Исследование опубликовано в журнале Designs и выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России. Высокие темпы урбанизации территорий, увеличение транспортного потока и нагрузок на мостовые сооружения ставят новые задачи перед строителями. Существует потребность в технологиях, которые смогут прогнозировать поведение конструкций при широком диапазоне эксплуатационных нагрузок (в том числе критических). Например, при сейсмических воздействиях, экстремальных температурах или превышении допустимой нагрузки из-за проезда большого количества многотоннажных машин, на которые мост изначально не был рассчитан.
Еще одна проблема – исчерпание смазочных материалов в антифрикционных прослойках, оно приводит к трению стальных частей друг о друга и заклиниванию опоры. Все это негативно сказывается на работе опорной части моста и может привезти к разрушению раньше срока эксплуатации.
Ученые Пермского Политеха разработали модель для оценки деформаций полимерных прослоек. Недостаток информации о свойствах этих материалов существенно сдерживает их применение. Модель учитывает характеристики смазки и полимеров, из которых изготавливают прослойки. А также влияние геометрии углублений под смазочный материал на конструкцию.
В результате расчетов политехники выяснили, какие исследованные варианты обладают наилучшими свойствами. Для производства прослоек высокие результаты показали модифицированный фторопласт и СВМПЭ (Германия) – они отличаются особой износостойкостью, трением и деформационными характеристиками, выдерживают температуры от -200 до +125 градусов. Среди смазок ученые отмечают ТОМФЛОН СБС 240 FM с хорошими вязкоупругими характеристиками. Особое внимание ученые ПНИПУ уделили нештатной ситуации, когда смазка в углублениях «заканчивается» и со временем прослойка начинает истираться.
«Антифрикционные прослойки значительно деформируются под нагрузкой от мостового пролета при отсутствии смазки в углублениях, так как полимерный материал стремится заполнить пустоты. Это может привести к потере балансировки и впоследствии к разрушению конструкции раньше срока эксплуатации. Полимерный и смазочный материалы находятся в состоянии всестороннего сжатия при работе опорной части в мостовом пролете. При этом трение неметаллических материалов при контакте со стальными элементами конструкции должно быть минимальным для улучшения характеристик скольжения балансира», — поясняет кандидат технических наук, заместитель директора Передовой инженерной школы ПНИПУ Анна Каменских.
«Трение полимера особенно влияет на поведение и износ конструкции. Его свойства позволили оценить характер деформирования прослойки для случая отсутствия смазки и показали, что, несмотря на сильное изменение геометрии, материал слоя скольжения может в полной мере выполнять необходимые функции и не допускает сцепления металлических элементов опорной части», — комментирует полученные результаты ассистент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Анастасия Богданова.
«Это позволило получить практические рекомендации для производителей опорных частей мостов. Данные уже нашли свое применение в научно-исследовательских разработках производственной компании ООО «АльфаТех» Пермь – одного из крупнейших производителей опорных частей мостов в России», — дополняет старший преподаватель кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Юрий Носов.
Модель ученых ПНИПУ позволит прогнозировать работу слоя скольжения опорных частей мостов при штатных и внештатных ситуациях. Полученные результаты необходимы для проектирования надежных и долговечных конструкций. Исследование планируют расширить на случай сейсмического воздействия для создания отечественных сейсмостойких опорных частей, дефицит которых сильно заметен.