МЕТОДИКА
РАСЧЕТНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

УТВЕРЖДЕНО  распоряжением  Министерства транспорта РФ 18.04.2001 г. N 79-р

РЕКОМЕНДОВАНО к применению

Вводится в действие с момента опубликования

Настоящая методика позволяет определять расчетом или принимать предельные сроки службы железобетонных пролетных строений на разных этапах их функционирования.

При анализе технико-экономических показателей мостов или установлении приоритета капитальных вложений в будущие сооружения, срок службы этих сооружений принимается по нормативным показателям, полученным статистическим путем на основании обработанных данных о фактическом состоянии (износе) более чем 3000 пролетных строений.

На стадии проектирования рассчитывается проектный срок службы моста, с конкретными характеристиками материалов для пролетных строений. При определении проектного срока службы учитывается ориентация сооружения, интенсивность движения на проектируемом участке, климатический район, принятые характеристики бетона и арматуры и размеры сечений. Представляется возможным проектирование сооружения с любым заданным сроком службы.

На стадии строительства определяется прогнозируемый срок службы реально построенного пролетного строения с учетом реальных параметров материалов, дефектов изготовления конструкций и отступлений от требуемой технологии. Расчеты выполняются по предельным состояниям, оговоренным в СНиП 2.05.03-84*, используя фактические прочностные характеристики материалов и учитывая величины дополнительных напряжений в бетоне, обусловленных технологическими отступлениями.

Остаточный ресурс эксплуатируемого пролетного строения определяется перерасчетом конструкции на основании фактических и прогнозируемых характеристик материалов. Приводится функция деградации материалов, позволяющая определять их характеристики для любого периода, .

Методика расчетного прогнозирования срока службы учитывает требования действующего СНиП 2.05.03-84* по расчету железобетонных пролетных строений автодорожных мостов. Методика включает лишь часть, хотя и большую, расчетных моделей, для которых СНиПом определяются конкретные требования.

Приведенные расчетные модели и критерии отказа дают максимальное представление о процессе накопления повреждений в материалах и конструкциях и отражают результаты исследований материалов и конструкций, а также результаты исследований, проведенных большим числом специалистов в области надежности, долговечности и оценки состояния мостовых сооружений. Данная Методика в основном касается балочных конструкций, хотя может быть использована, с определенными уточнениями, для прогнозирования срока службы железобетонных пролетных строений иных статических схем или конструкций, железобетонных опор, железобетонной плиты сталежелезобетонных пролетных строений.

Методика предназначена для использования проектными и научно-исследовательскими организациями, а также органами управления эксплуатацией мостовых сооружений.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Обширная информация о характере возникновения и накопления повреждений в железобетонных мостовых конструкциях делает возможным классификацию и разделение всех факторов, определяющих уровень сопротивляемости элементов конструкции, на две группы: - производственные факторы и факторы окружающей среды.

К производственным факторам относятся:

- качество конструктивных решений;

- уровень и качество изготовления и монтажа конструкций;

- гравитационные силы и силы трения, возникающие как от временной, так и от постоянной нагрузки;

- инерционные, центробежные усилия от временной нагрузки и др.

К факторам окружающей среды относятся:

- сейсмические силы, характер и режим их воздействия;

- физико-химические процессы, протекающие в материалах при изготовлении и эксплуатации;

- климатические воздействия;

- агрессивность воздушной и водной среды и др.

Допущенные при изготовлении и монтаже дефекты и повреждения, развиваясь в процессе эксплуатации, снижают работоспособность конструкции. Постепенное "старение" железобетонной конструкции и потеря его нормируемых качеств, вследствие необратимого накопления разного рода повреждений, проявляется в деградации структуры, снижении прочности бетона и образовании разного рода трещин. Начало и развитие этого процесса обусловлено большим, трудно обозримым количеством комбинаций воздействия вышеперечисленных факторов на элементы сооружения. Важнейшими из них являются: многократно повторяющиеся воздействия временных нагрузок, "отжимающих" (снижающих) запас релаксационных пластических свойств бетона, попеременное замораживание и оттаивание водонасыщенных зон конструкции, сезонные и суточные перепады температур воздуха, разного рода процессы коррозии, протекающие в бетоне вследствие карбонизации, капиллярной усадки, выщелачивания агрессивной влагой (с солями) цементного раствора и др.

Ухудшение эксплуатационных качеств конструкции проявляется также в снижении прочности бетона и уменьшении площади поперечных сечений бетонных элементов и арматурной стали в результате повреждения коррозией. Развитие таких повреждений, помимо прямого снижения несущей способности, может привести к потере сцепления арматуры с бетоном и, соответственно, к изменению расчетной статической схемы конструкции, увеличению прогибов и опасному дополнительному раскрытию трещин. Такой медленно протекающий процесс деградации, снижающий работоспособность конструктивных элементов сооружения, поддается наблюдению, расчетной оценке и может быть приостановлен. Расчетную работоспособность конструкции можно восстановить путем ремонта и усиления.

В настоящее время, в соответствии с нормами (СНиП, ГОСТ), методика контроля предупреждения усталостных процессов регламентирована только расчетом на выносливость, причем, по очень примитивной, далекой от реальной жизни сооружения модели воздействий временных нагрузок. Эта модель односторонне и приблизительно отражает процесс потери конструкцией ее свойств за условный период времени (порядка 80-100 лет). Представляется, что на достигнутом уровне понимания и проработки проблемы долговечности строительных материалов и конструкций, предлагаемая методология расчетного контроля срока службы, являясь интегральным инструментом оценки долговечности, способна значительно лучше оценить эффективность работы конструкции под всеми видами нагрузок и воздействий в течение установленного или требуемого времени ее эксплуатации.

Итак, методология расчетного контроля долговечности искусственных сооружений, в сочетании с грамотной и целенаправленной диагностикой позволяет:

- "перевооружить" всю систему эксплуатации мостов, для которой в настоящее время содержание, характер ремонта, межремонтные сроки, режим пропуска нагрузок устанавливаются на основании субъективных экспертных оценок опасных состояний;

- упорядочить экономические оценки мероприятий по поддержанию безопасного уровня эксплуатации мостов;

- планировать очередность и виды ремонтных работ, обеспечивая разумное распределение финансовых и материальных ресурсов в условиях жестких ограничений и малых возможностей служб эксплуатации.

Ожидаемая технико-экономическая эффективность предлагаемого подхода к расчетной оценке сроков службы железобетонных конструкций видится в следующем:

1. С определенной вероятностью может быть дана количественная оценка времени безопасной эксплуатации конструкции.

2. Опираясь на научно обоснованный анализ фактических данных о реальном поведении конструкции, возможен прогноз момента наступления разного рода отказов конструкции под нагрузками.

3. Пользуясь расчетным прогнозом (с учетом фактического состояния), можно оценивать запасы прочности и надежности для любого момента времени.

4. В период эксплуатации можно контролировать напряженное состояние и развитие деструктивных процессов, предупреждая аварийное состояние конструкции.

5. Открывается возможность корректировки и уточнения срока службы в ситуациях, когда изменяется режим эксплуатации сооружения (величина и цикличность временных нагрузок, динамические параметры и др.), а также обоснованно допускаемого увеличения интенсивности временных нагрузок, повышения скорости движения, но с учетом состояния конструкции по диагностическим данным, с расчетом и установкой уменьшенного, по сравнению с проектным, срока службы, т.е. обоснованного регулирования долговечности сооружения.

6. Предоставляется возможность обоснованного планирования сроков профилактических работ, а также межремонтных сроков.

7. Возможно определение режимов дальнейшей эксплуатации конструкции и прогноза ее срока службы после ремонта и реконструкции.

Во избежание чрезмерных ожиданий успеха от реализации предлагаемой Методики, следует понимать, что при существующем уровне знаний поведения железобетонных конструкций в эксплуатации, достоверность длительного (до 100 лет) прогноза срока службы таких капитальных сооружений как мосты, еще недостаточно высока. Здесь необходим целенаправленный и значительно больший объем информации о поведении мостовых сооружений в эксплуатации, чем, например, при оценке ресурса меньших механизмов. В последнем случае ресурс до наработки до отказа на порядок меньше, а информации о времени фактического износа меньших механизмов неизмеримо больше. Ожидать реального успеха от реализации предлагаемой Методики можно лишь при условии, что будут созданы и освоены автоматизированные расчетные комплексы, действующие совместно с банком данных, содержащим необходимый объем статистической информации о многочисленных видах "заболеваний" железобетонных мостовых конструкций в процессе эксплуатации.

Учитывая изложенное, "Росавтодор" поручил трем научным коллективам подготовить расчетную методику, которая давала бы возможность максимально приблизиться к поставленным целям и достичь упомянутых результатов. Настоящая Методика предполагает, что все необходимые расчеты будут выполняться с использованием расчетных комплексов, учитывающих различные исходные статистические параметры сооружений и позволяющих вести вычисления в диалоговом режиме. Разработчики располагают такими программами к ПЭВМ, построенными на базе требований СНиП 2.05.03.84* [1], которые могут оказать помощь в создании аналогичных комплексов в проектных организациях и дирекциях автомобильных дорог.

В разработке методики участвовали научные коллективы:

Кроме того, при подготовке отдельных глав, определении состава документа и разработке базовых материалов принимали участие: д-р экон. наук, профессор Дингес Э.В (МАДИ), канд. техн. наук Улупов А.С. (МИИТ), канд. техн. наук Васильев А.И., Егорушкин Ю.М., Заковенко В.В., канд. экон. наук Бегун И.А. (ЦНИИС), канд. техн. наук Мусатов С.А. (РОСДОРНИИ).

ГЛАВА 1.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ, НА КОТОРЫХ БАЗИРУЕТСЯ МЕТОДИКА

1.1. Стратегия эксплуатации мостов

Мостовое сооружение, а следовательно, и пролетное строение, за свою жизнь проходит три важнейших этапа эксплуатации.

Первый этап, когда построенное сооружение эксплуатируется какое-то время без снижения надежности. За этот период протекают основные длительные деформации (усадка и ползучесть), возрастает прочность бетона, нормально функционирует система водоотвода и не нарушается изоляция у деформационных швов, водоотводных трубок, стоек ограждений и тротуаров. Вероятность безотказной работы пролетного строения сохраняется на уровне (согласно СНиП 2.05.03-84* [1]) =0,9986 (индекс надежности равен 3,0). В течение указанного периода за мостом осуществляется лишь уход*. Продолжительность этого периода зависит от качества изготовления и монтажа конструкций, и для пролетных строений он составляет, как правило, от 5 до 15 лет (рис.1.1, точка А).

________________________

* Перечень работ по содержанию и ремонту пролетных строений и мостовых сооружений в целом приведен в классификации ремонтных работ [2]. Основные положения, касающиеся этих работ, даны в Приложении 1.

Второй этап эксплуатации характеризуется появлением и развитием дефектов, изменением свойств бетона и коррозией арматуры. Появляются отказы в элементах, срок службы которых ниже, чем несущих конструкций пролетных строений (покрытие, деформационные швы, изоляция...). Дефекты и отказы влияют на несущую способность балок пролетных строений и распределение временной нагрузки между ними. Мост продолжает эксплуатироваться в прежнем режиме, т.е. без каких либо ограничений, хотя надежность пролетных строений постепенно снижается. Продолжительность второго этапа определяется временем, за которое вероятность безотказной работы балок пролетного строения снижается с 0,9986 до 0,9, т.е. индекс надежности уменьшается с 3,0 до 1,282 (1,3). В этот период за мостом ведется уход и проводятся плановые профилактические работы в рамках работ по содержанию.