А.С. БЕЙВЕЛЬ, канд. техн. наук, ООО «НИИ «МИГС»

С.Ю. ВЕТОХИН, Союзкомпозит

А.В. ГЕРАЛТОВСКИЙ, Союзкомпозит

В.Н. ПОЛИНОВСКИЙ, канд. техн. наук, ООО «Композит «Сольюшен»

Публикуется в сокращении. Полностью статья опубликована в журнале Compositebook, № 1, 2018 г.

Начало применения полимерных композитов в транспортном строительстве относится к 1980-м годам. Один из первых в мире композитных мостов был построен более 35 лет назад в Китае в 1982 г. В настоящее время количество построенных в мире композитных мостов с учетом ежегодного роста объемов приближается к 500 шт.

В России композитные материалы как несущие конструктивные элементы стали впервые применяться фирмой ООО НПП «АпАТэК», начиная с 1993 г., в качестве композитных накладок стыковых соединений рельсов на железнодорожных магистралях. К 2014 г. объем применения композитных накладок изолирующих стыков железнодорожных рельсов составил 684 206 комплектов.

Другими композитными элементами, массово применяемыми на железных дорогах, начиная с 1999 г., являются водоотводные лотки (рис. 1), протяженность которых к 2014 г. приблизилась к 200 км.

Первый в России композитный пешеходный мост был построен у платформы Чертаново Павелецкой железной дороги в ноябре 2004 г. [4]. Пролетное строение выполнено в виде трехпролетной фермы с прохожей частью по низу и открытым верхним поясом с пролетами длиной 13,2 + 15,0 + 13,2 м и установлено над железнодорожными путями, расположенными в выемке земляного полотна. Ширина моста 3 м, вес 19 т. Время монтажа составляло около 4 ч (рис. 2).

Через полгода, в июле 2005 г., у платформы Косино Московской железной дороги был сооружен второй мост с пролетами 17 + 17 м и тремя композитными сходами шириной 5 и 4 м. Общая масса конструкций моста 55 т. Время монтажа пролетных строений 4,5 ч.

На обоих мостах с момента начала их эксплуатации фирмой – изготовителем конструкций «АпАТэК» ведется мониторинг напряженно-деформированного состояния.

В 2007 г. при совместном участии научной, проектной, эксплуатирующей и производственной организаций АО ЦНИИС, ГБУ «Гормост», АО «Союздорпроект» и ООО НПП «АпАТэК» были разработаны Технические условия «Конструкции пешеходных мостов из композиционных материалов», с использованием основных положений которых к настоящему времени запроектировано и построено более 40 пешеходных мостов [3], в том числе с пролетами до 33 м (рис. 3). Первый в России автодорожный мост длиной 18,5 м через реку Пашенка (рис. 4) запроектирован и построен летом 2014 г. (ООО «ОПОРА» и др.).

Мост содержит две главные решетчатые балки, выполненные из набора отдельных пултрузионных профилей, скрепленных между собой болтами по типу фермы Тауна, и железобетонную плиту проезжей части, установленную на главных балках (рис. 4).

Мониторинг моста осуществляется силами Сибирского государственного университета путей сообщения.

В 2011 г. при совместном участии Союзкомпозита, ООО ГК «Рускомпозит» и ОАО ЦНИИС был разработан стандарт организации СТО 00204961-004-2011 «Пешеходные мосты и путепроводы из полимерных композитов. Технические условия». Стандартом установлены требования для крупноблочных цельнокомпозитных пешеходных мостов и путепроводов, изготовленных с применением метода вакуумной инфузии. Начиная с 2013 г. Группа компаний «Рускомпозит» запроектировала и построила восемь композитных пешеходных мостов с пролетами 16–26 м (табл. 1, рис. 5). В период с 2016 г. ГК «Рускомпозит» в содружестве с рядом организаций успешно ведет разработку и испытания конструкций временного композитного моста, который планируется поставить на вооружение ВС РФ (рис. 6).

Временный мост имеет пролет 16 м и расчетную грузоподъемность 60 т. Доля композитных материалов в общей массе пролетного строения составляет не менее 80%.

Ряд преимуществ ПКМ по сравнению с традиционными материалами, которые используются в строительстве, предопределил успешное применение композитных конструкций в мостостроении:

• снижение массы пролетного строения на 30–50% по сравнению со стальными и в два-три раза по сравнению с железобетонными;
• сокращение времени монтажа, например монтаж пешеходного инфузионного пролетного строения длиной 21 м не превышает 45 мин;
• снижение эксплуатационных расходов за счет коррозионной устойчивости композитов с расчетным сроком службы не менее 50 лет;
• радиолокационная незаметность, являющаяся одним из важных показателей современного неспокойного мира.

Кроме того, впервые для мостостроения установлены конкретные требования к характеристикам пожарной опасности материалов конструкций из полимерных композитов. Настоящие требования установлены действующими стандартами на композитные мостовые конструкции и соответствуют группе 2 по горючести, воспламеняемости, дымообразующей способности и токсичности.

Основываясь на накопленном опыте проектирования и строительства композитных пешеходных мостов в России, а также с учетом рекомендаций СUR 96 («Рекомендации 96. Применение пластмасс, армированных волокном в несущих конструкциях зданий и сооружений», известные по латинской аббревиатуре как СUR 96), по творческой ини­циативе Объединения юридических лиц «Союз производителей композитов» в 2011–2015 гг. были разработаны первые в России национальные стандарты, регламентирующие применение композитов в несущих конструкциях пешеходных мостовых сооружений:

• ГОСТ Р 54928-2012 «Пешеходные мосты и путепроводы из полимерных композитов. Технические условия» (разработчики: Филиал АО ЦНИИС НИЦ «Мосты», Объединение юридических лиц «Союз производителей композитов»);
• ГОСТ 33119-2014 «Конструкции полимерные композитные для пешеходных мостов и путепроводов. Технические условия» (разработчики: Объединение юридических лиц «Союзпроизводителей композитов», ЗАО «Институт «ИМИДИС», ООО НПП «АпАТэК»);
• ГОСТ 33376-2015 «Секции настилов композитные полимерные для пешеходных и автодорожных мостов и путепроводов. Общие технические условия» (разработчики: Объединение юридических лиц «Союз производителей композитов», ЗАО «Инститyт «ИМИДИС»).

Эти стандарты в настоящий момент являются основополагающими для расчета, проектирования и испытания мостовых композитных конструктивных элементов в нашей стране.

С использованием положений указанных стандартов и основываясь на опыте строительства и проектирования композитных мостов в настоящее время разработаны и находятся на утверждении:

– проект Изменения № 2 СП 35.13330.2011 «СНиП 2.05.03-84*?? «Мосты и трубы»;

– проект Изменения № 2 СП 46.13330.2012 «СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы», разработанные на основе опыта сборки пултрузионных пролетных строений и отраженных в СТО НОСТРОЙ 2.29.1122013 «Мостовые сооружения. Строительство деревянных и композитных мостов». Часть 2. Сооружение пешеходных мостов из полимерных композитных материалов»;

– проект Изменения № 2 СП 79.13330.2012 «СНиП 3.06.07-86 «Мосты и трубы. Правила обследова­ний и испытаний»;

– проект свода правил «Конструкции из полимерных композитных пултрузионных профилей. Правила проектирования»;

– проект ОДМ «Методические рекомендации по оценке технического состояния конструкций из полимерных композиционных материалов на автомобильных дорогах», в которых учтен опыт обследования и испытания композитных пешеходных мостов.

Анализ разработанных в России нормативов, регламентирующих применение композитных конструкций в транспортном строительстве и мостостроении в частности, показывает, что в настоящий момент существует система взаимоувязанных между собой основных нормативных документов, позволяющая осуществлять проектирование, строительство, обследование и испытания как композитов, так и композитных сооружений в целом. Наличие системы нормативных документов различных уровней, включая стандарты организаций, национальные и межгосударственные стандарты, своды правил, создает условия для осознанного и уверенного применения этих новых материалов в транспортном строительстве, уточнения их поведения в эксплуатируемых конструкциях и совершенствования разработанных норм. Вместе с тем необходимо отметить, что в рассматриваемой системе документов отсутствует несколько очень важных для развития композитного мостостроения нормативов, таких как мониторинг изменения свойств композитов и напряженно-деформированного состояния конструкций в процессе эксплуатации мостов, с уточнением значений частных коэффициентов надежности по материалу, а также требования по эксплуатации подобных мостовых сооружений.

Выводы

В настоящее время в России разработана система нормативных документов, которая позволяет осуществлять проектирование, строительство, обследование и испытание композитных конструкций транспортного назначения.

Основной задачей настоящего этапа является практическое применение разработанных норм с накоплением данных по проектированию, строительству и эксплуатации композитных мостов с целью разработки новых и совершенствования действующих нормативных документов.