Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов (часть 1)

Настоящее Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов – это переработанное по методу предельных состояний и дополненное Руководство 1956 г. При переработке Руководства учтены большие изменения в условиях эксплуатации железнодорожных мостов, происшедшие после 1965 г.: значительно увеличены вес обращающихся поездов, нагрузки от оси колесной пары на рельсы и скорости движения. На основе изучения и обобщения опыта эксплуатации мостов, а также проведенных научно-исследовательских работ получены новые данные, позволившие уточнить расчеты.

Приложения к Руководству в значительной части переработаны и дополнены, приведены данные для определения грузоподъемности пролетных строений после их усиления, указания по определению меры повреждения элементов сквозных главных ферм и примеры классификации металлических пролетных строений со сквозными главными фермами и с балками со сплошной стенкой.

С целью получения классов, сопоставимых с ранее определенными классами элементов и нагрузок, в Руководстве сохранены принцип расчета пролетных строений методом классификации и эталонная нагрузка по схеме Н1.

Все данные по обращающимся в настоящее время и перспективным подвижным нагрузкам и условиям их пропуска по мостам на железных дорогах приведены в Указаниях по определению условий пропуска поездов по железнодорожным мостам.

Переработка Руководства осуществлена Научно-исследовательским институтом мостов ЛИИЖТа, институтом «Гипротранспуть», Отделом инженерных сооружений Главного управления пути МПС при участии кафедр «Мосты» МИИТа, НИИЖТа и ЛИИЖТа. Отдельные положения и принципиальные вопросы рассмотрены комиссией инженерных сооружений и строительства научно-технического совета МПС.

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МЕТОДОМ КЛАССИФИКАЦИИ

1.1. В соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог СССР все мосты железнодорожной сети классифицируются по грузоподъемности с целью определения условий пропуска по ним различных поездных нагрузок, включая тяжелые транспортеры, и решение вопросов об усилении, ремонте или замене сооружений.

1.2. Классификация по грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов, подвижного состава и определение условий эксплуатации мостов осуществляется на основании настоящего Руководства и Указаний по определению условий пропуска поездов по железнодорожным мостам.

Руководство разработано применительно к балочным разрезным металлическим пролетным строениям мостов под железную дорогу нормальной колеи, но может быть использовано и при определении грузоподъемности металлических пролетных строений других систем, а также под узкую колею.

1.3. При определении грузоподъемности пролетных строений и условий их эксплуатации нужно учитывать:

конструкцию пролетных строений и отдельных их элементов;

вид и механические характеристики материала, из которого изготовлены пролетные строения;

физическое состояние пролетных строений, т.е. наличие в них повреждений, появившихся в процессе эксплуатации, атмосферных воздействий и других причин, а также конструктивных дефектов;

качество заводского изготовления и монтажа пролетных строений, а также усиления или ремонта их;

поведение пролетных строений под нагрузкой;

габаритность пролетных строений;

расположение моста (на перегоне или в пределах станции), профиль и план подходов;

результаты испытаний пролетных строений (если они проводились).

1.4. Грузоподъемность металлических пролетных строений железнодорожных мостов методом классификации определяется по предельным состояниям первой группы (на прочность, устойчивость формы ¹ и выносливость).

Рассчитывается грузоподъемность каждого элемента пролетного строения с учетом геометрических характеристик поперечных сечений и механических характеристик металла. Элементы связей проверяются только по гибкости.

Для каждого элемента пролетного строения, его стыка и прикрепления определяется максимальная интенсивность временной вертикальной равномерно распределенной (погонной) нагрузки, которая не вызывает наступления предельного состояния при нормальной эксплуатации моста. Рассчитанная таким образом интенсивность в дальнейшем для краткости называется д о п у с к а е м о й в р е м е н н о й н а г р у з к о й.

Допускаемую временную нагрузку k выражают в единицах эталонной нагрузки k_н с учетом соответствующего динамического коэффициента . Число единиц эталонной нагрузки является классом элемента пролетного строения K:

(1.1)

Значения k и k_н определяются для одной и той же линии влияния (по ее длине и положению вершины). В качестве эталонной нагрузки k_н принимается временная вертикальная нагрузка по схеме Н1 (приложение 1).

1.5. Подвижной состав (локомотивы, вагоны, транспортеры, краны и другие специальные нагрузки) классифицируется по воздействию на пролетные строения мостов с выражением эквивалентной нагрузки от подвижного состава в единицах той же эталонной нагрузки k_н, число единиц которой – класс подвижного состава K₀.

Классификация подвижного состава выполняется в соответствии с указаниями главы 9*.

Сравнение классов подвижного состава с классами элементов пролетных строений позволяет судить о возможности и условиях пропуска его по мостам. При этом надлежит руководствоваться упомянутыми выше Указаниями.

1.6. Грузоподъемность элементов металлических пролетных строений определяется с учетом постоянных нагрузок (вес пролетных строений, мостового полотна, коммуникаций и др.), центробежной силы при расположении мостов на кривых участках пути, ветровой нагрузки и торможения (силы тяги). Горизонтальные удары подвижного состава, создающие относительно небольшие усилия в элементах, не учитываются.

Горизонтальная поперечная нагрузка от давления ветра и продольная нагрузка от торможения (или сила тяги) учитываются только при расчетах на прочность и устойчивость поясов (торможение учитывается для грузовых поясов)¹ и портальных рам сквозных главных ферм, а также опорных частей. В расчетах на выносливость горизонтальные нагрузки от торможения и давления ветра не учитываются.

При расчетах на прочность и устойчивость все нагрузки учитываются с соответствующими коэффициентами надежности. При учете тормозной и ветровой нагрузок ко всем нагрузкам, кроме постоянных, вводятся также коэффициенты сочетания нагрузок.

При расчетах на выносливость коэффициенты надежности для нагрузок не учитываются.

1.7. Грузоподъемность элементов пролетных строений методом классификации рассчитывается на основе исходного управления предельного состояния:

,

где - усилие в элементе от временной нагрузки, включая вертикальное воздействие , торможения и центробежную силу :

или

здесь ; - коэффициент, учитывающий влияние торможения; - то же центробежной силы; - усилие от постоянных нагрузок; - усилие от ветровой нагрузки; mRG – несущая способность элемента при расчетах на прочность; при расчетах на устойчивость и выносливость несущая способность элемента принимается соответственно: и ; k – допускаемая временная нагрузка; p_i – интенсивность каждой из постоянных нагрузок; R – расчетное сопротивление металла; - коэффициент продольного изгиба; - коэффициент понижения расчетного сопротивления при расчетах на выносливость; G – геометрическая характеристика поперечного сечения элемента (площадь, момент сопротивления и др.); m – коэффициент условий работы; S_v – нормативное усилие от ветровой нагрузки; , - доля вертикальной нагрузки от подвижного состава или постоянной нагрузки, приходящаяся на одну ферму (балку); , , - коэффициенты надежности к постоянным нагрузкам и нагрузкам от подвижного состава и ветра; , - коэффициенты сочетания к нагрузкам от подвижного состава и ветра; , - площади линий влияния усилий, загружаемые соответственно постоянными нагрузками и нагрузками от подвижного состава.

Допускаемая временная вертикальная нагрузка k в общем случае учета совместного воздействия на рассчитываемый элемент вертикальных и горизонтальных нагрузок, определяемая из уравнения предельного состояния, равна при расчетах на:

прочность

(1.2)

устойчивость

(1.3)

выносливость

(1.4)

На основании этих общих формул в соответствующих разделах Руководства приведены частные формулы, учитывающие конкретные условия расчета. В частных формулах предусмотрено использование ряда неуказанных в основных формулах коэффициентов, учитывающих особенности расчета. Значения этих коэффициентов приведены в главе 2.

С целью сокращения объема вычислений для некоторых расчетов (по прочности поясных заклепок и сварных швов, местную устойчивость стенок изгибаемых балок и др.) приведены формулы, основанные на методике общестроительных расчетов, отличающиеся по форме от остальных формул.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ, СТЫКОВ И ПРИКРЕПЛЕНИЙ

1.8. Геометрические характеристики рассчитываемого сечения элемента, его стыка, прикрепления с учетом ослабления коррозией и другими повреждениями G принимаются равными:

G=F₀ – расчетная площадь поперечного сечения элемента при работе его на осевое усилие, см²; G=W₀ – расчетный момент сопротивления поперечного сечения элемента при работе его на изгиб, см³; - расчетная характеристика при расчете по касательным напряжениям в стенке балки, см²; - толщина стенки балки в рассчитываемом сечении, см; I_бр – момент инерции брутто поперечного сечения элемента (балки) относительно ее нейтральной оси, см⁴; S_бр – статический момент брутто отсеченной части поперечного сечения элемента (балки) относительно нейтральной оси, см³.

Элементы, ослабленные отверстиями под заклепки, нужно рассчитывать на прочность и выносливость по сечениям нетто, а на устойчивость – по сечениям брутто. Элементы с фрикционными соединениями на высокопрочных болтах следует рассчитывать на прочность по сечениям нетто, а на устойчивость и выносливость – по сечениям брутто. Комбинированные соединения на заклепках и высокопрочных болтах рассчитываются как заклепочные.

Ослабление площади сечения с шахматным расположением заклепок (высокопрочных болтов) вычисляется по сечению возможного разрыва: по нормальному сечению к оси элемента или зигзагу в зависимости от того, по какому сечению окажется меньше расчетная площадь. Если отделочные части элемента ослаблены в разных сечениях, то нужно проверить совмещенные сечения с учетом приведенной площади заклепок (высокопрочных болтов) на участках между этими сечениями.

Ослабление обеих полок уголков с однорядным расположением заклепок (высокопрочных болтов) по каждой полки в «шахмат» учитывается в количестве полтора отверстия.

При расчете заклепочных соединений принимается, что расчетным является диаметр поставленной заклепки (диаметр отверстия).

Расчетная площадь стыка или прикрепления по сечению возможного разрушения

,

где F_СП – расчетная площадь нетто части элемента (накладок), входящей в сечение разрушения F_НТ, или приведенная расчетная площадь заклепок (болтов), высокопрочных болтов, сварных швов, прикрепляющих указанную часть элемента . Для каждой части элемента принимается меньшее из значений F_НТ или .

Приведенная расчетная площадь заклепок (болтов), высокопрочных болтов или сварных швов, см², при прикреплении:

клепаном (болтовом);

на высокопрочных болтах ;

сварном ;

где n₃ – число заклепок (болтов); n_б – число высокопрочных болтов во фрикционном соединении; - приведенная расчетная площадь одной заклепки (болта), см², определяемая по приложению 2 в зависимости от того, как работает заклепка (болт): на срез (одиночный, двойной), на смятие или на отрыв головок - ; - приведенная расчетная площадь, см², одного высокопрочного болта по силе трения по одной плоскости контакта во фрикционном соединении (см. приложение 2); s – коэффициент для расчета сварного шва (приложение 3); F_ш – площадь сварных швов, см² (см. приложение 3).

Клепаные прикрепления, усиленные высокопрочными болтами, рассчитывают по срезу или смятию заклепок с учетом суммарного числа прикрепителей (заклепок и высокопрочных болтов). При этом приведенные расчетные площади высокопрочных болтов принимаются равными соответствующим приведенным расчетным площадям заклепок (из расчета один болт – одна клепка). В случае замены всех заклепок на высокопрочные болты с разборкой соединения т очисткой контактных поверхностей прикрепление рассчитывается как фрикционное по приведенной расчетной площади высокопрочных болтов.

Клепаные прикрепления, усиленные сваркой, рассчитываются только по расчетной площади заклепок или сварных швов (в расчет принимается большее значение).