Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов (часть 2)

1. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ, НАГРУЗКИ И КОЭФФИЦИЕНТЫ

 

2.1. Основные расчетные сопротивления R металла элементов, работающих на растяжение, сжатие и изгиб, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Основные расчетные сопротивления

Производные расчетные сопротивления металла в элементах конструкций следует принимать равными соответствующим основным расчетным сопротивлениям, умноженным на коэффициент перехода K_п (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Коэффициенты перехода K_п от основных расчетных сопротивлений (по табл. 2.1) к производным расчетным сопротивлениям металла элементов конструкций.

Производные расчетные сопротивления металла заклепок и болтов в соединениях элементов нужно принимать равными их основным расчетным сопротивлениям, умноженным на коэффициент перехода (табл. 2.3).

Основные и производные расчетные сопротивления металла сварных швов, выполненных автоматической, полуавтоматической или ручной сваркой качественными электродами, нужно принимать такими же, как для металла свариваемых элементов. Основные и производные расчетные сопротивления металла сварных швов, выполненных ручной сваркой электродами с меловым покрытием (как правило, в пролетных строениях, усиленных сваркой до 1945 г.), следует принимать по табл. 2.4.

Модули упругости металла E, МПа (тс/см²), принимаются равными для:

сварочного железа ;

литого железа и стали .

Коэффициент линейного расширения стали принимается равным 0,000012.

Таблица 2.3. Коэффициенты перехода от R металла заклепок, болтов повышенной точности и высокопрочных болтов к из производным расчетным сопротивлениям.

Таблица 2.4. Расчетные сопротивления металла сварных швов R_ш, выполненных электродами с меловым покрытием

НАГРУЗКИ И КОЭФФИЦИЕНТЫ

2.2. Постоянная нагрузка от собственного веса конструкций включает в себя вес: металла пролетных строений (за исключением опорных частей); мостового полотна; смотровых приспособлений, коммуникаций (трубопроводов, кабелей и т.д.) и других обустройств, расположенных на пролетном строении.

Вес металла пролетного строения, смотровых приспособлений, коммуникаций и других обустройств определяется на основании проектных данных, ведомости исчисления веса металла и натурных съемок. Если нет таких сведений, вес металла пролетных строений разрешается принимать по графикам приложения 4.

При расчете поперечных балок учитывается условная равномерно распределенная постоянная нагрузка, кН/м пути (тс/м пути), направленная вдоль оси пути, расчетной интенсивностью:

для однопутных пролетных строений

;

для двухпутных пролетных строений

,

где p_б – расчетная постоянная нагрузка для пролетных балок, кН/м пути (тс/м пути); n_p – коэффициент надежности к постоянной нагрузке от веса металла, п. 2.7; Q_п – собственный вес поперечной балки, кН (тс); B – расстояние между осями главных ферм (балок), м; b – расстояние между осями продольных балок, м; d – длина панели продольной балки, м; c_д – расстояние между осями путей на двухпутном пролетном строении, м.

Если нет сведений о весе металла продольных и поперечных балок, постоянная нагрузка для их расчета может быть принята по графику положения 4. Вес мостового полотна принимается по приложению 5.

Постоянная нагрузка считается распределенной равномерно по длине и ширине пролетного строения. При этом доля постоянной нагрузки, приходящейся на одну ферму (балку) , принимается равной 0,5.

В отдельных случаях – при наличии односторонних обустройств (специальных пешеходных тротуаров, кабельных мостиков, трубопроводов и др.), перегружающих одну из ферм (балок), постоянную нагрузку нужно учитывать с коэффициентом :

, (2.1)

где - коэффициент надежности к постоянным нагрузкам (п. 2.7); p_t – интенсивность постоянных нагрузок от веса односторонних обустройств, кН/м пути (тс/м пути); B – расстояние между осями главных ферм (балок), м; b_t – расстояние от оси перегруженной фермы (балки) до равнодействующей постоянных нагрузок от веса односторонних обустройств, м; p_i – интенсивность симметричных постоянных нагрузок (вес металла пролетного строения, мостового полотна и др.), кН/м пути (тс/м пути).

В формуле (2.1) знак «плюс» принимается при положении равнодействующей постоянных нагрузок от веса односторонних обустройств снаружи главной фермы (балки), знак «минус» - при ее положении между главными фермами (балками).

При определении грузоподъемности дополнительных элементов решетки главных ферм (подвесок, дополнительных стоек и шпренгелей) значение умножается на коэффициент, учитывающий распределение постоянных нагрузок между поясами ферм, равный: 0,67 – при расчете дополнительных элементов, воспринимающих постоянную нагрузку от грузового пояса; 0,33 – при расчете дополнительных элементов, воспринимающих постоянную нагрузку от негрузового пояса.

2.3. Нагрузка от центробежной силы учитывается при расположении пролетных строений на кривых участках пути в виде равномерно распределенной горизонтальной поперечной нагрузки q_с, приложенной на высоте 2,2 м от головки рельса и направленной по радиусу от центра кривой.

При определении грузоподъемности пролетных строений влияние центробежной силы учитывается с помощью коэффициента (п. 7.1).

Нагрузка от центробежной силы при определении коэффициента принимается в размере c₀ процентов от искомой допускаемой временной нагрузки без динамического коэффициента:

, но не более 15%, (2.2)

где v – расчетная скорость движения поездов, км/ч; r₀ – радиус кривой, м.

В расчетах пролетных строений мостов на кривых участках пути не учитывается смещение центра тяжести подвижного состава в сторону центра кривой, вызываемое возвышением наружного рельса, а также фактическое смещение оси пути относительно оси пролетного строения в тех случаях, когда ось пути смещена также к центру кривой.

2.4. Нагрузка от торможения или силы тяги принимается в виде равномерно распределенной продольной горизонтальной нагрузки, приложенной на высоте 2,2 м от головки рельса.

При определении грузоподъемности пролетных строений влияние тормозной силы учитывается коэффициентом _т, определяемым в соответствии с указаниями п. 4.1. В этом случае нагрузка от торможения или силы тяги принимается в размере 10% искомой допускаемой временной нагрузки без динамического коэффициента.

В расчете не учитываются момент и вертикальное давление в опорном узле от переноса тормозного усилия в уровень оси грузового пояса.

При расчете двухпутных пролетных строений нагрузка от торможения или силы тяги принимается с одного пути и полностью передается ближайшему к этому пути грузовому поясу.

2.5. Нормативная интенсивность горизонтальной поперечной ветровой нагрузки, кПа (тс/м²), для элементов пролетного строения и подвижного состава, находящегося на мосту,

W_н=q₀k_hC_w, (2.3)

где q₀ – скоростной напор ветра, кПа (тс/м²); k_h – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора в зависимости от возвышения элементов пролетного строения и подвижного состава над уровнем межени или земли; C_w – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления для элементов пролетного строения (главных ферм, проезжей части) или для подвижного состава.

Значения скоростного напора q₀, коэффициентов k_h и C_w приведены в приложении 6.

Нормативная интенсивность горизонтальной поперечной ветровой нагрузки, определяемая по формуле (2.3), должна приниматься не менее 1,25 кПа (0,125 тс/м²). Нормативная погонная интенсивность ветровой нагрузки на пояса фермы, кН/м (тс/м),

, (2.4)

где F_vi – расчетная ветровая поверхность, м², принимается равной: для сквозных главных ферм (F_v1) – площади, ограниченной теоретическим контуром фермы, умноженной на коэффициент заполнения, равный ¹: для ферм треугольной, раскосной или ромбической решеткой – 0,20; для двухраскосных или двухрешетчатых ферм – 0,25; для многораскосных и многорешетчатых ферм – 0,30.

для проезжей части (F_v2) – суммарной боковой поверхности продольных балок, мостового полотна и рельсов, не закрытой поясом главной фермы:

для главных балок со сплошной стенкой – боковой поверхности наветренной главной балки;

для подвижного состава (F_v3) площади сплошной полосы высотой 3 м с центром приложения давления на высоте 2 м от головки рельса: - коэффициент распределения ветровой нагрузки между поясами главных ферм, принимается в табл.2.5; l_v – расчетный пролет горизонтальной фермы верхних или нижних продольных связей, равный расстоянию между верхними или нижними узлами портальных рам, м.

В тех случаях, когда классы поясов, ног портальных рам сквозных главных ферм или опорных частей, определенные с учетом давления ветра нормативной интенсивности, меньше соответствующих классов нагрузки, разрешается определять ветровую нагрузку по интенсивности реального ветра, направленного поперек оси моста. Интенсивность такого ветра принимается по данным дорожных или общесоюзных метеорологических станций.

2.6. Динамический коэффициент к эталонной нагрузке. (п. 1.4, 1.5) принимается равным

, (2.5)

но не менее 1,15.

Динамический коэффициент для классификации подвижного состава принимается в соответствии с Указаниями по определению условий пропуска поездов по железнодорожным мостам.

При определении грузоподъемности пролетных строений по выносливости уменьшение динамического коэффициента учитывается переходным коэффициентом , принимаемым по приложению 7.

К нагрузкам от тормозной и центробежных сил динамический коэффициент принимается равным единице.

В формуле (2.5) , принимается:

для основных элементов главных ферм или балок – расчетный пролет фермы (балки) или длина загружения линии влияния, если она больше пролета;

для продольных балок проезжей части – расстояние между осями соседних поперечных балок;

для элементов, работающих только на местную нагрузку (подвесок, шпренгелей и др.), и для поперечных балок проезжей части – длина загружения линии влияния.

Таблица 2.5. Коэффициент распределения ветровой нагрузки

2.7. Коэффициенты надежности для постоянных нагрузок n_p равны: при определении веса металла пролетного строения на основании ведомости исчисления веса металла – 1,05 или 0,95; при определении веса металла пролетного строения по графикам приложения 4, а также при определении веса смотровых приспособлений, коммуникаций (трубопроводов, кабелей и т.п.) и других обустройств, расположенных на пролетном строении (кроме веса мостового полотна), - 1,1 или 0,9; при определении веса мостового полотна – 1,2 или 0,9.

Значение n_p больше или меньше единицы принимается в зависимости от того, какое из них повышает абсолютную величину суммарного воздействия.

2.8. Коэффициенты надежности для вертикальной нагрузки от подвижного состава, тормозной и центробежной сил n_k принимаются равными при:

n_k=1,15

n_k=1,10

n_k=1,05,

где - длина загружения линии влияния, за вычетом длины участков, загружаемых порожним подвижным составом, м.

Промежуточные значения n_k принимаются по интерполяции.

2.9. Коэффициент надежности к ветровой нагрузке n_v=1,5.

2.10. Коэффициенты сочетания нагрузок равны:

при учете вертикальной нагрузки от подвижного состава совместно с давлением ветра и тормозной силой (или только совместно с давлением ветра): к вертикальной нагрузке от подвижного состава ; к тормозной силе _т=0,80; к ветровой нагрузке ;

при учете одновременного загружения двух путей двухпутных пролетных строений вертикальная подвижная нагрузка с пути, ближайшего к рассчитываемой ферме, учитывается с коэффициентом , а со второго пути при длине загружения 25 м и менее – с коэффициентом 1,0 и более 25 м – 0,9.

Таблица 2.6. Коэффициенты условий работы m

2.11. Коэффициенты условий работы т вводятся для учета особенностей работы конструкции, не отраженных непосредственно в расчетах (табл. 2.6).

2.12. Поправочный коэффициент c вводится к расчетному моменту сопротивления сечения W₀ для учета ограниченного развития пластических деформаций в крайних фибрах изогнутых и сжато-изогнутых элементов конструкций. При расчетах на прочность по нормальным напряжениям коэффициент c принимается равным: для главных балок со сплошной стенкой и продольных балок – 1,1; для поперечных балок – 1,0; для верхних поясов главных ферм при непосредственном опирании поперечин, а также для острых опорных узлов и для ног портальных рам при проверке их грузоподъемности на сжатие с изгибом – 1,05. При расчетах на выносливость c=1,00.

2.13. Коэффициент продольного изгиба вводится при расчете центрально и внецентренно сжатых элементов, а также сжатых элементов, имеющих искривления (п. 8).

Коэффициент определяется по приложению 8 в зависимости от гибкости и приведенного относительного эксцентриситета в плоскости изгиба i.

Гибкость элемента сплошного сечения

,

где l₀ – свободная длина элемента, см; - радиус инерции сечения, см; F_бр, I_бр – площадь брутто, см², и момент инерции брутто, см⁴, поперечного сечения элемента.

Для элемента, имеющего составное сечение, определяется приведенная гибкость _п согласно указаниям п. 4.3*.

Приведенный относительный эксцентриситет для центрально сжатых элементов i=0; для внецентренно сжатых элементов и сжатых элементов с искривлением

, (2.6)

где - наибольший эксцентриситет или стрела искривления (f) в плоскости изгиба, см; - ядровое расстояние по направлению, противоположному эксцентриситету , см; ; W_бр – момент сопротивления брутто поперечного сечения, вычисляемый для наиболее сжатого волокна, см³.

* К элементам сплошного сечения относятся составленные из:

а) отдельных прокатных или сварных профилей (уголков, швеллеров, тавров, двутавров);

б) прокатных уголков (швеллеров, тавров) вплотную или через прокладки (шайбы), расположенные на расстоянии, не превышающем 40 r – для сжатых элементов и 80 r – для растянутых элементов [r – радиус инерции прокатного элемента относительно оси, параллельной плоскости расположения прокладок (шайб)];

в) двух сплошных ветвей, которые на всем протяжении с одной стороны соединены сплошным листом, а с другой – соединительной решеткой, соединительными планками или перфорированным листом (П-образные или коробчатые элементы);

г) сплошного горизонтального листа и прокатных уголков (Н-образные и тавровые элементы).

К составным относятся коробчатые или Н-образные элементы, состоящие из ветвей, соединенных между собой соединительными планками, соединительной решеткой или перфорированными листами, а также элементы, составленные из прокатных уголков (швеллеров, тавров), не удовлетворяющие требованиям п. «б» данного примечания.

2.14. Коэффициент понижения расчетных сопротивлений при расчетах на выносливость _н определяется по приложению 9 в зависимости от эффективного коэффициента концентрации напряжений (приложение 10).

При расчетах на выносливость элементов пролетных строений с преимущественным сжатием коэффициенты _В и совместно не учитываются, так как они относятся к разным предельным состояниям.

Геометрические характеристики элемента при расчетах на выносливость принимаются по указаниям п. 1.8.

2.15. Коэффициентом учитывается доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну ферму (балку) с учетом смещения оси пути относительно оси пролетного строения.

При совпадении оси пути с осью однопутного пролетного строения коэффициент .

При несовпадении оси пути с осью пролетного строения коэффициент для мостов, расположении на прямых участках пути, определяется по формулам:

при расчете элементов ферм и поперечных балок

; (2.7)

при расчете продольных балок

, (2.8)

где - среднее смещение оси пути относительно оси пролетного строения (берется среднее значение от алгебраической суммы смещений по концам пролетного строения), м; B, b – расстояние между осями главных ферм (балок), продольных балок, м.

При расположении пролетного строения на кривом участке пути коэффициент определяется в соответствии с указаниями п. 7.1. Для элементов ферм (балок) двухпутных пролетных строений коэффициент принимается по п. 7.2.

2.16. Коэффициенты размерности c₁, c₂, c₃, введенные в настоящем Руководстве, позволяют рассчитывать по одним и тем же формулам как в Международной системе единиц СИ, так и в системе СГС при сохранении принятой в ранее действовавшим Руководстве 1965 г. и оправдавшей себя на практике размерности расчетных величин (площади сечения элементов – см²; длины загружения линий влияния – м; площади линий влияния – м² и др.). При этом искомая допускаемая временная нагрузка определяется в удобной для пользования размерности: кН/м пути или тс/м пути. Значения коэффициентов c₁; c₂ и c₃ указаны в соответствующих главах Руководства.