#мосты

В строительстве зданий, дорог, дамб, мостов и тоннелей широко используют геотекстиль — синтетический материал, который укрепляет грунтовое основание и увеличивает его несущую способность. Сейчас активно изучается идея «умного геотекстиля», когда в сам материал внедряют специальные датчики для удаленного контроля состояния грунта. Это позволит значительно повысить безопасность объекта, заранее предупреждая о необходимости ремонта или о возникновении аварийной ситуации. Ученые ПНИПУ разработали волоконно-оптическую систему для непрерывного мониторинга геотекстиля. Она надежно фиксирует его смещение до 0,5 миллиметров и по стоимости гораздо дешевле волоконных датчиков, которые пока применяются для контроля за состоянием зданий и сооружений.

Легкий бетон набирает популярность в качестве альтернативного материала. Он позволяет уменьшить вес конструкции. Из опыта проектирования известно, что многие проблемы при строительстве больших сооружений связаны в первую очередь с нагрузками от собственного веса. В случае с бетоном еще одна трудность в том, что он сохраняет свою структуру до температуры 200 градусов Цельсия, после чего его прочность может снижаться. Ученые Пермского Политеха предлагают армировать легкий бетон стальным волокном и нанокремнеземом, что позволит сделать его прочнее и устойчивее к высоким температурам. Полученные результаты важно учитывать при проектировании высотных зданий и большепролетных мостов, разрушение которых может привести к человеческим жертвам и большим материальным затратам.

Опорные части – «сердце» мостового сооружения. Они принимают и перераспределяют нагрузки от мостового пролета, внешние сейсмические, ветровые и температурные воздействия на опору. Основные элементы этих частей — полимерные антифрикционные прослойки, в которых находятся углубления со смазочным материалом. За счет скольжения опора балансирует и уравновешивает конструкцию. Если изучить поведение прослойки в динамике при различных нагрузках, то можно подобрать материалы под условия работы конкретного моста, которые также будут учитывать природные особенности окружающей среды. Ученые ПНИПУ разработали модель для прогнозирования работы слоя скольжения прослойки при штатных и внештатных ситуациях. Этот важный этап проектирования мостов позволит сделать конструкцию опорных частей надежнее, увеличить их несущую способность и безремонтные сроки работы.

Для безопасности, экономии ресурсов и улучшения производительности необходим постоянный мониторинг состояния зданий, мостов и рабочих механизмов конструкций. Для этого используют различные датчики, а в последнее время активно развивается направление, в котором оптоволокно применяют в качестве линии передачи данных и чувствительного элемента — части датчика, которая преобразует информацию извне в электрические сигналы. Ученые Пермского Политеха выяснили, как сделать более тонкое покрытие оптоволокна, чтобы минимизировать габариты изделий и при этом сохранить качественную защиту от внешних агрессивных условий.

Для специалистов-дорожников функциональность моста на первом месте, но удивительно, что часто именно благодаря функциональности сооружение получается еще и визуально привлекательным. Сегодня мы беседуем с Тимуром Берхамовым, заместителем начальника Федерального управления автодорог «Центральная Россия» (ФКУ «Центравтомагистраль»), который рассказал, что с помощью современных технологий и материалов износ новых мостов, по сравнению со старыми, за последние полвека уменьшился в десятки раз.

Оползни вызывают разрушения и аварии жилых и производственных зданий, что приводит к экономическому ущербу и к гибели людей. Для повышения устойчивости насыпей широко применяется армирование строительными геосинтетическими материалами, например, геоячейками, георешеткой и геотекстилем. Но в некоторых случаях, например, при сильных динамических нагрузках или сезоннопромерзающих грунтах, они не обеспечивают нужную устойчивость склона. Ученые Пермского Политеха выяснили, стоит ли заменять геосинтетик альтернативой — бетонными монолитными плитами.

Мостовые опоры служат связующим звеном при передаче нагрузок от пролетного строения на основание моста. Они защищают строение от сейсмических, ветровых, транспортных нагрузок, а также помогают удержать собственный вес надстройки. Чтобы совершать вращательные и поступательные движения в горизонтальном и поперечном направлении, в конструкции моста используются подшипники, а их работа и долговечность напрямую зависит от смазочного материала. Ученые Пермского Политеха провели натурные эксперименты с устойчивой к высоким и низким температурам смазкой и создали матмодель, описывающую ее работу в разных условиях. Алгоритм позволит проводить численное моделирование работоспособности конструкций на протяжении всего жизненного цикла, а также поможет сократить материальные и временные затраты специалистам в области мостостроения.

В рамках государственной программы «Безопасные и качественные дороги» необходимо повышение прочностных характеристик асфальтобетонного покрытия. Особое внимание требуется уделять асфальту на мостовых сооружениях ввиду постоянных, неравномерных нагрузок. При ремонте и реконструкции таких объектов необходимо применять асфальтобетонную смесь, обладающую высокими физико-механическими свойствами. Ученые Пермского Политеха изменили привычный состав асфальтобетона и повысили его прочностные характеристики, а следовательно, и долговечность. Представленная технология вносит вклад в обеспечение технологического суверенитета страны за счет использования компонентов исключительно российского производства.

Согласно данным Росстата, в нашей стране функционируют 42 тысячи мостов. Они должны справляться с огромными нагрузками растущего трафика, температурными перепадами и даже землетрясениями. Поэтому прочность мостовой конструкции имеет первостепенное значение. Обеспечить ее долговечность и износостойкость помогут исследования, проведенные в Пермском Политехе. Благодаря математическому моделированию и серии натурных испытаний, ученые нашли способ сократить трение между опорами и пролетными строениями моста, а значит предотвратить возможные обрушения.

При участии ученых из Сколтеха разработан и исследован наноразмерный датчик, который можно внедрить в композитное крыло самолета, лопасть ветряка, пролет моста, кузов автомобиля, днище яхты или любую конструкцию из стекловолоконных полимерных композиционных материалов без запекания ее в автоклаве. Датчик сам разогревается до необходимой температуры путем подведения тока, не увеличивает толщину конструкции и не нарушает свойств композиционного материала, а, напротив, устраняет нежелательные поры. Использовать его можно для мониторинга целостности конструкции или борьбы с обледенением путем нагрева. Последнее особенно важно для кораблестроения и малой авиации, где часто применяются стеклопластики, в программе освоения Арктики.

В зоне соприкосновения устоев мостовых сооружений и насыпей перед ними возникают просадки и деформации земляного полотна. Это происходит из-за неоднородности их физических свойств. В результате насыпь становится неровной и может разрушаться. Чтобы избежать проблемы, ее укрепляют с помощью свай. Ученые Пермского Политеха оценили эффективность этого способа, разработав математическую модель железнодорожной насыпи. С ее помощью можно отследить проседание грунтового массива в разных климатических условиях.

Международная команда ученых во главе с профессором Университета штата Джорджия (США), заведующим лабораторией динамического хаоса Института информационных технологий математики и механики ННГУ имени Н. И. Лобачевского Игорем Белых доказала, что пешеходы могут раскачать мост, даже если они двигаются несинхронно и с разными скоростями.

Исследование ученых Пермского Политеха поможет увеличить долговечность мостов. Они изучили, как ведут себя под действием внешней среды материалы, из которых производят прослойки их опорных частей. Это позволит избежать обрушения мостов и снизить финансовые и временные затраты на их ремонт.