Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (kafedra teoreticheskoy mehaniki i soprotivleniya materialov, docent)
employee
Russian Federation
, Russian Federation
, Russian Federation
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
GRNTI 67.11 Строительные конструкции
OKSO 270000 АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО
BBK 304 Конструкции
TBK 5414 Строительные конструкции
BISAC TEC009100 Civil / Bridges
The reliability and durability of any structures, including in transportation, depend on operating conditions and on timely diagnostics of damages and defects arising during their normal operation. Proper diagnostics will allow to determine the degree of wear of the structures, as well as to identify causes of damages. This work will focus on industrial safety inspection, using railway bridge built in 1987 as an example. A comprehensive inspection included full technical examination of the bridge and all its structural elements. The outcome and all necessary repair recommendations are documented. Recommendations for reconstruction and restoration methods of the damaged elements and structures of the bridge are based on a scientifically accurate assessment of its technical condition to establish signs and causes of the damages. Based on the results of the comprehensive inspection of all the damages in the bridge structure, the technical condition of the bridge is assessed three points on a five-point scale. The identified failures in durability and safety are classified in the second category. The categories of defects found are mainly related to safety - B1, B2, durability - D2, D3, and repairability - P2, Р3.
Transportation structures, defects and damages, technical condition
Введение. В настоящее время все чаще встречаются эксплуатируемые транспортные сооружений, в том числе мосты, находящиеся в аварийном или предаварийном состоянии. Несоблюдение условий эксплуатации мостовых сооружений приводит к изнашиванию несущих конструкций. Это является следствием того, что на практике зачастую величина и интенсивность внешних нагрузок превышают проектные. Условия эксплуатации нарушаются, искажаются геометрические размеры сооружения, изменяются физико-механические свойства материалов. Поэтому в последние годы все чаще появляются сообщения о разрушении мостов либо появлении повреждений, которые в последствии могут спровоцировать потерю их несущей способности и, как следствие, привести к аварийной ситуации [1–12]. Своевременное обследование таких сооружений сведет к минимуму проблемы подобного рода.
При обследовании мостов в обязательном порядке должны осматриваться элементы, не имеющие визуальных дефектов, поскольку в процессе реконструкции или усиления транспортного сооружения может быть изменена схема работы этих элементов или величина фактических эксплуатационных нагрузок.
Таким образом, надежность и долговечность любых транспортных сооружений зависят не только от условий эксплуатации, но и от своевременной диагностики повреждений и дефектов, возникающих в процессе их работы. Диагностика позволяет определить степень износа сооружения, а также выявить его причины [6–8].
Рассмотрим проведение экспертизы промышленной безопасности на примере объекта транспортной инфраструктуры. Объектом обследования стал железнодорожный мост, построенный в 1987 году и расположенный в Белгородской области. Комплексное обследование включало определение технического состояния моста, исследование состояния конструкций, их элементов с целью выявления дефектов и разработки рекомендаций по проведению ремонта сооружения, обеспечению его надежной и долговечной эксплуатации. Мост трехпролетный общей длиной 34,61 м. Статическая конструктивная схема моста – балочно-разрезная. Опирание балок на опоры – шарнирное. Пролетные строения моста сборные железобетонные, выполнены из двух тавровых балок длиной 9,3 м и высотой 1,28 м с консолями по типовому проекту. В поперечном направлении в каждом пролете устроены по две балки. Объединение балок между собой в поперечном направлении выполнено надопорными диафрагмами. На момент обследования фактический класс бетона балок составил В40. Балки включают арматуру класса А-III.
Ездовое полотно железнодорожного пути выполнено на щебеночном балласте. Ширина мостового полотна между внутренними гранями перил составляет 5,3 м и включает балластное корыто шириной 4,18 м и два служебных прохода по 0,56 м каждый. Служебные проходы устроены на металлических выносных консолях с покрытием из стального листа с металлическими перилами высотой 1,26 м. Водоотвод с проезжей части организован через водоотводные трубки, расположенные в каждом пролете.
Опоры моста выполнены в виде железобетонных стоек, объединенных железобетонными ригелями. Стойки береговых опор – столбы сплошного сечения, установленные в два ряда. Количество столбов в опоре – шесть штук. Сечение стоек – 400×400 мм. Фактический класс бетона на момент испытаний составил В40. Ригели промежуточных опор – монолитные железобетонные, с фактическим классом бетона на момент испытаний В35. Размеры ригелей составили: высота – 0,54 м; ширина – 0,85 м; длина – 8,75 м. Армирование в нижней зоне выполнено стержнями диаметром 32 мм из арматуры класса А-III.
Конструкция и состояние фундаментов береговых опор, а также подводных участков промежуточных опор не определялась, так как в соответствии с техническим заданием производилось обследование только видимых конструкций.
Методика проведения обследования. В основу выбора методов реконструкции и восстановления эксплуатационных качеств, поврежденных частей сооружения положена точная оценка его технического состояния, базирующаяся, главным образом, на научной диагностике, которая позволяет изучить и установить признаки и причины повреждений. Кроме того, в рамках диагностики, опираясь на параметры технического состояния и учитывая их нормативные значения и допустимые отклонения, разрабатываются способы и средства для анализа и оценки этих повреждений.
Используемая диагностика повреждений позволяет выявить специфические особенности материалов, а также изготовления, монтажа и работы строительных конструкций. Кроме того, она дает возможность установить особенности внешних и технологических воздействий на конструкции для получения действительных условий их работы, а также факторов, приводящих к разрушению.
Оценка износа и коррозии конструкций объекта производилась посредством следующих методик:
- методика визуального осмотра, цель которой определить износ сооружения по внешним признакам;
- инструментальная методика, цель которой оценить состояние строительных конструкций и сооружения в целом с использованием диагностических приборов;
- методика инженерного анализа, цель которой, используя полученные при диагностике данные, дать заключение о техническом состоянии сооружения и предложить мероприятия по его восстановлению, усилению и ремонту.
В основу работ по обследованию вошло: натурное освидетельствование конструкций; определение фактических свойств материала конструкций; уточнение действующих нагрузок и воздействий, условий эксплуатации; проверка качества узлов и соединений; обнаружение дефектов и повреждений элементов и узлов с занесением их в одноименную ведомость [13].
В основу работ по оценке технического состояния конструкций были включены поверочные расчеты, учитывающие обнаруженные во время обследования повреждения и дефекты, фактически установленные на момент испытания свойства материалов, прогнозируемые нагрузки, внешние воздействия и условия эксплуатации.
Основываясь на теоретических и экспериментальных исследованиях, используя уточненную расчетную схему, нагрузки и прочностные характеристики материалов, которые показали действительную работу конструкций, была произведена оценка их технического состояния, включающая изыскание и использование резервов несущей способности строительных конструкций [15-20].
При обследовании произведен визуальный осмотр всех элементов мостового перехода с целью выявления недостатков и дефектов, возникших в ходе эксплуатации данного сооружения (рис. 1). Поскольку доступ к основным конструктивным элементам моста был ограничен и требовал специальных средств, осмотр конструкций производился с мостового полотна, подходов и подмостового пространства в стандартном порядке с фотографированием, видеосъемкой и зарисовкой конструктивных элементов и дефектов. Техническое состояние моста определялось на основании визуального обследования, определения фактической прочности на сжатие существующих конструкций по методу упругого отскока бойка от поверхности бетона.
Рис. 1. Общее состояние моста
Прочность бетона железобетонных элементов определялась неразрушающими методами с помощью универсального измерителя прочности строительных материалов ОНИКС-2,5.
При более детальном обследовании были уточнены конструктивная схема сооружения, размеры элементов, состояние материалов и конструкций в целом. Также были выполнены работы по вскрытию конструкций, проведены лабораторные исследования, проверены и оценены деформации и т. п. с использованием специальных инструментов, приборов, оборудования для испытаний.
Результаты обследования. При обследовании пролетных строений моста наибольшие дефекты и повреждения имели место в среднем пролете. В частности, на нижней грани балки была обнаружена продольная сквозная трещина длиной 2,5 м, с шириной раскрытия 2 мм и следы выщелачивания через стыки балок с образованием сталактитов (рис. 2, слева). Кроме того, во всех трех пролетах до 50 % площади поверхности было покрыто сколами, наблюдалось разрушение защитного слоя, замокание со следами выщелачивания бетона на ребрах и нижних гранях балок (рис. 2, справа).
Рис. 2. Дефекты и повреждения пролетных строений моста
Обследование опор моста показало наличие волосяных трещин растянутой зоны; участки плохо провибрированного бетона, в том числе с оголением арматуры; наличие трещин в бетоне ригеля опор вследствие коррозии с шириной раскрытия 1 мм; замокание и выщелачивание бетона ригеля опор до 100 % площади; разрушение укрепления конусов опор с выносом или вымыванием грунта (рис. 3).
Рис. 3. Общее состояние промежуточных опор моста
Обследование мостового полотна выявило наличие следующих дефектов и повреждений: образование просадки насыпи перед мостом, в том числе незначительная просадка проезжей части; вымывание грунта без образования порожка; потеря герметичности в зоне деформационного шва, вследствие образования зазора, что в конечном итоге привело к разрушению гидроизоляции – протечке воды на нижележащие конструкции со следами выщелачивания на нижней грани плит балок пролетных строений; ярко выраженная коррозия металла водоотводных трубок.
Выводы. Оценка технического состояния проводилась в соответствии с требованиями [22–24] с учетом фактического состояния строительных конструкций, параметров выявленных дефектов и повреждений, их влияния на снижение несущей способности и надежности. По результатам комплексной оценки основных показателей мостового сооружения с учетом результатов анализа и классификации имеющихся дефектов общая оценка технического состояния объекта в соответствии с требованиями [16] оценивается в три балла (по пятибалльной системе). Выявленные неисправности по долговечности и безопасности можно отнести ко второй категории. Категория обнаруженных дефектов в основном относится по безопасности к Б1, Б2, по
долговечности ‒ к Д2, Д3, по ремонтопригодности ‒ к Р2, Р3. При этом анализ выявленных дефектов показал, что их можно поделить на два типа:
- дефекты, связанные с особенностями эксплуатации конструкций: разрушение бетонных конструкций вследствие коррозии арматурных элементов, вызванной сезонной влажностью и перепадами температур; повреждения ездового полотна проезжей части;
- дефекты, связанные с низкой строительной культурой и недостаточными строительными знаниями: неудовлетворительное качество строительных работ при ремонте устоя моста, а также при изготовлении монолитных конструкции опор (участки плохо провибрированного бетона).
При обследовании строительных конструкций обнаружились упущения, которые требуют их скорейшего исправления. Устранение обнаруженных недостатков позволит обеспечить нормальную эксплуатацию обследованного объекта. Если не устранить выявленные при обследовании замечания, то при сочетании неблагоприятных факторов возможна потеря несущей способности конструкций и разрушение. Поскольку выявленные неисправности относятся ко второй категории, то проведение ремонтно-восстановительных работ возможно с ограничением эксплуатации. Организации, эксплуатирующей мостовое сооружение, рекомендовано предусмотреть следующие мероприятия: наметить план мероприятий по исправлению указанных замечаний; провести работы по устранению дефектов и повреждений, выявленных в процессе обследований согласно сделанным рекомендациям; качество выполненных работ по устранению дефектов и повреждений подтвердить соответствующими актами.
Ремонт балки среднего пролета, крайних опор, укрепление насыпей и конусов, необходимо выполнить по специально разработанному проекту.
Источник финансирования. Работа выполнена в рамках реализации Программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова
1. Eremin K.I., Mahutov N.A., Pavlova G.A., Shishkina N.A. Register of Accidents of Buildings and Structures 2001-2020 years [Reestr avarii zdanii i sooruzhenii 2001-2020 godov]. M. 2011. 320 p. (rus)
2. Maystrenko I.Y., Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Kokodeev A.V. Accidents and destruction of bridge structures, analysis of their causes. Part 1 [Avarii i razrusheniia mostovykh sooruzhenii analiz ikh prichin Chast 1]. Transport facilities. 2017. Vol. 4. No. 4. Pp. 11. (rus)
3. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Maystrenko I.Y., Kokodeev A.V. Accidents and destruction of bridge structures. Analysis of their reasons. Part 2 [Avarii i razrusheniia mostovykh sooruzhenii Analiz ikh prichin Chast 2]. Transport facilities. 2017. Vol. 4. No. 4. 12 p. (rus)
4. Ovchinnikov I.I., Maystrenko I.Y., Ovchinnikov I.G., Uspanov A.M. Accidents and destruction of bridge structures, analysis of their causes. Part 4. Transport facilities. 2018. Vol. 5. No. 1. 5 p. (rus)
5. Dormidontova T.V., Vardanyan T.M. Assessment of technical condition of bridge structures. Traditions and innovations in construction and architecture [Otsenka tekhnicheskogo sostoianiia mostovykh sooruzhenii Traditsii i innovatsii v stroi-telstve i arkhitekture Stroitelstvo]. Construction. Samara, 2018. Pp. 199–203. (rus)
6. Dmitrienko, E.A., Pochtar N.V. Main types of defects and damages of reinforced concrete structures of transport structures, reasons for their occurrence [Osnovnye tipy defektov i povrezhdenii zhelezobetonnykh konstruktsii transportnykh sooruzhenii prichiny ikh vozniknoveniia]. Journal of the Donbas National Academy of Construction and Architecture. 2016. No. 3 (119). Pp. 134–138. (rus)
7. Simakov O.A. Analysis of factors causing the need to strengthen reinforced concrete structures [Analiz faktorov vyzyvaiushchikh neobkhodimost usileniia zhelezobetonnykh konstruktsii]. Construction and reconstruction. 2019. No. 1 (81). Pp. 76–84. (rus)
8. Kuznetsova S.V., Kozlov A.V. Causes of accidents of bridge structures [Prichiny avarii mostovykh sooruzhenii]. World of roads. 2019. No. 122. Pp. 60–63. (rus)
9. Bokarev S.A., Zasuxin I.V. To the issue of durability of massive bridge supports [Prichiny avarii mostovykh sooruzhenii]. Journal of the Tomsk State Architectural and Construction University. 2018. Vol. 20. No. 5. Pp. 185–197. (rus)
10. Dergunov S.A., Satyukov A.B., Spirina A.Y., Serikov S.V. Accidents of bridge structures and their causes [Avarii mostovykh sooruzhenii i ikh prichiny]. Journal of the Kyrgyz State University of Construction, Transport and Architecture named after N.Isanova. 2019. No. 2 (64). Pp. 289–294. (rus)
11. Kurland V.G., Kurland V.V. Lessons of bridge accidents and disasters [Uroki avarii i katastrof mostov]. Journal of the Moscow Automobile and Road State Technical University (MADI). 2019. No. 4 (59). Pp. 90–98. (rus)
12. Kozyreva L.V., Kitar E.V. Accidents of bridge structures [Avarii mostovykh sooruzhenii]. Technical regulation in transport construction. 2015. No. 1 (9). Pp. 37–42. (rus)
13. Recommendations for evaluation of reliability of building structures of buildings and structures by appearance [Rekomendatsii po otsenke nadezhnosti stroitelnykh konstruktsii zdanii i sooruzhenii po vneshnim priznakam]. M.: Tsniipromzdany, 2001. (rus)
14. Report No. 27-18 ZIC dated 09.11.2018 According to the results of the inspection of the construction structures of the railway bridge [Po rezultatam osvidetelstvovaniia stroitelnykh konstruktsii zheleznodorozhnogo mosta], 2018. 47 p. (rus)
15. Serykh I.R., Chernysheva E.V., Degtyar A.N., Chernositova E.S., Chernysheva A.S. Industrial Safety Examination of the Building of the VZhS Shebekinsky Chemical Plant in Order to Assess the Technical Condition of Structures [Ekspertiza promyshlennoi bezopasnosti zdaniia tsekha VZHS Shebekinskogo khimicheskogo zavoda s tseliu otsenki tekhnicheskogo sostoianiia konstruktsii]. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018. No. 9. Pp. 55–61. (rus)
16. Degtyar A.N., Serykh I.R., Panchenko L.A., Chernysheva E.V. Residual life of structures of buildings and structures [Ostatochnyi resurs konstruktsii zdanii i sooruzhenii]. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2017. No. 10. Pp. 94–97. (rus)
17. Degtyar A.N., Serykh I.R., Chernysheva E.V., Panchenko L.A. Examination of industrial safety of the pump tank farm building of the Belgorod region in order to assess its residual life. [Ekspertiza promyshlennoi bezopasnosti zdaniia nasosnoi neftebazy Belgorodskoi oblasti s tseliu otsenki ee ostatochnogo resursa]. Bezopasnost v stroitelstve mater III Mezhdunar nauch-prakt konf Sankt-Peterburg 23–24 noiabria 2017 g: Izd-vo Spbgasu, 2017. Pp. 41–45.
18. Chernysheva E.V., Serykh I.R., Statinov V.V., Chernysheva A.S. Actual problems of industrial safety [Aktualnye problemy promyshlennoi bezopasnosti]. Zbornik radova: visoka tehnička škola strukovnih studija. Niš. Serbia. 2016. December. Pp. 164–165. (rus)
19. Evtushenko S.I., Kraxmalnaya M.P., Kraxmalny T.A. To the question of the residual resource of long-term operated bridges through water supply channels [K voprosu ob ostatochnom resurse dlitelno ekspluatiruemykh mostov cherez vodoprovodiashchie kanaly]. Journal of the Volgograd State Architectural and Construction University. Series: Construction and architecture. 2014. No. 35 (54). Pp. 166–170.
20. Bokarev S.A., Pribytkov S.S., Efimov S.V. Residual resource of reinforced concrete span structures of railway bridges [Ostatochnyi resurs zhelezobetonnykh proletnykh stroenii zheleznodorozhnykh mostov]. Journal of the Tomsky State Construction and Construction University. 2018. Vol. 20. No. 3. Pp. 169–183. (rus)
21. ODM 218.4.001-2008 Methodological Recommendations for the Organization of Survey and Testing of Bridge Structures on Roads [Metodicheskie rekomendatsii po organizatsii obsledovaniia i ispytaniia mostovykh sooruzhenii na avtomobilnykh dorogakh]. MIIT (Ed. By order of Rosavtodor dated 11.06.2008 N 219-r).
22. SP 79.13330.2012 Bridges and pipes. Survey and test rules [Mosty i truby Pravila obsledovanii i ispytanii]. Updated edition of SNiP 3.06.07-86. OJSC «CNIIS».(rus)
23. BCH 4-81. Instructions for carrying out inspections of bridges and pipes on roads [Instruktsiia po provedeniiu osmotrov mostov i trub na avtomobilnykh dorogakh]. (Giprobornia) Ministry of Avtodor of RSFSR. (rus)
