Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МОСТОВОГО ХОЗЯЙСТВА САНКТ-ПЕТЕРБУРГА. ПРОБЛЕМЫ
ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРОДСКИХ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ 9
История возникновения и эволюция развития мостовых сооружен іий в Санкт-Петербурге 9
История развития эксплуатации искусственных сооружений в Санкт-Петербурге 15
Существующая система эксплуатации искусственных сооружений Санкт-Петербурга 22
Современная транспортная ситуация города 22
Система эксплуатаг/гш искусственных сооружений на примере СПб ГУП «Мостотрест» '. 25
1.4 Вопросы эксплуатации мостовых сооружений в городских условиях 29
Парк мостов Санкт-Петербурга. Выбор объекта исследования 29
Обзор состояния проблемы: теоретические исследования и практические результаты 30
История возведения железобетонных мостов в Санкт-Петербурге 32
Трехступенчатый подход к оценке технического состояния железобетонных мостовых сооружений Санкт-Петербурга 38
Основные данные о техническом состоянии парка .железобетонных мостов города («первый этап») 40
1.5 Выводы главы 44
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ И УЧЕТ НЕГАТИВНЫХ ФАКТОРОВ И ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ ОЦЕНКЕ
ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ САНКТ-
ПЕТЕРБУРГА 46
Общие данные 46
Негативные факторы и воздействия, оказывающие влияние на техническое состояние исследуемых объектов 49 ,
2.2.1 Природно-климатические факторы 49
Влажностные воздействия 49
Многократное замораживание и оттаивание железобетона 54
Повышенное содержание солей в атмосфере 62
Совместное влияние факторов и воздействий среды 65
2.2.2 Техногенные факторы 65
2.2.2.1 Транспортно-сигуациоппое положение 66
Интенсивность движения 66
Величина транспортной нагрузки 70
2.2.2.2 Ошибки «жизненного никла» сооружения 82
2.2.3 Совместное влияние природно-клііматическнх її техногенных факторов на техническое
состояние объектов исследования 88
2.3 Основные положения оценки технического состояния эксплуатируемых железобетонных
мостовых сооружений 90
2.3.1 Использование аппарата теории надежности и теории вероятностей 90
Положения теории надежности 90
Положения теории вероятностей 95
2.3.1.2.1 Основные понятия теории вероятностей. Случайные параметры элементов железобетонных
конструкций транспортных сооружений 96
2.3.1.2.2. Вероятность безотказной работы и вероятность отказа конструктивного элемента 100
2.3.1.2.3 Нормативная вероятность отказа (нормативная надежность) 102
2.3.1.2.4. Дополнительные показатели надежности '.. 103
Критерии оценки технического состояния мостовых сооружений Санкт-Петербурга 105
Методы оценки технико-эксплуатационных показателей (абсолютные и относительные характеристики) ///
Выбор объектов детальной оценки их технического состояния. Основные принципы данной оценки 113
2.4 Оценка техііического состояния петербургских железобетонных мостовых сооружеііий
(«второй этап») 1 16
Общие численные закономерности оценки технического состояния объектов исследования.... 116
ТЭП «безопасность и комфортность движения» 119
ТЭП «долговечность» 123
ТЭП «грузоподъемность» '. 127
ТЭП «внешний вид» 132
ТЭП «пропускная способность» '. 135
ТЭП «ремонтопригодность» 141
2.4.9 Суммарные распределения 143
2.5 Выводы главы 144
ГЛАВА З.ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА 146
Прогнозирование срока службы объектов исследования 146
Прогнозирование технического состояния объектов исследования 155
Существующие разработки, тенденции и общие положения прогнозирования 155
Оценка уровня технического состояния сооружения. Начальный уровень состояния 158
Параметры методики прогнозирования и прогноз технического состояния объектов исследования в первом приближении 160
Уточнение методики прогнозирования технического состояния объектов исследования 163
Изменение и прогнозирование состояния сооружения в зависимости от стратегии управления его техническим состоянием 169
Учет негативных факторов при прогнозировании технического состояния объектов исследования. Коэффициент «деградации» 172
3.3 Методика оценки и прогнозирования технического состояния железобетонных мостовых
сооружений 175
ГЛАВА 4.РЕАЛИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ПОДХОДОВ К УПРАВЛЕНИЮ ТЕХНИЧЕСКИМ
СОСТОЯНИЕМ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ СОДЕРЖАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ
СООРУЖЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕ ПАРКА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ И ПУТЕПРОВОДОВ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГА) 183
Введение , 183
Современные методы коі ітроля состояния мостовых сооружений в Санкт-Петербурге 184
Системы видеонаблюдения, охраны и проверки работоспособности оборудования на искусственных сооружениях города 187
Система мониторинга моста Александра Невского через р. Неву 190
Системы мониторинга путепровода в створе пр. Александровской Фермы через ж.д. пути ст. Сортировочная 192
Предложения а перспективы по совершенствованию систем мониторинга 199
«Активный мониторинг» 200
Мобильный мониторинг 203
4.3 Цели и задачи создания Аналитической информационной системы по мониторині у
технического состояния мое ЮНЫХ СООРУЖЕНИЙ 205
4.4 Оценка и прогноз технического состояния моста Александра Невского через р. Неву 207
Начальный этап «существования» сооружения 210
Состояние сооружения в 2000г. (непосредственно перед реконструкцией) 215
Состояние сооружения после реконструкции 221
Современное состояние. Прогноз 222
Оценка и прогноз технического состояния Невского путепровода 223
Система надзора за сооружениями 230
Выводы главы 234
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 238
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 242
Введение к работе
На территории крупных городов (мегаполисов) эксплуатируются различные искусственные сооружения, предназначенные для пропуска городских видов транспорта. Интенсивность движения и весовые характеристики транспортных нагрузок, обращающихся на магистралях крупных мегаполисов, значительно превышают аналогичные характеристики транспортных средств, обращающихся на улицах и дорогах малых городов. В связи с этим дефекты и повреждения в конструктивных элементах мостовых сооружений, обусловленные воздействием эксплуатационных нагрузок, появляются значительно раньше и развиваются более интенсивно.
На примере мостового парка Санкт-Петербурга, как одного из крупнейших городов Российской Федерации, представлена общая картина современного состояния мостового хозяйства мегаполиса, выявленных основных тенденций и перспектив.
Современный парк мостов Санкт-Петербурга характеризуется наличием большого количества уникальных и внеклассных сооружений. Срок эксплуатации некоторых из них сопоставим с возрастом самого города.
Природно-климатические особенности города, расположенного на морском побережье, вызывают дополнительные и ускоряют характерные деградационные процессы в элементах его мостов и путепроводов.
В связи с этим подход к управлению техническим состоянием петербургских мостовых сооружений должен назначаться особенно ответственно, исходя из их уникальности и специфики эксплуатации в сложных природных и техногенных условиях.
Рассмотренные в качества объекта исследования железобетонные мостовые сооружения являются наиболее массовыми конструкциями Санкт-Петербурга, и составляют примерно половину от всех эксплуатируемых дорожных сооружений города (мосты, тоннели, трубы, путепроводы, эстакады, подпорные стены, плотины и пр.). Поэтому вопросы снижения
эксплуатационных затрат и увеличения срока службы железобетонных
мостовых сооружений приобретают актуальное значение в плане содержания их в условиях такого крупного мегаполиса^шк Санкт-Петербург.
В этой связи в настоящее время назрела необходимость в проведении определенных исследований в части оценки и прогнозирования технического состояния и сроков службы железобетонных мостовых сооружений, эксплуатируемых на городских магистралях Санкт-Петербурга, с разработкой соответствующей методики. Она должна учитывать все негативные факторы, оказывающие воздействия на объекты исследования, и закономерности, возникающие при этом.
Автором на основе выполненного анализа -технического состояния городских железобетонных мостовых сооружений Санкт-Петербурга получены практические результаты и разработана методика оценки и прогнозирования технического состояния э/селезобетонных мостовых сооружений, направленная на совершенствование надежности и функциональности их эксплуатации в условиях крупных мегаполисов.
Для этого:
1.Проанализирована система управления техническим состоянием мостовых сооружений крупного города па примере одной из старейших эксплуатирующих организаций в стране — СПб ГУП «Мостотрест», даны предложения по ее совершенствованию;
2.На основе предложенного автором «трехступенчатого» подхода выполнен анализ технического состояния железобетонных мостов и путепроводов Санкт-Петербурга и выявлены основные дефекты и повреждения в элементах конструкций;
3. Рассмотрены и обобщены факторы, ухудшающие состояние эксплуатируемых сооружений Санкт-Петербурга, получены численные закономерности между факторами (природно-климатическими и техногенными) и возникающими повреждениями (в том числе прогнозируемые);
Сформулированы и градуированы основные технико-эксплуатационные показатели (ТЭП) для возможной оценки уровня технического состояния и получены зависимости между факторами (природно-климатическими, техногенными и др.) и ТЭП;
Проведена апробация методики оценки и прогнозирования технического состояния эксплуатируемых железобетонных мостовых сооружений в городской среде Санкт-Петербурга на основе результатов исследований, выполненных автором;
6.Сформулированы цели и задачи аналитически-информационной системы (АИС) процесса эксплуатации мостовых сооружений, предусматривающей использование основных результатов проведенных исследований.
В соответствии с целью и задачами диссертационной работы анализы и расчеты выполнены на базе современных теоретических и инструментально-измерительных методов. Теоретические методы базировались на научных положениях математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности. Натурные исследования проводились на конкретных мостовых сооружениях с использованием современных средств измерения.
Разработанная автором на базе проведенных им научных исследований методика оценки и прогнозирования технического состояния городских железобетонных мостовых сооружений (в частности, Санкт-Петербурга) и создание на ее основе АИС позволяют:
получить надежную информацию как о конкретном сооружении, так и об общем состоянии выбранной группы сооружений из мостового парка города;
спрогнозировать состояние конкретного сооружения и остаточный срок службы в зависимости от выбранной стратегии управления его эксплуатацией;
спланировать мероприятия по содержанию и ремонту мостовых сооружений на основе оперативного определения объема требуемых соответствующих работ;
определить и оптимизировать требуемые финансовые затраты как результат оценки необходимых объемов работ по содержанию и ремонту для поддержания заданных уровней надежности и функциональности мостовых сооружений города;
- назначить оптимальный режим эксплуатации объекта(ов) в
зависимости от выбранной стратегии управления.
В настоящий момент в Санкт-Петербурге осуществляется разработка АИС по управлению техническим состоянием искусственных сооружений города, выполняемая ЗАО «НИПИ Территориального развития и транспортной инфраструктуры» (ЗАО «НИПИ ТРТИ») по договору с Комитетом по благоустройству и дорожному хозяйству (КБДХ) Правительства Санкт-Петербурга. При ее подготовке используются основные положения разработанной автором методики.
Также автором предложены оптимальные параметры технического надзора за сооружениями, позволяющие поддерживать уровни надежности и функциональности в заданных пределах эксплуатирующими организациями крупных городов.
Полученные в ходе проведенных автором научных исследований результаты уже используются в практике работы СПб ГУП «Мостотрест» при подходе к назначению состава и периодичности осмотров объектов мостового парка города (с учетом оптимизации под реальные условия), а также при внедрении современных АИС и других средств контроля и мониторинга за их техническим состоянием.
Стоит отметить, что основные результаты проведенных научных
исследований основаны на базе мостового парка Санкт-Петербурга, однако
могут быть использованы в крупных городах специализированными
эксплуатирующими организациями после адаптации к местным условиям.
