Рубрика "Композитные мосты мира: анализ существующих объектов. Aberfeldy Footbridge

Один из первых композитных пешеходных мостов в Великобритании находится в шотландской глуши (город Аберфелди, 120 км от Эдинбурга).

Aberfeldy Footbridge через р. Тэй представляет собой уникальное инженерное сооружение, практически полностью выполненное из полимерных композитных материалов.

Этот пешеходный мост, построенный в 1992 году, стал определённой инновацией в строительстве и ключевым событием на пути к масштабному использованию пултрузионного стеклопластика в мостостроении.

 

 

Конструкция и материалы:

• Тип конструкции: трехпролётный вантовый мост с центральным пролетом 63 м и двумя боковыми по 25 м.
• Ширина пролетного строения: 1,5 м.
• Высота пилонов: 17 м.
• Основные материалы:
  • Ограждения: стеклопластиковые пултрузионные профили различных сечений;
  • Пролетное строение и пилоны (!): стеклопластиковые пултрузионные панели закрытого прямоугольного сечения и соединительные профили для них.
  • Вантовые тросы: из арамидных волокон Kevlar-49, покрытых полиэтиленовой оболочкой.
  • Фундаменты: железобетонные.

 

 

Особенности строительства:

• Общий вес композитных материалов составил 14,5 тонн.
• Сборка производилась без применения кранов благодаря легкости компонентов.
• Центральные секции настила пролетного строения были заполнены бетонным балластом для повышения устойчивости от воздействия ветровых нагрузок.?

Интересные факты:

• По состоянию на 2019 год основная структура моста сохраняла отличное состояние, хотя перила требовали обслуживания из-за воздействия окружающей среды.

Комментарии экспертов Солидтех:

Примечательно, что для изготовления всех конструктивных элементов пролётного строения (продольных и поперечных балок), а также самих пилонов, применены пултрузионные профили 3 типов:

• ячеистая панель – standard panel (сечение состоит из 7 квадратных ячеек 80х80 мм);
• соединительный профиль – 3-way connector (квадратное сечение 80х80 мм);
• соединительный (угловой) профиль – 2-way connector (квадратное сечение 80х80 мм).

 

С нашей точки зрения, такой подход к конструированию логичен, он позволяет использовать минимальное количество типов унифицированных заводских элементов, благодаря чему достигается значительная экономия и минимизируются риски дефектов качества и надёжности самих профилей и их сборочных узлов.

О пултрузионном профиле:

Пултрузионный стеклопластиковый профиль (GFRP) представляет собой композитный материал, получаемый в процессе непрерывного вытягивания пропитанного смолой стекловолокна через нагреваемую формующую матрицу.

Материал отличается высокой прочностью, лёгкостью и стойкостью к коррозии, что обеспечивает широкое применение в строительстве.

Требования к GFRP регламентируются международными стандартами ASTM D3917 (США), EN 13706 (Европа), GB/T 31539 (Китай) и российским ГОСТ 33344.

Модуль упругости вдоль волокон составляет как правило 25–40 ГПа, поперёк – 7–10 ГПа, прочность на изгиб вдоль – 400–700 МПа, поперёк – 70–150 МПа.

О сборочных узлах:

Из открытых источников известно, что профили объединены друг с другом конструкционным эпоксидным клеем.

При этом узел клеевой сборки (так называемый dog bone) содержит ещё один специальный профиль небольшого сечения (toggle connector), вкладываемый в пазы смежных конструктивных профилей.

Нам пока не удалось досконально вникнуть в механику этого соединения и изучить опыт его применения в мостостроении.

Предполагаем, что копать нужно в основах деревянного строительства.

Скорее всего, одной из главных целей такого способа соединения элементов является ремонтопригодность.

 

 

Применение бетонного балласта: ячейки центральных панелей настила были частично заполнены бетоном. Это решение было принято для увеличения массы моста, что необходимо для обеспечения его аэродинамической стабильности, а также улучшения вибрационных характеристик под воздействием пешеходной нагрузки.

Несмотря на это, современное исследование колебаний моста, опубликованное в 2023 году, показывает, что есть некоторые проблемы. Естественные частоты находятся в диапазоне, который создает риск резонанса при воздействии пешеходов (особенно бегущих).

Эксплуатация. На современных фото конструкции моста сплошь покрыты лишайниками и водорослями. Это специфика климата Шотландии, влажного и прохладного.

На снимках также видны дефекты перильных ограждений, по нашему мнению вызванные не очень надежными узлами крепления. Судя по конструктиву, несущие стойки как-то невнятно заделаны прямо в настил, и скорее они расшатались из-за колебаний конструкции или наездов велосипедистов.

 

Выводы

Aberfeldy Footbridge эксплуатируется уже 33 года и является прекрасным примером того, что композиты в мостовом строительстве и в частности glass-fiber-reinforced polymer (GFRP) могут использоваться в мостовом строительстве не только как вспомогательные (не несущие) и декоративные конструкции.

Можно сказать, что для 1992 года – это настоящий прорыв в технологии строительства и материаловедения.

Конструкционные композитные профили, изготовленные методом пултрузии здесь являются достойной альтернативой стальному прокату, при этом обладают особой эстетикой свойственной деревянным конструкциям.

Такие мосты действительно могут быть востребованы в удалённых локациях, куда дорого доставлять тяжёлые конструкции и где отсутствуют профильные строительные / эксплуатирующие организации.