Недавно под редакцией AluQuébec был опубликован справочник по проектированию алюминиевых конструкций. Помимо собственно принципов проектирования с применением алюминия, в издании представлены натяжные элементы, механические и сварные соединения, параметры усталости и др. В Канаде алюминий применяют не только для строительства новых, но и для реконструкции действующих мостовых сооружений. Представляющий инжиниринговую компанию WSP, инженер-проектировщик Бенуа Куссон рассказал, что алюминиевые решения были использованы при реконструкции пешеходных мостов Hall и Wеllington. Выбор в пользу алюминия объясняется преимуществами, которыми обладают конструкции из этого металла: коррозионная стойкость, легкость, привлекательный внешний вид, экологичность (низкий углеродный след). В презентации Николя Буассонада из Университета Лаваля речь шла о научно-исследовательских разработках, одно из которых касается нового алюминиевого настила для автодорожных мостов. Предполагается, что настил будет способен выдержать интенсивное дорожное движение, как на высокоскоростных трассах. Сейчас завершаются усталостные статические и механические испытания. Эксперты университета также спроектировали специальные профили для механического соединения двух алюминиевых панелей, мост из которых будет построен в мае 2022 года.

В Квебеке 44 пешеходных моста из алюминия. Вот лишь некоторые, наиболее интересные сооружения:

• Alma Footbridge (2016 г.) – длина 120 м, ширина 4 м 
• Welligton Footbridge (2017 г.) – длина 25 м, ширина 4 м, вес 17,5 тонн 
• SEPAQ Footbridge (1985 г.) – длина 33,6 м, ширина 2,6 м, вес 5,5 тонн (старейший алюминиевый пешеходный  мост в Канаде, которому до сих пор не требуется ремонт)
• Stevens Footridges (2017 г.) – длина 30 м, ширина 3 м, вес 16,5 тонн (мост с осветительной системой)

В своем докладе «Алюминиевые решения в транспортной инфраструктуре» руководитель проектов транспортной инфраструктуры Алюминиевой Ассоциации Евгений Васильев отразил эволюцию мостостроения – от арки из труб с нижним сварным поясом до гнутой арки. Он напомнил, что с 2017 года в стране установлено восемь алюминиевых пешеходных мостов – в Нижегородской области, Красноярске, Туле и Москве. Сейчас строятся еще шесть пешеходных переходов. 

• 8 алюминиевых пешеходных мостов установлено в России с 2017 года

В числе перспективных направлений применения мостов из алюминиевых сплавов представитель Алюминиевой Ассоциации назвал малые мосты в городской среде, надземные переходы через автомобильные дороги, реконструкцию малых и средних искусственных сооружений, компактные мосты для устройства пешеходных зон, строительство и реконструкцию автодорожных мостов.

– Каждый мост должен выглядеть притягательно, – считает Евгений Васильев. – Это должна быть красивая архитектурная конструкция, которой можно любоваться.

Как пример такой конструкции эксперт назвал волнообразное ограждение пешеходного моста в Московском зоопарке. В этом проекте алюминий полностью проявляет свои преимущества с точки зрения именно архитектурных форм.

Другой знаковый для Алюминиевой Ассоциации пилотный проект – автодорожный мост длиной 72 м, который предстоит возвести в 2021-2022 годах. Предполагается изучить поведение алюминиевых элементов этого 4-пролетного моста (каждый пролет по 18 м), чтобы затем оптимизировать его конструкцию и разработать типовое решение. По словам Евгения Васильева, уже подготовлены пять типовых альбомов с характеристиками самых распространенных пролетов на российских автомобильных дорогах. Наличие этих документов позволит быстро принимать проектные решения без дополнительных расчетов – по шаблонам. 

Вдоль и поперек

К техническим аспектам конструирования мостов из алюминиевых сплавов обратился в своей презентации инженер-конструктор проектного института ПИ-2 Михаил Дубко.

В частности, он сравнил канадский и российские подходы к применению ортотропных плит для автодорожных мостов. В Канаде ортотропные плиты устанавливают по направлению движения, у нас же они лежат поперек из-за опасения, что иначе на плитах будут образовываться механические трещины. Однако в поперечном положении плиты меньше включаются в работу. И пусть на пилотном автомобильном мосту ортотропные плиты будут лежать поперек, но сейчас проектировщики предполагают развернуть их по направлению движения – вдоль главной оси несущего моста.

– Таким образом мы увеличим момент инерции, уменьшим прогиб, – считает эксперт. – И с точки зрения выносливости, напряжения в элементах главных балок упадут. За счет включения плит в совместную работу даже при поперечном положении мы снизили напряжение в растянутой зоне на 11Мпа – с 89 до 78Мпа. С точки зрения расчета на выносливость это процентное соотношение довольно существенное.

Представитель ПИ-2 обратил внимание аудитории на то, что с точки зрения российских норм расчеты выносливости стали и алюминия различаются не только по методике, но и по логике. Согласно диаграмме напряжения, у стали предел выносливости выше, чем у алюминия примерно на 30%. Между тем расчет стального моста на выносливость не является определяющим при подборе конструктивных решений, а для алюминия он основополагающий.

– Мы рассматриваем возможность приведения расчета по стали и алюминия к одной методике, – говорит Михаил Дубко. – Чтобы при сравнении вариантов стального моста и алюминиевого у нас была идентичная методика расчета.

Новые сплавы для мостов

Директор департамента деформируемых сплавов и композиционных материалов ИЛМиТ Александр Градобоев рассказал о сплавах, которые разработал институт для применения в строительных конструкциях, в частности в мостах. Это, сплав АД35ч - аналог сплава АД35. Мостостроителям нужен был сплав, не склонный к межкристаллитной коррозии, сопоставимый по пределу прочности со стандартным сплавом. Исследования характеристик нового сплава и сварных соединений, полученных с применением аргонно-дуговой сварки и сварки трением с перемешиванием – подтвердили его стойкость к коррозии.

Другой сплав, разработанный специалистами ИЛМиТ, – это сплав 1939 системы алюминий-цинк-магний, аналог сплава 1915. Известно, что сплавы данной системы склонны к коррозионному растрескиванию, в том числе сварных соединений. По прочностным характеристикам сплав 1939 превосходит сплав-аналог и не склонен к коррозии под напряжением.

Чтобы сплав мог использоваться при проектировании и строительстве мостов, необходимо провести комплексные исследования по программе испытаний, которая включает в себя испытания на растяжение и коррозионную стойкость как основного металла так и сварных соединений, а также испытания на определение трещиностойкости, ударной вязкости и многоцикловой усталости. Исследования показали, что основным фактором, определяющим безопасность эксплуатации моста, подверженного циклическим нагрузкам, является условие выносливости.

В лаборатории ИЛМиТа проводились исследования по определению предела выносливости материала на базе 10 млн циклов.

Серия продолжается

Первый Российско-канадский симпозиум по использованию алюминия в строительстве мостов вызвал живейшую реакцию среди представителей профессионального сообщества обеих стран. Свидетельством тому многочисленные вопросы, которые задавались докладчикам на английском и русском языках. Участники симпозиума полны решимости проводить такие мероприятия регулярно, а следующей темой станут объекты дорожной инфраструктуры – шумозащитные экраны и опоры мачт освещения. В Северной Америке накоплен большой опыт установки таких конструкций на дорогах – он востребован в России.

• 6 пешеходных переходов сейчас строятся в России.

Ирина Казовская, сопредседатель Алюминиевой Ассоциации

«Алюминиевое мостостроение для нас – вызов. Этот новый для всего российского мостостроения проект мы, можно сказать, начинали с нуля. Ведь первый и полвека единственный в стране мост из алюминия построили более полувека назад в северной столице. Пришлось доказывать перспективность нашей идеи, преодолевать неверие в алюминиевые мосты. Помню, как сложно было найти проектировщиков для первых в современной России пешеходных алюминиевых мостов, которые были построены в Нижнем Новгороде в 2017 году.

Сейчас сняты все ограничения на применение алюминия в мостостроении. Мы создали проектное управление, свой проектный институт – ему год. Он востребован и выходит на окупаемость. Наш опыт показывает, что в сравнении со сталью применение алюминиевых решений дает больший простор для архитекторов, проектировщиков и строителей.

Кроме того, мы видим большой потенциал снижения себестоимости мостовой конструкции из алюминия. Есть два направления развития алюминиевого мостостроения: типовые проекты на федеральных трассах с доступной средой и уникальные по красоте сооружения, вписанные в инфраструктуру городов. И те, и другие мосты мы считаем арт-объектами. Региональные заказчики успели оценить качество и эстетические свойства алюминиевых мостов.

За четыре года при активном участии Алюминиевой Ассоциации в России построено 8 алюминиевых мостов. Каждый из этих проектов был уникальным и непростым в реализации.

Поэтому нам очень интересны решения, отработанные коллегами из Канады, – опираясь на североамериканский опыт, мы сможем быстрее обеспечить отечественную инфраструктуру надежными, функциональными и экономичными на всем жизненном цикле алюминиевыми мостами».

Ассоциация «Объединение производителей, поставщиков и потребителей алюминия» (Алюминиевая Ассоциация) создана при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ в декабре 2015 года. Деятельность Ассоциации направлена на создание оптимальных условий для развития алюминиевой промышленности и смежных с ней отраслей. В Ассоциацию входят 128 компаний, в том числе крупнейшие предприятия алюминиевой отрасли России. На долю этих компаний приходится более 67% всего объема производства алюминиевой продукции высоких переделов.