Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов

7. РАСЧЕТ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ.

РАСЧЕТ ДВУХПУТНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ОДНОПУТНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА КРИВЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ.

7.1. Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), для элементов пролетных строений, расположенных на кривых участках пути,

, (7.1)

где - допускаемая временная нагрузка, определяемая по формулам расчета элементов пролетных строений, расположенных на прямом участке пути, при коэффициенте , принимаемом согласно приведенным ниже указаниям, кН/м пути (тс/м пути); - коэффициент, учитывающий влияние центробежной силы.

Коэффициент принимается равным для:

главных ферм (балок) и поперечных балок

; (7.2)

продольных балок

; (7.3)

В формулах (7.2) и (7.3) обозначено: c₀ – коэффициент, определяющий величину нагрузки от центробежной силы в зависимости от искомой допускаемой временной нагрузки, взятой без учета динамического коэффициента (п. 2.3):

;

- расчетная скорость движения поездов, км/ч (при движении поездов без ограничения скорости принимается графиковая скорость; при скорости 25 км/ч и менее влияние центробежной силы не учитывается); r₀ – радиус кривой, м; h_{ц с} – для главных ферм (балок) – расстояние по вертикали от горизонтальной плоскости опирания пролетного строения на опорные части до точки приложения центробежной силы, расположенной на 2,2 м выше головки рельса, м; для продольных и поперечных балок проезжей части h_{ц с} – расстояние по вертикали от середины высоты продольных балок до точки приложения центробежной силы, м; B и b – расстояние между осями главных ферм (балок) или между осями продольных балок, м; - динамический коэффициент к эталонной нагрузке (п. 2.6).

При определении допускаемой временной нагрузки коэффициент (доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на наружную ферму или балку, п. 2.15) принимается равным для:

элементов главных ферм (балок), а также для поперечных балок

; (7.4)

продольных балок

; (7.5)

где - смещение оси пути относительно оси пролетного строения в середине пролета (рис. 7.1), м; - стрела кривой пути на пролетном строении, м:

,

, - смещения оси пути от оси пролетного строения, замеренные по концам пролетного строения (см. рис. 7.1), м; - расстояние от вершины кривой до ее центра тяжести (расстояние от центра тяжести кривой до оси пролетного строения – эксцентриситет пути , м); при коэффициент .

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ДВУХПУТНЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

7.2. Допускаемая временная нагрузка, кН/м (тс/м пути), для элементов главных ферм двухпутных пролетных строений определяется по формулам (4.1), (4.2) и (4.3). Коэффициент (доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на рассчитываемую ферму)

, (7.6)

где - расстояние от оси пути, ближайшего к рассчитываемой ферме, до оси второй (нерассчитываемой) фермы, м; - расстояние от оси другого пути до оси второй (нерассчитываемой) фермы, м; - коэффициент сочетания к вертикальной нагрузке от подвижного состава, расположенный на пути, ближайшем ко второй (нерассчитываемой) ферме (см. п. 2.10, б); B – расстояние между осями главных ферм балок, м.

При расчете главных ферм (балок) без допущения скрещения поездов величина определяется по формуле (7.6) при . Смещение оси каждого пути относительно оси продольных балок при определении грузоподъемности главных ферм не учитывается.

7.3. Грузоподъемность продольных балок двухпутных пролетных строений определяется так же, как однопутных. При различии в сечениях и состоянии продольных балок, а также в отклонениях оси пути от оси балок расчеты выполняются для каждого пути отдельно с соответствующими каждому пути коэффициентами (п. 2.15).

7.4. Грузоподъемность поперечных балок двухпутных пролетных строений определяется по формулам (3.1) – (3.9) при . Площади линий влияния изгибающих моментов, м², для промежуточных поперечных балок при равных панелях проезжей части находятся для сечения:

а) расположенного между главной фермой и ближайшей к ней продольной балкой

; ; ,

где d – длина панели продольной балки, м; - расстояние от рассматриваемого сечения до оси ближайшей фермы, м;

б) расположенного между продольными балками одного пути

; ; ,

где - расстояние от оси фермы до ближайшей к ней продольной балки, м; - расстояние от рассматриваемого сечения до оси ближайшей фермы, м;

в) расположенного между продольными балками (в междупутьи)

; ; ,

где b – расстояние между осями продольных балок одного пути, м.

Площади линий влияния поперечных сил, м, для сечения:

а) расположенного между фермой и ближайшей к ней продольной балкой

; ; ,

б) расположенного между продольными балками одного пути

; ; ,

При расчете продольных балок двухпутных пролетных строений постоянная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), принимается так же, как для однопутных пролетных строений. При расчете поперечных балок учитывается условная продольная постоянная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), согласно п. 2.2.

8. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ. РАСЧЕТ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

 

ВЛИЯНИЕ ОСЛАБЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОРРОЗИЕЙ

8.1. При наличии в пролетном строении значительной коррозии элементов наряду с расчетом сечений, в которых действуют наибольшие усилия, нужно классифицировать также и другие сечения, ослабленные коррозией.

Влияние коррозии металла учитывается введение в расчетные формулы фактических расчетных геометрических характеристик рассчитываемых сечений с учетом ослабления их коррозией. В каждом таком сечении должны определяться соответствующие геометрические характеристики для оставшегося неповрежденного коррозией сечения (в расчетах изгибаемых элементов эти геометрические характеристики определяются в соответствии с указаниями п. 8.6).

При расчете на выносливость элементов, ослабленных коррозией металла, должен учитываться эффективный коэффициент концентрации напряжений, указанный в приложении 10.

 

ВЛИЯНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

8.2. При наличии искривления сжатого элемента со стрелой погнутости f, превышающей 0,0025 l₀ для элементов составного или Н-образного поперечного сечения со сплошным горизонтальным листом и 0,143 для элементов П-образного поперечного сечения (l₀ – свободная длина; - ядровое расстояние сечения), влияние искривления должно учитываться при определении коэффициента продольного изгиба . Коэффициент в этом случае принимается по таблицам приложения 8 в зависимости от гибкости и приведенного относительного эксцентриситета i, который определяется по формуле (2.7).

Если в составном элементе искривление ветви f превышает 0,004 l₀, то в расчетную площадь элемента при расчете вводится только площадь неискривленных ветвей.

Сжатые элементы с местными искривлениями листов или уголков при стреле изгиба, превышающей , рассчитываются без учета этих листов или уголков ( - ядровое расстояние поврежденной части сечения, включая все поврежденные элементы – листы, уголки и т.п., по направлению, противоположному эксцентриситету, см. п. 2.13).

8.3. Составные сжатые элементы с начальными искривлениями, превышающими указанные в п. 8.2, по прочности соединительной решетки рассчитываются в соответствии с указаниями п. 4.9, т.е. как для неискривленного элемента с определением условной расчетной площади соединительной решетки G по формулам:

по сечению решетки

; (8.1)

по прикреплению решетки

; (8.2)

где f – стрела (наибольшая ордината) начального искривления элемента в плоскости соединительной решетки, см; l₀ – свободная длина рассчитываемого элемента главной фермы (см. пп. 4.4 – 4.7); R – расчетное сопротивление металла элемента, МПа (тс/см²), согласно п. 2.1; - Эйлерова сила, кН (тс); E – модуль упругости металла, МПа (тс/см²), согласно п. 2.1; I_бр – момент инерции сечения брутто элемента главной фермы относительно оси, перпендикулярной плоскости соединительной решетки см⁴; остальные обозначения в формулах (8.1) и (8.2) те же, что в формулах (4.14) и (4.15), п. 4.10.

При искривлении сжатой диагонали или распорки соединительной решетки составного элемента влияние искривления должно учитываться при определении коэффициента продольного изгиба этого элемента решетки (п. 4.10, табл. 4.2). Расчетная площадь поперечного сечения элемента решетки находится по формулам п. 4.10 с учетом указаний п. 8.2.

8.4. Составные сжатые элементы с начальными искривлениями, превышающими указанные в п. 8.2, по прочности соединительных планок рассчитываются в соответствии с указаниями п. 4.11, как для неискривленного элемента без предварительного вычисления допускаемой временной нагрузки.

Условные моменты сопротивления планок, см³, по их прочности , по условной прочности заклепок W_УС и сварных швов W_Ш, подставляемые в формулы (4.21), (4.22) и (4.23) для определения классов основного элемента по прочности соединительной планки, вычисляются по формулам:

по сечению

; (8.3)

по прикреплению соединительных планок заклепками или болтами

; (8.4)

по прикреплению соединительных планок сварными швами

. (8.5)

В формулах (8.3), (8.4) и (8.5) значения ; ; ; ; n_з; , a_max; a_з; s; - те же, что в формулах п. 4.11; f; l₀, R и N_Э – те же, что в формулах п. 8.3; - расстояние между планками в плоскости изгиба, см.

8.5. Балки со сплошной стенкой, искривленные в плане между узлами связей, проверяются на общую устойчивость с учетом искривления сжатого пояса.

Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути),

, (8.6)

где - коэффициент продольного изгиба для верхнего сжатого пояса из плоскости балки, определяемый по табл. приложения 8 в зависимости от гибкости , при ; f – стрела искривления по длине l₀, см; - ядровое расстояние, определяемое в соответствии с п. 2.13; значение других величин приведены в п. 3.10.

ВЛИЯНИЕ ПРОБОИН, ВМЯТИН И ТРЕЩИН

8.6. Все пробоины, вмятины и трещины, ослабляющие сечение элемента, должны быть учтены при определении расчетных геометрических характеристик рассматриваемого сечения. В каждом ослабленном сечении нужно определять соответствующее положение центра тяжести с учетом дефектов. В расчетную характеристику сечения, ослабленного пробоиной или вмятиной, вводится неповрежденная часть металла, начало которой принимается на расстоянии 3-5 мм от границы погнутых краев пробоины (вмятины).

При наличии трещин с засверленными концами расчетное сечение считают от края отверстия.

При одностороннем ослаблении трещиной или пробоиной сжатого или растянутого стержня с повреждением его края в расчете нужно, кроме ослабления сечения, учитывать эксцентричность передачи усилия на уцелевшую часть сечения. Для этого в формулу (4.1) вводится расчетная площадь, вычисленная для элемента:

сжатого

; (8.7)

растянутого

, (8.8)

где , - площадь, см² и момент сопротивления, см³, уцелевшей части сечения в наиболее ослабленном месте; - расчетная площадь уцелевшей части сечения в наиболее ослабленном месте, см²; - эксцентриситет, равный расстоянию между центрами тяжести полного сечения и уцелевшей части сечения в наиболее ослабленном месте, см; - коэффициент продольного изгиба, определяемый по приложению 8 в зависимости от гибкости элемента (без учета повреждений) и относительного эксцентриситета ( - ядровое расстояние, определяемое без учета повреждения по п. 2.13).

Прочность и выносливость поврежденной балки по нормальным напряжениям в ослабленном сечении проверяется по тем же формулам, что и неповрежденной. В расчет вводится меньшее из значений расчетного момента сопротивления неповрежденной части сечения, подсчитанных дважды, относительно оси, проходящей через центр тяжести:

• неповрежденного сечения;
• оставшегося после повреждения сечения.

Расчетный момент сопротивления в обоих случаях вычисляется для верхнего и нижнего волокон сечения. Границы неповрежденной части сечения изгибаемой балки устанавливаются так же, как и для элементов сквозных ферм.

Приблизительно допускаемая временная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), при расчете по касательным напряжениям с учетом повреждения, находящегося в зоне 3,

, (8.9)

где R – основное расчетное сопротивление, МПа (тс/см²); - толщина стенки, см; h – полная высота стенки на опоре, см; - высота повреждения стенки, см; l – расчетный пролет балки, м.

 

РАСЧЕТ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

8.7. Грузоподъемность элементов пролетных строений, усиленных добавлением металла, определяется в соответствии с указаниями приложения 20.

8.8. Грузоподъемность сжатых элементов, усиленных деревом, определяется по формуле (4.1) на прочность по площади нетто неповрежденной части элемента , а на устойчивость по расчетной площади , см², где - коэффициент продольного изгиба (см. п. 2.13), определенный по условной гибкости ; - площадь брутто поперечного сечения неповрежденной части элемента, см² (см. п. 8.6).

Условная гибкость

,

где l₀ – свободная длина элемента (см. пп. 4.4 – 4.6); r – радиус инерции, см:

;

- приведенный момент инерции брутто поперечного сечения элемента, см⁴:

;

- момент инерции неповрежденной части поперечного сечения металла элемента относительно собственной оси (для элементов с искривлениями больше допускаемых по п. 8.2 – I_бр=0), см⁴; - сумма моментов инерции деревянных элементов относительно собственных осей, см⁴.

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

9.1. Класс нагрузки K₀ равен отношению эквивалентной нагрузки от классифицируемого подвижного состава с динамическим коэффициентом:

, (9.1)

где k₀ – эквивалентная нагрузка от классифицируемого подвижного состава, кН/м пути (тс/м пути); - эталонная нагрузка по схеме Н1, кН/м пути (тс/м пути) (приложение 1); - динамический коэффициент для классифицируемого подвижного состава (принимается согласно Указаниям по определению условий пропуска поездов по железнодорожным мостам); - динамический коэффициент для эталонной нагрузки по схеме Н1 (п. 2.6).

Значения k₀ и принимаются для одной и той же линии влияния.

Эквивалентные нагрузки и классы подвижного состава K₀ определяют для треугольных линий влияния длиной от 1 до 200 м при коэффициентах положения вершины линий влияния и .

9.2. При определении эквивалентной нагрузки k₀ классифицируемую нагрузку располагают относительно линии влияния в невыгоднейшем положении, при котором воздействие ее будет наибольшим. При этом один из грузов, называемый к р и т и ч е с к и м, располагают над вершиной линии влияния.

Невыгоднейшее положение нагрузки на пролете находится по правилам:

а) для линии влияния с вершиной в начале длины загружения () невыгоднейшее загружение определяется по формуле

,

где - первый груз (наиболее тяжелый), поставленный над вершиной линии влияния, кН (тс); , - остальные грузы на линии влияния, кН (тс); - длина загружения линии влияния, м; a_К – расстояние между первым и вторым грузом, м.

Если левая часть неравенства больше правой, то загружение является невыгоднейшим; если меньше – то всю систему грузов нужно передвинуть так, чтобы следующий груз был поставлен над вершиной линии влияния, и повторить проверку и т.д.;

б) для линии влияния с вершиной в середине длины загружения () невыгоднейшее положение нагрузки должно удовлетворять следующим условиям:

;

или

;

где P_КР – критический груз, кН (тс); - сумма всех грузов, расположенных на линии влияния, кН (тс); - сумма грузов, расположенных левее критического, кН (тс).

Описанные проверки невыгоднейшего положения нагрузки справедливы только в том случае, если при перемещении нагрузки из первоначального положения ни один из грузов не выходит за пределы линии влияния. Если в пределы линии влияния входит новый груз, то он должен учитываться при отыскании невыгоднейшего положения нагрузки, а при наличии поезда, длина которого превышает длину линии влияния, приходится делать ряд попыток для нахождения критического груза. При этом возможно, что будет найден ни один критический груз, а несколько, и поезд несколько раз необходимо устанавливать в различные критические положения, чтобы выбрать из них самое невыгодное.

Эквивалентные нагрузки k₀ вычисляются при невыгоднейшем положении подвижного состава:

или

при

при ,

где - нагрузка от оси на рельсы, кН (тс); - ордината линии влияния под грузом ; - площадь загружаемой линии влияния, м или м²; - расстояние от груза до ближайшего конца линии влияния с нулевой ординатой, м.

Примеры классификации подвижного состава приведены в приложении 21.

9.3. Схемы, основные характеристики и результаты классификации обращающихся и перспективных локомотивов, вагонов, транспортеров и железнодорожных кранов приведены в Указаниях по определению условий пропуска поездов по железнодорожным мостам.

10. УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТАМ

10.1. Классификацию элементов, их стыков и прикреплений рекомендуется выполнять в табличной форме. Формы таблиц и примеры классификации металлических пролетных строений приведены в приложении 22. Дополнительные вычисления или расчеты, не предусмотренные установленной формой таблиц, выполняются отдельно. Результаты всех расчетов заносятся в таблицы с округлением, дающим точность не менее 0,5 %, и обя­зательно проверяются вторым лицом.

10.2. Нумерация узлов и обозначения элементов пролетных строений выполняются согласно приложению 23.

10.3. При наличии повреждения (сильной коррозии, искрив­ления и др.) только в отдельных элементах пролетных строений рекомендуется проводить полную классификацию всех элементов пролетных строений без учета повреждений и затем определять грузоподъемность поврежденных элементов. Это позволяет кон­кретно оценить влияние повреждения элемента на его грузоподъемность.

В сводной таблице классификации пролетного строения долж­ны указываться классы элементов с учетом повреждений с соот­ветствующей пометкой в примечании.

В случаях значительной коррозии элементов пролетных строе­ний или наличии в них повреждений определение грузоподъем­ности элементов следует выполнять сразу с учетом коррозии и по­вреждений.

10.4. При расчете сжатых элементов сквозных ферм, грузо­подъемность которых должна определяться по прочности и устойчивости, для уменьшения объема расчетов нужно предваритель­но определить условные расчетные площади элементов при рас­четах на прочность — и на устойчивость — и дальнейшие расчеты выполнять только на прочность или устойчивость в зависимости от того, какая условная расчетная площадь окажет­ся меньшей.

Значения m, , и F_6p принимаются в соответствии с ука­заниями пп. 4.1-4.3.

В сводной таблице грузоподъемности для сжатых элементов пролетных строений нужно указывать, по какому виду расчета (прочность или устойчивость) определялся класс.

При расчете стыков и прикреплений (включая узловые
фасонки) растянутых и сжатых элементов предварительно сле­дует, пользуясь указаниями пп.1.8 и 4.2, определить условную приведенную расчетную площадь заклепок (болтов) и ус­ловную площадь фасонки на выкалывание (продавливание) . Если значение или оказывается больше соответствую­щей величины условной расчетной площади элемента ( или ), грузоподъемность элемента по прочности стыка (прикреп­ления) или узловой фасонки может не определяться.

10.5. В случае недостаточной грузоподъемности элементов ферм сквозных пролетных строений по выносливости нужно опре­делить меру накопления усталостных повреждений (ресурс) в со­ответствии с приложением 24. По результатам этого расчета уста­навливаются условия эксплуатации и принимаются меры по уси­лению пролетных строений.

10.7. Категории металлических мостов по грузоподъемности устанавливаются в соответствии с приложением 25.

10.8. Для облегчения расчетов в приложении 26 приведено со­ отношение старой русской и метрической систем мер, пере­вод дюймов в сантиметры, а также соотношение физических величин в системах СГС и СИ.

Сортамент фасонного проката, применявшегося при из­готовлении элементов металлических пролетных строений, приве­ден в приложении 27 (в старой русской и метрической системах мер).