Перильные ограждения из полимерных композиционных материалов

Об использовании перильных ограждений из полимерных композиционных материалов в конструкции Глебовского моста через Яузу. Приводятся результаты выявленной экономической эффективности при строительстве таких ограждений по сравнению с чугунными. Анализируются возможные пути совершенствования мостовых сооружений за счет использования элементов из полимерных композиционных материалов.
В апреле этого года после капитального ремонта был пущен в эксплуатацию Глебовский автомобильный мост через реку Яуза. Примечательность этого события заключается в том, что в конструкции реконструированного моста использованы перильные ограждения пешеходных тротуаров из полимерных композиционных материалов. По-видимому, это первое применение подобных конструкций в черте московского мегаполиса, а вероятно и во всей России.
Конструкции из полимерных композиционных материалов широко используются во всем мире в гражданском промышленном строительстве [1, 2, 3] и в том числе в виде перильных ограждений.
Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе непрерывных однонаправленных волокон обладают прочностью на уровне качественных конструкционных сталей, при всех преимуществах неметаллических полимерных материалов.
Одним из важных свойств полимерных композиционных материалов, определяющих их широкое распространение, является высокая коррозионная стойкость в естественных атмосферных условиях, неподверженность воздействию кислотных и щелочных сред, химически активных веществ и, в том числе, антигололедным растворам. В сочетании с высокой прочностью композиционные материалы обеспечивают силовым конструкциям высокую эксплуатационную надежность и долговечность, что необходимо в конструкциях дорожной инфраструктуры и, в частности, мостовых сооружениях. Как показал зарубежный опыт создания и эксплуатации мостовых конструкций из полимерных композиционных материалов, их эффективность определяется сокращением сроков строительства, большими гарантийными сроками и увеличением межремонтных сроков. Использование полимерных композиционных материалов в мостовых сооружениях обеспечит получение качественно новых долговечных конструкций, что отразится на общем состоянии дорожной и городской инфраструктуры.
Такая стратегия согласуется с определенной президентом России В.В. Путиным одной из приоритетных на сегодняшний день задач страны – созданием сети современных качественных автодорог. При этом был сделан акцент на использование новых материалов и технологий, современных и перспективных научных теорий и инженерных решений. Очевидно, что все это в полной мере относится и к городским дорожным хозяйствам, и тем более к автодорожному хозяйству Москвы, где плотность автомобильных потоков самая высокая в России. Увеличение межремонтных сроков в дорожных и мостовых сооружениях здесь как нигде актуально, так как любой ремонт приводит к перегруженности соседних дорог и нарушению нормального функционирования городской инфраструктуры.
Возможность и эффективность использования полимерных композиционных материалов в дорожном строительстве России сейчас находится в стадии анализа и осмысления. Министерство транспорта РФ в 2003 г. сделало первый шаг в сторону практического решения этой задачи, выпустив рекомендации по использованию эффективных композиционных материалов при обустройстве мостовых сооружений [4], где рассмотрены некоторые конструктивные и технологические решения для таких конструкций.
Находясь в постоянном поиске новых эффективных конструкторско-технологических решений и материалов ГУП «Гормост» приняло решение применить композиционные материалы в перильных ограждениях реконструируемого Глебовского моста. Желание применить современные прочные, коррозионностойкие перильные ограждения из композиционных материалов в мостовых сооружениях Москвы осложнялось необходимостью сохранения исторически сложившихся архитектурных форм. Внешний вид перильных ограждений моста должен был согласовываться с существующими ограждениями набережной, которые представляют собой литые фигурные конструкции. Анализ зарубежного опыта показал, что все используемые там перильные ограждения выполнены из прямолинейных профилей, что достаточно хорошо вписывается в архитектурный дизайн современных промышленных и городских сооружений, но не соответствует стилю «старой» Москвы.
В результате проведенной проектно-технологической проработки ГУП «Гормост», совместно со специалистами ООО «Компания «Армопроект», была разработана конструкция перильного ограждения с фасонными решетками и фигурными столбами. Получившаяся конструкция оказалась достаточно оригинальной и по завершении проектных работ материалы были поданы в Роспатент на предмет проведения экспертизы и выдачи патента на конструкцию перильного ограждения из полимерных композиционных материалов.
На рис. 1 показан дизайнерский проект разработанной секции перильного ограждения, которая состоит из трех фасонных решеток. Решетки выполнены из композиционного материала на основе стеклоткани и полимерного связующего и объединены в монолитную силовую секцию при помощи фигурного перильного профиля сверху и прямоугольного профиля по остальным сторонам. Эти профили выполнены из композиционного материала на основе непрерывного однонаправленного стекловолокна и стеклоткани и полимерного связующего методом пултрузионного формования. Фигурный поручень отвечает требованиям СНиП 2.05.03–84 «Мосты и трубы» по силовым воздействиям при расположении на двух опорах.
Столбы выполнены в виде фигурных оболочек из композиционного материала на основе стеклоткани и полимерного связующего, зафиксированных на внутренней стальной конструкции, установленной на мостовом настиле.
На рис. 2 показан момент монтажа, на рис. 3 – Глебовский мост с перильными ограждениями из полимерных композиционных материалов.
Оценивать эффективность конструкции ограждения из полимерных композиционных материалов пока рано, нужно время, но преимущества при строительстве и монтаже можно отметить уже сейчас: малый вес существенно упрощает и ускоряет строительные работы. Монтаж 56-ти метров ограждения был проведен тремя специалистами без применения грузоподъемных механизмов за две рабочие смены.
Кроме того, проведенный сравнительный анализ стоимости строительства чугунных и композиционных ограждений, как показано в таблице, выявил экономический выигрыш последних. Расходы при эксплуатации для ограждения из ПКМ получены расчетным путем в результате экспертной оценки. В этом случае сравнивались расходы за один год.
Использованная конструкция перильного ограждения является первой в ряду большого возможного многообразия элементов из композиционных материалов в дорожных и мостовых конструкциях. За рубежом опробованы и давно эксплуатируются практически все элементы мостовых конструкций: силовые балки, опоры, мостовые настилы, арматура бетонных мостовых настилов, перильные ограждения, сливные системы и прочее. Эффективность их использования экономически выверена и подтверждена эксплуатацией нескольких сотен мостовых сооружений, состоящих частично или полностью из элементов, выполненных из полимерных композиционных материалов.
Естественно невозможно повысить эффективность и долговечность мостовых сооружений за счет повышения долговечности второстепенных элементов – перильных ограждений, сливных систем и т.п.
Анализируя зарубежный опыт использования композиционных материалов в конструкциях мостовых сооружений можно отметить, что большое распространение в последнее время получили конструкции мостовых настилов. Причем значительная часть таких конструкций используется при ремонте и реконструкции существующих мостов. Это объясняется несколькими причинами. Мостовые настилы, являясь силовыми элементами, более эффективны из влагостойкого, не корродируемого материала. Для таких конструкций не нужны сложные многослойные защитные покрытия. И при этом они значительно легче железобетонных. По зарубежным данным использование настилов из композиционных материалов приводит к снижению веса мостовых сооружений в несколько раз. Сравнительно малый вес композитных настилов весьма выигрышен при ремонтных работах – уменьшаются трудоемкость и сроки монтажных работ. Такие настилы монтируются из готовых плит (панелей), размеры которых ограничиваются не массой, а габаритными размерами, допустимыми при транспортировке от изготовителя к месту монтажа. Преимущества таких настилов проявляются в конструкциях вантовых мостов и мостов, возводимых в труднодоступных зонах. В последние годы за рубежом появилось много проектов автомобильных мостов с навесными пешеходными тротуарами с настилами из полимерных композиционных материалов. Такие конструктивные схемы могут быть выигрышны при уширении существующих автомобильных мостов.
Рассмотренные пути совершенствования мостовых сооружений требуют проведения большого объема проектно-технологических работ, накопления опыта строительства и эксплуатации конструкций из полимерных композиционных материалов и первый шаг в этом направлении сделан на Глебовском мосту.

Библиографический список:
1. Renaud C. USA Composite Bridge Decks Program/Conference FRP Composites in Bridge Design and Civil Engineering. Porto, Portugal. 2003. 12–14 November.
2. Keller T. Use of Fibre Reinforsed Polymers in Bridge Construction – Zurich; Switzerland, 2003. 135 c.
3. Суханов А.В., Асеев А.В., Сисаури В.И. Полимерные композиционные материалы в конструкциях мостовых сооружений // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2004. № 3. С. 16–18.
4. Рекомендации по использованию эффективных композиционных материалов при обустройстве мостовых сооружений // Отраслевой дорожный методический документ. Министерство транспорта Российской Федерации. М., 2003. 16 с

В.К. ЕКИМОВ;
А.Б. КУВШИНОВ
ГУП «Гормост», Москва.
А.В. СУХАНОВ;
А.В. АСЕЕВ;
В.И. СИСАУРИ
ООО «Компания «Армопроект», Москва