Усиление мостов с использованием композитных материалов Мосты и путепроводы – важнейшие элементы транспортной инфраструктуры, обеспечивающие регулярное сухопутное сообщение между населенными пунктами, промышленными предприятиями, позволяющие преодолевать водоемы, неровности рельефа и другие преграды.Большинство мостов в России, как и в других странах СНГ, спроектированы и построены десятилетия назад. Их пропускная способность и грузоподъемность не соответствуют актуальной нагрузке, актуальна проблема естественного старения, износа железобетона, коррозии арматуры. Чтобы исключить обрушение, привести инженерное сооружение в соответствие с актуальными стандартами, используются различные методы армирования. Один из наиболее технологичных – усиление композитами. Каковы его преимущества? В чем оно превосходит классические способы?Причины износаМосты подвержены постоянным динамическим нагрузкам, вибрациям, создаваемым проездом железнодорожного, автомобильного транспорта. Все они учтены еще на этапе проектирования, однако, эксплуатация в течение десятилетий приводит к разрушению материала. Помимо механических, актуальны и следующие воздействия:Климатические. Холод, деформации, вызванные резкими перепадами между ночными и дневными температурами, интенсивные осадки, накопление снежной массы, обледенение, ветер.Сейсмические. Опасность землетрясений заключается не только в вибрациях, передаваемых опорам и пролетам, но и в смещениях грунта, из-за чего теряется изначальная прочность основания, земля буквально уходит из-под опоры.Химические. Из-за интенсивного движения транспорта воздух насыщается соединениями, разрушающими железобетон, провоцирующими интенсивную коррозию вант, тросов, арматуры.Первичные признаки износа, небольшие трещины, шелушения, раковины не выглядят угрожающе, однако, при их появлении нужно действовать оперативно – повреждения усугубляются очень быстрыми темпами.НеобходимостьУсиление мостов необходимо не только для поддержания надлежащего состояния транспортной инфраструктуры, ее совершенствования и развития, обеспечения пропускной способности автодорог и железнодорожных линий, возможности проезда большегрузной техники. Оно решает и целый комплекс других задач:Обеспечение безопасности движения, исключение обрушения конструкции, частичного или полного;Продление срока службы;Приведение инженерного сооружения в соответствие с отраслевыми нормами.Стоимость армирования гораздо ниже, в сравнении со сносом старого моста и возведением – нового, при этом оно оказывается столь же эффективным. Современные методы укрепления, к которым относится и использованием композитного волокна, могут быть реализованы без приостановки движения, достаточно закрытия отдельных полос, небольшого ограничения пропускной способности, ввода реверсивного движения. Это крайне важный момент для обеспечения комфорта водителей, исключения необходимости в корректировке маршрутной сети.Классические методики До появления углеродного волокна восстановление мостовых сооружений велось, в первую очередь, следующими способами:Наращивание сечения железобетонных элементов путем установки металлической рубашки, торкретирования;Монтаж предварительно напряженных стальных элементов, повышающих несущую способность, вант, тросов, стержней;Установка мощных металлических балок, швеллеров, снимающих часть нагрузки с опор;Установка стальных листов и стержней в наиболее изношенных зонах, целостность и прочность которых вызывают опасения.Такие способы, в целом, эффективны, однако, характеризуются множеством недостатков. Они приводят к утяжелению конструкции, увеличивают нагрузку на основание, трудоемки, зачастую невозможны без частичного разбора, специализированной техники. Армирующие металлические элементы, при всей их прочности, уязвимы для коррозии, что особенно опасно для мостов, проложенных через водные преграды. Эта особенность усложняет обслуживание, защита от ржавчины требует регулярной обработки, грунтования, окрашивания.Инновационный подходПоявление композитных материалов стало настоящей революцией во многих хозяйственных отраслях, в том числе – строительстве, реставрации, модернизации различных объектов. Композиты представлены тремя основными группами:На основе стекловолокна. Не самые технологичные материалы, однако, средние характеристики вполне компенсируются невысокой ценой.На основе арамидного волокна. Они более прочны и пластичны в сравнении с предыдущими, лучше выдерживают растяжение, однако, уязвимы для сжатия.На основе углеродного волокна. Наиболее совершенные разработки. Выдерживают динамические воздействия различной направленности, на сжатие и растяжение, не боятся влаги, продолжительного контакта с кислотной, щелочной средой.С точки зрения форм-фактора, композиты делят на следующие категории:Холсты. Поставляются на объект большими рулонами, монтаж проводится по “мокрой” методике, с применением клея на эпоксидной основе. Оптимально подходят для элементов нестандартной, сложной конфигурации, круглых опор, тросов.Ламинаты. Технология производства предполагает формирование на основе нужного количества холстов твердой пластины, пропитанной эпоксидной смолой. Для максимальных прочностных характеристик холсты прессуются, прокатываются на валиках, уплотняются. Ламинат оптимально подходит для армирования железобетонных мостовых балок, испытывающих нагрузки на изгиб.Преимущества использования композитных материалов при усилении мостов таковы:Минимальная масса, упрощающая транспортировку и монтаж, не приводящая к утяжелению конструкции, исключающая избыточную нагрузку на основание, опоры;Сохранение изначальной геометрии даже при использовании на элементах сложной конфигурации;Абсолютная стойкость как обычной, так и к химической коррозии;Возможность проведения работ в короткие сроки, без полной остановки движения по мосту;Высочайшие прочностные характеристики;Возможность использования в любых климатических зонах, независимо от максимальных летних и зимних температур, ветровой нагрузки, объема выпадающих осадков.Особенности укрепления мостов композитомМосты состоят из опор и пролетов, методики их армирования несколько различаются. Опоры испытывают нагрузку на сжатие, оптимальная схема размещения лент и холстов – по горизонтали, в обхват колонны, при соблюдении одинакового интервала. Особое внимание уделяется оголовку опоры, где концентрируется максимальное усилие. Важный момент – направление нити волокна, оно должно соответствовать вектору деформирующей нагрузки.Пролеты подвергаются нескольким нагрузкам, имеющем вертикальное направление, сжатию, растяжению, смятию в областях контакта с опорами. Оклеивать углеволокном нужно все элементы, формирующие пролет, ригели, ребра жесткости, несущие плиты. Конечно, все работы по усилению должны выполняться в соответствии с предварительно разработанным проектом, учитывающим характер нагрузок, степень их выраженности, необходимые прочностные показатели и прочие базовые моменты.