Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов (приложение 24)
Содержание материала
- Руководство по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов (приложение 24)
- Оценка ресурса раскосов и подвесок
- Среднесетевые данные на 1984 г. по вероятности образования трещин в подвесках
- Оценка остаточного ресурса
- Коэффициенты наработки для порожних и пассажирских поездов при двухзначных линиях влияния
- Коэффициенты наработки для груженых поездов при однозначных линиях влияния
- Коэффициенты наработки для порожних и пассажирских поездов при однозначных линиях влияния
- Суммарное число поездов к рассматриваемому году в единицах грузопотока
- Напряжения в рассматриваемом элементе
- Повреждение от действия расчетного поезда для элементов ферм
- Повреждение от действия расчетного поезда для элементов ферм (продолжение)
- Коэффициент условий работы элемента в прикреплениях к фасонкам
- Повреждения vтабл. б в элементах главных ферм с клепано-болтовыми прикреплениями от действия расчетного поезда
- Особые случаи расчетов
- Карточка регистрации отказа
- Пример 1
- Пример 2
- Пример 3
- Все страницы
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УСТАЛОСТНОГО РЕСУРСА ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНЫХ ФЕРМ
1. Основные положения
1.1. Настоящие Методические указания предназначены для оценки усталостного ресурса преимущественно растянутых раскосов, подвесок и нижних поясов, клепаных главных ферм с треугольной решеткой, балочных разрезных пролетных строений, изготовленных из углеродистых сталей.
1.2. Усталостный ресурс 1 – наработка объекта от начала его эксплуатации до перехода в предельное состояние, за которое принято повреждение элемента усталостной трещиной.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта.
Ресурс связывается с вероятностью отказа (предельного состояния). Вероятность отказа оценивается отношением числа поврежденных трещинами элементов к общему числу одинаковых по конструкции элементов при одинаковой наработке.
Остаточный ресурс представляет собой разницу между ресурсом элемента и наработкой к рассматриваемому моменту времени.
Ресурс и наработка определяются либо пропущенным тоннажем, либо повреждением от расчетного поезда.
В Методических указаниях учтена вероятность появления отказов в среднем по сети дорог для групп пролетных строений и для отдельных элементов, изменение основных характеристик усталостной прочности, грузонапряженности и структуры грузопотоков за время эксплуатации мостов.
1.3. В Методических указаниях даны приближенные способы определения ресурса и наработки. Таблицы мер повреждений оставлены для элементов главных ферм с треугольной решеткой, в предположении о практическом отсутствии сил трения между элементами пакета. Таблицы коэффициентов наработки даны в укрупненном виде.
При необходимости расчета ресурса для элементов из низколегированных сталей, других конструктивных форм и условий работы, уточнения расчетов или отражения индивидуальных особенностей пролетных строений следует использовать методики, имеющиеся в научных организациях (см. разд. 3).
2. Оценка ресурса.
2.1. Оценка ресурса раскосов и подвесок производится по величине пропущенного тоннажа.
2.2. Исходной информацией для определения величины пропущенного тоннажа за рассматриваемый период является грузонапряженностью участка на известный год (данные службы пути).
1 Терминология приянта в соответствии с ГОСТ 27.002-83 «Надежность в технике. Термины и определния».
Тоннаж определяется с помощью кривых изменения грузонапряженности А, В и С (рис. П.24.1) по табл. П.24.1.
Если значение грузонапряженности не лежит на кривых и (или) границы рассматриваемого периода не совпадают с приведенными в табл. П.24.1, следует пользоваться линейной интерполяцией и экстраполяцией.
В случае скачкообразного изменения грузонапряженности за период эксплуатации пролетного строения (строительство параллельных дорог, новых веток, вторых путей и т.п.) пропущенный тоннаж определяется как сумма по периодам с плавным изменением грузонапряженности.
Таблица П.24.1. Пропущенные тоннаж в зависимости от грузонапряженности и продолжительности эксплуатации пролетного строения, млн. т.
2.3. Вероятность образования трещин в элементах главных ферм пролетных строений определяется с помощью табл. П.24.2 (в подвесках) и табл. П.24.3 (в раскосах) пропорционально значению пропущенного тоннажа.
Исходными данными для определения вероятности являются нормы проектирования конструкции, длина панели, очертание поясов ферм и положение рассматриваемого раскоса.
Приведенные в табл. П.24.2 и П. 24.3 значения пропущенного тоннажа являются средними, т.е. половина соответствующих случаев образования трещин вызвана пропущенным тоннажем, не превосходящим указанной величины.
В табл. П.24.2 и П.24.3 указаны два значения вероятности отказа: по всей совокупности конструкций на сети дорог и по совокупности только тех конструкций, в элементах которых наблюдались трещины.
Принадлежность рассматриваемого пролетного строения к конструкциям, в которых были замечены трещины, определяется по табл. П.24.4. Для этих конструкций величины вероятности отказов, приведенные в табл. П.24.2 и П.24.3 для конструкций с трещинами, следует рассматривать как более точные.
2.4. Если значение пропущенного тоннажа соответствует вероятности отказа элемента 2% и более, следует, руководствуясь физическим состоянием прикрепления, решать задачу об усилении прикрепления или замене конструкции. До выполнения этих мероприятий необходимо установить тщательное наблюдение за узлами прикрепления элементов к верхнему поясу.
Таблица П.24.2. Среднесетевые данные на 1984 г. по вероятности образования трещин в подвесках, %
Таблица П.24.3. Среднесетевые данные на 1984 г. по вероятности образования трещин в раскосах по всей совокупности конструкций (числитель) и по конструкциям с трещинами (знаменатель), %
Таблица П.24.4. Перечень конструкций, в которых наблюдались усталостные трещины на 1984 г.
Следует учитывать, что лидирующим по отказам являются элементы с односрезными прикреплениями, с признаками расстройства заклепочных соединений и имеющие длину линии влияния до 50 м.
2.5. Для оценки остаточного ресурса в связи с планируемым изменением режима эксплуатации (ввод новых нагрузок), установления очередности появления трещин в элементах пролетного строения, определения эффективности усиления соединения с помощью высокопрочных болтов производится расчет наработки в условных поездах.
2.6. Наработка в условных поездах
где - повреждение, вызванное действием одного расчетного поезда; - число поездов i-го типа; - коэффициент наработки, принимаемый по табл. П.24.5 – П.24.8 в зависимости от параметров линии влияния, вида тяги и типа локомотива и вагонов.
Число грузовых поездов за каждый год эксплуатации берется из статической отчетности дорог, форма ЦО-4, раздел М «Показатели использования подвижного состава по поездо-участкам и направлениям». Там же указан процент порожних вагонов от общего, по которому можно определять число порожних поездов. Сведения о числе пассажирских поездов находятся из расписания движения.
В приближенных расчетах для периодов до 1985 г. можно пользоваться табл. П.24.9, в которой число поездов дано нарастающим итогом в единицах грузопотока за 1985 г. С помощью этой таблицы, зная число прошедших по участку поездов за один год эксплуатации, можно определить суммарное число поездов. Процентное содержание порожних, груженых и пассажирских поездов в грузопотоке можно считать неизменным.
Таблица П.24.5. Коэффициенты наработки для груженых поездов при двухзначных линиях влияния
Примечания. 1. В таблицах значений коэффициентов наработки , где а – расстояние от вершины положительного участка линии влияния до ее ближайшего конца, l – полная длина линии влияния.
1. Для значений l, выходящих за пределы таблиц, величина принимается по первой или последней строке таблиц.
Таблица П.24.6. Коэффициенты наработки для порожних и пассажирских поездов при двухзначных линиях влияния
Таблица П.24.7. Коэффициенты наработки для груженых поездов при однозначных линиях влияния
Таблица П.24.8. Коэффициенты наработки для порожних и пассажирских поездов при однозначных линиях влияния
Таблица П.24.9. Суммарное число поездов к рассматриваемому году в единицах грузопотока за 1985 г.
Наработка за период до 1940 г. определяется по табл. П.24.10. Необходимо учитывать резкие изменения грузопотока в связи со строительством вторых путей или вводом новых линий. Для периода с 1985 г. сведения о числе поездов следует иметь за каждый год эксплуатации.
Повреждение от расчетного поезда
где - повреждение, определяемое по табл. П.24.11 в зависимости от напряжений в элементе (п. 2.7 настоящего приложения), теоретического коэффициента концентрации напряжений [формула (1) приложения 10] и отношения (а – расстояние от вершины положительного участка линии влияния до ее ближайшего конца, l – длина линии влияния); - коэффициент, определяемый по рис. П.24.2, учитывающий длину панели d, пролета l и отношение . Для l=20…30 м значения определяются по линейной интерполяции при условии, что =7,5, если l=20 м (для раскосов) и =1, если dм (для подвесок).
2.7. Напряжения в рассматриваемом элементе
где - коэффициент условий работы, принимаемый по табл. П.24.12 (для подвесок ); - эквивалентная нагрузка от расчетного поезда, кН/м пути (табл. П.24.13); - динамический коэффициент:
- полная длина линии влияния, м; - площадь положительного участка линии влияния, загружаемого временной нагрузкой, м; - площадь поперечного сечения нетто по первому ряду заклепок, см2; - постоянная нагрузка, кН/м; - площадь линии влияния усилия, загружаемая постоянной нагрузкой, м.
Таблица П.24.10. Доля наработки к 1940 г. от суммарной за период с 1940 по 1985 г.
Таблица П.24.11. Повреждение от действия расчетного поезда для элементов ферм
Таблица П.24.12. Коэффициент условий работы элемента в прикреплениях к фасонкам
Доля площади поперечного сечения элементов, непосредственно прикрепляемая к фасонкам, % |
|
40 41-60 61-80 81-90 |
1,30 1,25 1,10 1,04 |
2.8. Для оценки остаточного ресурса элемента Qp в связи с планируемым изменением режима эксплуатации (ввод новых нагрузок) следует определить значение наработки для одного и того же тоннажа, перевозимого вводимой нагрузкой и обращающейся. Тогда остаточный ресурс по тоннажу определяется по формуле
Таблица П.24.13. Эквивалентная нагрузка от расчетного поезда , кН/м
Таблица П.24.14. Повреждения vтабл. б в элементах главных ферм с клепано-болтовыми прикреплениями от действия расчетного поезда
Примечания. 1. Значения vтабл. б в таблице увеличены в 109 раз.
2. Обозначения см. п.2.3 настоящего приложения.
3. vтабл. б=0 соответствует практически неограниченному увеличению ресурса.
где Qтабл – задаваемый тоннаж по табл. П.24.2 и П.24.3, соответствующий принятой вероятности появления трещины 2%; QПР – пропущенный по пролетному строению тоннаж; и - соответственно количество обращающихся и перспективных поездов для перевозки одного и того же тоннажа; и - коэффициенты наработки соответственно для обращающихся и перспективных поездов, принимаемые по табл. П.24.5 – П.24.8.
2.9. При необходимости уточнения очередности усиления элементов или сравнения ресурса элементов с наработкой того элемента, в котором замечена трещина или расстройство соединения, наработка вычисляется как повреждение от условных поездов.
2.10. Остаточный ресурс существенно увеличивается путем заблаговременного усиления соединений применением высокопрочных болтов и образования болтовых или комбинированных клепано-болтовых соединений.
В табл. П.24.14 даны значения vтабл. б повреждений от действия расчетных поездов после усиления высокопрочными болтами. Эти значения определяются в зависимости от величины напряжения и числа условных срезов прикрепления.
Остаточный ресурс клепано-болтового соединения
3. Особые случаи расчетов
3.1. В случае появления большого количества трещин до исчерпания расчетного ресурса следует усилить элементы, аналогичные поврежденным, тех пролетных строений, в которых обнаружены трещины, и взять под контроль другие пролетные строения данного типа.
3.2. При решении задач, выходящих за рамки настоящих Методических указаний, например:
расчеты для случая применения других сталей и типов конструкций;
уточнение остаточного ресурса и разработка мероприятий по дальнейшей эксплуатации пролетных строений при массовом образовании трещин до исчерпания расчетного ресурса;
уточнение расчетов с целью отдаления сроков усиления или замены пролетных строений следует обращаться в научные организации, имеющие более строгие методики и научные разработки, развивающиеся по мере накопления данных об отказах и опыта расчетов. С помощью этих методик можно учесть стадийность работы заклепочных соединений и особенности в условиях работы элементов и прикреплений, устанавливать в частных случаях свои критерии по допустимой вероятности отказов, уточнять наработку и остаточный ресурс, применять ЭВМ для массового решения задач о расчетном ресурсе.
При необходимости обращения к научным организациям в дополнение к названной в Методических указаниях информации следует указать марку стали и подготовить материалы о физическом состоянии пролетных строений и результатах испытаний, если они проводились. Поскольку сведения об отказах имеют особое значение, рекомендуется для каждого случая образования трещин составить карточку отказа.
Карточка регистрации отказа
Примечания.
1. Приводится эскиз фермы с указанием длины расчетного пролета, высоты на опоре и в середине пролета, номеров узлов. Определение левой или правой фермы и нумерация узлов ведется по ходу километража.
2. Наружные признаки отмечаются знаком «+».
3. Приводится эскиз прикрепления, включающий состав сечения элемента, положение трещины, детали усиления. Указывается время усиления.
4. Примеры использования методических указаний.
Пример 1. Требуется определить вероятность появления трещин в элементах металлического пролетного строения с треугольной решеткой и параллельными поясами расчетным пролетом l=44,50 м проектировки 1896 г. Длина панели d=4,45 м.
Основные расчетные данные: год введения в эксплуатацию – 1900; грузонапряженность участка на 1985 г. – 31 млн. ткм/км в год; материал конструкции – литое железо. Участок однопутный, резких изменений грузонапряженности за время эксплуатации не было.
Согласно графику на рис. П.24.1 заданное значение грузонапряженности находится между кривыми А и В, ближе к кривой А, по котрой значение грузонапряженности в 1985 г. равно 24 млн. ткм/км в год. Величина пропущенного тоннажа за исследуемый период 1910-1985 гг. определялась по значениям данных табл. П.24.1, графа А, соответствующих 1990, 1980 и 1900 гг.:
Согласно табл. П.24.4 рассматриваемая конструкция принадлежит к группе конструкций, в которых наблюдались трещины в прикреплениях раскосов. В прикреплениях подвесок ферм такого вида трещины, по данным на 1984 г., обнаружены не были.
Вероятность появления трещин в подвесках (см. табл. П.24.2) .
Вероятность появления трещин в преимущественно растянутых раскосах (см. табл. П.24.3):
В преимущественно растянутых раскосах , вероятность появления трещины превышает величину 2%, следовательно, за местами прикрепления этих элементов к верхнему поясу следует установить тщательное наблюдение до выполнения усиления.
Пример 2. Требуется определить остаточный ресурс элемента (рис. П.24.3) пролетного строения в виде фермы с треугольной решеткой и параллельными поясами расчетным пролетом l=55,10 м проектировки 1907 г. в связи с переходом участка на преимущественно новую нагрузку (габарит ТПР с интенсивностью погонной нагрузки 9,5 тс/м). В настоящее время интенсивность погонной нагрузки 7,3 тс/м.
К 1985 г. пропущенный по пролетному строению тоннаж составляет 900 млн. т.
Поскольку известно, что пролетное строение относится к конструкциям, в которых наблюдались трещины (см. табл. П.24.4), вероятность образования трещин в раскосе при .
Значение тоннажа, соответствующее вероятности появления трещины 2%, согласно табл. П.24.3.
Длины обращающихся и перспективных поездов приняты одинаковыми – LП, поэтому исходя из равенства перевозимого тоннажа
откуда
Остаточный ресурс элемента в связи с планируемым изменением режима эксплуатации при (электровозная тяга) и (см. табл. П.24.5).
Пример 3. Требуется оценить эффективность замены в раскосе (см. пример 2) заклепок на высокопрочные болты.
Исходные данные для определения повреждения: l=55,10 м; =13,12 м; 9,9 м; =36,7 м; =0,1; =34 кН/м пути; =103,12 см2.
Напряжения
где =1,30 (см. табл. П.24.13) при доле площади поперечного сечения непосредственно прикрепляемого к фасонке ; =81,6 кН/м пути (см. табл. П.24.12); ;
Теоретический коэффициент концентрации напряжений
где =1,23 (см. табл. П.10.6) при толщине пакета =20 мм и 6 рядах заклепок с шагом 90 мм; =1,8; =39,5 МПа (см. табл. П.10.3) при ; =0,1; ; см; =2,54 (см. табл. П.10.4) при ; ; ; ;
(см. табл. П.24.11) при a/l=0,4;
Повреждения от действия одного расчетного поезда
Ресурс после замены
т.е. остаточный ресурс элемента после замены заклепок на высокопрочные болты увеличится в 14 раз.