Реконструкция виадуков Friddizza с помощью BIM
Восстановление конструкций существующей подвесной дорожной инфраструктуры является актуальной темой во всем мире. Часто для приведения этих конструкций в соответствие с действующими стандартами безопасности можно провести техническое обслуживание, но это зависит от уровня знаний, которые можно получить о рассматриваемой инфраструктуре.
Однако, используя эти данные, можно создать численную модель для анализа поведения конструкций и определения их напряжений. В то же время геометрическая модель позволяет изучать соединения, узлы и конструктивные элементы. Чтобы проиллюстрировать это, инженер Франческо Фаниглиуло (Francesco Fanigliulo) из Studio di Ingegneria delle Strutture в Козенце делится своими идеями по использованию 3D-модели информационного моделирования зданий (BIM), разработанной совместно с Allplan и Allplan Bridge, для комплексной реконструкции двух виадуков в Италии.
Предыстория проекта
На Средиземноморском шоссе A2 расположен важнейший объект инфраструктуры: виадуки Friddizza. Эти виадуки, состоящие из двух параллельных сооружений, построенных около 50 лет назад, - Северной и Южной Фриддиццы, - являются важной частью сети автомагистралей, обеспечивая беспрепятственный транспортный поток на различных высотах и продольных профилях.
Протяженность Северной Фриддиццы составляет 627 метров, она состоит из 19 пролетных строений с опорными настилами, расположенными между опорами и простенками на концевых палубах, а также между опорами на внутренних палубах. Такая конструкция позволяет использовать конструктивную схему с простыми балками на опорах. В отличие от этого, Южная Фриддицца, хотя и схожая по конструкции и геометрии, состоит из 8 пролетов и простирается на 264 метра. Несмотря на разницу в количестве пролетов и высоте опор, оба виадука имеют общий принцип строительства, который позволяет использовать единый подход к анализу напряжений и проверке целостности конструкции.
Центральное место в обеих конструкциях занимают опоры стволового типа с многосоединенными секциями, опорными покрытиями с пролетом 33 метра и сетчатым пролетом балок 32,5 метра. Покрытия имеют гребенчатое поперечное сечение с параллельными балками и ортогонально расположенными стрингерами, которые распределяют нагрузки и снижают напряжение при кручении балок. Такое расположение имеет решающее значение для поддержания конструктивного состояния виадуков: ширина покрытия составляет 9,3 метра, толщина перекрытия - 20 см, а расстояние между балками - 2,4 метра, что обеспечивает надежность и упругость.
Восстановление этих культовых сооружений было осуществлено в рамках комплексного проекта стоимостью 16,74 миллиона евро, финансируемого соответствующей программой Connecting Europe Facility (CEF). Эта инициатива направлена не только на восстановление статического состояния, но и на повышение сейсмостойкости для размещения как обычных транспортных средств, так и специальных транспортных средств в соответствии с Регламентом ЕС 2021/1328. Этот регламент детализирует требования к гражданской/военной транспортной инфраструктуре двойного назначения, подчеркивая важность проекта как для гражданской, так и для стратегической мобильности.
Сохранение наследия с помощью инновационных инженерных разработок
Тщательный анализ работ был проведен с использованием Allplan и Allplan Bridge, что позволило изучить всю модель виадука с учетом фактической геометрии. Были созданы две численные модели для проведения статического и сейсмического структурного анализа:
• Описательная численная модель системы настил-свая, а также локальная МКЭ-модель для исследования напряжений в обоих путепроводах с использованием программного обеспечения LUSAS;
• Глобальная численная модель для каждого виадука, одна для Северной Фриддиццы и одна для Южной.
Были выполнены расчетные модели для изучения напряжений, вызванных действующими нагрузками, с граничными условиями, совместимыми с установленными на месте. Также были проведены проверки на местах на основе проведенных испытаний и исследований и сделанных предположений.
Первоначальное внимание было сосредоточено на устранении значительных колебаний напряжения в предварительно напряженной арматуре виадука, которое в среднем снизилось на 50%, превысив ожидаемые нормы. Это привело к пересчету расчетного напряжения, которое значительно снизилось по сравнению с первоначальными расчетами. Кроме того, несоответствие фактической и ожидаемой высоты опор потребовало переоценки несущей способности фундамента, что еще больше осложнилось неожиданным взаимодействием грунта и структуры из-за различного расположения опор. Благодаря детальной оценке материалов и структурным исследованиям, включая извлечение керна и геоэлектрические исследования, команда получила представление о целостности конструкции и состоянии материалов, которые легли в основу их подхода к усилению статической устойчивости виадука.
После статической реконструкции внимание переключилось на повышение устойчивости виадука к сейсмическим воздействиям. На основе предыдущих установок для демпфирования сейсмических воздействий было использовано усовершенствованное численное моделирование для точной оценки сейсмической уязвимости сооружения. При этом использовались как локальные, так и глобальные модели для анализа распределения напряжений и сейсмической реакции. Новое решение предложило использовать внешнюю кинематическую цепь для снижения горизонтальных сейсмических воздействий на опоры, эффективно снижая нагрузку в критических точках и обеспечивая более надежные сейсмические характеристики. Этот двухэтапный подход, использующий передовое программное обеспечение и инновационные инженерные решения, направлен не только на восстановление, но и на значительное повышение устойчивости виадука как к статическим, так и к сейсмическим воздействиям.
Перспективные виадуки
Выбранный метод реконструкции включал инновационное использование полимеров, армированных углеродным волокном (CFRP), высокопроизводительных строительных смесей и разнонаправленных соединений высокого скольжения. В стратегии восстановления конструкций углепластик используется в двух формах: в виде пленки, нанесенной на нижние поверхности балок для повышения устойчивости к изгибу, и в виде ткани, обернутой на концах балок для повышения прочности на сдвиг. Такой подход обеспечивает защиту элементов конструкции от будущих нагрузок при сохранении целостности первоначальной конструкции.
Для опор, являющихся ключевым компонентом системы крепления виадука, в рамках плана реконструкции используются высокоэффективные строительные смеси. Эти материалы выбраны из-за их двойных преимуществ: их тонкие профили сохраняют сейсмические характеристики конструкции, не увеличивая ее массы, а их усовершенствованный состав обеспечивает превосходное армирование. Этот метод эффективно устраняет деградацию существующих элементов усиления и легко интегрируется с использованием усовершенствований из углеродного волокна, обеспечивая всестороннее повышение устойчивости опор.
Для улучшения сейсмостойкости в верхней части опор были установлены разнонаправленные соединения высокого скольжения, которые обеспечивают поглощение деформаций, вызванных температурой и горизонтальными воздействиями. Мгновенные воздействия, такие как сейсмические, ударные и ветровые, передаются на конструктивные элементы, усиленные для этой цели или там, где воздействие вызывает меньшую нагрузку.
Благодаря интеграции этих инновационных решений проект не только удовлетворяет насущные потребности виадуков, но и устанавливает ориентир для будущих работ по восстановлению, гарантируя, что виадуки Friddizza будут продолжать служить жизненно важными артериями на Средиземноморской автомагистрали A2 на долгие годы.
Что такое Allplan Bridge? - Мощное параметрическое BIM-решение для инженеров-мостостроителей, объединяющее в одном решении все этапы проектирования моста: от создания высокодетализированной модели, включая предварительное напряжение в опорах, до интеграции процесса строительства, структурного анализа с проектированием на основе кода и создания чертежей.
© Ing. Franceso Fanigliulo
