1. С.А. БОКАРЕВ, С.С. ПРИБЫТКОВ, Н.В. МОЛОКОВА
ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ И УСИЛЕНИЕ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
Методические указания к курсовому проектированию
по дисциплине «Грузоподъемность мостов»
НОВОСИБИРСК 2008
СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
624.2
Б78
2. УДК 624.059
Б78
Бокарев С.А., Прибытков С.С., Молокова Н.В. Грузо-
подъемность и усиление железнодорожных мостов: Ме-
тод. указ. к курсовому проектированию по дисциплине «Грузо-
подъемность мостов». – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2008. –
67 с.
В методическихуказаниях приведен объем и порядок выполняемыхв рамках
курсового проекта расчетов грузоподъемности металлических и железобетон-
ных пролетных строений – в том числе и усиленных – методом классификации
по грузоподъемности. В указаниях даны инструкции по использованию учеб-
ного (LARGO) и промышленного (ARGO) пакетов прикладных программ,
предназначенныхдля автоматизации расчетов грузоподъемности и определения
допустимых скоростей движения поездов по мостам. Кроме того, приведены
рекомендации по назначению режима эксплуатации пролетных строенийс недо-
статочной грузоподъемностью, конструированию и технологии выполнения их
усиления.
Предназначены для студентов факультета «Мосты и тоннели» специализа-
ции «Мосты» дневной и заочной форм обучения.
Рассмотрены и рекомендованы к печати на заседании кафед-
ры «Мосты».
Отв етств ен н ы й р еда ктор
д-р техн. наук, проф. С.А. Бокарев
Р е ц е н з е н т
заместитель начальника Службы пути Западно-Сибирской
железной дороги И.В. Николаев
Бокарев С.А., Прибытков С.С.,
Молокова Н.В., 2008
Сибирский государственный
университет путей сообщения, 2008
3. 3
Оглавление
Введение ............................................................................................................................4
1. Содержание проекта....................................................................................................5
2. Общие положения классификации по грузоподъемности пролетных строений
железнодорожных мостов ........................................................................................6
3. Классификация по грузоподъемности металлических пролетных строений ....... 7
3.1. Балки проезжей части .....................................................................................8
3.2. Элементы главных ферм .................................................................................15
4. Классификация по грузоподъемности железобетонных пролетных строений ..19
4.1. Плита балластного корыта ......................................................................... 20
4.2. Главные балки ..................................................................................................25
5. Классификация подвижной нагрузки, выбор режима эксплуатации .................29
6. Расчет и конструирование усиления ......................................................................31
6.1. Металлические пролетные строения ....................................................... 33
6.2. Железобетонные пролетные строения ..................................................... 38
7. Использование обучающего пакета прикладных программ (LARGO) .............39
7.1. Расчет грузоподъемности балок проезжей части металлического
пролетного строения ..................................................................................... 41
7.2. Расчет грузоподъемности элементов главных ферм металлического
пролетного строения ..................................................................................... 46
7.3. Расчет грузоподъемности плиты балластного корыта
железобетонного пролетного строения .................................................... 49
7.4. Расчет грузоподъемности главной балки
железобетонного пролетного строения .................................................... 52
8. Использование промышленного пакета прикладных программ (ARGO) .........55
8.1. Классификация металлических пролетных строений. АРГО-М ........ 56
8.2. Классификация железобетонных пролетных строений. АРГО-ЖБ ... 61
8.3. Классификация нагрузки и определение условий пропуска.
АРГО-Н ............................................................................................................ 63
Библиографический список ...................................................................................... 65
Приложение. Нормы расположения высокопрочных болтов и заклепок .............66
4. 4
ВВЕДЕНИЕ
Расчет грузоподъемности металлических и железобетонных
пролетных строений выполняют в соответствии с требованиями
следующих нормативных документов: Руководства по опреде-
лению грузоподъемности металлических пролетных строений
железнодорожных мостов 1986 г. и Руководства по определению
грузоподъемности железобетонных пролетных строений желез-
нодорожных мостов 1989 г.
На производстве (в проектных институтах, научно-исследо-
вательских лабораториях, мостоиспытательных станциях и др.)
расчеты грузоподъемности металлических и железобетонных
пролетных строений осуществляют в «две руки» – один специа-
лист выполняет расчет, второй проверяет его. При выполнении
курсового проекта «Грузоподъемность и усиление железнодо-
рожных мостов» роль проверяющего исполняет персональный
компьютер (ПК). Для этого разработан учебный пакет программ
LARGO, в который включен алгоритм поиска ошибок. Студент
приходит в дисплейный класс с готовым расчетом и вводит
исходныеданныеи конечный результат этапа вычислений (класс
элемента по одной из проверок). Если введенное значение совпа-
дает со значением, полученным компьютером, то проверка за-
канчивается, если значения не совпадают, то компьютер прове-
ряет все значения переменных, используемые на этом этапе.
Расчет студент может выполнять и непосредственно в дисп-
лейном классе, в этом случае машина последовательно и опера-
тивно проверяет результаты на каждом этапе, находит ошибки и
предлагает исправить их.
После того как студент выполнит несколько заданных пре-
подавателем расчетов «вручную» и проверит их на ПК, он перехо-
дит красчетам грузоподъемности по профессиональной программе
ARGO, с использованием которой выполняет все предусмотрен-
ные нормативными документами расчеты грузоподъемности.
5. 5
1. СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА
Исходные данные для курсового проектирования выдаются
на специальном бланке, в дополнение к которому студент полу-
чает чертежи железобетонного и металлического пролетных
строений.
Студенты выполняют курсовой проект усиления нескольких
элементов железнодорожного моста. Основная часть студентов
разрабатывает конструкцию усиления элементов металлическо-
го и железобетонного пролетных строений, некоторые – опор.
Могут быть случаи, когда ряду студентов, по согласованию с
ними, будет выдано особое индивидуальноезадание, ориентиро-
ванное на проектирование усиления статически неопределимых,
нетиповых конструкций. Возможна углубленная проработка не-
сколькими студентами одного более сложного в сравнении с
обычным заданием, при этом основные этапы и сроки его выпол-
нения уточняет преподаватель.
Курсовой проект погрузоподъемности и усилениювыполняют
в AutoCAD на листе формата А1 (594 841). На листе с необхо-
димой деталировкой вычерчивается конструкция элемента до и
после усиления. К листу прилагается пояснительная записка.
Расчетно-пояснительная записка, выполненная в Word, со-
держит 40–50 с. формата А4. Чертеж и записку оформляют в
соответствии с рекомендациями [6].
Курсовой проект состоит из четырех разделов:
– классификация по грузоподъемности элементов пролетных
строений (40 %);
– классификация обращающейся и перспективной нагрузок,
определение условий их пропуска (20 %);
– расчет усиления элементов пролетных строений (20 %);
– конструирование и технология усиления (20 %), разработка
графика работ в «окно».
Контроль правильности выполнения расчетов по классифика-
ции выполняют на ПК по программе LARGO, разработанной
С.А. Бокаревым, Н.В. Молоковой и Д.А. Никитиным, а все
расчеты грузоподъемности выполняют с использованием пакета
прикладных программ ARGO, разработанного по заказу ОАО
«РЖД» сотрудниками лаборатории «Мосты» СГУПСа: С.А. Бо-
6. 6
каревым, А.М. Усольцевым, Ю.Н. Мурованным, Ю.В. Рыбало-
вым, А.А. Ращепкиным и др.
2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КЛАССИФИКАЦИИ ПО
ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
В соответствии с требованиями Правил технической эксплу-
атации железных дорог РФ [8] все мосты железнодорожной сети
классифицируют по грузоподъемности с целью определения ус-
ловий пропуска по ним различных поездных нагрузок и решения
вопроса об усилении или замене сооружения. Классификация по
грузоподъемности металлических и железобетонных пролетных
строений железнодорожных мостов, определение условий их
эксплуатации производят в соответствии с руководствами [3, 4].
Эти документы разработаны применительно к балочным разрез-
ным пролетным строениям. Грузоподъемность пролетных стро-
ений других систем (неразрезные рамные, арочные и др.) опре-
деляют прямым расчетом по СНиП 2.05.03–84* «Мосты и тру-
бы» [9] с учетом дефектов и расчетных характеристик матери-
алов, принимаемых по [2, 3].
Металлические и железобетонные пролетные строения клас-
сифицируют по грузоподъемности по предельным состояниям
первой группы на прочность и выносливость. Для каждого эле-
мента пролетного строения определяют допустимую временную
нагрузку (k – временная вертикальная равномерно распределен-
ная нагрузка максимальной интенсивности, не вызывающая на-
ступления предельного состояния). Отношение величины этой
нагрузки к величине нагрузки от эталонного поезда kн с соответ-
ствующим динамическим коэффициентом 1 + называетсяклас-
сом элемента К:
.
1н
k
k
K (2.1)
В качествеэталонной нагрузки принята временная вертикаль-
ная нагрузка по схеме Н1 [2, прил. 1]). При расчете главных
балок железобетонных пролетных строений в числитель (2.1)
вводят коэффициент , предназначенныйдляунификации резуль-
7. 7
татов классификации главных балок металлических и железобе-
тонных пролетных строений, который принимается равным:
,
30/271
30/211
l
l
(2.2)
где l – расчетный пролет.
Подвижной состав классифицируют по величине его воздей-
ствия на пролетные строения, выражая эквивалентную нагрузку
от него k0 в единицах эталонной нагрузки. Класс подвижного
состава определяют по формуле
,
1
1
н
00
0
k
k
K (2.3)
где 1 + – соответствующий нагрузке динамический коэффици-
ент.
Сравнение классов подвижного состава с классами элемен-
тов пролетного строения позволяет судить о возможности и
условиях пропуска подвижной нагрузки по мостам.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
Для определения класса пролетного строения необходимо
определить классы его отдельных элементов по формуле (2.1).
При использовании этой формулы следует помнить о том, что
значение интенсивности нагрузки от эталонного поезда kн необ-
ходимо принимать по прил. 1 [2] для величин и , соответству-
ющих элементу и расчетному случаю определения допускаемой
временной нагрузки k. Динамический коэффициент к эталонной
нагрузкепринимают равным:
.30/2711
В этой формуле для основных элементов главных ферм
равна расчетной длине пролета: для продольных балок проезжей
части – расстоянию между осями соседних поперечных балок;
для поперечных балок – длине загружения линии влияния. Фор-
мулы для определения допускаемой временной нагрузки с необ-
ходимыми пояснениями приведены ниже.
При классификации приняты следующие условные обозначе-
ния:
8. 8
узлы – обозначаются арабскими цифрами, начиная от нуля
по ходу километров; верхние – со штрихом <>, нижние – без
штриха;
верхний пояс – буква В и номера узлов, между которыми
элемент расположен;
нижний пояс – буква Н и номера узлов, между которыми
элемент расположен;
продольная балка – Б;
поперечная балка – П.
3.1. Балки проезжей части
Нормативный документ [2] предусматривает выполнение
достаточно большого количества расчетов по прочности, вынос-
ливости и устойчивости балок проезжей части [2, пп. 3.1–3.22]. В
рамках курсового проекта преподаватель для ручного счета в
обязательном порядке задает несколько из перечисленных ниже
расчетов продольной или поперечной балки на прочность по
нормальным напряжениям [2, пп. 3.2–3.6], по касательным на-
пряжениям [2, пп. 3.7, 3.8], поприкреплениюпродольных балок к
поперечным [2, пп. 3.16–3.19] и прикреплениюпоперечных балок
к главным фермам [2, пп. 3.20–3.22]. Результаты ручного счета
проверяют по программе LARGO.
3.1.1. Геометрические характеристики сечения балки
Расчет балки проезжей части целесообразно начать с вычер-
чивания поперечного сечения балки в масштабе 1 : 10, 1 : 20. На
чертеже необходимо указать основные размеры сечения в це-
лом (полную высоту, расстояния от центра тяжести всего сече-
ния до центров тяжести его составных элементов), размеры его
отдельных элементов и ослабление. Типы поперечных сечений
приведены на рис. 3.1.
После этого вычисляют следующие геометрические харак-
теристики: площадь сечения брутто Fбр, момент инерции сечения
Jбр, статический момент половины площади сечения относитель-
но нейтральной оси Sбр. Результаты вычислений необходимо
привести в таблице вида табл. 3.1.
9. 9
Таблица 3.1
Геометрические характеристики сечения балки
3.1.2. Допускаемая нагрузка на балку по нормальным напряжениям
При изгибе допускаемую нагрузку на балку по нормальным
напряжениям определяют из условия равенства максимальных
нормальных напряжений, действующих в поперечном сечении,
расчетному сопротивлению металла (рис. 3.2) с соответствую-
щим коэффициентом условий работы.
Интенсивность допускаемой нагрузки определяют по формуле
,
1
02 pp
kkk
pcmRW
n
k
(3.1)
где k, p – доли соответственно временной и постоянной нагру-
зок, приходящихся на одну балку (при отсутствии смещения оси
Рис. 3.1. Типы поперечных сечений балки проезжей части
Вид сечения Состав сечения,
мм
Площадь,
см2
Момент
инерции, см4
Статический
момент, см3
2ГЛ………… ……… ……… ………
ВЛ………… ……… ……… ………
4УГ………… ……… ……… ………
Fбр= Jбр= Sбр=
10. 10
пути относительно оси пролетного строения принимают равным
0,5) [2, пп. 2.2, 2.15]; 2 – коэффициент равномерности, равный
0,001 при расчетах в системе СИ; nk – коэффициент надежности
для временной нагрузки (nk = 1,15 – 0,001при длинезагружения
50 м; для продольных балок равна длине панели d, для
поперечных – удвоенной длинепанели); p = k – площади линий
влияния изгибающего момента в серединепролета. Для продоль-
ной балки ,/2
Bd для поперечной de ( e – расстояние
между осью фермы и ближайшей к ней осью продольной балки),
м2
; R – основное расчетное сопротивление металла, МПа [2,
п. 2.1]; m – коэффициент условий работы, в данном случаеm = 1,0;
c – поправочный коэффициент к расчетному моменту сопротив-
ления, в этом расчете для продольных балок с = 1,1, для попереч-
ных с = 1,0; W0 – расчетный момент сопротивления сечения; p –
суммарная расчетная интенсивность постоянных нагрузок, кН/м
[2, пп. 2.2, 2.7].
В курсовом проекте при ручном счете допускаемую нагрузку
по нормальным напряжениям определяют только в середине
пролета.
Рис. 3.2. Распределение нормальных напряжений по высоте
сечения балки
11. 11
3.1.3. Допускаемая нагрузка по касательным напряжениям
При изгибе в местах действия максимальных значений попе-
речных сил на уровне нейтральной оси балки допускаемую на-
грузку по касательным напряжениям определяют из условия
равенства касательных напряжений расчетному сопротивлению
металла (рис. 3.3) с соответствующим коэффициентом условий
работы.
Интенсивность допускаемой нагрузки для этого расчета оп-
ределяют по формуле
,
75,01
бр
бр1
pp
kkk
p
S
mRJ
n
k (3.2)
где p = k – площади линий влияния поперечной силы, м. Для
продольной балки ,2/d = 0, = d. Для поперечной = d,
= 0,5, = 2d; 1 – коэффициент равномерности, равный 0,1; Jбр –
момент инерции брутто поперечного сечения балки относитель-
но ее нейтральной оси, см4
; Sбр – статический момент брутто
отсеченной части рассматриваемого поперечного сечения балки
относительно ее нейтральной оси, см3
; – толщина стенки, см;
0,75 – коэффициент перехода от основного расчетного сопротив-
ления металла к расчетному сопротивлению на срез.
Рис. 3.3. Распределение касательных напряжений по высоте
сечения балки
12. 12
3.1.4. Допускаемая временная нагрузка по прикреплению
продольных балок к поперечным
В зависимости от конструкции прикрепления расчет ведется
по различным формулам [2, пп. 3.16–3.19]. Рассмотрим последо-
вательность расчета прикрепления и основные расчетные фор-
мулы при наличии в конструкции верхней и нижней «рыбок»
(рис. 3.4).
В этом случае допускаемая временная нагрузка по прочности
заклепок, соединяющих уголки прикрепления с продольной бал-
кой, определяется по формуле
,
1
01 pp
kkk
pRFm
n
k
(3.3)
гдеp = k – площади линий влиянияпоперечной силы в опасном
сечении продольной балки ( = d, = 0,5, = 2d), м;
0
3
0
n
F –
приведенная расчетная площадь заклепок по двойному срезу или
Рис. 3.4. Схема прикрепления Б к П для заклепок по рискам «а» и «б»
13. 13
смятию, см2
; n3 – число заклепокпо рискам «а»; 0 – коэффициент
заклепок, определяют по прил. 2 [2].
Допускаемая временная нагрузка по прочности заклепок, со-
единяющих уголки прикрепленияс поперечной балкой, определя-
ется по формуле (3.3), в которой приведенная площадь прини-
мается для заклепок по рискам «б» на одиночный срез ( = d/2,
= d, = 0) и смятие металла в стенке поперечной балки (= d,
= 2d, = 0,5).
Схема к расчету прикрепления Б к П по «рыбке» представле-
на на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Схема к расчету прикрепления Б к П по «рыбке»
14. 14
Допускаемая временная нагрузка по прочности сечения или
прикрепления «рыбок»:
,
1
рбcn2 pp
kkk
phRFm
n
k
(3.4)
где k = p – площади линий влияния изгибающего момента в
опорном сечении; = 0,075d 2
mн при = d и = 0,5; mн –
коэффициент, учитывающий неразрезность продольных балок (в
курсовом проекте может быть принят равным 0,6); m – коэффи-
циент условий работы, принимается в соответствии с п. 2.11 [2]
(для данного расчетного случая может быть принят равным 1,0
при l < 80 м; 0,95 при м11080 l и 0,90 при l > 110 м); Fсп –
площадь нетто сечения «рыбки» Fнт или приведенная расчетная
площадь заклепок в «полурыбке»
0F , принимается меньшая из
этих величин, см2
; hрб – расстояние между центрами тяжести
«рыбок», см.
3.1.5. Допускаемая временная нагрузка по прикреплениям
поперечных балок к главным фермам
,
1
01 pp
kkk
pRFm
n
k
(3.5)
где p = k – площади линий влияния поперечной силы (см.
п. 3.1.3); 030
nF – приведенная расчетная площадь, см2
.
При прикреплении поперечной балки уголками тольков преде-
лах ее высоты приведенная рабочая площадь принимается мини-
мальной из двух значений (рис. 3.6).
Первое определяется по заклепкам, прикрепляющим угол-
ки прикрепления к главной ферме (без учета заклепок в
пределах высоты пояса фермы). Второе – по заклепкам,
прикрепляющим уголки к поперечной балке. Коэффициент
условий работы m = 0,85 [3, п. 2.11]. В других случаях расчет
прикрепления поперечных балокк главным фермам нужно прово-
дить в соответствии с [2, пп. 3.20–3.22].
15. 15
3.2. Элементы главных ферм
В курсовом проекте достаточно рассчитать два элемента
главной фермы. Сжатые элементы (верхний пояс) и преимуще-
ственно сжатые (восходящие раскосы) рассчитывают на устой-
чивость и прочность. Растянутые (нижний пояс) и преимуще-
ственно растянутые – на прочность и выносливость. Расчет на
нагрузку от поперечного ветра и тормозную нагрузку произво-
дят, если это специально оговорено в задании.
3.2.1. Построение линий влияния и определения их характеристик
В расчетно-пояснительной записке к курсовому проекту не-
обходимо привести схему фермы пролетного строения с указани-
ем ее геометрических характеристик, построить линии влияния
Рис. 3.6. Схема к расчету прикрепления Б к ферме для заклепок по
рискам «а» и «б»
16. 16
усилий для заданных элементов [2, прил. 5.14], определить их
характеристики: длину загружения , коэффициент, определяю-
щий положениевершины линии влияния , площади линии влия-
ния . При двузначных линиях влияния эти характеристики
должны быть определены для каждого участка. Пример постро-
ения линий влияния и формулы для определения их характерис-
тик приведены на рис. 3.7.
3.2.2. Допускаемая временная нагрузка при расчетах на
устойчивость
,
1
бр1 pp
kkk
pFRm
n
k
(3.6)
где k, p – доли вертикальной нагрузки от подвижного состава и
постоянной нагрузки, приходящиеся на одну ферму (при отсут-
ствии эксцентриситета пути принимают равной 0,5); nk –
Рис. 3.7. Построение линий влияния усилий и определение их
характеристик
17. 17
коэффициент надежности для временной подвижной нагрузки
nk =1,10 – 0,0005( – 50),при длинезагружения ;м15050 k,
p – площадь линий влияния осевых усилий в элементах фермы
от подвижного состава и постоянной нагрузки. Для раскосов
площадь линии влиянияусилия от постоянной нагрузки определя-
ется как разность площадей правого и левого участка линии
влияния; p – суммарная расчетная интенсивность постоянных
нагрузок, действующих на ферму, кН (при определении p np = 0,9
при двузначной линии влияния, если временной нагрузкой загру-
жают участок меньшей длины, в остальных случаях np = 1,1); m –
коэффициент условий работы, m = 1,0; Fбр – площадь сечения
элемента брутто, см; – коэффициент продольного изгиба.
Для определения коэффициента продольного изгиба подсчи-
тывают моменты инерции сечения брутто относительно горизон-
тальной x–x и вертикальной y–y осей, проходящих через центр
тяжести сечения (Jx–x, Jy–y), радиусы инерции ,/ брFJr xxx
бр/ FJr yyx , и определяют свободные длины элементов l0.
Для поясов l0 = ly = lx = d. Для раскосов lx = 0,8l0 (в курсовом
проекте); ly = l0, где l0 – расстояние между центрами узлов.
Гибкость элементов (x, y), состоящих из двух ветвей, опреде-
ляют с учетом гибкости ветвей (g) по п. 4.3 [2]. По максималь-
ному значению гибкости определяют коэффициент продольного
изгиба [2, прил. 8].
3.2.3. Допускаемая временная нагрузка при расчетах на прочность
,
1
нт1 pp
kkk
pFRm
n
k
(3.7)
где Fнт – площадь сечения нетто.
Ослабление площади сечения с шахматным расположением
заклепок вычисляется по сечению возможного разрыва: по нор-
мальному сечению к оси элемента или зигзагу в зависимости от
того, по какому сечению окажется меньше расчетная площадь.
Ослабление обеих полок уголков с однорядным расположением
заклепок по каждой полке с «шахмат» учитывается в количестве
полутора отверстий.
18. 18
3.2.4. Допускаемая временная нагрузка при расчетах на
выносливость
,
1
нт1 ppb
kk
pRFmk
(3.8)
где – коэффициент, учитывающий понижение динамического
воздействия подвижной нагрузки при расчетах на выносливость
[2, п. 2.6 и прил. 7], определяется по формуле
;1/3/21
(1 + )– динамический коэффициент, равный 1 + 21/(30 + ); при
определении динамического коэффициента принимают равной
пролету независимо от длины загружения; b – коэффициент
понижения основного расчетного сопротивления;
для преимущественно сжатых элементов
;0,1
25,079,025,079,0
1
b
b
(3.9)
для растянутых и преимущественно растянутых элементов
;0,1
25,079,025,079,0
1
b
b
(3.10)
– эффективный коэффициент концентрации напряжений [2,
прил. 10], посоединительным заклепкам = 1,3; – коэффициент
режима нагружения [2, табл. П.9.1]; b – коэффициент асиммет-
рии цикла переменных напряжений:
,
min
kbp
bbp
b
k
k
(3.11)
b – коэффициент, учитывающий отношениеэквивалентных на-
грузок для меньшего и большего участков линий влияния; min –
меньшая по абсолютной величине площадь одного знака дву-
значной линии влияния, для однозначной линии влияния min = 0.
В формулу (3.11) подставляют абсолютные значения площадей.
Определение коэффициента b производится методом после-
довательных приближений, при этом исходные значения b и b
принимаются по прил. 9 [2].
19. 19
Результаты классификации удобно представить в табличной
форме (табл. 3.2).
Таблица 3.2
Результаты классификации металлического пролетного строения
Обозначе-
ние
элементов
Наимено-
вание
проверки
Допустимая
временная
распределен-
ная нагрузка
kb
, кН/м
Длина
загруже-
ния, м
Положение
вершины
линии
влияния
Эталонная
нагрузка
kн
, кН/м
Kласс
элемента,
K
Kласс пролетного строения
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
В [3] предусмотрена возможность расчета непреднапряжен-
ных железобетонных пролетных строений двумя способами.
Первый – по опалубочным и арматурным чертежам, второй –
путем сопоставления расчетных норм, по которым проектирова-
ли конструкции с действующими нормативными документами. В
курсовом проекте оценка грузоподъемности пролетного строе-
ния выполняется первым способом, который является более
точным и универсальным по сравнению со вторым, хотя при его
использовании требуются дополнительные данные о материа-
лах, размерах конструкции, дефектах и повреждениях.
Главныебалки пролетных строений с напрягаемой арматурой
без существенных дефектов (трещины в нижних поясах; наклон-
ные трещины в вертикальных стенках; трещины, отделяющие
плиту от стенки) имеют достаточную грузоподъемность для
пропуска обращающихся и перспективных нагрузок, и их расчет
допускается не производить.
Особенностью железобетонных пролетных строений с ездой
на балласте является большое влияние состояния мостового
полотна на их полезную грузоподъемность. А так как изменчи-
вость состояния мостового полотна в процессе эксплуатации
значительна (в связи с ремонтами пути на перегоне), то возника-
ет необходимость в частых пересчетах грузоподъемности желе-
зобетонных пролетных строений.
20. 20
Классы отдельных элементов пролетных строений определя-
ют по формуле(2.1), в которой величина динамического коэффи-
циента (1 + ) к эталонной нагрузке принимается в зависимости
от расчетной длины пролета l и толщины слоя балласта под
шпалой hb:
Для расчета главных балок
при hb < 0,25 м 1 + = 1 + 15/(20 + l );
при hb < 1,0 м 1 + = 1,0;
для промежуточных значений по интерполяции.
Для расчета плиты балластного корыта 1 + определяют по
[3, табл. 3.2] в зависимости от толщины слоя балласта.
Эталонная нагрузка принята такой же, как и при классифика-
ции металлических пролетных строений [2, прил. 1].
4.1. Плита балластного корыта
Плиту балластного корыта рассчитывают на местную на-
грузку от одной оси подвижного состава и постоянных нагрузок
от собственного веса железобетона и веса балласта с частями
пути. При необходимости учитывают вес тротуаров и перил.
Расчетная схема плиты балластного корыта – это консольная
балка с податливым защемлением по концам (для межреберных
участков плиты). Ширина консоли и балки вдоль оси пролета
равна 1 м.
Значениеэквивалентной временной эталонной нагрузки kн для
плиты балластного корыта определяется по формуле
,/н kCPk (4.2)
где Р – давление на ось (для эталонного поезда Р = 35 кН); Сk –
длина распределения временной нагрузки в направлении вдоль
оси пролета, принимается по графику рис. 7.1 [3] в зависимости
от минимального расстояния между осями в схеме эталонной
нагрузки (k = 1,6 м) и толщины слоя балласта под шпалой
(значение kн может быть определено и по [3, табл. П.1.1].
4.1.1. Величина сосредоточенной нагрузки и интенсивность
распределенных постоянных нагрузок
При расчете внешней консоли плиты балластного корыта
величина может быть определена по следующим формулам:
от веса железобетона борта балластного корыта
,11 pbt hbP (4.3)
(4.1)
21. 21
от веса железобетона консоли
,
5,0
32
333322
pp
bb
hbbhbh
P
(4.4)
от веса балласта
,/ bbbb lAP (4.5)
где p, b – удельные веса железобетона и балласта (p = 25 кН/м3
,
b = 20 кН/м3
); Ab – площадь сечения балластной призмы над
внешней консолью, м.
Остальные обозначения приведены на рис. 4.1.
4.1.2. Допускаемая временная нагрузка при расчете на прочность
по изгибающему моменту*
,
2
2
0
Zbn
MMl
k
kM
p
(4.6)
где М – предельный изгибающий момент (несущая способность
сечения), кНм; Мр – изгибающий момент от постоянной нагрузки,
;5,05,05,0
22
ZlpnZlpnZllPnM bppkppbkbtpp
Рис. 4.1. Определение внутренних усилий от постоянных нагрузок
* Здесь и далее рассмотрено только сечение в корне внешней консоли.
22. 22
lk – длина консоли, м; lb – длина распределения нагрузки от веса
балласта lb = lk – b1, м; Z – расстояние от корня консоли до
расчетного сечения, м (для рассматриваемого случая Z = 0); np,
pn – коэффициенты надежности по нагрузке, для собственного
веса железобетонных элементов np = 1,1(0,9), для балласта
pn = 1,2(0,9); nk – коэффициент надежности повременной нагруз-
ке, nk = 1,5; l0 – длина распределения временной нагрузки поперек
пролета, Bl0 (рис. 4.2); B – расстояние между наруж-
ними гранями ребер; , – длина распределения давления от
временной нагрузки на левой (правой) внешней консоли,
,5,0, bs hlBl но не более lb, м; ls – длина шпалы
(ls = 2,7 м); M – коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения давления от временной нагрузки на плиту балла-
стного корыта, принимается по табл. 4.1 [3], фактический харак-
тер распределения давления показан на рис. 4.3; b – расчетная
ширина плиты, равна 1,0 м.
Предельный изгибающий момент определяют в предположе-
нии прямоугольной эпюры напряжений в бетоне сжатой зоны с
ординатой, равной расчетному сопротивлению бетона (Rb, кПа),
и напряжением в растянутой арматуре, равным ее расчетному
сопротивлению (Rs, кПа) (см. пп. 2.1, 2.2 [3] и рис. 4.4), по
формуле
Рис. 4.2. Распределение давления от временной нагрузки в
поперечном направлении по плите балластного корыта
23. 23
,)()5,0( 00 sssb ahARxhbxRM (4.7)
где x – высота сжатой зоны; h0 – рабочая высота сечения,
h0 = h – as; ss AA , – площади сечения растянутой и сжатой арма-
туры, м2
; – коэффициент, учитывающий степень включения в
работу сжатой арматуры и зависящий от высоты сжатой зоны x.
Первоначально высоту сжатой зоны определяют с учетом
сжатой арматуры ( = 1,0);
bRAARx bsss /2
Рис. 4.3. Распределение давления от временной нагрузки по плите
балластного корыта
24. 24
и без ее учета ( = 0,0);
./1 bRARx bss
Если ,22 sax а ,1 sax то в формуле(4.7) принимают – 1,0,
x = x2;
если ,22 sax а ,1 sax то
,/21 2 ss axa
;/ bRARARx bssss
при < 0 предельный изгибающий момент определяется по
формуле ;0 sss ahARM
если ,1 sax то в формуле (4.7) принимают = 1,0, x = x1.
Относительная высота сжатой зоны бетона x / h0 ограничена
предельным значением
.
5001,1008,085,011
008,085,0
bs
b
y
RR
R
(4.8)
В этой формуле значения Rb и Rs представляют в мегапаска-
лях. При hx y в (4.7) принимают .0hx y
4.1.3. Допускаемая временная нагрузка при расчете на прочность
по поперечной силе
,
0
zbn
QQl
k
kQ
p
(4.9)
где Q – предельная поперечная сила (несущая способность
сечения по поперечной силе), Q = 0,75Rbtbh0; Rbt – расчетное
сопротивлениебетона растяжению, принимают по п. 2.1 [3]; Qp –
поперечная сила от постоянных нагрузок, для внешней консоли
Рис. 4.4. Расчетные предпосылки для определения
предельного момента М
25. 25
;zlpnzlpPnQ bbpktbtpp
Q – коэффициент, учитывающий неравномерность распределе-
ния давления от временной нагрузки на плиту при расчетах по
поперечной силе, принимается по табл. 4.2 [3].
4.2. Главные балки
В качестве расчетной схемы главной балки принята балка на
двух опорах с расчетным пролетом l, равным расстоянию между
центрами опорных частей. При отсутствии опорных частей или в
случае применения в качестве опорных частей металлических
листов
,3/2bll
где l – расстояние в свету между передними гранями площадок
опирания пролетного строения на опоре; b – длина площадки
опирания.
Расчетными сечениями главных балок являются: сечение в
середине пролета; сечения, где имеются отгибы или обрывы
стержней рабочей арматуры; сечения с дефектами и др. В
курсовом проекте достаточно рассчитать нормальное сечение в
серединенаиболеенагруженной балки на прочность по изгибаю-
щему моменту и на выносливость бетона и арматуры.
4.2.1. Допускаемая временная нагрузка при расчете на прочность
по изгибающему моменту
Допускаемая временная нагрузка при расчете на прочность
по изгибающему моменту рассчитывается по формуле
,
Mk
p
n
MM
k (4.10)
где M – несущая способность сечения, кНм; Mp – изгибающий
момент от постоянных нагрузок при изменении интенсивнос-
ти постоянной нагрузки в пределах пролета неболее чем на 10 %,
, bpppp pnpnM кНм; pp, pb – интенсивность постоянных
нагрузок от веса балласта с частями пути и веса пролетного
строения, приходящихся на одну балку, кН/м; – площадь линии
влияния изгибающего момента, для сечения в середине пролета
,82
l м2
; M – доля временной нагрузки, приходящаяся на
одну балку, определяется по пп. 3.7–3.9 [3].
26. 26
Для определения предельного изгибающего момента M выде-
ляют расчетное сечение главной балки (рис. 4.5), в которое не
включают борт балластного корыта. Длина консолей плиты не
должнапревышатьшести расчетных толщин плиты hf, считая от
грани стенки, а при уклоне вута 1 : 3 и более – от конца вута. Со
стороны соседней балки длина консоли не должна превышать
половины расстояния между гранями этих балок.
Приведенная толщина плиты балластного корыта hf опреде-
ляется как результат деления площади плиты Af с учетом вутов
и стенки (в пределах высоты вутов) на ширину плиты bf.
Высоту сжатой зоны бетона определяют по формуле
,
bR
hbbRbARAR
x
b
ffssss
(4.11)
где b – толщина стенки балки.
При 0hx y .0hx y Величина y определяется по формуле
(4.8).
Предельный изгибающий момент:
при x > hf
,5,05,0 00 sssfffbb ahARhhhbbRxhbxRM (4.12)
при fhx предельный изгибающий момент в балке определяют
по формуле (4.12) с заменой в формулах b на bf.
Распределение внутренних усилий в предельном состоянии
для расчетного сечения показано на рис. 4.6.
Рис. 4.5. Определение геометрических параметров расчетного
сечения главной балки
27. 27
4.2.2. Допускаемая временная нагрузка при расчете по
выносливости бетона
Допускаемая временная нагрузка при расчете по выносливо-
сти бетона рассчитывается по следующей формуле:
.
1
p
redbf
M
M
x
JR
k (4.13)
Допускаемая временная нагрузка при расчете по выносливо-
сти арматуры находится по формуле
,
1
4
p
redsf
M
M
axhn
JR
k (4.14)
где x – высота сжатой зоны при расчетах на выносливость,
определяетсяв предположении треугольной эпюры напряжений в
бетоне сжатой зоны,
;
2 0
22
b
aAhAnbb
b
bbAAn
b
AAnhbb
x
sssffss
ssff
(4.15)
Jred – момент инерции приведенного сечения,
при fhx
;
33
2
0
33
sss
fff
red axAnxhAn
hxbbxb
J
(4.16)
если ,fhx значение пересчитывают по формуле
Рис. 4.6. К расчету на прочность по моменту
28. 28
,
2 0
2
b
aAhAn
b
AAn
b
AAn
x sssssss
(4.17)
а Jred по формуле
;3/
22
0
3
sssred axAnxhAnxbJ (4.18)
– коэффициент уменьшения динамического воздействия вре-
менной нагрузки для расчета главных балок,
,
1
3/21
0
0
(4.19)
1 + 0 – по формуле (4.1); pM – изгибающий момент от норма-
тивных постоянных нагрузок, кН/м, ; bpp ppM aи – рас-
стояние от нижнего ряда арматуры до нижней грани сечения
балки, м; Rbf – расчетное сопротивление бетона при расчете на
выносливость, ,6,0 bbbf RR кПа; b – коэффициент, учитываю-
щий влияние асимметрии цикла напряжений на изменениепроч-
ности бетона, определяется по табл. 2.2 [3] в зависимости от
коэффициента асимметрии цикла напряжений, ;
MM
M
p
p
b
kM –изгибающиймомент,возникающий в сечении от минимально
допускаемой временной нагрузки, определенной из расчета на
прочность, , kM kk кНм; Rsf – расчетное сопротивление
арматуры при расчете на выносливость, ,sssf RR кПа; s –
коэффициент, учитывающий влияние асимметрии цикла напря-
жений на изменение прочности арматуры, определяется по
табл. 2.6 [3] в зависимости от асимметрии цикла напряжений в
арматуре:
= 0,3 при 0 < b < 0,2;
= 0,15 + 0,8b при 0,2 < b < 0,75;
= b при 0,75 < b.
Результаты классификации железобетонного пролетного стро-
ения представляют в табличной форме, аналогичной форме,
которая приведена в табл. 3.2.
29. 29
5. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДВИЖНОЙ НАГРУЗКИ, ВЫБОР
РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ
В соответствии с заданием на курсовое проектирование необ-
ходимо проклассифицировать два типа подвижной нагрузки –
обращающейся и перспективной. Большинство обращающихся в
настоящее время по сети железных дорог нагрузок уже проклас-
сифицированы. Результаты классификации приведены в [5]. Для
нагрузок, не приведенных в [5], и в том числе для перспективной
(см. приложение), необходимо самостоятельно провести класси-
фикацию по формуле (2.2).
Величина эквивалентной нагрузки от классифицируемогопод-
вижного состава для всех элементов металлических пролетных
строений и главных балок железобетонных пролетных строений
может быть вычислена по формуле
,0
k
ii yP
k
(5.1)
где Pi – i-й груз; yi – ордината линии влияния под i-м грузом; k –
площадь линии влияния, загруженная временной нагрузкой.
При определении эквивалентной нагрузки необходимо найти
критическое, самоеневыгодноеположениеподвижной нагрузки,
такое, при котором значение k0 будет максимальным. Известно,
что критическое положение нагрузки наступает только в случае,
когда один из грузов располагается надвершиной линии влияния
элемента, для которого определяется класс подвижной нагрузки.
Величина эквивалентной нагрузки от классифицируемогопод-
вижного состава для плиты балластного корыта определяется по
формуле
k0 = P0 / Ck, (5.2)
где P0 – наибольшее давление на ось классифицируемого под-
вижного состава; Ck – длина распределения давления от времен-
ной нагрузки по плите балластного корыта в направлении вдоль
оси пролета, принимается по графику рис. 7.1 [3].
Выбор режима эксплуатации моста выполняют в соответ-
ствии с [5]. Если минимальный класс пролетных строений боль-
ше максимального класса подвижной нагрузки, определенного
при характеристиках линии влияния, соответствующих элементу
30. 30
с минимальным классом, то пропуск этой нагрузки по мосту
возможен без каких-либо ограничений. Если это условие не
выполняется, проверяют возможность пропуска нагрузки с огра-
ничением скорости. Для этого необходимо определить класс
нагрузки без учета динамики;
,
1 0
0
н.д
k
K (5.3)
где 1 + 0 – динамический коэффициент, для металлических
пролетных строений при пропуске отдельных вагонов с электри-
ческой и тепловозной тягой
1 + 0 = 1 + 21/(30 + ),
при пропуске нагрузки с паровозной тягой
1 + 0 = 1 + 27/(30 + );
для главных балок железобетонных пролетных строений
,
20
1201
1 0
l
hb
при hb < 0,25 м и hb > 1 Ом, принимается соответственно hb = 0,25
и 1, Ом; для плиты балластного пролетного строения– пографику
рис. 3.1 [3].
В случае, если Kн.д > K, пропуск нагрузки по мосту возможен
с ограничением скорости, величину которой определяют по гра-
фику рис. 1 [5] для металлических пролетных строений, по
графику рис. 7.3 [3] для железобетонных пролетных строений.
В случае, если Kн.д < K, пропуск нагрузки по мосту должен
быть запрещен. Следует помнить, что превышение класса на-
грузки над классом пролетного строения, полученного из расчета
на выносливость, не может служить причиной введения ограни-
чения скорости движения нагрузки. В этом случае для металли-
ческих мостов необходимо провести оценку усталостного ресур-
са по прил. 24 [2], для железобетонных пролетных строений –
предусмотреть выполнение в плановом порядке мероприятий по
повышению класса пролетного строения по выносливости.
Результаты классификации подвижной нагрузки и выбора
решения об условиях пропуска следует привести в табличную
форму (табл. 5.1).
31. 31
Таблица 5.1
Условия пропуска нагрузки по мосту
В результате анализа данных, приведенных в табл. 5.1, реша-
ют вопрос о выборе мероприятий по обеспечению пропуска
обращающейся и перспективной нагрузок без каких-либоограни-
чений.
6. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ
При недостаточной грузоподъемности пролетных строений
для обеспечения пропуска новых более тяжелых нагрузок по
сравнениюс обращающимися, а такжепри наличии дефектов или
появлении повреждений, снижающих грузоподъемность пролет-
ных строений, возникает необходимость в их усилении или заме-
не. Решение вопроса о выборе усиления или замены проводят на
основе технико-экономического анализа, положения которого
приведены в [10]. Способ и конструкцияусиления элементов и их
прикреплений зависят от конструкции усиляемого элемента, сте-
пени усиления и от интенсивности движения по мосту. При
разработке проекта стремятся к минимальному стеснению дви-
жения по мосту (ограничение скорости, «окна»), а также предус-
матривают меры, связанные с обеспечением безопасности про-
пуска подвижной нагрузки в процессе производства работ по
усилению.
Особенностью расчетов усиления является то, что несущая
способность усиленных элементов связана не только с конструк-
цией усиления, но и со способом производства работ по усиле-
нию. Так, если металл усиления поставлен без разгрузки от
собственного веса конструкции, то новый металл будет рабо-
Элемент и
вид расчета
Класс
элемента
Нагрузка Класс
нагрузки
Условия
пропуска
……………
……
……………
……
……………
……
……………
…….
……………
……
……………
……
……………
……
……………
…….
32. 32
тать только на восприятие временной нагрузки. На рис. 6.1
приведена диаграмма измененияусилий и напряжений при загру-
жении элемента постоянной (участок О–А) и временной (участка
А–Б, А–В, А–Г и А–Д) нагрузками.
На рис. 6.1: Np – усилие, возникающее в элементе при воздей-
ствии нагрузки от собственного веса конструкции; N1 – усилие,
котороевоспринимал элемент доусиления (см. рис. 6.1, а); N2, N3,
N4 – усилия, которые воспринимает элемент после усиления, без
разгрузки от собственного веса (см. рис. 6.1, б), с разгрузкой
(рис. 6.1, в) и при усиление затяжкой (см. рис. 6.1, г); R –
расчетное сопротивление металла; p – напряжение в металле
элемента при воздействии только нагрузки от собственного веса.
При усилении без разгрузки от собственного веса металл
усиления работает на восприятие только временной нагрузки.
При усилении с разгрузкой от собственного веса металл усиле-
ния будет работать на восприятие как постоянной, так и времен-
ной нагрузок (см. рис. 6.1, в).
Степень включения металла усиления в совместную работу
со старым металлом зависит от способа соединения старого и
нового металла. Высокопрочные болты обеспечивают более
жесткое соединение по сравнению с заклепками, поэтому их
применение предпочтительнее. Опыт широкого использования
сварки при усилении показал, что ее применение нецелесообраз-
но из-за невозможности обеспечения высокого качества произ-
водства работ.
Рис. 6.1. Изменение усилий в элементах до и после их усиления
33. 33
6.1. Металлические пролетные строения
Основным способом усиления металлических пролетных стро-
ений является увеличение поперечного сечения элементов до-
бавлением нового металла. Кроме этого используют и другие
способы усиления: предварительноеусилениезатяжками; увели-
чение числа ферм (балок) или их объединение в неразрезные;
устройство дополнительных опор, уменьшающих пролет; пре-
вращение стального пролетного строения в сталежелезобетон-
ное и др. При необходимости усиления прикреплений в стыках
или узлах производят замену заклепок на высокопрочные болты;
увеличивают число заклепок или их диаметр; превращают одно-
срезные прикрепления в двухсрезные; вводят дополнительные
элементы («рыбка», столик, накладка) и др.
Рассмотрим конструкции и особенности расчета усиления
различных элементов металлических пролетных строений.
6.1.1. Усиление балок проезжей части
Усиление балок при их недостаточной грузоподъемности по
нормальным напряжениям может быть проведено:
при необходимости увеличения класса элемента до 10 %
установкой дополнительных уголков на стенкебалки (рис. 6.2, а)
или установкой горизонтального листа только на нижнем поясе
(рис. 6.2, б);
при необходимости увеличения класса более чем на 10 %
установкой горизонтальных листов на верхнем и нижнем поясах
(рис. 6.2, в, г).
При конструировании элементов усиления балок проезжей
части необходимо помнить, что минимальная толщина листово-
го проката должна быть не менее 10 мм; сечение уголков не
менее 100 100 10; обрываемый в пролете лист усиления
следует продолжить за место его теоретического обрыва на
длину, обеспечивающую прикрепление 50 % его расчетной пло-
щади, с постановкой не менее трех рядов заклепок (болтов);
диаметр отверстий в полках уголка не должен превышать 4
1
ширины полки; в прикреплениях уголков с двухрядным располо-
жением болтов первый болт должен быть расположен у обушка;
расстановка заклепок (болтов) должна осуществляться в соот-
ветствии с требованиями [9] на допуски по расположению высо-
34. 34
копрочных болтов и заклепок; дляприкреплениягоризонтального
листа на верхнем поясе продольной балки следует применять
заклепки или высокопрочные болты, установленные без шайб
головками вверх.
Допускаемую нагрузку на усиленную балку по нормальным
напряжениям при изгибе без разгрузки от собственного веса
определяют по формуле (3.1), в которой W0 – расчетный момент
сопротивления сечения – заменяют на y
W0
– расчетный момент
Рис. 6.2. Способы усиления балок проезжей части при
недостаточном классе по нормальным напряжениям
35. 35
сопротивления сеченияпослеусиления, определенный по форму-
ле (1) прил. 20 [2].
Расчет усиления балок проезжей части при их недостаточной
грузоподъемности по касательным напряжениям проводят по
формуле (3.2), в которой Jбр, Sбр, – геометрические характери-
стики сечения с учетом усиления.
Потребность в усилении балок проезжей части по касатель-
ным напряжениям возникает редко. Проводят его, как правило,
заменой прокладок на накладки в местах действия максималь-
ных касательных напряжений.
Наиболее часто возникает необходимость в усилении при-
крепления продольных балок к поперечным, это связано с тем,
что в пролетных строениях прошлых лет проектировки часто не
была предусмотрена постановка «рыбок» или не обеспечивалась
их несущая способность по сечению или прикреплению. Расчет
усиления в этом случае проводят по п. 3.18 [2].
В прикреплениях и стыках, усиляемых переклепкой или заме-
ной заклепок, количество заклепок или их диаметр увеличивают
на 20 % против расчетного. Расчет прикреплений на высоко-
прочных болтах выполняют в соответствии с требованиями
Инструкции поприменению высокопрочных болтов в эксплуати-
руемых мостах [4].
Часто возникает необходимость усиления и прикрепления по
прочности заклепок, соединяющих уголки прикрепления с попе-
речной или продольной балками. В этом случае усиление может
быть осуществлено заменой заклепок на высокопрочные болты
или заклепки большего диаметра (класс прикрепления увеличи-
вается на 15–20 %). Большее увеличение класса можно полу-
чить увеличением числа заклепок (болтов), установленных на
дополнительных накладках (рис. 6.3).
Расчет усиления прикрепления выполняется по п. 3.1.4 с вне-
сением в соответствующие формулы изменений, учитывающих
изменениеконструкции прикрепления послеусиления.
Усилениеприкрепления поперечных балок кглавным фермам
проводят способами, рассмотренными выше (замена заклепок
на болты, увеличение диаметра заклепок). Увеличение числа
заклепок, как правило, может быть осуществлено только при
постановке консольного листа или «косынки».
36. 36
6.1.2. Усиление элементов главных ферм
Классификация по грузоподъемности элементов пролетных
строений различных лет проектировки показала, что пояса глав-
ных ферм обладают, как правило, наиболее высокими классами
по сравнению с другими элементами пролетного строения. В том
случае, когда возникает необходимость их усиления, обычно
применяют усиление добавлением металла. Располагают его
симметрично главным осям сечения элемента так, чтобы при
производстве работ по усилению требовалась возможно мень-
шая переклепка элементов. Хорошие результаты получены при
Рис. 6.3. Усиление прикрепления продольных балок к поперечной
постановкой высокопрочных болтов на дополнительной накладке
37. 37
применении узких листов или уголков. Примеры такого усиления
приведены в [10] и на рис. 6.4.
В старых мостах, как правило, элементы решетки центриро-
ваны не по осям поясов, а на края или риски поясных уголков,
поэтому при усилении верхнего пояса, других сжатых и преиму-
щественно сжатых элементов главных ферм по устойчивости
является то, что добавляемый металл в узлах не прикрепляют.
При недостаточной грузоподъемности элемента по устойчивос-
ти может оказаться более эффективным способ усиления умень-
шением свободной длины путем постановки распорок.
Из всех элементов главных ферм наименьшие классы имеют
элементы решетки по выносливости в местах прикрепления к
узлам. Замена одного или двух крайних рядов заклепок на высо-
копрочныеболты значительно повышает выносливость прикреп-
ления.
Требуемую расчетную площадь металла усиления элемента
определяют подбором, в первом приближении принимая мини-
Рис. 6.4. Усиление элементов главных ферм увеличением
площади сечения
38. 38
мально допустимые размеры поперечного сечения металла уси-
ления, значения которых уже были приведены в п. 3.1.1.
Допускаемую временную нагрузку после усиления элемента
определяют по формуле
,
1
0
y
yy
G
G
pRGm
n
k np
kkk
(6.1)
где Gy – расчетная площадь элемента после усиления, определя-
ется с учетом площади элементов усиления и дополнительных
ослаблений; py – интенсивность постоянных нагрузок с учетом
массы металла усиления ( ,/yy GGkpp если масса металла
усиления меньше 10 % массы элемента до усиления, то увеличе-
нием интенсивности постоянных нагрузок можно пренебречь),
k – конструктивный коэффициент, учитывающий вес накладок,
прокладок, высокопрочных болтов и т.п., устанавливаемых при
усилении (k= 1,3); n – коэффициент, учитывающий постоянную
нагрузку от массы сплошных подмостей (при отсутствии сплош-
ных подмостей n = 1,0).
При двузначной линии влияния необходимовыполнить расчет
как по старому металлу
,
1
0
y
yy0
G
G
pGRm
n
k npp
kkk
(6.2)
так и по новому
,
1
yGRm
n
k y
kkk
(6.3)
где R0, Ry – основные расчетные сопротивления старого и нового
металла.
6.2. Железобетонные пролетные строения
Усилениепролетных строений из обычного железобетона, как
правило, выполняют постановкой дополнительных стержней ра-
бочей арматуры. При необходимости небольшого усиления сру-
бают бетон защитного слоя арматуры и осуществляют приварку
стержней усиления к стержням рабочей арматуры. Взамен сруб-
ленного защитного слоя укладывают новый бетон, приготовлен-
ный на быстротвердеющем цементе, торкретированием или на-
брызгом. При необходимости значительного усиления может
39. 39
быть устроен дополнительный арматурный каркас с хомутами,
пропускаемыми сквозь плиту балластного корыта. Новый бетон
закрывает добавляемую арматуру, образуя «железобетонную
рубашку».
Особенностью железобетонных пролетных строений являет-
ся частое изменение класса по грузоподъемности в процессе
эксплуатации. Это связано с изменениями в состоянии мостово-
го полотна при капитальных ремонтах пути. Неоднократное уве-
личение толщины слоя балласта на железобетонных мостах,
недопустимые смещения оси пути относительно оси пролетного
строения приводят в первую очередь к снижению класса плиты
балластного корыта. Поэтому необходимо предусмотреть ряд
мер по увеличению класса пролетного строения, и прежде всего
уменьшение толщины слоя балласта (вырезку) до величины, при
которой обеспечивается пропуск нагрузки без ограничения ско-
рости движения подвижной нагрузки по мосту. В плановом по-
рядке необходимо предусмотреть работы (подъем пролетного
строения, вырезка балласта, рихтовка пути и т.п.) поприведению
состояния мостового полотна в соответствие с требованиями
Инструкции по содержанию искусственных сооружений [1]: тол-
щина слоя балласта под шпалой не должна превышать 50 см;
смещение оси пути относительно оси пролетного строения допу-
стимо в пределах 0–5 см; плечо балластной призмы должно быть
не менее 15 см; крутизна откосов балластной призмы должна
быть не более 1 : 1,5.
7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБУЧАЮЩЕГО ПАКЕТА
ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ (LARGO)
При выполнении курсового проекта «Грузоподъемность и
усиление железнодорожных мостов» контроль над «ручным»
расчетом выполняет пакет обучающих прикладных программ
LARGO (рис. 7.1).
В программном пакете разработан алгоритм поиска ошибок в
заданной последовательности в зависимости от этапов расчета.
Студент с выполненным расчетом по грузоподъемности метал-
лических и железобетонных пролетных строений железнодорож-
ных мостов вводит исходные данные в соответствии с получен-
ным заданием и результат этапа вычислений (класс элемента по
40. 40
одной из проверок). Если полученный результат ручного расчета
совпадает со значением, выполненным программным комплек-
сом LARGO, то проверка заканчивается. Если в ручном расчете
студента допущена ошибка, то программный комплекс LARGO
проверяет все промежуточные значения, используемые на этом
этапе.
Программный комплекс LARGO предназначен для расчета
грузоподъемности пролетных строений железнодорожных мос-
тов методом классификации, реализован в среде разработки
Borland Delphi. Этот комплекс разработан на кафедре «Мосты»
СГУПСа под руководством профессора С.А. Бокарева.
Учебные программы автоматизируют расчет наиболее часто
встречающихся конструкций пролетных строений, эксплуатиру-
ющихся на сети железных дорог России. Для железобетона – это
непреднапряженные двухребристые балочные пролетные строе-
ния с ездой на балласте. Для металла – это пролетные строения
Рис. 7.1. Основное окно программы LARGO
41. 41
с параллельной решетчатой главной фермой и проезжей частью
с двумя «рыбками».
Данные для расчета металлического пролетного строения
предоставляются каждому студенту с указанием кода пролетно-
го строения с соответствующими характеристиками.
В качестве исходных данных, для выполнения расчета по
грузоподъемности железобетонного пролетного строения, сту-
дент получает арматурные и опалубочные чертежи и параметры,
характеризующие состояние мостового полотна (толщина слоя
балласта под шпалой, смещение оси пути относительно оси
пролетного строения) и бетона (фактическая прочность бетона).
7.1. Расчет грузоподъемности балок проезжей части
металлического пролетного строения
С использованием программного комплекса LARGO «Расчет
грузоподъемности балок проезжей части металлического про-
летного строения железнодорожного моста» можно проконтро-
лировать расчет продольной и поперечной клепаных балок. Типы
сечения балок, предлагаемых в задании, приведены на рис. 3.1.
При работе с LARGO вводят следующие исходные данные:
1) балка проезжей части;
2) тип балки проезжей части;
3) интенсивность постоянных нагрузок, кН/м;
4) длину панели, м;
5) размеры элементов, попадающих в сечение балки, высота
балки, см. Если горизонтальные листы отсутствуют в сечении,
размеры его не указывают (по умолчанию нули).
При этом студент, заполняя поля, предназначенные для раз-
меров сечения балки, контролирует правильность заданного се-
чения балки, так как параллельно с расстановкой размеров
сечения программным комплексом создаются все элементы
сечения в специальном окне (рис. 7.2).
Следующий этап проверки ручного расчета – геометрические
характеристики сечения: момент инерции сечения, расчетный
момент сопротивления, статический момент половины сечения
относительно нейтральной оси. При этом, если, например, мо-
мент инерции всего сечения подсчитан правильно, дополнитель-
но не требуется вводить момент инерции отдельных элементов
сечения.
42. 42
Для проверки балки по нормальным и касательным напряже-
ниям следует ввести следующие дополнительные данные:
1. Расчетное сопротивление металла, МПа. Определяют по
табл. 2.1 [2] в зависимости от вида металла, указанного в
задании.
2. Для поперечной балки дополнительно вводят расстояние
между осями главных ферм и расстояние между осями продоль-
ных балок, м.
После ввода этих данных выполняют проверку по нормаль-
ным и касательным напряжениям и переходят к расчету при-
креплений.
По аналогии с проверкой геометрических характеристик при
правильном определении класса понормальным или покасатель-
ным напряжениям промежуточныезначения неконтролируются.
Если же класс определен неверно, проверяются все промежуточ-
ные значения, в случае нахождения ошибки и после ее исправле-
ния опять контролируется класс по нормальным или по касатель-
ным напряжениям (рис. 7.3).
Рис. 7.2. Определение геометрических характеристик сечения
