В последние годы наметилась отчетливая тенденция к расширению транспортной инфраструктуры. Все большую популярность набирает bim-проектирование на основе информационного моделирования, объединяющее все этапы жизненного цикла сооружения
Подобный подход позволяет комплексно оценивать затраты на сооружение на протяжении всего его срока службы. И тогда становится очевидным, на что обратить внимание, где следует сократить расходы, а где можно их увеличить для дальнейшей экономии. Особое внимание уделяют выбору материалов и технологий, повышению износостойкости конструкций и увеличению межремонтных сроков.
НА ЛИДИРУЮЩИХ ПОЗИЦИЯХ
Металлическое мостостроение в России по-прежнему остается важнейшим направлением и продолжает развиваться. Пролетные строения из металла — это решение таких актуальных задач, как повышение долговечности сооружений, уменьшение сроков и стоимости строительства.
Для последнего периода времени характерным явлением стало сокращение сроков строительства транспортных объектов. Быстрыми темпами развивается транспортная инфраструктура в крупных городах, но в большинстве регионов очевидно преобладание холодного зимнего периода над летним. Это ограничивает строительный сезон. Указанные факторы подталкивают мостостроителей к тому, чтобы возведение транспортных сооружений имело краткосрочный характер, несмотря на время года, когда выполняются строительно-монтажные работы. Этим критериям наилучшим образом отвечают металлические пролетные строения, которые одинаково хорошо работают как на растяжение, так и на сжатие. Низкая масса в сравнении с железобетонными аналогами также положительно сказывается в плане использования более легкой грузоподъемной техники и увеличивает надежность конструкции при работе в сейсмически активных районах.
Весь этот комплекс причин выводит металлическое мостостроение в лидеры отрасли. Это не дань моде, а естественный процесс эволюции, результатом которого всегда становится наиболее совершенное решение, в данном случае конструктивная форма и материал пролетного строения.
Что касается жизненного цикла мостового сооружения, то металл как конструкционный материал превосходит своих соперников по сроку службы, качеству изготовления, прочностным и эксплуатационным характеристикам, несущей способности, экономической эффективности. Нельзя забывать и легкости монтажа металлических конструкций. Именно упомянутые показатели позволяют работать круглый год практически в любых обстоятельствах, что крайне важно для северных территорий с коротким теплым сезоном. Такие факторы, как температура, влажность, осадки, в данном случае не вызывают такие негативные моменты, как при работе с тем же бетоном. Более легкие по сравнению с железобетонными конструкциями металлические пролетные сооружения обеспечивают менее трудоемкие условия их монтажа.
Учитывая высокую надежность и долговечность стальных конструкций мостов, срок службы которых составляет 80–100 лет, а также то обстоятельство, что они отлично справляются со знакопеременными нагрузками, выдерживают большие статические и динамические воздействия, можно со всей ответственностью утверждать: металл — наилучший материал для изготовления пролетных строений мостов. Все эти обстоятельства отражают естественный процесс эволюции, результатом которого всегда становится наиболее совершенное решение,
ПРОВЕРЕНО ПРАКТИКОЙ
Большой интерес представляют некоторые наиболее удачные решения из практики проектирования металлических пролетных строений, благодаря реализации которых удалось сэкономить финансовые ресурсы, сократить время строительства не только без потери качества объектов, но и с его улучшением.
Одним из таких примеров является проект «Реконструкция мостового перехода через реку Сок на км 0+250 автодороги Волжский — Курумоч — «Урал» муниципального района Красноярский Самарской области» и «Строительство автодорожного моста через реку Сок в Самарской области».
Новый автодорожный переход реализован в рамках нацпроекта «Безопасные качественные дороги». Мост позволит вдвое увеличить пропускную способность трассы и разделить потоки между новым и старым мостами.
Специалисты ООО «Трансстройпроект» разработали рабочую документацию на строительство нового моста и реконструкцию старого. Мост через реку Сок имеет полную длину 306,7 м, расчетная схема — 63+2х84+63 м. Габарит сооружения принят Г-9+Тх1,5 м под нагрузку А-14, Н-14.
Неразрезное пролетное строение изготовили из металла (стали). Сооружение выполнено в виде классического балочного моста с ортотропной плитой проезжей части, укрепленной опорными конструкциями. Два центральных пролета сделаны судоходными.
Монтажные соединения блоков главных балок — сварные. Для всех основных конструкций пролетного строения использована сталь марки 15ХСНД-2 по ГОСТ Р 55374-2012, а для вспомогательных металлоконструкций — сталь Ст3пс5 по ГОСТ535-2005.
Применение металлических конструкций дало возможность изготовить блоки требуемой конфигурации и размеров по промышленным технологиям, полностью адаптировав их к монтажу на строительном объекте. В поперечном сечении эстакада состоит из коробчатых блоков, объединенных модулями ортотропной плиты.
В процессе создания рабочей документации и технологии производства работ провели оптимизацию проекта с целью повышения технологичности инженерных решений, обеспечивающих снижение затрат. В результате генеральному подрядчику удалось начать движение на объекте почти на год раньше запланированной даты.
В то же время проектную и рабочую документацию моста для Нижнего Тагила разработали исходя из следующих условий эксплуатации: пропуск автомобильной и пешеходной нагрузки — А14 и Н14; длина объекта составляет 424,6 м, ширина — от 24,8 до 25,36 м. Движение автотранспорта предусмотрено по двум полосам в попутном и встречном направлениях (ширина полосы — 3,5 м). По обеим сторонам мостового сооружения предусмотрены пешеходные тротуары шириной 2,25 м.
Для неразрезного металлического пролетного строения с ортотропной плитой по схеме 45,8+6х63м применили сталь 15ХСНД-2 по ГОСТ Р 55374-2012. В качестве главного несущего элемента — балки жесткости — выбрали металлическую неразрезную систему с двумя коробчатыми главными балками в поперечном сечении, объединенными системой ортотропных плит. Пролетное строение в плане прямолинейное почти на всем протяжении, лишь в последнем пролете оно меняет очертание на криволинейное с виражом.
Сжатые сроки строительства и сложные условия монтажа привели к использованию металлического пролетного строения с цельносварными стыками главных балок. Сборку выполнили на стапеле для последующей надвижки. Результат — локализация всего нужного оборудования в одном месте для эффективного выполнения сварочных работ блоков главных балок. Тем самым монтируется шесть пролетов длиной по 63 м каждый, последний же пролет с криволинейным очертанием устанавливается на временных опорах.
Применение металлических пролетных строений позволило изготовить блоки задуманных размеров и формы в условиях промпредприятия с обеспечением гарантированного монтажа на рабочем объекте. В поперечном сечении эстакада состоит из 10 монтажных блоков, которые по стенке и поясу поперечной балки объединяют высокопрочные болты, тогда как остальные стыки блоков — сварные. В критических местах блоки запроектированы с припуском на прирезку для точного позиционирования блоков.
Все контактные поверхности во фрикционных соединениях покрываются в промышленных условиях фрикционной грунтовкой ЦВЭС, обеспечивающей расчетный коэффициент трения по контактным поверхностям без использования пескоструйной очистки контактов на монтаже. Последний возможен как в теплое, так и в холодное время года без дополнительных затрат на специальные вспомогательные сооружения и устройства для строительства мостов (СВСиУ).
Все металлоконструкции с завода-изготовителя могут доставляться по железной дороге до ближайшей станции, а далее к месту строительства — автотранспортом.
Привлекает внимание и пешеходный мост в виде осеннего листа, который соединит два берега реки Сочи и станет главным элементом прогулочного маршрута от цирка до пляжа «Ривьера» в курортной столице России. Строительство объекта начали в прошлом году. По своей архитектуре мост будет уникальным транспортным сооружением не только для Краснодарского края, но и для стран ближнего зарубежья.
Длина моста составляет 51,6 м, величина пролета — 47,6 м, ширина прохожей части — 4 м. Со стороны амфитеатра предусмотрено уширение моста до 17,9 м для двух смотровых площадок шириной до 3,7 м. Проектом предусмотрены три монолитные железобетонные опоры индивидуальной разработки.
Пролетное строение имеет сложное очертание, так как состоит из двух двутавровых главных балок переменной высоты с межосевым расстоянием 1,5 м и ортотропной плитой прохожей части. Нижний пояс главных балок имеет арочное очертание.
Заводские соединения выполнили сварными, все монтажные соединения блоков главных балок — на сварке с металлохимической присадкой (МХП). Материал конструкций пролетных строений — низколегированная сталь 15ХСНД-2 по ГОСТ Р 55374-2012.
Применение стальных пролетных строений позволило изготовить блоки требуемой конфигурации и размеров в условиях промышленного предприятия, с адаптацией их к установке на конкретном объекте. В критических местах блоки имеют припуск на прирезку для их точного позиционирования.
Для металлоконструкций предусмотрено покрытие антикоррозионными отечественными материалами согласно СТО 01393674-007-2015 с защитой на период не менее 24 лет.
Расчет пролетного строения и ограждающей конструкции выполнили по пространственной расчетной схеме с использованием метода конечных элементов. Исполнение стальной балочной системы противостоит восьмибалльной сейсмической нагрузке. В процессе расчета металлического неразрезного пролетного строения проведена проверка прочности, устойчивости, жесткости и частоты его собственных колебаний. Несущая конструкция опоры освещения и въездного портала смоделирована стержневыми элементами с закреплением к конструкциям пролетного строения, обеспечивающим перемещение вдоль его оси.
При всех своих отличиях описанные проекты объединяет главное — общие показатели эффективности. Основные преимущества применения конструкций и решений — высокий темп монтажа при низких затратах на сооружение благодаря детально проработанной рабочей документации, которая обеспечивает оптимальную технологичность монтажа, максимально полную промышленную готовность, использование грузоподъемных механизмов более легкого класса.
При этом предусмотрены возможность реализации сложных архитектурных форм при относительно небольших затратах, привлекательный архитектурный облик городского сооружения, экологически чистая технология строительства, низкие затраты на эксплуатацию объекта, высокая надежность и долговечность.
Достаточно важной задачей стала оптимизация проекта, целью которой является назначение грамотного соотношения параметров и надежности конструкции. Исключение перерасхода металла, которое приводит к росту стоимости сооружения, и есть то самое соотношение.
Кроме того, на одно из первых мест по важности выдвинуты вопросы качества разрабатываемой документации и обеспечение оптимальных сроков ее разработки, оптимизация проектирования, производства, строительства, что в целом основано на стремлении к сборке из готовых блоков.
На основе многолетнего опыта выявили оптимальные и экономически эффективные модели пролетных строений, компонуя которые в различных комбинациях, можно получить уникальные и эффективные варианты конструкций под совершенно различные задачи. В результате удается значительно сократить сроки оценки стоимости проектирования и строительства будущего объекта, ускорить выдачу проектной и рабочей документации благодаря отработанным техническим решениям, заранее учесть все особенности производства и транспортировки проектируемых изделий.
BIM-ТЕХНОЛОГИИ В ДЕЙСТВИИ
Все большую популярность в мостостроении набирает BIM-проектирование на основе информационного моделирования, которое включает в себя все этапы жизненного цикла сооружения. С одной стороны, это требования заказчиков, которые начинают понимать, что им нужно в итоге получить и как это спрашивать с проектировщиков, с другой — технические моменты внедрения BIM и, естественно, проблема получения ведомостей объемов работ и увязка их со сметами.
Информационная модель транспортного сооружения отражает все необходимые данные об объекте на всех стадиях его жизненного цикла. Ныне перед отраслью руководство нашей страны ставит задачу перехода на проектирование в 3D. Основной задачей разработчиков должна стать инженерная работа, то есть анализ исходных данных и результатов расчетов.
Использование программных продуктов позволяет повысить качество выпускаемой документации и сократить сроки разработки. Вместе с тем необходима более плотная интеграция между твердотельной моделью, с которой работают проектировщики, и расчетной моделью сооружения. Несмотря на то, что созданы инструменты и методы перехода от одной модели к другой, имеются нюансы, которые требуют доработки. Разработчикам программ еще предстоит большая работа в этом направлении.
Современные требования по применению BIM-технологий диктуют новые правила. Немаловажен вопрос единого стандарта в этой области. Идет поиск оптимального решения для передачи проектной документации на завод по производству металлоконструкций с целью минимизации времени и возможных неточностей при разработке КМД (конструкции металлические деталировочные). Важно, чтобы и заказчики, и мостостроители, и эксплуатирующие организации также имели доступ к единому информационному пространству и могли работать с цифровой проектной документацией.
Переход на BIM-проектирование обеспечит формирование среды общих данных, координацию совместной работы и связь с производством и строительством.
Сводная BIM-модель является компилятором информации, в которую загружаются дисциплинарные модели в формате данных с открытой спецификацией. Сводная информационная модель включает в себя: инженерные изыскания — все данные должны быть инструментом, на основании которого принимаются проектные решения; земельные вопросы — полоса отвода линейных объектов (информационная модель автоматически позволяет выявить проблемы землепользования для проектируемых элементов); увязку всех проектных решений — расположение коммуникаций, линейных объектов, средств организации дорожного движения и другие; матрицу коллизий, в которой отражаются данные по взаимному нормативному расположению всех элементов проекта, где получают автоматический анализ ошибок; ссылки на всю проектную документацию, представленную в классическом исполнении.
Увязка переустройства коммуникаций и реализации основных проектных решений позволяет сократить срок строительства и избежать выполнения ненужных работ. Следует отметить, что уже в настоящее время достаточно четко прописаны элементы инфомодели (LOD), которые помогают проектировщикам и заказчикам ориентироваться в требованиях к предоставляемой информации.
Валерий Васильев
Фото автора и ГК «Автодор»