vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2020-22-2-174-184vestniktgasu-786Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙENGINEERING AND CONSTRUCTION OF ROADS, SUBWAYS, AIRDROMES, AND TUNNELSСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ХАРАКТЕРА РАБОТЫ ОДЕЖДЫ ЕЗДОВОГО ПОЛОТНАIMPROVEMENT OF METAL BRIDGE ROADWAY STRUCTURE DEPENDING ON DECK PAVEMENT OPERATING BEHAVIORПоляковС. Ю.PolyakovS. Yu.

Поляков Сергей Юрьевич, инженер

630049, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 191

Sergei Yu. Polyakov, Engineer

191, Koval'chuk Str., 630049, Novosibirsk

sergey19920@mail.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian State Transport UniversityRussian Federation202030042020222174184Copyright © Поляков С.Ю., 20202020Поляков С.Ю.Polyakov S.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/786

Одежда ездового полотна автодорожных мостов – элемент, в течение срока службы воспринимающий миллионы циклов приложения подвижной нагрузки. Поэтому для нее нередко на первый план выходят дефекты усталостного характера, связанные не с недостаточной прочностью, а с малой выносливостью асфальтобетона – нисходящие трещины, возникающие после нескольких лет эксплуатации. Недопущение их появления является актуальной задачей, поскольку их развитие сопряжено с более серьезными неисправностями. Поэтому целью настоящей работы являлось повышение бездефектного срока эксплуатации асфальтобетонного покрытия путем совершенствования методики проектирования конструкции одежды ездового полотна. Для ее достижения выполнен расчет данного элемента на выносливость в широком температурном диапазоне – определены напряженно-деформированное состояние материала при воздействии транспортных средств и уровень напряжений, при котором асфальтобетон способен воспринять необходимое количество циклов приложения нагрузки, выявлена необходимость существенного увеличения жесткости проезжей части. С целью снижения напряжений в покрытии до требуемого уровня рассмотрено несколько способов и оценена их эффективность. Также обозначены проблемы, требующие решения для дальнейшего развития методики расчета одежды ездового полотна и применения ее на практике.

The bridge pavement perceives millions of live load application cycles during its service life. Therefore, fatigue defects often occur in asphalt. These defects are associated with insufficient fatigue strength, for example, top-bottom cracks that appear after several years of operation and grow from top to bottom. These cracks cause more serious defects. It is necessary to prevent their occurrence.

The purpose of this article is to increase the asphalt service life on bridge superstructures by developing the pavement design method. To achieve this goal, the pavement fatigue strength is analyzed. Firstly, asphalt stress-strain state is determined under the heavy load. Secondly, a safe stress level is prescribed. At this stress level, asphalt receives the required load cycles without failure. A significant increase in the orthotropic steel deck stiffness is determined to be necessary.

The practical significance is the analysis of several ways to reduce asphalt stresses to the required level. The effectiveness of these methods is evaluated. New problems are identified that will enable the development of the computation method for the bridge pavement and its practical applications.

The originally includes the pavement fatigue strength analysis on road bridges with regard to the temperature influence on the asphalt fatigue strength. 

мостпролетное строениеортотропная плитаодежда ездового полотнаасфальтобетоннапряженно-деформированное состояниевыносливостьbridgesuperstructureorthotropic steel deckpavementasphaltstressstrain statefatigue strengthReferencesТелегин М.А. Особенности расчета цельнометаллических пролетных строений автодорожных мостов с учетом совместной работы ортотропной плиты с главными балками и одеждой ездового полотна : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.23.11 / Телегин Максим Александрович. Омск, 2016. 213 с.Telegin M.A. Osobennosti rascheta tsel'nometallicheskikh proletnykh stroenii avtodorozhnykh mostov s uchetom sovmestnoi raboty ortotropnoi plity s glavnymi balkami i odezhdoi ezdovogo polotna. Diss. kand. tekhn. nauk. [Structural analysis of metal bridge span structures based on joint work of orthotropic steel deck with main beams and pavement. PhD Thesis]. Omsk, 2016. 213 p. (rus)Яшнов А.Н. Проблемы назначения и эксплуатации покрытий на ортотропной плите пролетных строений металлических мостов // Материалы XLI Международной научно-практической конференции. Алматы : Казахская академия транспорта и коммуникаций (КазАТК), 2017. С. 354−358.Yashnov A.N. Problemy naznacheniya i ekspluatatsii pokrytii na ortotropnoi plite proletnykh stroenii metallicheskikh mostov [Problems of application and operation of coatings on orthotropic plate of metal bridge span structures]. In: Materialy XLI Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Proc. 41st Int. Sci. Conf.). Almaty : KazATK, 2017. Pp. 354−358. (rus)Design Manual for Orthotropic Steel Plate Deck Bridges. American Institute of Steel Construction. 1963. 237 с. URL: https://www.aisc.org/globalassets/aisc/publications/out-of-print/designmanual-for-orthotropic-steel-plate-deck-bridges.pdf (дата обращения: 21.02.2019).Design Manual for Orthotropic Steel Plate Deck Bridges. American Institute of Steel Construction. 1963, 237 p. Available: www.aisc.org/globalassets/aisc/publications/out-of-print/designmanual-for-orthotropic-steel-plate-deck-bridges.pdf (accessed February 21, 2019)Беляев Н.Н. Опыт численного моделирования работы асфальтобетонных покрытий на ортотропной плите // Труды первого всеросс. дорожн. конгр. Москва, 2009. С. 60−70.Belyaev N.N. Opyt chislennogo modelirovaniya raboty asfal'tobetonnykh pokrytii na ortotropnoi plite [Numerical simulation of asphalt concrete pavement on orthotropic plate]. In: Trudy pervogo vseross. dorozhn. kongressa (Proc. 1st All-Russ. Road Congress). Moscow, 2009. Pp. 60−70. (rus)Яшнов А.Н., Поляков С.Ю. Об одном способе назначения конструкции одежды ездового полотна на ортотропной плите металлических мостов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2018. № 4 (47). С. 58−65.Yashnov A.N., Polyakov S.Yu. Ob odnom sposobe naznacheniya konstruktsii odezhdy ezdovogo polotna na ortotropnoi plite metallicheskikh mostov [Design method of deck pavement of metal bridges]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniya. 2018. No. 4 (47). Pp. 58−65. (rus)Xianhua Chen, Xueyan Liu, Zhendong Qian, Zhang Lei. State-of-art of Asphalt surfacings on long-spanned orthotropic steel deck in China. URL: https://pdfs.semanticscholar.org/2053/ 7a40b17c3e787cdbfec5d5003a38ff9ef00b.pdf (дата обращения: 21.02.2019).Xianhua Chen, Xueyan Liu, Zhendong Qian, Zhang Lei. State-of-art of asphalt surfacing on long-spanned orthotropic steel deck in China. Available: https://pdfs.semanticscholar.org/ 2053/7a40b17c3e787cdbfec5d5003a38ff9ef00b.pdf (accessed February 21, 2019)Sang Luo, Qing Lu. Condition survey and analysis of first epoxy asphalt concrete pavement on orthotropic bridges in China. A ten-year review. URL: http://qlu.myweb.usf.edu/epoxy_asphalt_manuscript_10.30.pdf (дата обращения: 21.02.19).Sang Luo, Qing Lu. Condition survey and analysis of first epoxy asphalt concrete pavement on orthotropic bridges in China. A ten-year review. Available: http://qlu.myweb.usf.edu/epoxy_asphalt_manuscript_10.30.pdf (accessed February 21, 2019)Овчинников И.Г. и др. Проблемы ремонта дорожной одежды на железобетонном мосту через Волгу Саратов − Энгельс // Науковедение : интернет-журнал. 2014. № 5 (24). URL: http://naukovedenie.ru/PDF/01KO514.pdf (дата обращения: 21.02.19).Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Il’chenko E.D., Pokrovskiy A.V., Morozov V.N., Derevyakin O.A. Problemy remonta dorozhnoi odezhdy na zhelezobetonnom mostu cherez Volgu [Problems of pavement repair of reinforced concrete bridge across the Volga Saratov − Engels]. Naukovedenie. 2014. No. 5 (24). Available: http://naukovedenie.ru/PDF/01KO514.pdf (accessed February 21, 2019)Овчинников И.Г. и др. Семнадцать лет эксплуатации мостового перехода через Волгу у села Пристанное Саратовской области // Транспортные сооружения : интернет-журнал. 2017. Т. 4. № 1. URL: http://t-s.today/issues/vol4-no1.html (дата обращения: 21.02.19).Ovchinnikov I.G., Ovchinnikov I.I., Rasporov O.N., Rasporov K.O. Semnadtsat' let ekspluatatsii mostovogo perekhoda cherez Volgu u sela Pristannoe Saratovskoi oblasti [Seventeen years of operation and maintenance of the Volga river bridge crossing near the Pristannoye village, Saratov region]. Transportnye sooruzheniya. 2017. V. 4. No. 1. Available: http://t-s.today/issues/vol4-no1.html (accessed February 21, 2019)Щербаков А.Г. и др. Прикладная механика дорожных одежд на мостовых сооружениях ; Волгогр. гос. архит.-строит. ун-т. Волгоград : ВолгГАСУ, 2006. 220 с.Shcherbakov A.G. e. a. Prikladnaya mekhanika dorozhnykh odezhd na mostovykh sooruzheniyakh [Applied mechanics of road pavement on bridge structures]. Volgograd: VolgGASU, 2006. 220 p. (rus)Каюмов Р.А., Гришин И.В., Иванов Г.П. К расчету покрытий металлических мостов с ортотропной плитой на температурные воздействия // Известия КГАСУ. 2011. №3 (17). С. 171−178.Kayumov R.A., Grishin I.V., Ivanov G.P. K raschetu pokrytii metallicheskikh mostov s ortotropnoi plitoi na temperaturnye vozdeistviya [Stress-strain state of steel bridge pavement on orthotropic slab]. Izvestiya KGASU. 2011. No. 3 (17). Pp. 171−178. (rus)Mbaraga A.N., K.J. Jenkins, J Van den Heever. Laboratory evaluation of fatigue and flexural stiffness of warm mix asphalt Flexural Stiffness of Warm Mix Asphalt // 3rd conference on Four-point Bending Beam held in the University of California, Davis, CA, USA, 2012.Mbaraga A.N., Jenkins K.J., J Van den Heever. Laboratory evaluation of fatigue and flexural stiffness of warm mix asphalt. Proc. 3rd Conf. ‘Four-Point Bending Beam’. University of California, Davis, CA, USA, 2012.Бахрах Г.С. Эволюция методов оценки выносливости асфальтобетона // Дороги и мосты. 2016. № 2 (36). С. 288−300.Bakhrakh G.S. Evolyutsiya metodov otsenki vynoslivosti asfal'tobetona [Development of methods for evaluating asphalt concrete endurance]. Dorogi i mosty. 2016. No. 2 (36). Pp. 288−300. (rus)Кирюхин Г.Н. Термофлуктуационная и фрактальная модель долговечности асфальтобетона // Дороги и мосты. 2014. № 1 (31). С. 247−268.Kiryukhin G.N. Termofluktuatsionnaya i fraktal'naya model' dolgovechnosti asfal'tobetona [Thermal fluctuation and fractal model of asphalt concrete durability]. Dorogi i mosty. 2014. No. 1 (31). Pp. 247−268. (rus)Телтаев Б.Б. Усталостная деструкция асфальтобетонного покрытия. Самоорганизация и механическое толкование // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан, 2017. № 3. С. 256−275.Teltaev B.B. Ustalostnaya destruktsiya asfal'tobetonnogo pokrytiya. Samoorganizatsiya i mekhanicheskoe tolkovanie [Fatigue failure of asphalt concrete pavement. 1. Self-organization and mechanical interpretation]. Izvestiya Natsional'noi akademii nauk Respubliki Kazakhstan. 2017. No. 3. Pp. 256−275. (rus)Yazhen Sun, Chenze Fang, Jinchang Wang, Zuoxin Ma, Yolin Ye. Energy-Based Approach to Predict Fatigue Life of Asphalt Mixture Using Three-Point Bending Fatigue Test. URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/11/9/1696/pdf (дата обращения: 21.02.2019).Yazhen Sun, Chenze Fang, Jinchang Wang, Zuoxin Ma, Yolin Ye. Energy-based approach to predict fatigue life of asphalt mixture using three-point bending fatigue test. Available: www.mdpi.com/1996-1944/11/9/1696/pdf (accessed February 21, 2019)Дровалева О.В. Усталостная долговечность асфальтобетона при воздействии интенсивных транспортных нагрузок : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.23.05 / Дровалева Ольга Валериевна. Ростов-на-Дону, 2009. 201 с.Drovaleva O.V. Ustalostnaya dolgovechnost' asfal'tobetona pri vozdeistvii intensivnykh transportnykh nagruzok. Diss. kand. tekhn. nauk. [Fatigue life of asphalt concrete under intensive transport loads. PhD Thesis]. Rostov-on-Don, 2009. 201 p. (rus)Радовский Б.С., Супрун А.С., Козаков И.И. Проектирование дорожных одежд для движения большегрузных автомобилей. Киев : Будивэльнык, 1989. 168 с.Radovskii B.S., Suprun A.S., Kozakov I.I. Proektirovanie dorozhnykh odezhd dlya dvizheniya bol'shegruznykh avtomobilei [Pavement design for heavy vehicles]. Kiev: Budivel'nik, 1989. 168 p. (rus)Углова Е.В., Шило О.А. Анализ критериев расчета нежестких дорожных одежд в условиях воздействия интенсивного транспортного потока // Транспортные сооружения : интернетжурнал. 2018. № 3. URL: https://t-s.today/PDF/14SATS318.pdf (дата обращения: 21.02.2019).Uglova E.V., Shilo O.A. Analiz kriteriev rascheta nezhestkikh dorozhnykh odezhd v usloviyakh vozdeistviya intensivnogo transportnogo potoka [Analysis of criteria for calculating non-rigid pavements in intense traffic flow]. Transportnye sooruzheniya. 2018. No. 3. Available: https://ts.today/PDF/14SATS318.pdf (accessed February 21, 2019)Поляков С.Ю. Проверка выносливости асфальтобетонного покрытия на ортотропной плите с учетом температурного фактора // Транспортные сооружения : интернет-журнал. 2019. № 3. DOI: 10.15862/09SATS319 (дата обращения: 29.09.2019).Polyakov S.Yu. Proverka vynoslivosti asfal'tobetonnogo pokrytiya na ortotropnoi plite s uchetom temperaturnogo faktora [Endurance of asphalt concrete surface on n orthotropic slab under temperature factor]. Transportnye sooruzheniya. 2019. No. 3. DOI: 10.15862/09SATS319 (accessed September 29, 2019).Радовский Б.С., Телтаев Б.Б. Вязкоупругие характеристики битума и их оценка по стандартным показателям. Алматы : «Білім» баспасы, 2013. 152 с.Radovskii B.S., Teltaev B.B. Vyazkouprugie kharakteristiki bituma i ikh otsenka po standartnym pokazatelyam [Viscoelastic bitumen properties and their evaluation by standard parameters]. Almaty: Bіlіm baspasy, 2013. 152 p. (rus)Teltayev B.B., Radovskiy B.S. Predicting thermal cracking of asphalt pavements from bitumen and mix properties // Road Materials and Pavement Design. 2017. URL: https://www.researchgate.net/ publication/318430967_Predicting_thermal_cracking_of_asphalt_pavements_from_bitumen_a nd_mix_properties (дата обращения: 21.02.2019).Teltayev B.B., Radovskiy B.S. Predicting thermal cracking of asphalt pavements from bitumen and mix properties. Road Materials and Pavement Design, 2017. Available: www.researchgate.net/publication/318430967_Predicting_thermal_cracking_of_asphalt_pavements_ from_bitumen_and_mix_properties (accessed February 21, 2019)Кирюхин Г.Н. Обратимое деформирование асфальтобетона в зависимости от условий нагружения // Дороги и мосты. 2016. № 1 (35). С. 1−26.Kiryukhin G.N. Obratimoe deformirovanie asfal'tobetona v zavisimosti ot uslovii nagru-zheniya [Reversible deformation of asphalt concrete under loading conditions]. Dorogi i mosty. 2017. No. 35. Pp. 233−256. (rus)Иванов Н.Н. и др. Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд / под редакцией Н.Н. Иванова. Москва : Транспорт, 1973. 317 с.Ivanov N.N. e. a. Konstruirovanie i raschet nezhestkikh dorozhnykh odezhd [Design and calculation of nonrigid pavement]. Moscow: Transport, 1973. 317 p. (rus)Завьялов М.А., Кириллов А.М. Моделирование изменения модуля упругости асфальтобетона при нагружении // Инженерно-строительный журнал. 2015. № 2. С. 70−76.Zav'yalov M.A., Kirillov A.M. Modelirovanie izmeneniya modulya uprugosti asfal'tobetona pri nagruzhenii [Modeling of change in asphalt concrete dynamic modulus]. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2015. No. 2. Pp. 70−76. (rus)Яшнов А.Н., Поляков С.Ю. Экспериментальное определение напряженно-деформированного состояния асфальтобетонного покрытия на металлических мостах // Научный журнал строительства и архитектуры. 2018. № 2 (50). С. 82−93.Yashnov A.N., Polyakov S.Yu. Eksperimental'noe opredelenie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya asfal'tobetonnogo pokrytiya na metallicheskikh mostakh [Experimental determination of the stress-strain state of asphalt concrete surface on metal bridges]. Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. 2018. No. 2 (50). Pp. 82−93. (rus)Пат. 173855, Российская Федерация. Пролетное строение моста / Л.Ю. Соловьев, Н.Е. Борисовская. Опубл. 14.09.2017.Solov’ev L.Yu., Borisovskaya N.E. Proletnoe stroenie mosta [Bridge superstructure]. Patent Russ. Fed. N 173855. 2017. 4 p. (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.