CC BY
96
УДК 624.21
Овчинников Игорь Георгиевич
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Россия, Пермь
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов1
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»
Сочинский филиал Россия, Сочи Профессор Доктор технических наук E-Mail: [email protected]
Овчинников Илья Игоревич
ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Россия, Саратов
ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»
Сочинский филиал Россия, Сочи Доцент
Кандидат технических наук E-Mail: [email protected]
Чесноков Георгий Владимирович
«НИИ Графит» Предприятие госкорпорации «Росатом»
Россия, Москва
Главный специалист Проектного офиса «Строительный кластер»
E-Mail: [email protected]
Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: Часть 3. Мониторинг мостового сооружения, изготовленного с применением заполненных бетоном фибропластиковых арочных труб
1 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, СГТУ имени Гагарина Ю.А., кафедра «Транспортное строительство»
Аннотация. Рассматривается задача проведения мониторинга мостового сооружения, при возведении которого использовалась новая технология, опирающаяся на применение заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых арок в качестве несущих элементов. Эта система по некоторым данным позволяет сократить время строительства, уменьшить стоимость и строительства и эксплуатации, а также продлить срок службы моста. Исследуемый мост уникален по сравнению с другими мостами тем, что он имеет косину в 30 градусов и в нем применяются достаточно пологие трубчатые арки. Для мониторинга моста использовался комплект приборов, включающий вибрационные проволочные датчики, измерители деформаций, датчики давления, инклинометры, датчики перемещений.
В статье представлены результаты кратковременных и длительных (в течение 11 месяцев) наблюдений за поведением моста с несущими элементами в виде заполненных бетоном трубчатых арок с фибропластиковой оболочкой
В результате проведенных испытаний и измерений установлено, что деформации и перемещения, вызванные процессом строительства, значительно больше, чем от действия подвижной нагрузки. Также отмечена роль сезонных воздействий. Отмечено, что величина деформаций в фибропластике, использованном для изготовления трубчатых арок весьма мала по сравнению с их предельными прочностными характеристиками. После первоначальной осадки конструкции перемещения опор стабилизировались и стали циклическими по своей природе. Отмечено расхождение оголовков в течение летнего периода, но этот процесс нуждается в дальнейшем изучения для определения того, развивается ли он дальше или стабилизируется.
Ключевые слова: фибропластики; арочный мост; трубчатый арочный элемент из фибропластика; трубобетон; испытание арки; применение композитов; сооружения моста с фибропластиковыми арками; мониторинг моста.
Идентификационный номер статьи в журнале 104ТУЫ414
1. Введение
В первой части настоящей статьи [1] исследована возможность применения заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых конструкций для создания несущих элементов арочных мостов. Приведен краткий обзор основных направлений применения фибропластиков, включая усиление железобетонных конструкций [3 - 26] и применение фиброармированных пластиков в качестве внешней опалубки и арматуры при изготовлении прямолинейных и криволинейных трубчатых конструкций [27-33]. В этом случае изоляция бетона от окружающей среды фибропластиковым кожухом создает лучшие условия для работы бетона под нагрузкой. На цилиндрических поверхностях фибропластиковых трубобетонных конструкций задерживается меньше пыли и грязи, которые активизируют процессы атмосферной коррозии. Использование трубобетонных конструкций в сооружениях, подверженных ветровым нагрузкам, позволяет снизить эти нагрузки за счет улучшения аэродинамических качеств. Меньшая масса фибропластиковых трубобетонных элементов в сравнении с железобетонными облегчает их транспортировку и монтаж.
Основная часть в статьи [1] посвящена анализу результатов экспериментальных и теоретических (с использованием метода конечных элементов) исследований отдельной заполненной бетоном фибропластиковой арки. Показано, что бетон, заключенный в фибропластиковую трубу работает более эффективно, а изогнутые фибропластиковые трубчатые элементы могут использоваться в качестве несущих конструкций арочных мостов. Сравнение результатов расчета по использованной модели с данными эксперимента показало хорошее совпадение, однако при постановке эксперимента и расчетном анализе не учтена возможность несимметричного деформирования арочной конструкции из-за несимметрии либо формы, либо материала, либо нагрузки, которые практически всегда имеют место в реальных конструкциях.
В связи с этим во второй части настоящей статьи [2] рассматривается методика подготовки и проведения натурных испытаний трубчатой арки из фибропластика, заполненной бетоном в России. Исследовалась арочная конструкция радиусом 3,5 м из углеродно-волоконной оболочки, при изготовлении которой использовались российские углеродные наполнители производства ООО «Аргон» г. Балаково, а связующее разработки ФГУП «ВИАМ. Арка концами заделана в металлические ящики залитые бетоном. Испытательная нагрузка была расположена сверху над замком арки. Прогибомеры, используемые для измерения прогибов, в отличие от [31], были установлены не только в замке, но и в и четвертях арки. Проведенные испытания фибропластиковой арки, заполненной бетоном [34], показали, что, несмотря на кажущуюся симметрию формы конструкции, материала, способа опирания и прикладываемой нагрузки имеет место несимметричное деформирование заполненной бетоном фибропластиковой трубчатой арки в процессе ее нагружения.
Далее в статье [2] была описана технология строительства арочного моста с использованием фибропластиковых труб, заполненных бетоном, включающая этапы: 1)изготовление трубчатых арочных элементов из фибропластика; 2) подготовка основания и возведение опалубки под фундаменты на строительной площадке; 3) установка арочных элементов из фибропластика; 4) заливка бетонного фундамента; 5) укладка гофрированного настила из фиброармированного пластика; 6) заполнение фибропластиковых арок бетоном; 7) устройство бетонного защитного слоя по гофрированному настилу; 8) установка элементов оголовков; 9) устройство грунтовой (щебеночной) засыпки; 10) устройство дорожной одежды и установка барьерных ограждений на мосту. Также показано, что описанная технология может быть перенесена на сооружение двух и многопролетных мостов с несущими
элементами из заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых арок, а также на сооружение косых арочных мостов.
Однако в вышеуказанных статьях рассматривались, в основном, лабораторные и натурные испытания одиночных фибропластиковых арок, заполненных бетоном. Поэтому, для того, чтобы убедиться в эффективности и надежности работы мостовых сооружений, построенных с использованием заполненных бетоном фибропластиковых труб в качестве несущих элементов разумнее всего было провести испытание построенного мостового сооружения и понаблюдать за ним, что и было сделано в работе [35] .
2. Особенности конструкции моста
Мост состоит из 15 фибропластиковых арочных труб, расположенных на расстоянии 2,5 футов. (0,762 м). друг от друга, которые были заполнены бетоном на месте, а затем были использованы как несущая конструкция для устройства засыпки и проезжей части по ней. Мост имеет косину в 30 градусов. На рисунке 1 показан мост во время строительства.
Рис. 1. Конструкция моста. Длина моста 42,5 футов (12,97 м), стрела подъема арки 7,35 фут. (2,24 м). Показаны места установки наклономеров (инклинометров) (Tiltmeter TYP), датчики для измерения продольных деформаций (Longitudinal FRP Strain Gage TYP), показаны
северная (N) и южная (S) стороны моста
Строительство моста началось с установки фибропластиковых труб, концы которых размещались внутри арматурных каркасов в опалубке железобетонных опорных блоков (фундаментов арок), которые затем заполнялись бетоном (рисунок 2).
Рис. 2. Установка арок и размещение датчиков. Arch 1,4,8 - соответственно арочные элементы 1,4,8. Показаны места установки наклономеров (инклинометров) (Tiltmeter TYP), датчиков перемещений (Displacement Transducers), датчики поперечных деформаций по
окружности (FRP Hoop Strain Gage TYP)
Установленные трубчатые арки объединялись в поперечном направлении гофрированным композитным настилом (рисунок 3).
Рис. 3. Пустотелые фибропластиковые трубчатые арки, объединенные в поперечном
направлении гофрированными листами
Затем пустотелые трубчатые арки заполнялись бетоном через специальные воронки (рисунок 4). Сборные композитные панели оголовков доставлялись на строительную площадку (в виде четырех блоков) и устанавливались снаружи крайних трубчатых арок, соединяясь с арками с помощью наклонных тяжей (рисунок 5).
Рис. 4. Заполнение пустотелых фибропластиковых труб бетоном
Рис. 5. Смонтированный оголовок арочного моста
При необходимости по композитному насилу на трубчатых арках устраивалась гидроизоляция, на которую наносился защитный слой бетона. Установленные по бокам мостового сооружения оголовки соединялись друг с другом также и с помощью георешетки,
которая затем засыпалась грунтом и обеспечивала надежную анкеровку оголовков и армирование материала засыпки. Поверху уплотненной засыпки устраивалось дорожное покрытие, и устанавливались барьерные ограждения. Окончание строительства моста показано на рисунке 6. Во время эксплуатации давление от подвижной нагрузки (проходящего транспорта и пешеходов) передается через дорожное покрытие на засыпку, а через нее на несущие элементы моста из заполненных бетоном фибропластиковых трубчатых арок.
Рис. 6. Завершение строительства моста и установка барьерных ограждений. Показаны датчики сближения (convergence gages - CG) для измерения поперечного смещения оголовков
(Headwall)
3. Приборы для мониторинга состояния моста
Комплект приборов для контроля за поведением мостового сооружения включал 99 вибрационных проволочных датчиков (ГЕОКОН, Inc), каждый из которых включал встроенный тензорезистор. В комплект приборов также входили измерители деформаций (strain gage - SG) 36 предназначены для измерения продольных деформаций фибропластиковых труб, 8 - для измерения поперечных деформаций по окружности (ободу) фибропластиковых труб, 8 - для измерения деформаций оголовков и 8 - для измерения деформаций бетона внутри труб), 10 датчиков давления (pressure cell - PC) (8 из них измеряли вертикальное давление в засыпке над трубчатыми арками и 2 измеряли давление засыпки на оголовки), 23 инклинометра (наклономеры) (tiltmeter - TM) (21 измеряли деформации арок и 2 - углы поворота опорных сечений), 4 датчика перемещений (displacement transducers - DT) (2 измеряли боковое перемещение опор и 2 - вертикальное перемещение арок в зоне опирания), 2 датчика сближения (convergence gages - CG) для измерения поперечного перемещения оголовков. Все датчики были установлены и подключены к оборудованию для регистрации данных компанией Geo-Tek Engineering, Inc.
Измерительные приборы были установлены на трех арках (арка 1, арка 4 и Арка 8), как показано на рисунке 2. Датчики для измерения деформаций фибропластика арок
располагались в четверти пролета, середине пролета и на расстоянии 4,0 фута (1,22 м) от северной опоры. В каждом сечении арки датчики деформаций размещались по окружности в точках, ориентированных под углом 90 °, 180 °, 270 °, и 315 °, отсчитывая от верха трубчатого сечения диаметром 12 дюймов (0,3 м). части арка. Кроме того, на расстоянии 1,0 фут (0,3 м) от северной и южной опоры на арках 1 и 8, измерялась деформация окружности с помощью двух перпендикулярно расположенных (под углом 90 ° и 180 °) датчиков деформаций.
В бетоне арок 4 и 8 были установлены два датчика деформаций ( через фибропластиковую оболочку арок), располагающиеся в четверти и середине пролета, ориентированные на 25 ° и 170 ° отсчитывая от верха поперечного сечения арки. Под аркой 8 около опор были установлены реперные сваи для измерения относительных поперечных смещений опор и вертикальных перемещений арки 8 около опор. Общие подвижки арок 1, 4 и 8 измерялись с помощью группы распределенных по их длине вертикальных инклинометров. Инклинометры также располагались на каждой опоре под аркой 8.
Датчики давления располагались над 4 и 8 арками и между 7 и 8 арками. Эти датчики давления размещаются на высоте около 12 дюймов (0,3 м) над гофролистами обшивки арок. Датчики давления расположенные за оголовками размещаются вблизи четверти пролета в середине высоты оголовка. И западный и восточный оголовки оснащены вертикальными и горизонтальными датчика деформаций, расположенными немного к северу и югу от четверти пролета. Два датчика сближения располагаются внутри трубы в засыпке и были прикреплены к каждому оголовку в местах, показанных на рисунке 6. Эти датчики измеряют поперечные смещения оголовков.
Показания датчиков снимались вручную на различных стадиях процесса строительства, а также при различных схемах загружения моста временной (полезной) нагрузкой во время статических испытаний. При долговременном мониторинге данные автоматически снимаются каждые два часа, и раз в две недели передаются в центр мониторинга.
4. Механические свойства материалов
Механические свойства материалов, используемые для анализа, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Коэффициенты температурного расширения
Материал Коэффициент температурного расширения (
Фибропластиковой арки (углепластик) 3
Композитного оголовка 7,9
Бетон 10,4
Стальная проволока датчика 12,2
Характеристики для материала фибропластиковых арок:
Модуль упругости в продольном направлении = 6200 ksi (43000 МПа), Прочность в продольном направлении = 84 ksi (580 МПа).
5. Конструктивные данные
Показания датчиков на различных стадиях строительства моста снимались вручную. Ниже приводятся данные, полученные после заполнения трубчатых арок бетоном и после завершения отсыпки грунта на гофрированный лист между оголовками. Максимальные значения, полученные на этих этапах строительства, показаны в таблице 2 и 3.
Таблица 2
Максимальные значения при заполнении трубчатых арок бетоном
Измеряемый параметр Номер датчика Максимальное значение
Деформации фибропластика SG-015 1306 Ц8
арки в окружном
направлении
Деформации фибропластика SG-024 833.5 Ц8
арки в продольном
направлении
перемещение в DT-004 0.0308 l дюйма
вертикальном направлении
перемещение в DT-003 0.00324 дюйма
горизонтальном
направлении
Таблица 3
Максимальные значения после засыпки грунтом
Измеряемый параметр Номер датчика Максимальное значение
Деформации фибропластика SG-001 193.1
арки в окружном
направлении
Деформации фибропластика SG-038 -268.6 Ц8
арки в продольном
направлении
Деформации композитного SG-045 110.5 Ц8
оголовка в вертикальном
направлении
Деформации композитного SG-046 -257.6 Ц8
оголовка в горизонтальном
направлении
Деформации бетона в SG-058 -271.0 Ц8
продольном направлении
Датчик давления PC-007 9.99 psi
перемещение в DT-002 -0.279 дюйма
вертикальном направлении
перемещение в DT-001 0.175 дюйма
горизонтальном
направлении
Расхождение оголовков CG-001 0.934 дюйма
6. Результаты статических испытаний
После окончания строительства моста проводились испытания путем загружения временной нагрузкой, которая представляла собой два загруженных самосвала, размещаемых в тринадцати позициях на мосту (четыре позиции с использованием одиночного самосвала, который последовательно перемещался по полосе проезжей части моста, четыре позиции с использованием двух самосвалов, располагаемых параллельно друг другу одновременно на обеих полосах проезжей части моста и последние загружения, когда самосвалы располагались друг за другом по одной полосе проезжей части.
Вес самосвалов составлял: первого - 69,1 kips (307,4 кН) и 73,35 kips (326,3 кН). Одна из позиций загружения показана на рисунке 7.
Рис. 7. Статические испытания одним самосвалом
Максимальные значения, полученные в процессе испытаний, приведены в таблице 4. Анализ данных показывает, что статические испытания дают сравнительно низкие значения деформаций и перемещений. Это означает, что данная подвижная нагрузка не является определяющей при коротких пролетах данного типа мостовых сооружений.
Таблица 4
Максимальные значения при статических испытаниях подвижной нагрузкой
Измеряемый Номер датчика Положение Максимальное
параметр подвижной нагрузки значение
Деформации SG-015 13 28.5
фибропластика арки в
окружном
направлении
Деформации SG-040 11 -42.8
фибропластика арки в
продольном
направлении
Деформации SG-049 7 13.9
композитного
оголовка в
вертикальном
направлении
Деформации SG-052 13 49.1
композитного
оголовка в
горизонтальном
направлении
Деформации бетона в SG-060 12 -33.1 Ц8
продольном
направлении
Датчик давления PC-004 2 3.68 psi
перемещение в DT-002 11 -0.014 дюйма
вертикальном
направлении
перемещение в DT-001 2 0.0033 дюйма
горизонтальном
направлении
Расхождение CG-002 10 0.0055 дюйма
оголовков
7. Долговременный мониторинг
После завершения статических испытаний подвижной нагрузкой, регистратор данных был запрограммирована на автоматический сбор показателей датчиков каждые два часа. Полученные в результате длительных наблюдений данные, позволили проанализировать влияние сезонных тепловых эффектов на поведение моста.
Все представленные данные были откорректированы с учетом температурных условий при съеме информации с датчиков. Вследствие влияния влаги произошло повреждение регистратора данных и потому в период между 31 декабря 2011 года и 11 апреля 2012 года надежные данные отсутствовали, и потому была произведена замена датчиков.
Данные длительного мониторинга включают информацию не только о сезонных воздействиях, но и о действии нагрузки и потому должны быть добавлены к данным,
полученным при статических испытаниях моста для получения полной картины состояния моста.
Деформации и вертикальные перемещения, полученные в определенных точках конструкции при долговременных испытаниях аккумулируются для последующего сравнения с данными от нагрузок в процессе строительства.
На рисунке 8 показана кинетика изменения температуры окружающей среды в зоне расположения моста. Температура мостового сооружения получена как среднее из показаний всех датчиков, не подвергающихся прямому воздействию солнечного света. Пропуск на графике соответствует периоду, когда из-за повреждения датчики не работали.
-10
7/21/11 10/19/11 1/17/12 4/16/12 7/15/12
Date
—Temperature X Max. and Min. Temperatures
Рис. 8. Изменение температуры мостового сооружения в период с 21 июля 2011 года
по 15 июля 2012 года
8. Деформации фибропластиковых трубчатых арок
Результаты долговременного мониторинга всех продольных деформаций фибропластика приведены на рисунке 8. Как видно, происходит деформация сжатия фибропластиковых арок в холодное время года и расширение их в теплое время года. В общем случае, сезонные эффекты приводят к высоким деформациям в верхней части трубчатого сечения и к низким деформациям в нижней части трубчатого сечения.
Рис. 9. Изменение деформаций фибропластика арок 1, 4 и 8 во времени
Данные датчиков деформаций внизу, посередине и вверху сечения арки 1 в четверти и середине пролета приведены на рисунках соответственно 10 и 11.
-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000
Strain (цЕ)
After Concrete Pour -*-After Complete Backfill -*-Max. Temp. 2011 -*-Min. Temp. 2011_-*-Max. Temp. 2012_ARCH 4 After Concrete Pour
Рис. 10. Деформации арки 1 в четверти пролета
Ординаты - расположение датчиков по высоте сечения арки.
(Обозначения внизу рисунка: After concrete pour - после бетонирования; After concrete Backfill - после засыпки грунта; Max Temp 2011- максимальная температура 2011 года; Min Temp 2011 - минимальная температура 2011 года; Max Temp 2012 - максимальная температура 2012 года; Arch 4 After concrete pour - арка 4 после бетонирования)
Рис. 11. Деформации арки 1 в середине пролета (обозначения те же, что и на рис. 10)
Заметим, что показания двух средних датчиков деформаций были осреднены.
На графиках приведены значения датчиков, снятые сразу же после бетонирования арок, сразу же после выполнения засыпки грунтом, а также в момент установления максимальных и минимальной температур. Результаты долговременных наблюдений на этих графиках соответствуют полным деформациям, включая и деформации, полученные в процессе строительства.
По этим графикам можно оценить процесс деформирования арки по мере строительства моста, а также влияние на процесс деформации различных факторов, в том числе снижения и увеличения температуры. Данные, полученные для арки 8 похожи на данные, полученные для арки 1. В то же время данные, полученные для арки 4 после заполнения арки бетоном, существенно отличаются от данных, полученных для арки 1. Наибольшие изменения в деформациях арок имеет место тогда, когда фибропластиковая оболочка арок еще не работает совместно с бетоном заполнения, и этот случай является критическим для арок.
Несмотря на это, наибольшие сжимающие напряжения на всех арках возникают в наиболее холодный день, а наибольшие растягивающие напряжения в самый теплый день, когда все точки сечения арки работают совместно.
Из всех арок, на которых проводились измерения, в арке 8 возникали самые большие сжимающие и растягивающие деформации: с минимумом -1180 це и максимумом примерно 360 це. Эти значения деформаций соответствуют максимальному сжимающему напряжению около 7 ksi (48 МПа) и максимальному растягивающему напряжению около 2 ksi (14 МПа) в фибропластиковой оболочке, которые гораздо ниже, чем в бетоне, который находится в упрочненном состоянии в обойме из фибропластика. В общем случае величины напряжений во всех фибропластиковых арках довольно малы по сравнению с проектным значением предельных напряжений в продольном направлении, которое по данным изготовителя составляет 84 ksi (580 МПа).
9. Анализ поведения мостового сооружения в целом
Повороты опор моста измерялись инклинометрами, и циклическое поведение их в процессе долговременного мониторинга показано на рисунке 12.
Рис. 12. Поворот опор
Максимальный угол поворота опоры составляет примерно 0,06 радиан. Повороты были обнаружены и в последующем сезоне. Результаты долговременных наблюдений за горизонтальными перемещениями опор, а также осадка зоны опирания арки 8 показаны на рисунке 13.
Рис. 13. Перемещения зоны опирания арки 8
В течение первых шести месяцев после строительства наблюдалась и вертикальная осадка и «расползание» опор от середины пролета мостового сооружения.Это свидетельствует о «проседании» арок. Эти подвижки мостового сооружения
стабилизировались в течение зимнего периода. Максимальное горизонтальное смещение составило приблизительно 0,06 дюйма (1,5 мм), а максимальное вертикальное смещение -0,25 дюйма (-6,4 мм). Заметим, что эти перемещения являются дополнительными к перемещениям в процессе строительства. Дальнейший мониторинг позволит оценить стабилизацию этих перемещений с учетом последующего температурного циклического режима эксплуатации.
Относительные перемещения оголовков измерялись с помощью датчиков сближения. На рисунке 14 показана кинетика этих смещений во времени. Как видно, в летние месяцы происходит «расползание» оголовков. Последующий мониторинг позволит установить, являются ли эти перемещения циклическими по своей природе, или они стабилизируются, или же имеет место усиление этого эффекта в последующих циклах. Максимальное и минимальное относительное смещение оголовков, наблюдаемое со времени завершения строительства составляют около 0,38 дюймов (9,7 мм) и -0,08 дюймов (-2,0 мм). Эти смещения оголовков гораздо меньше значений, зарегистрированных в процессе засыпки моста в период строительства (приведены в таблице 3).
Рис. 14. Относительные перемещения оголовков
Инклинометры, установленные вдоль арок, на которых проводились измерения, предназначались для оценки средней величины поворота приопорных частей арок и использовались для расчета относительных вертикальных перемещений арок. На рисунке 15 показаны вертикальные перемещения (прогибы) арки 8 относительно исходной, недеформированной формы арки на различных стадиях строительства при действии разных уровней температуры.
Рис. 15. Вертикальные перемещения (прогибы) арки 8
Изогнутая форма арки рассчитывалась от каждой опоры к середине пролета, на рисунке 15 показана северная половина пролета. Данные для южной половины пролета похожи, хотя два датчика были повреждены в процессе строительства и их показания не учитывались.
Данные подтверждают наличие проседания арок , отмеченное выше и нарастание деформаций при увеличении собственного веса моста от засыпки грунтом. Максимальное перемещение во время строительства составляло 0,3 дюйма (7,6 мм), с некоторым дополнительным прогибом от длительного действия нагрузки.
Выводы:
1. В статье представлены результаты кратковременных и длительных (в течение 11 месяцев) наблюдений за поведением моста с несущими элементами в виде заполненных бетоном трубчатых арок с фибропластиковой оболочкой
2. Как показали наблюдения, деформации и перемещения, вызванные процессом строительства, значительно больше, чем от действия подвижной нагрузки. Также отмечена роль сезонных воздействий.
3. Отмечено, что величина деформаций в фибропластике, использованном для изготовления трубчатых арок, весьма мала по сравнению с их предельными прочностными характеристиками.
4. После первоначальной осадки конструкции перемещения опор стабилизировались и стали циклическими по своей природе. Отмечено расхождение оголовков в течение летнего периода, но этот процесс нуждается в дальнейшем изучения для определения того, развивается ли он дальше или стабилизируется.
ЛИТЕРАТУРА
1. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Чесноков Г.В., Шадрина О.В. Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: часть 1. исследование применимости фибропластиков для создания арочной мостовой конструкции// Интернет-журнал "Науковедение" № 4, 2014. июль-август. с. 1- 23. Идентификационный номер статьи в журнале
2. Овчинников И.Г., Овчинников И.И., Чесноков Г.В., Феоктистов С.А. Применение заполненных бетоном трубчатых конструкций из фиброармированных пластиков в транспортном строительстве: часть 2. отечественные исследования заполненных бетоном фибропластиковых арок и технология сооружения мостов с применением фибропластиковых арок // Интернет-журнал "Науковедение" № 4, 2014. июль-август. с. 1- 23. Идентификационный номер статьи в журнале
3. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Татиев Д.А., Покулаев К.В. Усиление металлических конструкций фиброармированными пластиками: часть
1. состояние проблемы // Интернет-журнал "Науковедение" № 3, 2014. Май-июнь. с. 1- 27. Идентификационный номер статьи в журнале 19TVN314.
4. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 1. Экспериментальные исследования особенностей усиления композитами изгибаемых железобетонных конструкций// Интернет-журнал «Науковедение» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/13tvn412.pdf. -М. с. 1- 22.
5. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Вопросы усиления железобетонных конструкций композитами: 2. Натурные исследования усиления железобетонных конструкций композитами, возникающие проблемы и пути их решения// Интернет-журнал «Науковедение» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/14tvn412.pdf. -М. с. 1- 37.
6. Овчинников И.Г., Валиев Ш.Н., Овчинников И.И., Зиновьев В.С., Умиров А.Д. Анализ проблем усиления железобетонных конструкций композитными материалами//Развитие транспорта в регионах России: проблемы и перспективы. Материалы II Всероссийской конференции с международным участием. Киров. 2012. с. 49-52.
7. Зиновьев В.С., Овчинников И.Г. Возможность применения композитных материалов при изготовлении и монтаже пешеходных мостов//Новые идеи нового века - 2013: материалы Тринадцатой Международной научной конференции = The new Ideas of New Century-2013: The Thirteen International Scientific Conference Proceedings: в 3 т./ Тихоокеан. Гос. Ун-т. - Хабаровск. Изд-во Тихоокеан.гос.ун-та. 2013. - 3 т. C. 278-284.
8. Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Татиев Д.А., Покулаев К.В. Усиление металлических конструкций фиброармированными пластиками: часть
2. Применение метода предельных состояний к расчету растягиваемых и изгибаемых конструкций // Интернет-журнал "Науковедение" № 3, 2014. Май-июнь. с. 1- 23. Идентификационный номер статьи в журнале 20TVN314.
9. Чернявский, В.Л. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами [Текст]/ Чернявский В.Л., Аксельрод Е.З.//Жилищное строительство. 2003. - №3. - С.15-16.
10. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стройиздат. 2004. 139 с.
11. Римшин В.И., Бикбов Р.Х., Кустикова Ю.О. Некоторые элементы усиления строительных конструкций композиционными материалами // Вестник БГТУ имени В.Г. Шухова, №10. 2005. - С. 381-383.
12. Чернявский В.Л., Хаютин Ю.Г., Аксельрод Е.З., Клевцов Н.В., Фаткуллин Н.В. Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. М. 2006. 60 с.
13. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. - М., ОАО «Издательство «Стройиздат»,2007. 181 с.
14. Бокарев С.А., Иванов А.А., Смердов Д.Н., Яшнов А.Н., Жильцов П.Д., Максименков П.Е. Инновационные методы усиления конструкций мостов. СибГУПС и ООО Главгросстрой. Новосибирск. 2008. 38 с.
15. Дьячкова А.А., Кузнецов В.Д. Расчет усиления железобетонных плит углеродными композиционными материалами//Инженерно-строительный журнал, №3, 2009. С.25-28.
16. Смердов Д.Н., Неровных А.А. Методика проведения экспериментальных исследований изгибаемых железобетонных элементов, усиленных композитными материалами // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. Вып. 21. С. 146-155.
17. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Экспериментальные исследования изгибаемых железобетонных элементов, усиленных КМ // Известия Вузов. Стр-во. 2010, №2, с.112-124.
18. Бокарев, С. А. Методика расчета по прочности сечений эксплуатируемых железобетонных пролетных строений, усиленных композитными материалами / С. А. Бокарев, Д. Н. Смердов, А. А. Неровных // Известия вузов. Строительство. - 2010. - № 2. - С. 63 - 74.
19. Бокарев С.А., Смердов Д.Н. Нелинейный анализ железобетонных изгибаемых конструкций, усиленных композитными материалами// Вестник ТГАСУ № 2,
2010. С.113-125
20. Гапонов В.В. Экспериментальные исследования усиления плит перекрытия коллекторных тоннелей сетками из углеродных волокон в матрице на минеральной основе// Журнал Промышленное и гражданское строительство.
2011. - №11. - С. 69-71.
21. Гапонов В.В. Усиление изгибаемых железобетонных конструкций подземных сооружений композиционными материалами// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - №12. - С.238-246.
22. Клюев А.В. Усиление изгибаемых конструкций композитами на основе углеволокна //Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2011. №3. С 38-41.
23. Клюев А.В. Усиление и восстановление конструкций с использованием композитов на основе углеволокна //Бетон и железобетон. 2012. №3. С. 23-26.
24. Бокарев, С. А. Коэффициенты надежности для композиционных материалов, применяемых для усиления железобетонных элементов мостовых конструкций / С. А. Бокарев, Г. М. Власов, А. А. Неровных, Д. Н. Смердов // Вестник Томского
государственного архитектурно-строительного университета. - 2012. -№ 2. - С. 222 - 229.
25. Бокарев, С. А. Экспериментальные исследования при пониженных и повышенных температурах железобетонных образцов, усиленных полимерными композиционными материалами / С. А. Бокарев, А. Н. Костенко, Д. Н. Смердов, А. А. Неровных // Интернет-журнал «Науковедение». - 2013. - № 3 (16). - С. 19.
26. Демьянушко И.В., Стаин В.М., Стаин А.В., Узаков А.И. Определение несущей способности железобетонных балок, укрепленных с помощью внешнего армирования углепластиковым ламинатом// Транспортное строительство. 2014, №7. с. 24-27.
27. Шадрина О.В, Денисова А.П. Новая конструкция трубобетонной колонны, выполненной на основе композиционных материалов/ О.В. Шадрина, А.П. Денисова // Промышленное и гражданское строительство. - 2013. -№3. - С. 6062.
28. Шадрина О.В. Технология изготовления инновационных конструкций колонн с применением композитных материалов// Монтажные и специальные работы в строительстве. №2(850), 2013г.
29. Bridge-in-a-Backpack Fact Sheet.University of Maine Advanced Structures and Composites Center. [Online Web Site]. (2011, May 4). Available: http://www2.umaine.edu/aewc/images/stories/bridge_in_a_backpack_flyer_web.pdf
30. Dagher H. Bridge-in-a-Backpack. AEWC. (2011). [Online Web Site]. Available: http://www2.umaine.edu/aewc/content/view/185/71/
31. Daniel J. Bannon, Habib J. Dagher, Roberto A. Lopez-Anido. Behavior of Inflatable Rigidified Composite Arch Bridges// COMPOSITES & POLYCON 2009.American Composites Manufacturers Association. January 15-17, 2009.Tampa, FL USA. p. 1-6.
32. Fam, A.Z., "Concrete-Filled Fibre-Reinforced Polymer Tubes for Axial and Flexural Structural Members" Doctoral Dissertation, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2000. 294 p.
33. Burgueño, R., "System Characterization and Design of Modular Fiber Reinforced Polymer (FRP) Short- and Medium-Span Bridges" Doctoral Dissertation, University of California, San Diego, 1999. 587 p.
34. Заключение по результатам опытного испытания бетонной арки в углеродно-волоконной оболочке. ООО Дортехпроект. Саратов. 2011. 12 с.
35. Brooke H. Quinn, Scott A. Civjan, Andrew Lahovich, Sergio F Breña, Shoukry Elnahal. Monitoring of the First "Bridge-in-a-Backpack" Bridge in Massachusetts// TRB 2013 Annual Meeting. P. 1 - 16.
Рецензент: Кочетков Андрей Викторович, Председатель Поволжского отделения Российской академии транспорта, академик РАТ, д-р. техн. наук, профессор.
Igor Ovchinnikov
Perm national research polytechnic university
Russia, Perm
Yuri Gagarin state technical university of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-Mail: [email protected]
Ilya Ovchinnikov
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Russia, Saratov
Moscow state automobile&Road technical university (Sochi branch)
Russia, Sochi E-Mail: [email protected]
Georgiy Chesnokov
«Research institute Grafit» Russia, Moscow E-Mail: [email protected]
Application of concrete filled tubular structures of fiber reinforced plastic in transport construction: Part 3. Monitoring of bridge structures made with concrete-filled tubular fiber reinforced plastic arches
Abstract. An innovative bridge was constructed in Fitchburg. The system, developed at the University of Maine, uses newly implemented technology of fiber reinforced polymer (FRP) tubes filled with concrete to reduce construction time and cost, reduce maintenance costs, and increase lifespan of the structure. The bridge is unique in that it has a 30 degree skew and shallower arch geometry than other bridges of this type that have been constructed. University of Massachusetts instrumented the bridge with a total of 99 gages (strain gages, pressure cells, tiltmeters, displacement transducers, and convergence gages). This paper discusses the bridge response under construction loads, static live load testing, and the first eleven months of long-term monitoring, to report on the observed performance of this innovative bridge.
The strains and movements induced by the construction process are much more significant than those from live load. Seasonal thermal effects are also notable. It was observed that total strains in the FRP tubes are very low compared with design tensile strength nominal capacities. After an initial settlement of the structure the footing displacements appear to have stabilized and are becoming cyclic in nature. Headwall spreading has increased during the summer and is being monitored for future increases or stabilization
Keywords: fiber reinforced polymer (FRP); arch bridge construction; tubular FRP arch members; analysis of the inflatable rigidified composite arch system; tubular composite arches; arch testing; composite utilize; monitoring od bridge.
Identification number of article 104TVN414
REFERENCES
1. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Chesnokov G.V., Shadrina O.V. Primenenie zapolnennyh betonom trubchatyh konstrukcij iz fibroarmirovannyh plastikov v transportnom stroitel'stve: chast' 1. issledovanie primenimosti fibroplastikov dlja sozdanija arochnoj mostovoj konstrukcii// Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 4, 2014. ijul'-avgust. s. 1- 23. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale
2. Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Chesnokov G.V., Feoktistov S.A. Primenenie zapolnennyh betonom trubchatyh konstrukcij iz fibroarmirovannyh plastikov v transportnom stroitel'stve: chast' 2. otechestvennye issledovanija zapolnennyh betonom fibroplastikovyh arok i tehnologija sooruzhenija mostov s primeneniem fibroplastikovyh arok // Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 4, 2014. ijul'-avgust. s. 1- 23. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale
3. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Tatiev D.A., Pokulaev K.V. Usilenie metallicheskih konstrukcij fibroarmirovannymi plastikami: chast' 1. sostojanie problemy // Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 3, 2014. Maj-ijun'. s. 127. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale 19TVN314.
4. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitami: 1. Jeksperimental'nye issledovanija osobennostej usilenija kompozitami izgibaemyh zhelezobetonnyh konstrukcij// Internet-zhurnal «Naukovedenie» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/13tvn412.pdf. -M. s. 1- 22.
5. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Voprosy usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitami: 2. Naturnye issledovanija usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitami, voznikajushhie problemy i puti ih reshenija// Internet-zhurnal «Naukovedenie» 2012, № 4, http://naukovedenie.ru /PDF/14tvn412.pdf. -M. s. 1- 37.
6. Ovchinnikov I.G., Valiev Sh.N., Ovchinnikov I.I., Zinov'ev V.S., Umirov A.D. Analiz problem usilenija zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami//Razvitie transporta v regionah Rossii: problemy i perspektivy. Materialy II Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Kirov. 2012. s. 49-52.
7. Zinov'ev V.S., Ovchinnikov I.G. Vozmozhnost' primenenija kompozitnyh materialov pri izgotovlenii i montazhe peshehodnyh mostov//Novye idei novogo veka - 2013: materialy Trinadcatoj Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii = The new Ideas of New Century-2013: The Thirteen International Scientific Conference Proceedings: v 3 t./ Tihookean. Gos. Un-t. - Habarovsk. Izd-vo Tihookean.gos.un-ta. 2013. - 3 t. C. 278284.
8. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Tatiev D.A., Pokulaev K.V. Usilenie metallicheskih konstrukcij fibroarmirovannymi plastikami: chast' 2. Primenenie metoda predel'nyh sostojanij k raschetu rastjagivaemyh i izgibaemyh konstrukcij // Internet-zhurnal "Naukovedenie" № 3, 2014. Maj-ijun'. s. 1- 23. Identifikacionnyj nomer stat'i v zhurnale 20TVN314.
9. Chernjavskij, V.L. Usilenie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami [Tekst]/ Chernjavskij V.L., Aksel'rod E.Z.//Zhilishhnoe stroitel'stvo. 2003. - №3. -S.15-16.
10. Shilin A.A., Pshenichnyj V.A., Kartuzov D.V. Usilenie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami. M.: Strojizdat. 2004. 139 s.
11. Rimshin V.I., Bikbov R.H., Kustikova Ju.O. Nekotorye jelementy usilenija stroitel'nyh konstrukcij kompozicionnymi materialami // Vestnik BGTU imeni V.G. Shuhova, №10. 2005. - S. 381-383.
12. Chernjavskij V.L., Hajutin Ju.G., Aksel'rod E.Z., Klevcov N.V., Fatkullin N.V. Rukovodstvo po usileniju zhelezobetonnyh konstrukcij kompozitnymi materialami. M. 2006. 60 s.
13. Shilin A.A., Pshenichnyj V.A., Kartuzov D.V. Vneshnee armirovanie zhelezobetonnyh konstrukcij kompozicionnymi materialami. - M., OAO «Izdatel'stvo «Strojizdat»,2007. 181 s.
14. Bokarev S.A., Ivanov A.A., Smerdov D.N., Jashnov A.N., Zhil'cov P.D., Maksimenkov P.E. Innovacionnye metody usilenija konstrukcij mostov. SibGUPS i OOO Glavgrosstroj. Novosibirsk. 2008. 38 s.
15. D'jachkova A.A., Kuznecov V.D. Raschet usilenija zhelezobetonnyh plit uglerodnymi kompozicionnymi materialami//Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal, №3, 2009. S.25-28.
16. Smerdov D.N., Nerovnyh A.A. Metodika provedenija jeksperimental'nyh issledovanij izgibaemyh zhelezobetonnyh jelementov, usilennyh kompozitnymi materialami // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putej soobshhenija. Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2009. Vyp. 21. S. 146-155.
17. Bokarev S.A., Smerdov D.N. Jeksperimental'nye issledovanija izgibaemyh zhelezobetonnyh jelementov, usilennyh KM // Izvestija Vuzov. Str-vo. 2010, №2, s.112-124.
18. Bokarev, S. A. Metodika rascheta po prochnosti sechenij jekspluatiruemyh zhelezobetonnyh proletnyh stroenij, usilennyh kompozitnymi materialami / S. A. Bokarev, D. N. Smerdov, A. A. Nerovnyh // Izvestija vuzov. Stroitel'stvo. - 2010. -№ 2. - S. 63 - 74.
19. Bokarev S.A., Smerdov D.N. Nelinejnyj analiz zhelezobetonnyh izgibaemyh konstrukcij, usilennyh kompozitnymi materialami// Vestnik TGASU № 2, 2010. S.113-125
20. Gaponov V.V. Jeksperimental'nye issledovanija usilenija plit perekrytija kollektornyh tonnelej setkami iz uglerodnyh volokon v matrice na mineral'noj osnove// Zhurnal Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2011. - №11. - S. 69-71.
21. Gaponov V.V. Usilenie izgibaemyh zhelezobetonnyh konstrukcij podzemnyh sooruzhenij kompozicionnymi materialami// Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. - 2011. - №12. - S.238-246.
22. Kljuev A.V. Usilenie izgibaemyh konstrukcij kompozitami na osnove uglevolokna //Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova. 2011. №3. S 38-41.
23. Kljuev A.V. Usilenie i vosstanovlenie konstrukcij s ispol'zovaniem kompozitov na osnove uglevolokna //Beton i zhelezobeton. 2012. №3. S. 23-26.
24. Bokarev, S. A. Kojefficienty nadezhnosti dlja kompozicionnyh materialov, primenjaemyh dlja usilenija zhelezobetonnyh jelementov mostovyh konstrukcij / S. A. Bokarev, G. M. Vlasov, A. A. Nerovnyh, D. N. Smerdov // Vestnik Tomskogo
gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. - 2012. -№ 2. - S. 222 -229.
25. Bokarev, S. A. Jeksperimental'nye issledovanija pri ponizhennyh i povyshennyh temperaturah zhelezobetonnyh obrazcov, usilennyh polimernymi kompozicionnymi materialami / S. A. Bokarev, A. N. Kostenko, D. N. Smerdov, A. A. Nerovnyh // Internet-zhurnal «Naukovedenie». - 2013. - № 3 (16). - S. 1-9.
26. Dem'janushko I.V., Stain V.M., Stain A.V., Uzakov A.I. Opredelenie nesushhej sposobnosti zhelezobetonnyh balok, ukreplennyh s pomoshh'ju vneshnego armirovanija ugleplastikovym laminatom// Transportnoe stroitel'stvo. 2014, №7. s. 24-27.
27. Shadrina O.V, Denisova A.P. Novaja konstrukcija trubobetonnoj kolonny, vypolnennoj na osnove kompozicionnyh materialov/ O.V. Shadrina, A.P. Denisova // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. - 2013. -№3. - S. б0-б2.
28. Shadrina O.V. Tehnologija izgotovlenija innovacionnyh konstrukcij kolonn s primeneniem kompozitnyh materialov// Montazhnye i special'nye raboty v stroitel'stve. №2(850), 2013 g.
29. Bridge-in-a-Backpack Fact Sheet.University of Maine Advanced Structures and Composites Center. [Online Web Site]. (2011, May 4). Available: http://www2.umaine.edu/aewc/images/stories/bridge_in_a_backpack_flyer_web.pdf
30. Dagher H. Bridge-in-a-Backpack. AEWC. (2011). [Online Web Site]. Available: http://www2.umaine.edu/aewc/content/view/185/71/
31. Daniel J. Bannon, Habib J. Dagher, Roberto A. Lopez-Anido. Behavior of Inflatable Rigidified Composite Arch Bridges// COMPOSITES & POLYCON 2009.American Composites Manufacturers Association. January 15-17, 2009.Tampa, FL USA. p. 1-б.
32. Fam, A.Z., "Concrete-Filled Fibre-Reinforced Polymer Tubes for Axial and Flexural Structural Members" Doctoral Dissertation, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2000. 294 p.
33. Burgueño, R., "System Characterization and Design of Modular Fiber Reinforced Polymer (FRP) Short- and Medium-Span Bridges" Doctoral Dissertation, University of California, San Diego, 1999. 587 p.
34. Zakljuchenie po rezul'tatam opytnogo ispytanija betonnoj arki v uglerodno-volokonnoj obolochke. OOO Dortehproekt. Saratov. 2011. 12 s.
35. Brooke H. Quinn, Scott A. Civjan, Andrew Lahovich, Sergio F Breña, Shoukry Elnahal. Monitoring of the First "Bridge-in-a-Backpack" Bridge in Massachusetts// TRB 2013 Annual Meeting. P. 1 - 1б.
