
elib.pstu.ru
тяжении и сжатии материала заполнения обозначаются в процентах от ширины зазора, которую последний имеет на момент укладки материала заполнения. Кроме того, указывается максимально допустимый зазор между пролетными строениями, обычно не превышающий 60–65 мм, хотя в отдельных случаях его величина может достигать 80 мм и более.
Несмотря на это, в отдельных странах для подобных конструкций могут быть прямо указаны предельно допускаемые перемещения. В Великобритании, например, для деформационных швов заполненного типа горизонтальные перемещения поперек оси шва должны находиться в пределах 5–12 мм, а вертикальные – не превышать 3 мм.
Деформационные швы перекрытого типа
Деформационные швы перекрытого типа (cover plate expansion joint) – это первые деформационные швы, с которых и началась история применения этих конструкций в мостовых сооружениях. Общая особенность этих конструкций – наличие перекрывающего зазор элемента (как правило, металлического листа, плиты или гребенки), по которому осуществляется движение транспорта.
Еще недавно широко применялись все виды таких деформационных швов, но в последнее время они сдали свои позиции ввиду неоспоримых преимуществ современных конструкций деформационных швов с упругими компенсаторами, работающих в том же диапазоне перемещений. Исключение составляют гребенчатые деформационные швы (в англоязычной литературе – finger expansion
joints, tooth expansion joints или comb expansion joints) или конст-
рукции, скомбинированные на основе деформационных швов перекрытого типа и деформационных швов с упругим компенсатором. На построенных ранее мостах деформационные швы перекрытого типа все еще часто встречаются.
Существуют конструкции деформационных швов перекрытого типа, рассчитанные практически на любые перемещения пролетных строений. Однако условно можно сказать, что величина перемещений в направлении поперек оси шва, при которых ДШ перекрытого типа могут себя оправдать, должна превышать 80–100 мм. Ряд кон-
14
elib.pstu.ru
струкций имеет рациональную область применения при перемещениях свыше 200–400 мм. Возможность восприятия вертикальных перемещений и горизонтальных перемещений в направлении вдоль оси шва зависит целиком от конкретной конструкции деформационного шва и в некоторых случаях может быть весьма ограниченной (миллиметры).
Деформационные швы с упругим компенсатором
Конструкции деформационных швов с упругим компенсатором – самая большая и многообразная группа деформационных швов, выпускаемых в настоящее время, насчитывающая десятки подтипов. На сегодняшний день деформационные швы с упругим компенсатором наиболее перспективны для восприятия всесторонних средних и больших перемещений пролетных строений мостов.
Перемещения, воспринимаемые деформационными швами с упругим компенсатором, зависят от конкретной конструкции. На практике довольно редко применяются конструкции с предельными перемещениями в горизонтальном направлении поперек оси шва менее 25 мм. Самые простые конструкции обеспечивают предельные перемещения от 5 до 40–80 мм. Предельные перемещения поперек оси шва могут составлять до 2500 мм и более (верхний предел пока не достигнут и поэтому не определен). В направлении вдоль оси шва предельные перемещения достигают 600–800 мм и более, а вертикальные могут превышать 50 мм. При этом предельный угол косины моста обычно принимается не выше 45°.
Разные типы деформационных швов могут применяться в одних и тех же диапазонах перемещений. В этом случае стоит задача выбора наиболее рациональной конструкции. При этом следует иметь в виду, что в некоторых случаях деформационные швы приходится применять и в нерациональной для них области, если ка- кие-нибудь дополнительные условия делают невозможным применение других типов конструкций.
Рассмотрим некоторые важные примеры подробнее. Основными размерами деформационных швов, на которые следует обращать внимание, являются ширина и высота анкерных петель (длина анкерных шпилек и т.д.), габариты коробов для размещения траверс
15
elib.pstu.ru
(для модульных деформационных швов), а также их количество (один или два короба), минимальное и максимальное расстояния между торцами пролетных строений и допускаемая толщина дорожной одежды.
При подборе деформационного шва для сопряжения пролетных строений различной конструкции, выполненных из разных материалов (например, железобетонного и металлического пролетных строений), необходимо выбирать деформационный шов, позволяющий анкеровать его в оба пролетных строения. Для надежной анкеровки важно расположение армирования железобетонных пролетных строений. На рис. 7 приведено несколько возможных вариантов анкеровки деформационных швов в пролетные строения различного типа.
Рис. 7. Варианты анкеровки: а – для железобетонных пролетных строений; б – то же, вариант с меньшей высотой анкерных элементов; в – вариант при расположении крепления в бетонном приливе; г – решение для металлических пролетных строений; д – анкеровка для тротуаров; е – анкеровка с помощью полимербетонных приливов
Такие конструкции, как ЩМДШ и деформационные швы закрытого типа, не имеют анкерных элементов, однако они должны применяться при толщинах дорожной одежды мостового полотна не менее 80 мм. В случае деформационного шва закрытого типа необходимо обеспечить непрерывную гидроизоляцию мостового по-
16
elib.pstu.ru
лотна даже над деформационным зазором. ЩМДШ, в свою очередь, имеет ограничение на угол косины моста, уклон (до 40 промилле), не может быть применен на виражах и в зонах ускорения/торможения транспорта и перелома профиля моста. Это тот случай, когда вместо ЩМДШ (или деформационного шва закрытого типа), наиболее рациональных в области малых перемещений, может потребоваться применить, например, деформационный шов с упругим компенсатором, использование которого в данной области обычно нерационально.
При выборе может также возникнуть проблема, если используемая на мостовом сооружении конструкция дорожной одежды имеет нестандартную толщину. В этом случае необходим индивидуальный заказ деформационного шва. В случае широкого пролетного строения даже малой длины существенны его перемещения в направлении оси y (см. рис. 6), что может также потребовать специальных конструктивных решений деформационных швов.
Рациональный выбор конструкции деформационного шва зависит от многих факторов, и привести в методических указаний все критерии не представляется возможным. На этом шаге выбора деформационного шва необходимо обратиться к отечественной литературе последних лет, посвященной деформационным швам.
Немаловажным при выборе является вопрос стоимости деформационных швов. Часто в последнее время встречается рекомендация применять температурно-неразрезные пролетные строения с целью сокращения количества деформационных швов. Однако в этом случае существенно возрастают перемещения на концах тем- пературно-неразрезного пролетного строения, что требует для компенсации этих перемещений более сложных и дорогих деформационных швов.
Можно сказать, что стоимость однопрофильного деформационного шва с упругим ленточным компенсатором в 1,2–2,0 раза выше стоимости ЩМДШ, который к тому же гораздо проще и дешевле в установке. А стоимость двухпрофильного деформационного шва больше стоимости однопрофильного не в 2 раза, как можно
17
elib.pstu.ru
ожидать, а в 3 и более раз. Таким образом, при создании темпера- турно-неразрезной плети стоимость деформационных швов возрастает скачкообразно. Анализ показывает, что с точки зрения стоимости деформационных швов для пролетов до 12 м целесообразно применять разрезную систему; для пролетов до 33 м стоимость деформационных швов ниже для температурно-неразрезной системы. Для 42-метровых пролетов более дешевой также является разрезная конструкция моста. Следует заметить, что эти соображения справедливы для диапазона рабочих температур 80 оС и учитывают только стоимости конструкций деформационных швов без стоимости доставки и установки. Для других диапазонов рабочих температур местности области рационального применения разрезных и температурно-неразрезных схем могут быть другими.
2.2. Этап 2
Когда тип деформационных швов определен, должна быть выбрана его марка, определен производитель и уточнена конструкция. Это, пожалуй, самый неоднозначный этап выбора. К сожалению, фирмы, пришедшие на российский рынок в числе первых, владеют рынком практически монопольно.
Например, все мы понимаем, что Xerox – далеко не лидер и не монополист на рынке копировальной оргтехники, но до сих пор упорно называем всю копировальную технику «ксероксами».
Точно также слово «маурер» для нас стало названием деформационных швов с ленточными упругими компенсаторами, а «тормаджойнт» – таким же нарицательным в отношении ЩМДШ. Как следствие, конструкции Thormajoint и швы фирмы Maurer Söhne
заполоняют наш рынок, хотя, при всем уважении к этим решени-
ям, они являются только сегментом мирового рынка деформационных швов, при этом далеко не самым дешевым.
Поэтому рассмотрим альтернативные конструкции деформационных швов, которые применяются у нас пока незаслуженно мало либо только выходят на рынок деформационных швов в России. Поскольку деформационные швы закрытого типа обычно не приоб-
18
elib.pstu.ru
ретаются, а изготавливаются мостостроительными организациями самостоятельно, а конструкции заполненного типа пока используются очень редко, обратим внимание только на ЩМДШ, деформационные швы перекрытого типа (по указанным ранее причинам, только на гребенчатые) и деформационные швы с упругими компенсаторами.
Среди щебеночно-мастичных деформационных швов существуют отечественные разработки, не только не уступающие зарубежным, но даже более приспособленные к российским условиям. Например, деформационные швы РДТ-МДШ, изначально разработанные для объектов мостового перехода в с. Пристанное (Саратовской области), уже несколько лет находятся в отличном состоянии и широко применяются на других мостовых переходах страны, в том числе внеклассных. Также можно выделить интересные конструкции на основе вяжущего «Битрэк» ООО НПГ «Инфотех», деформационные швы ЗАО «Ирмаст-холдинг», RW Sollinger Hutte.
Гребенчатые деформационные швы, относящиеся к конструкциям перекрытого типа, проверены временем и доказали целесообразность своего применения в городских мостах, где важна низкая шумовая эмиссия при переезде через шов. Однако здесь есть «подводные камни». Например, известная фирма Proceq производит швы гребенчатого типа под названием TENSA FlexFinger. Эти деформационные швы предназначены для применения на скоростных автодорогах с жестким покрытием, но не на мостах. К сожалению, у нас эти деформационные швы поставляются для установки именно в мостах, что приводит к выходу их из строя из-за заклинивания и ненадежной анкеровки. Заклинивание вообще свойственно гребенчатым швам с прямыми пальцами, если они применяются в мостах. Такой шов способен воспринимать без заклинивания и повреждения пальцев настолько малые перемещения и повороты в плане, что целесообразность его использования в мостовых сооружениях вызывает сомнения. Настоящие мостовые гребенчатые швы имеют криволинейные очертания пальцев (рис. 8), что дает возможность большего поворота в плане (см. рис. 8), а также консольные гребен-
19
elib.pstu.ru
ки (ни одна из них не опирается на противоположное пролетное строение), что препятствует их смерзанию в российских климатических условиях.
В качестве примера можно привести конструкции гребенчатых деформационных швов марок Mageba RSFD (производства Mageba SA) или TRANSGRIP (производства RW Sollinger Hütte GMbH), FIP
GP (FIP Industriale).
Рис. 8. Состояние заклинки гребенок деформационных швов с различной формой пальцев при повороте пролетного строения в плане
Деформационные швы с упругими компенсаторами могут быть чрезвычайно разнообразными и разделяются на однопрофильные и модульные (или многопрофильные). Однопрофильные ДШ бывают следующих подвидов:
–с полыми не несущими профилями (чаще секционного типа);
–с монолитными несущими компенсаторами и эластоблочные (для пешеходных мостов);
–с монолитными армированными несущими компенсаторами;
–с не несущими ленточными профилями.
Модульные деформационные швы, как правило, строятся путем объединения в одной конструкции деформационных модулей, построенных на основе одного из видов однопрофильных. Наиболее широко распространены многопрофильные деформационные швы с ненесущими ленточными профилями (рис. 4, слева).
Однопрофильные деформационные швы с полым упругим профилем являются альтернативой деформационным швам запол-
20
elib.pstu.ru