Понимание решетчатых настилов: типы для дорог и мостов

Почему решетки необходимы для инфраструктуры дорог и мостов

Ключевые функции в конструкции проезжей части мостов, подъездов и пешеходных переходов

Стальные решетки обладают определенными преимуществами для удовлетворения ряда ключевых потребностей в транспортной отрасли. При использовании в качестве настила мостов открытая ячеистая структура фактически снижает вес примерно на 40 % по сравнению с обычными сплошными стальными листами. Это делает всю конструкцию более легкой, но при этом достаточно прочной, чтобы выдерживать большие нагрузки на различных пролетах. Подходы к мостам представляют собой еще одну проблему, поскольку это участки, где дороги примыкают к возвышающимся сооружениям. Здесь коррозионностойкая решетка (обычно с покрытием горячего цинкования в соответствии со стандартом ASTM A123) лучше противостоит повреждениям от соли и проникновению воды. Бригады по обслуживанию сообщают о снижении расходов на ремонт примерно на 35 % за счет такой защиты. Преимущества также проявляются в пешеходных переходах. Открытая структура решетки способствует созданию уклонов, соответствующих требованиям ADA, и позволяет дождевой воде естественным образом стекать. Люди, находящиеся под переходом, могут видеть сквозь него свет, а поверхность разработана так, чтобы быть нескользкой — за счет насечек или специальных покрытий, обеспечивающих коэффициент трения не менее 0,5, как того требует OSHA. Практические испытания в прибрежных районах показывают интересный результат: оцинкованная стальная решетка сохраняет работоспособность более 20 лет, тогда как необработанные версии обычно начинают выходить из строя между 5 и 7 годами эксплуатации.

Совместимость с требованиями к дренажу, сцеплению и безопасности AASHTO

Преимущества настила полностью соответствуют тому, что наиболее важно для экспертов по безопасности дорожного движения: быстрое удаление воды с поверхности, предотвращение скольжения и соответствие строгим национальным стандартам проектирования, о которых все говорят. Конструкция с отверстиями позволяет воде стекать примерно на 30 % быстрее по сравнению со сплошными поверхностями, что имеет большое значение, когда дороги затапливаются во время штормов. Производители обеспечивают хорошее сцепление либо с помощью специальных пилообразных реек, либо путем нанесения шероховатых покрытий сверху, а также тестируют эти изделия на соответствие требованию OSHA по статическому коэффициенту трения не менее 0,5. Что касается мостов, весь конструкционный настил должен выдерживать испытания AASHTO на долговечность и способность выдерживать большие нагрузки, при этом сторонние организации иногда проводят проверки, разрушая образцы. Кроме того, благодаря зазорам между планками инспекторы могут легко осматривать пространство под настилом и опорами, соблюдая рекомендации FHWA по регулярным проверкам мостов. Такое комплексное решение логично как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения долгосрочной экономии.

Сравнение типов тяжелых решеток для нагрузок от транспортных средств

Сварные, прессовые и клиновые стальные решетки: различия в прочности, жесткости и условиях монтажа

Различные виды стальных решеток, такие как сварные, прессованные и обжимные, играют определенную роль в загруженных инфраструктурных зонах в зависимости от нагрузки, которую им предстоит выдерживать, простоты монтажа и срока службы. Сварная решетка отличается высокой прочностью, поскольку её планки соединены между собой непосредственно в узлах сваркой. Это делает ее идеальной для основных элементов мостов, по которым постоянно проезжают тяжелые грузовики со стандартной нагрузкой на ось H-20. Принцип действия прессованной решетки иной: она соединяется при помощи гидравлического прессования, что позволяет быстро собирать её на месте. Время выполнения работ сокращается примерно вдвое по сравнению с другими методами, однако жесткость соединения несколько ниже при неравномерном давлении с разных направлений. Обжимная решетка собирается путем протягивания поперечных стержней через отверстия и их последующего формирования непосредственно на строительной площадке. Это обеспечивает лучший контроль вибрации и хорошую адаптацию к поверхностям, не являющимся идеально ровными, что особенно важно при модернизации. Недавнее исследование Федерального управления автомобильных дорог США (Federal Highway Administration) показало, что использование обжимных решеток сокращает общее время закрытия мостов примерно на 35% по сравнению с традиционными сварными системами, главным образом за счет более быстрого монтажа и минимальной необходимости в доработках после установки.

Соответствие стандартам нагрузки AASHTO H-20 и HL-93: подтверждение реальной грузоподъёмности

Все тяжелые настилы, выбранные для использования под транспортные средства, должны явно превышать требования AASHTO H-20 (нагрузка на колесо 16 000 кг) и HL-93 (расчётный грузовик плюс распределённая нагрузка в полосе движения). Независимые лабораторные испытания по стандарту ASTM A123/A123M-22 подтверждают запасы прочности и контроль прогиба:

Полевые испытания на нескольких объектах с пунктовами взимания платы подтвердили, что решетки с прессовыми соединениями сохранили остаточную деформацию менее 0,01", после более чем 10 миллионов проходов осей — что подтверждает долгосрочную стабильность геометрических размеров, превышающую теоретические модели.

Стеклопластиковые решетки в транспортной инфраструктуре: устойчивость к коррозии против долговечности конструкции

Стеклопластиковые решетки особенно выделяются в местах, где коррозия значительно сокращает срок службы конструкций, в частности на мостах в прибрежных зонах, в районах, где используются противогололедные соли, и вблизи систем водоотведения. Углеродистая сталь просто не способна выдерживать воздействие хлорид-ионов, кислот и агрессивных щелочных веществ, с которыми легко справляется FRP. Кроме того, отсутствуют проблемы с ржавчиной, что со временем снижает эксплуатационные расходы примерно на 40 процентов в таких тяжелых условиях. Благодаря такой долговечности инженеры часто выбирают материал FRP для таких элементов, как пешеходные дорожки на мостах, крышки каналов, панели доступа к деформационным швам и даже второстепенные участки подъездов к мостам, где обычная сталь вышла бы из строя за несколько лет вместо десятилетий.

Здесь определенно присутствуют некоторые компромиссы в конструкции. Модуль упругости стеклопластика (FRP) составляет примерно одну пятую от того, что наблюдается у стали, а это означает, что инженерам зачастую приходится использовать более толстые сечения или размещать стержни ближе друг к другу, если требуется аналогичный контроль прогиба при воздействии подвижных нагрузок от транспортных средств. При оценке долговременной устойчивости этих материалов инженеры должны учитывать как усталостную прочность, так и характеристики ползучести — особенно важно при добавлении элементов из FRP к старым стальным конструкциям, изначально рассчитанным на использование гораздо более жестких материалов. Одно из главных отличий FRP от стали заключается в характере разрушения. В отличие от стали, которая может сломаться внезапно, FRP разрушается постепенно: сначала поверхность становится хрупкой после длительного воздействия солнечного света, затем появляются микротрещины в результате циклических напряжений, повторяющихся день за днём.

Сравнение характеристик: ключевые параметры

Выбирайте стеклопластиковую решетку для второстепенных элементов, критичных к коррозии — таких как крышки расширительных швов, переходные мостики и прибрежные пешеходные проходы, — оставляя стальные конструкции для основных несущих элементов, например, плит мостов и подходных плит, подвергающихся частым нагрузкам H-20.

Рамочная система соответствия: стандарты, испытания и отраслевые спецификации

Руководство по ASTM A123 (цинковое покрытие), A1011 (стальная основа) и EN 14321 (стеклопластик) для использования на автомобильных дорогах

Выбор правильной решетки для дорог и мостов в значительной степени зависит от соблюдения комплекса требований, касающихся материалов, конструкционной целостности и конкретных эксплуатационных характеристик в зависимости от области применения. Стальные решетки должны соответствовать определенным стандартам. Стандарт ASTM A123 устанавливает минимальные требования к толщине оцинковки методом горячего погружения — около 3,9 мил (100 микрон) при использовании в агрессивных условиях. Другим важным стандартом является ASTM A1011, который определяет характеристики базовой стальной основы, включая предел прочности при растяжении не менее 50 тыс. фунтов на квадратный дюйм (ksi) и предел текучести не ниже 30 ksi. Что касается FRP-решеток (из композитного материала), то здесь действуют иные правила. Они должны соответствовать стандарту EN 14321 по показателям изгиба и поведения под нагрузкой, как это определено в спецификациях AASHTO HL-93. Кроме того, этим композитным решеткам требуются специальные смолы, стойкие к ультрафиолетовому излучению, чтобы они могли служить на открытом воздухе без деградации со временем.

Решетки для общественной инфраструктуры должны проходить испытания на нагрузку третьей стороной в соответствии со стандартами AASHTO. Эти испытания проверяют не только базовую грузоподъемность — они также оценивают, как материал справляется с многократными нагрузками, сохраняет соединения со временем и устойчив к медленной деформации под постоянным давлением. Разные регионы имеют свои собственные правила. Для мостов вблизи автомобильных дорог решетка должна соответствовать стандартам противоскольжения P4 или P5 по BS 7976. Городские тротуары иногда могут использовать более низкий класс P3, тогда как прибрежные объекты требуют специальных испытаний на устойчивость к коррозии под действием соли в соответствии с руководством ASTM B117. Все эти спецификации вместе создают систему, обеспечивающую постоянный уровень безопасности даже после многих лет воздействия погодных условий и интенсивного пешеходного движения. Инженеры понимают важность этого, потому что никто не хочет видеть постепенного разрушения конструкций со временем, если изначально были приняты надлежащие меры предосторожности.