Расчет необсыпного устоя железнодорожного моста
В соответствии с выбранным вариантом на устой железнодорожного моста (рис. ) опирается типовое пролетное строение со сквозными главными фермами, расчетный пролет которого составляет 55м. Временная вертикальная нагрузка – С14.
Определение усилий действующих по подошве фундамента будет определять по схеме 1 ужд согласно табл. 4.5 и табл 4.6 (учебник смирнова опоры).
Согласно этому сочетанию на устой действуют постоянные и временные нагрузки. К первым относятся собственный вес устоя, вертикальные нагрузки от веса пролетного строения с мостовым полотном и горизонтальное давление грунта насыпи подхода. К временным нагрузкам относится поездная вертикальная нагрузка, размещаемая на пролете и призме обрушения.
4.1. Постоянные нагрузки.
4.1.1. Нагрузка от собственного веса устоя.
Собственный вес устоя включает в себя:
§ Вес шкафного блока:
объем железобетона на шкафной блок;
коэффициент надежности к постоянным нагрузкам от собственного веса;
объемный вес железобетона;
§ Вес подферменной плиты:
объем железобетона на подферменную плиту;
§ Вес опорных площадок:
объем железобетона на опорные площадки;
§ Вес тела устоя:
объем железобетона на тело устоя;
§ Вес обратных стенок устоя:
объем железобетона на обратные стенки устоя;
объем железобетона на ростверк;
Расчетная вертикальная нагрузка от собственного веса устоя равна:
4.1.2.Вес пролетного строения и мостового полотна на БМП.
Нагрузка от собственного веса пролетного строения, опирающегося на опору определяется по формуле:
коэффициент надежности к постоянным нагрузкам от собственного веса;
коэффициент надежности к постоянным нагрузкам от собственного веса БМП;
объемный вес железобетона;
вес основных металлоконструкций;
масса металла ВПБ;
масса металла комплекта опорных частей;
объем железобетона плиты мостового полотна;
бъем железобетона тротуаров и убежищ.
4.1.3. Нагрузка от горизонтального давления грунта насыпи подхода.
Определение горизонтального (бокового) давления грунта на устой от собственного веса определяется согласно методике изложенной в прил. 3 СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».
Равнодействующую нормативного горизонтального (бокового) давления на опоры мостов от собственного веса насыпного грунта, а также грунта лежащего ниже естественной поверхности земли при глубине заложения подошвы фундамента 3м и менее, следует определять по формуле:
приведенная (средняя по высоте) ширина устоя в плоскости задних граней на которую распределяется горизонтальное (боковое) давление;
Для массивных (в том числе с обратными стенками) устоев, если ширина проема равна или менее двойной ширины обратной стенки , а также для сплошных (без проемов) фундаментов ширину следует принимать равной расстоянию между внешними гранями конструкций.
нормативное горизонтальное (боковое) давление грунта на уровне нижней поверхности рассматриваемого слоя, принимаемое согласно п. 2.6. СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы»:
коэффициент надежности к нагрузке от давления веса грунта на опору;
коэффициент нормативного горизонтального (бокового) давления грунта засыпки, определяется в соответствии с п. 2.6. СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы»:
нормативный угол внутреннего трения грунта при засыпке песчаным (дренирующим) грунтом;
нормативный удельный вес грунта засыпки;
высота засыпки, считая от подошвы рельсов.
Таким образом, горизонтального (бокового) давления грунта на устой от собственного веса равно:
Плечо равнодействующей от подошвы фундамента следует принимать равным:
4.2. Временные нагрузки.
4.2.1. Вертикальное давление на устой от подвижного состава, загружающего пролет.
Вертикальное давление на устой от подвижного состава, загружающего пролет, определяется по формуле:
расчетный пролет, опирающегося пролетного строения;
нормативная временная вертикальная нагрузка от железнодорожного подвижного состава, определяется по прил.5 СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» при и :
коэффициент надежности для временной подвижной нагрузки, определяемой в соответствии с п. 2.23. СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы»:
динамический коэффициент к нагрузкам от подвижного состава определяется в соответствии с п. 2.22. СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы»:
Таким образом, вертикальное давление на устой от подвижного состава, загружающего пролетное строение равно:
4.2.2. Вертикальное давление на устой от подвижного состава, загружающего призму обрушения.
Определение горизонтального (бокового) давления грунта на устой от подвижного состава определяется согласно методике изложенной в Прил. 8 СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» исходя из эпюры давления грунта, приведенной на рис. .
Для однопутного устоя железнодорожного моста составляющие горизонтального давления грунта на устой определяются по формулам:
коэффициент нормативного горизонтального (бокового) давления грунта засыпки, определяется в соответствии с п. 2.6. СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы»:
нормативный угол внутреннего трения грунта при засыпке песчаным (дренирующим) грунтом;
интенсивность временной вертикальной нагрузки распределенной на длину шпалы (2,7м):
коэффициент надежности к временной нагрузке от давления грунта от подвижного состава на призме обрушения;
длина загружения призмы обрушения, принимаемая равной половине высоты от подошвы шпал до рассматриваемого сечения устоя:
высота слоя грунта, в пределах которой площадь давления грунта на опору имеет переменную ширину:
ширина однопутного устоя;
высота слоя засыпки от подошвы рельса до рассматриваемого сечения устоя;
высота плиты БМП.
Плечи сил и , считая от рассматриваемого сечения (подошвы фундамента), определяются по формулам:
Значения коэффициентов определяются по табл. 1 прил. 8 СНиП 2.0503-84* в зависимости от значений .
Таким образом составляющие горизонтального давления грунта на устой равны:
4.3. Определение усилий в уровне подошвы фундамента.
На основе определенных нагрузок найдем значения усилий в уровне подошвы фундамента.
Вертикальные усилия в уровне подошвы фундамента с учетом коэффициентов сочетаний :
Горизонтальные усилия в уровне подошвы фундамента с учетом коэффициентов сочетаний :
Найдем положение равнодействующей сил относительно центра тяжести сечения подошвы. Для этого предварительно определим абсциссу центра тяжести сечения Х относительно точки (см. рис.). Момент сил относительно точки находим по выражению:
Временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов
6.11 Нормативную временную вертикальную нагрузку от подвижного состава железных дорог (СК) следует принимать (с учетом перспективы развития транспортных средств железных дорог) в виде объемлющих максимальных эквивалентных нагрузок v, кН/м пути, полученных от отдельных групп сосредоточенных грузов весом до 24,5К (кН) и равномерно распределенной нагрузки интенсивностью 9,81К (кН/м пути).
Показатель К обозначает класс устанавливаемой нагрузки, который принимается равным:
для капитальных сооружений — 14;
для деревянных мостов — 11.
Таблица интенсивности нормативной нагрузки v и правила загружения указанной нагрузкой линий влияния приведены в приложении К.
При этом приняты обозначения:
λ — длина загружения линии влияния, м;
α = а/λ — относительное положение вершины линии влияния;
а — проекция наименьшего расстояния от вершины до конца линии влияния, м.
Вес нагрузки, приходящийся на 1 м пути, следует принимать равным значениям v при α = а/λ = 0,5, но не более 19,62К (кН/м пути).
Временную вертикальную нагрузку от порожнего подвижного состава следует принимать равной 13,7 кН/м пути.
Нормативную нагрузку для расчета мостов и труб на путях железных дорог промышленных предприятий, где предусмотрено обращение особо тяжелого железнодорожного подвижного состава, следует принимать с учетом его веса.
В случаях, указанных ниже, нагрузку СК необходимо вводить в расчеты с коэффициентами ε ≤ 1, которые учитывают наличие в поездах только перспективных локомотивов и вагонов, а также отсутствие тяжелых транспортеров.
Нагрузку εСК необходимо принимать в расчетах:
железобетонных конструкций по раскрытию трещин, по сейсмическим нагрузкам, а также при определении прогибов пролетных строений и перемещений опор — на всех загружаемых путях; при загружениях второго и третьего путей — во всех других случаях.
Величину коэффициента ε следует определять по таблице 6.5.
| Длина загружения λ, м | Коэффициент ε |
| 5 и менее | 1,00 |
| от 10 до 25 | 0.85 |
| 50 и более | 1,00 |
| Примечания 1 Если кроме коэффициента ε в расчетах учитывают динамический коэффициент, то их произведение следует принимать не менее единицы. 2 Для промежуточных значений λ коэффициент ε следует определять по интерполяции. |
6.12 Нормативную временную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах (общего пользования, внутрихозяйственных сельскохозяйственных организаций и предприятий), на улицах и дорогах городов, поселков и сельских населенных пунктов следует принимать (с учетом перспективы):
а) от автотранспортных средств — в виде полос АК (рисунок 6.1, а), каждая из которых включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой 10К (кН) и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью v (на обе колеи) — К (кН/м), где с — длина. м, соприкасания колеса с покрытием проезжей части.
Нагрузкой АК загружаются также трамвайные пути при их расположении на необособленном полотне.
Класс нагрузки К надлежит принимать равным 14 для всех мостов и труб, кроме деревянных и расположенных в рекреационных и природоохранных зонах городов, для которых класс нагрузки следует принимать равным 11.
Для реконструируемых сооружений класс нагрузки следует принимать в задании на проектирование, но не менее 11;
б) от тяжелых одиночных нагрузок НК (рисунок 6.1, б) для мостов и труб, проектируемых:
под нагрузку А14 — в виде четырехосной тележки Н14 с нагрузкой на ось 18К (кН);
под нагрузку А11 — то же, в виде тележки H11 с нагрузкой на ось 14K (кН);
в) от подвижного состава метрополитена с каждого пути — в виде поезда расчетной длины, состоящего из четырехосных вагонов (рисунок 6.1, в) общим весом каждого загруженного вагона 588 кН. При загружении линий влияния, имеющих два или более участков одного знака, разделяющие их участки другого знака следует загружать порожними вагонами весом каждый 294 кН;
г) от трамваев (при расположении трамвайных путей на самостоятельном огражденном или обособленном полотне) с каждого пути — в виде поездов из четырехосных вагонов (рисунок 6.1, г) общим весом каждого загруженного вагона 294 кН и порожнего — 147 кН; число вагонов в поезде и расстояние между поездами должны соответствовать самому неблагоприятному загружению при следующих ограничениях: число вагонов в одном поезде — не более четырех; расстояния между крайними осями рядом расположенных поездов — не менее 8,5 м.
Загружения моста указанными нагрузками должны создавать в рассчитываемых элементах наибольшие усилия, в установленных нормами местах конструкции — максимальные перемещения (деформации). При этом для нагрузки АК во всех случаях должны быть выполнены условия:
при наличии линий влияния, имеющих три или более участков разных знаков, тележкой загружается участок, дающий для рассматриваемого знака наибольшее значение усилия (перемещения), равномерно распределенной нагрузкой (с необходимыми ее перерывами по длине) загружаются все участки, вызывающие усилие (перемещение) этого знака;
число полос нагрузки, размещаемой на мосту, не должно превышать установленного числа полос движения;
расстояния между осями смежных полос нагрузки должны быть не менее 3,0 м;
при многополосном движении в каждом направлении и отсутствии разделительной полосы на мосту ось крайней внутренней полосы нагрузки каждого направления не должна быть расположена ближе 1,5 м от осевой линии или линии, разделяющей направления движения.
При расчетах конструкций мостов по прочности и устойчивости следует рассматривать два случая воздействия нагрузки АК:
первый — предусматривающий невыгодное размещение на проезжей части (в которую не входят полосы безопасности) числа полос нагрузки, не превышающего числа полос движения;
второй — предусматривающий при незагруженных тротуарах невыгодное размещение на всей ширине ездового полотна (в которое входят полосы безопасности) двух полос нагрузки (на однополосных мостах — одной полосы нагрузки).
При этом оси крайних полос нагрузки АК должны быть расположены не ближе 1,5 м от кромки проезжей части — в первом и от ограждения ездового полотна — во втором случаях.
При расчетах конструкций на выносливость и по предельным состояниям второй группы следует рассматривать только первый случай воздействия нагрузки АК.
При определении в рассматриваемом сечении совместного воздействия нескольких силовых факторов допускается для каждого фактора нагрузку АК устанавливать в самое неблагоприятное положение.
Мосты под пути метрополитена (несовмещенные) при расчетах по предельным состояниям первой группы должны быть проверены на загружение одного из путей поездом, не создающим динамического воздействия, но имеющим длину, превышающую (до 2 раз) длину расчетного поезда. При этом на двухпутных мостах второй путь должен быть загружен поездом расчетной длины.
Тяжелую одиночную нагрузку НК следует располагать вдоль направления движения на любом участке проезжей части моста (в которую не входят полосы безопасности). Ось нагрузки НК должна быть расположена не ближе 1,75 м от кромки проезжей части. Также следует проводить проверку на воздействие сдвоенных нагрузок НК, устанавливаемых на расстоянии 12 м (между последней осью первой и передней осью второй нагрузки), с учетом понижающего коэффициента 0,75.
1 Если на мосту предусмотрена разделительная полоса шириной 3 м и более без ограждений, то при загружении моста временными вертикальными нагрузками следует учитывать возможность использования в перспективе разделительной полосы для движения.
2 Нагрузку НК не учитывают совместно с временной нагрузкой на тротуарах, с сейсмическими нагрузками, а также при расчетах конструкций на выносливость. При расчетах по второму предельному состоянию нагрузка НК принимается с коэффициентом 0,8.
3 При загружении трамвайных путей временной нагрузкой от автотранспортных средств (6.12, а) оси полос нагрузки АК следует совмещать с осями трамвайных путей.
4 Распределение давления в пределах толщины одежды проезжей части следует принимать под углом 45°.
а — автомобильная, нагрузка АК в виде полосы равномерно распределенной нагрузки интенсивностью v и одиночной тележки; б — тяжелая одиночная нагрузка НК; в — поезд метрополитена; г — поезд трамвая
Рисунок 6.1 — Схемы нагрузок от подвижного состава для расчета автодорожных и городских мостов
6.13 Нормативную вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах промышленных предприятий, где предусмотрено обращение автомобилей особо большой грузоподъемности и на которые не распространяются ограничения весовых и габаритных параметров автотранспортных средств общего назначения, следует принимать в виде колонн двухосных автомобилей АБ с параметрами, приведенными в таблице 6.6.
При проектировании следует рассматривать случаи:
а) по мосту движутся колонны автомобилей, создающие динамическое воздействие;
б) на мосту имеет место вынужденная остановка расчетных автомобилей (динамическое воздействие не возникает).
В случае «а» расстояние между задней и передней осями соседних автомобилей в каждой колонне не должно быть менее, м:
20 — для нагрузок АБ-51 и АБ-74;
26 — для нагрузки АБ-151.
По ширине моста колонны, число которых не должно превышать числа полос движения, следует устанавливать в самое невыгодное положение с соблюдением расстояний, указанных в таблице 6.7.
| Параметр | Нагрузки | ||
| АБ-51 | АБ-74 | АБ-151 | |
| Нагрузка на ось груженого автомобиля, кН: | |||
| заднюю | |||
| переднюю | |||
| Расстояние между осями (база) автомобиля, м | 3,5 | 4,2 | 4,5 |
| Габарит по ширине (по колесам задней оси), м | 3,5 | 3,8 | 5,4 |
| Ширина колеи, м. колес: | |||
| задних | 2,4 | 2,5 | 3,75 |
| передних | 2,8 | 2,8 | 4,1 |
| Размер площадки контакта задних колес с покрытием проезжей части, м: | |||
| по длине | 0,4 | 0,45 | 0,80 |
| по ширине | 1,1 | 1,30 | 1,65 |
| Диаметр колеса, м | 1,5 | 1,8 | 2,5 |
В случае «б» мост загружается одной колонной, имеющей не более трех автомобилей. Расстояние между задними и передними осями автомобилей должно быть не менее 8 м — для нагрузок АБ-51 и АБ-74 и не менее 10 м — для нагрузки АБ-151. На остальных полосах устанавливается не более одного автомобиля. По ширине моста колонна и одиночный автомобиль устанавливаются в наиболее невыгодное положение с соблюдением расстояний, указанных в таблице 6.7.
| Расстояние по ширине моста | Наименьший размер, м, для нагрузок | ||
| АБ-51 | АБ-74 | АБ-151 | |
| От ограждения до края заднего колеса автомобиля: | |||
| движущегося | 1,0 | 1,2 | 1,6 |
| стоящего | Вплотную | ||
| Между краями задних колес соседних автомобилей: | |||
| движущихся | 1,9 | 2,0 | 2,5 |
| стоящих | 0,5 | 0,7 | 1,0 |
Эквивалентные нагрузки для треугольных линий влияния от одиночных автомобилей нагрузки АБ, а также от стоящих и движущихся колонн этих автомобилей (при установленных минимальных расстояниях между автомобилями) приведены в приложении Л.
Примечание — Мосты и трубы, расположенные на дорогах промышленных предприятий, где обращаются автомобили с расчетной шириной свыше 2,5 м, а давление задней тележки менее 196 кН, следует проектировать на нагрузки А14 и H14.
6.14 Во всех расчетах для элементов или отдельных конструкций мостов, воспринимающих временную нагрузку с нескольких путей или полос движения, нагрузку от подвижного состава с одного пути или полосы движения (где нагрузка приводит к самым неблагоприятным результатам) следует принимать с коэффициентом s1 = 1,0.
С остальных путей (полос) нагрузки принимают с коэффициентами полосности s2 равными для:
а) нагрузки εСК (одновременно загружается не более трех путей):
1,0 — при длине загружения 15 м и менее;
0,7 — при длине загружения 25 м и более;
для промежуточных значений длин — по интерполяции;
б) нагрузки АК (для тележек и равномерно распределенной нагрузки) — 0,6;
в) нагрузки АБ — 0,7;
г) поездов метрополитена и трамвая — 1,0.
6.15 При одновременном загружении полос автомобильного движения (совместно с тротуарами) и рельсовых путей (железных дорог, метрополитена или трамвая) временную вертикальную нагрузку, которая оказывает меньшее воздействие (как вертикальное, так и горизонтальное), следует вводить в расчет с дополнительным коэффициентом s2 определяемым по формулам:
при одновременном загружении железнодорожных путей и полос автомобильного движения
| s2 = 1 — 0,010 λ, но не менее 0,80; | (6.5) |
то же, путей метрополитена или трамвая и полос автомобильного движения
| s2 = 1 — 0,002 λ, но не менее 0,80, | (6.6) |
где λ — длина загружения пролетного строения нагрузкой, оказывающей меньшее воздействие, м.
6.16 Нормативное горизонтальное (боковое) давление грунта на устои мостов (и промежуточные опоры, если они расположены внутри конусов) от подвижного состава, находящегося на призме обрушения, следует принимать с учетом распространения нагрузки в грунте ниже подошвы рельса или верха дорожного покрытия под углом к вертикали arctg 1/2 и определять согласно приложению М.
Примечание — Совместно с сейсмическим воздействием горизонтальное (боковое) давление грунта на устои от подвижного состава, находящегося на призме обрушения, не учитывается.
6.17 Нормативное давление грунта от подвижного состава на звенья (секции) труб, кПа, на соответствующую проекцию внешнего контура трубы следует определять с учетом распределения давления нагрузки в грунте по формулам:
а) вертикальное давление:
от подвижного состава железных дорог
от транспортных средств автомобильных и городских дорог (кроме нагрузки АК, на которую расчет не производится), а также дорог промышленных предприятий с обращением автомобилей АБ
б) горизонтальное давление
| ρh = ρv τn, | (6.9) |
где v — интенсивность временной вертикальной нагрузки от подвижного состава железных дорог, принимаемая по таблице К.1 приложения К для длины загружения λ = d + h и положения вершины линии влияния α = 0,5, но не более 19,6К, кН/м;
d — диаметр (ширина) звена (секции) по внешнему контуру, м;
h — расстояние от подошвы рельса или верха дорожного покрытия до верха звена при определении вертикального давления или до рассматриваемого горизонта при определении горизонтального (бокового) давления, м;
τn — коэффициент, определяемый по формуле (6.4);
Ψ — линейная нагрузка, кН/м, определяемая по таблице 6.8;
a0 — длина участка распределения, м, определяемая по таблице 6.8.
| Параметр | Для нагрузок | ||||||
| Н11 | Н14 | АБ-51 | АБ-74 | АБ-151 | |||
| при высоте засыпки * | |||||||
| 1 и более | 1 и более | 1,3 и более | менее 1,3 | 1,9 и более | менее 1,9 | 3 и более | менее 3 |
| Ψ а0 | -0,3 | -0,15 | |||||
| * В случаях когда высота засыпки менее 1 м при нагрузках Н11 и Н14, величину давления на рассматриваемую часть трубы следует определять с учетом распределения давления в грунте под углом к вертикали arctg 1/2. |
6.18 Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от центробежной силы для мостов, расположенных на кривых, следует принимать с каждого пути или полосы движения в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью vh или сосредоточенной одиночной силы Fh. Значения vh и Fh необходимо принимать:
а) от подвижного состава на мостах железных дорог общей сети:
под нагрузку С14 –
под нагрузку С11 –
где r — радиус кривой, м;
v — вес подвижного состава, кН/м пути, принимаемый в соответствии с 6.11;
б) от подвижного состава на мостах железных дорог промышленных предприятий по формуле
где vt — наибольшая скорость, установленная для движения поездов на кривых данного радиуса, км/ч;
в) от поездов метрополитена и трамвая — по формуле
где u — величина, равная:
для поездов метрополитена — 0,241 (кН·ч 2 /км 2 );
для поездов трамвая — 0,143 (кН·ч 2 /км 2 );
г) от автомобильной нагрузки АК для всех мостов при радиусах кривых:
250 м и менее — по формуле
свыше 250 до 600 м — по формуле
где Р — сила, равная 4,5 кН;
М — момент, равный 1100 кН·м.
При радиусах более 600 м vh не учитывают; во всех случаях величина vh должна быть не менее (кН/м) и не более 0,5К (кН/м); г
д) от нагрузки АБ для мостов на дорогах промышленных предприятий при радиусах кривых 400 м и менее (при расположении мостов на кривых большего радиуса нагрузку от центробежной силы в расчетах не учитывают) — по формуле
где G — вес одного автомобиля (сумма нагрузок на переднюю и заднюю оси), определяемый по таблице 6.6.
При многопутном (многополосном) движении нагрузки vh и Fh учитывают с коэффициентами s1 в соответствии с 6.14, при этом нагрузки vh со всех полос движения (кроме одной), загружаемых автомобильной нагрузкой АК, принимают с коэффициентом s1 = 0,6.
Высоту приложения нагрузок vh и Fh (от головки рельса или верха покрытия проезжей части) следует принимать, м:
2,2 — для подвижного состава железных дорог;
2,0 — для вагонов метрополитена и трамвая;
1,5 — для транспортных средств нагрузки АК;
2,2; 2,5 и 3,1 — для нагрузок соответственно АБ-51, АБ-74 и АБ-151.
Примечание — Центробежные силы от нагрузки Н14 при расчете мостов учитывать не следует.
6.19 Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов подвижного состава независимо от числа путей или полос движения на мосту следует принимать:
а) от подвижного состава рельсовых дорог — в виде равномерно распределенной нагрузки, приложенной в уровне верха головки рельса и равной:
для поездов железных дорог — 0,59К (кН/м);
для поездов метрополитена — 1,96 (кН/м);
для поездов трамвая — 1,47 (кН/м),
где К — класс нагрузки СК;
б) наибольшее из воздействий от автомобильной нагрузки АК — в виде равномерно распределенной нагрузки, равной 0,39К (кН/м), или сосредоточенной силы, равной 5,9К (кН), приложенной в уровне верха покрытия проезжей части, где К — класс нагрузки АК;
в) от нагрузки АБ — в виде сосредоточенной силы, приложенной к пролетному строению в уровне верха проезжей части или к ограждению проезжей части и равной 0,2G, где G — вес одного автомобиля (сумма нагрузок на переднюю и заднюю оси), определяемый по таблице 6.6.
При расчете элементов ограждений проезжей части, а также их прикреплений горизонтальные нагрузки следует принимать:
а) в автодорожных и городских мостах:
для сплошных жестких железобетонных парапетных ограждений — в виде поперечной нагрузки 11,8К (кН), распределенной по длине 1 м и приложенной к ограждению на уровне 2/3 высоты ограждения (от поверхности проезда);
для бордюров — в виде поперечной нагрузки 5,9К (кН), распределенной по длине 0,5 м и приложенной в уровне верха бордюра;
для консольных стоек полужестких металлических барьерных ограждений (при расстоянии между стойками от 2,5 до 3,0 м) — в виде сосредоточенных сил, действующих одновременно в уровне направляющих планок и равных:
поперек проезда — 4,41К (кН);
вдоль проезда — 2,45К (кН),
где К — класс нагрузки АК.
Для металлических барьерных ограждений при непрерывных направляющих планках нагрузку, действующую вдоль моста, допускается распределять на четыре расположенные рядом стойки.
Элементы металлических ограждений барьерного типа, выполняемые в соответствии с ГОСТ 26804 (группы 11 МО и 11 МД), на воздействие горизонтальных нагрузок не рассчитываются.
Крепление узла анкеровки болтов стоек барьерного ограждения должно быть отдельно проверено на действие:
горизонтального усилия, отвечающего срезу четырех болтов прикрепления;
момента, возникающего от усилия, соответствующего разрыву двух рядом расположенных болтов относительно противоположного ребра.
Поперечные нагрузки от ударов машин Н14 не учитывают;
б) в мостах на дорогах промышленных предприятий (под нагрузки АБ) — в виде равномерного давления (от указанной в «в» сосредоточенной силы 0,2G), приложенного к верхней части ограждения (парапета или бордюра) на площадках, имеющих размеры по высоте и длине соответственно для нагрузок, см:
Примечание — Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов подвижного состава для мостов на железных дорогах промышленных предприятий в случаях, когда максимальная скорость движения ограничена до 40 км/ч, допускается принимать равной 0,3К (кН/м), а при скоростях движения 80 км/ч и больших — в размерах, предусмотренных для железных дорог общей сети (смотреть 6.19, а).
6.20 Нормативную горизонтальную продольную нагрузку от торможения или сил тяги подвижного состава следует принимать равной:
а) при расчете элементов пролетных строений и опор мостов — % к весу нормативной временной вертикальной подвижной нагрузки:
от железнодорожной нагрузки СК, поездов метрополитена и трамвая — 10;
от равномерно распределенной части нагрузки АК (вес тележек не учитывается) — 50, но не менее 7,8К (кН) и не более 24,5К (кН) с каждой полосы загружения (с умножением на коэффициент полосности s2 по 6.14, б);
от нагрузок АБ-51 и АБ-74 (к весу одного автомобиля) — от 45 (при λ ≤ 20 м) до 60 (при λ ≥ 60 м);
от нагрузки АБ-151 (к весу одного автомобиля) — от 30 (при λ ≤ 25 м) до 40 (при λ ≥ 60 м);
для промежуточных значений λ величина нагрузки устанавливается по интерполяции;
б) при расчете деформационных швов автодорожных мостов на дорогах:
I-III, I-в, I-к, II-к, II-в, III-в, III-к, IV-в, IV-к категорий и городских мостов — 6,86К (кН);
IV и V категорий, а также внутрихозяйственных — 4,9К (кН);
промышленных предприятий под нагрузку АБ — 50 % к весу расчетного автомобиля.
При расчетах в случае «а» высоту приложения горизонтальных продольных нагрузок следует принимать в соответствии с 6.18.
Горизонтальную продольную нагрузку при расчете деформационных швов следует прикладывать в уровне проезда и принимать в виде двух равных сил, удаленных одна от другой на 1,9 м для нагрузки АК и на ширину колеи задних колес для нагрузки АБ, по таблице 6.6.
Продольную нагрузку следует принимать:
при двух железнодорожных путях — с одного пути, а при трех путях и более — с двух путей;
при любом числе полос автомобильного движения на мосту — со всех полос одного направления, а если в перспективе предусматривается перевод движения на одностороннее — со всех полос движения.
Во всех случаях необходимо учитывать коэффициент s1 согласно требованиям 6.14.
От транспортных средств, находящихся на призме обрушения грунта у устоев, продольная нагрузка не учитывается.
В мостах с балочными пролетными строениями продольную нагрузку допускается прикладывать в уровне:
проезжей части — при расчете устоев;
центров опорных частей — при расчете промежуточных опор, при этом разрешается не учитывать влияние моментов от переноса нагрузки.
Продольное усилие от торможения или силы тяги, передаваемое на неподвижные опорные части, следует принимать в размере 100 % полного продольного усилия, действующего на пролетное строение. При этом не следует учитывать продольное усилие от установленных на той же опоре подвижных опорных частей соседнего пролета, кроме случая расположения в разрезных пролетных строениях неподвижных опорных частей со стороны меньшего из примыкающих к опоре пролета. Усилие на опору в указанном случае надлежит принимать равным сумме продольных усилий, передаваемых через опорные части обоих пролетов, но не более усилия, передаваемого со стороны большего пролета при неподвижном его опирании.
Усилие, передающееся на опору с неподвижных опорных частей неразрезных и температурно-неразрезных пролетных строений, в обоснованных расчетом случаях допускается принимать равным полной продольной нагрузке с пролетного строения за вычетом сил трения в подвижных опорных частях при минимальных коэффициентах трения, но не менее величины, приходящейся на опору при распределении полного продольного усилия между всеми промежуточными опорами пропорционально их жесткости.
Для железнодорожных мостов при определении продольной горизонтальной нагрузки от торможения или сил тяги в случаях применения деревянных опор, а также гибких (из отдельных стоек) стальных и железобетонных опор интенсивность временной подвижной вертикальной нагрузки v допускается принимать равной 9,81К (кН/м).
Примечание — При проектировании в железнодорожных мостах устройств, предназначенных для восприятия продольных нагрузок, следует учитывать полную силу тяги в виде распределенной нагрузки, составляющей к весу нагрузки, %:
при длине загружения 40 м и менее — 25;
то же, 100 м и более — 10;
при промежуточных значениях — по интерполяции.
6.21 Нормативную временную нагрузку для пешеходных мостов и тротуаров (служебных проходов) следует принимать в виде:
1) вертикальной равномерно распределенной нагрузки:
а) на пешеходные мосты — 4,0 кПа;
б) на тротуары автодорожных мостов — при отсутствии нагрузки АК — 4,0 кПа, при учете совместно с нагрузкой АК — 2,0 кПа;
2) равномерно распределенной нагрузки, учитываемой при отсутствии других нагрузок:
а) вертикальной — при расчете только элементов тротуаров железнодорожных мостов и мостов метрополитена с устройством пути на балласте — 10,0 кПа, при расчете элементов тротуаров на прочих мостах — 4,0 кПа;
б) вертикальной и горизонтальной — при расчете перил городских мостов — 1,0 кН/м;
3) сосредоточенных давлений, учитываемых при отсутствии других нагрузок:
а) вертикального — при расчете элементов тротуаров городских мостов — 10,0 кН с площадкой распределения от колеса автомобиля 0,015 м 2 (0,15·0,10 м), прочих мостов — 3,4 кН;
б) вертикального или горизонтального при расчете перил мостов — 1,27 кН.
При расчете элементов тротуаров (служебных проходов) мостов на внутрихозяйственных дорогах равномерно распределенная нагрузка принимается равной 2,0 кПа. При расчете основных несущих конструкций мостов указанная нагрузка на тротуары не учитывается.
При расчете элементов тротуаров необходимо учитывать также нагрузки от приспособлений, предназначенных для осмотра конструкций моста.
6.22 Динамические коэффициенты 1 + μ к нагрузкам от подвижного состава железных, автомобильных и городских дорог следует принимать равными:
1) к вертикальным нагрузкам СК и εСК, а также к нагрузкам от поездов метрополитена и трамвая:
а) для элементов стальных и сталежелезобетонных пролетных строений, а также элементов стальных опор:
железнодорожных мостов и обособленных мостов под пути метрополитена и трамвая всех систем (кроме основных элементов главных ферм неразрезных пролетных строений) независимо от рода езды (на балласте или поперечинах)
но не менее 1,15;
основных элементов главных ферм железнодорожных мостов с неразрезными пролетными строениями и совмещенных мостов всех систем под железнодорожную нагрузку (включая поезда метрополитена)
но не менее 1,15 для железнодорожных и 1,10 для совмещенных мостов;
б) для железобетонных балочных пролетных строений, рамных конструкций (в том числе для сквозных надарочных строений), а также для железобетонных сквозных, тонкостенных и стоечных опор:
железнодорожных и других мостов под рельсовые пути
но не менее 1,15;
совмещенных мостов — по формуле (6.21), но не менее 1,10;
в) для железобетонных звеньев труб и подземных пешеходных переходов:
на железных дорогах и путях метрополитена при общей толщине балласта с засыпкой (считая от подошвы рельса):
0,40 м и менее — по формуле (6.19);
1,00 м и более — 1 + μ = 1,00;
для промежуточных значений толщины — по интерполяции;
г) для железобетонных и бетонных арок со сплошным надсводным строением, для бетонных опор и звеньев труб, грунтовых оснований и всех фундаментов
д) для арок и сводов арочных железобетонных пролетных строений со сквозной надарочной конструкцией железнодорожных мостов
где f — стрела арки;
l — пролет арки;
ж) для деревянных конструкций железнодорожных мостов
для элементов
для сопряжений
2) к автомобильным нагрузкам АК и НК:
а) к тележкам нагрузки АК для расчета элементов проезжей части — 1,4;
к тележкам нагрузки АК для расчета элементов стальных и сталежелезобетонных мостов — 1,4;
то же, железобетонных мостов — 1,3;
то же, деревянных мостов — 1,0;
к равномерно распределенной нагрузке АК — 1,0;
к нагрузке НК — 1,0;
(Поправка. Июнь 2011 г.)
б) для элементов деформационных швов, расположенных в уровне проезжей части автодорожных и городских мостов, и их анкеровки (к возможным вертикальным и горизонтальным усилиям):
в) для железобетонных звеньев труб и подземных пешеходных переходов на автомобильных дорогах
3) к временной вертикальной нагрузке АБ:
а) для элементов стальных и сталежелезобетонных пролетных строений, а также элементов стальных опор
но не менее 1,00;
б) для железобетонных балочных пролетных строений, железобетонных сквозных, тонкостенных и стоечных опор, а также звеньев труб при отсутствии засыпки под дорожной одеждой
но не менее 1,00;
в) для бетонных опор и звеньев труб, грунтовых оснований и всех фундаментов, а при общей толщине засыпки (включая толщину дорожной одежды) не менее 1,0 м — для железобетонных звеньев труб и не менее 0,5 м — для других элементов, перечисленных выше в «б»
при толщине засыпки (включая толщину дорожной одежды), менее указанной в «в», значения динамических коэффициентов, перечисленных в «б», принимаются по интерполяции между значениями, принимаемыми по «б» и «в»;
г) для деревянных конструкций:
для элементов
для сопряжений
Для колонны автомобилей нагрузки АБ — при расчетах на случай согласно 6.13, б
4) к вертикальным подвижным нагрузкам для пешеходных мостов и к нагрузкам на тротуарах
5) к временным горизонтальным нагрузкам и давлению грунта на опоры от транспортных средств железных и автомобильных дорог
Значения λ (длина загружения) в формулах следует принимать равными:
а) для основных элементов главных ферм (разрезных балок, арок, рам), а также для продольных и поперечных балок при загружении той части линии влияния, которая определяет их участие в работе главных ферм, — длине пролета, если эта длина больше длины линии влияния;
6) для основных элементов главных ферм неразрезных систем — сумме длин загружаемых участков линий влияния (вместе с разделяющими их участками);
в) при расчете на местную нагрузку (при загружении той части линии влияния, которая учитывает воздействие местной нагрузки):
продольных балок и продольных ребер ортотропных плит — длине их пролета;
поперечных балок и поперечных ребер ортотропных плит — суммарной длине продольных балок в примыкающих панелях;
подвесок, стоек и других элементов, работающих только на местную нагрузку, — длине загружения линий влияния;
плит балластового корыта (поперек пути) — условно равной нулю;
железобетонных плит железнодорожного проезда, укладываемых по металлическим балкам, при расчете плиты поперек пути — ширине плиты, при расчете вдоль пути — длине панели продольной балки;
железобетонных плит автодорожного проезда, укладываемых по металлическим балкам, при расчете плит поперек моста — расстоянию между балками, на которые опирается плита;
г) при загружении линий влияния, учитывающих одновременно основную и местные нагрузки, — раздельно для каждой из этих нагрузок;
д) для элементов опор всех типов — равной длине загружения линии влияния опорной реакции, определяемой как сумма длин загружаемых участков (вместе с разделяющими их участками);
е) для звеньев труб и подземных пешеходных переходов — равной ширине звена.
Примечание — В случаях когда на железных дорогах промышленных предприятий установленная максимальная скорость движения по мосту ограничена (vt < 80 км/ч), расчетную величину динамического коэффициента допускается уменьшать, умножая соответствующую динамическую добавку μ на отношение vt/80, при этом динамический коэффициент следует принимать не менее 1,10.
6.23 Коэффициенты надежности по нагрузке γf к временным нагрузкам и воздействиям, приведенным в 6.11 — 6.21, следует принимать равными:
а) для железнодорожных нагрузок СК и εСК — по таблице 6.9;
| Воздействие | Коэффициент надежности по нагрузке γf при расчете | |||
| конструкций мостов в зависимости от длины загружения λ * , м | звеньев труб | |||
| 150 и более | ||||
| Вертикальное Горизонтальное | 1,30 1,20 | 1,15 1,10 | 1,10 1,10 | 1,30 1,20 |
| Давление грунта от подвижного состава на призме обрушения | 1,20 независимо от длины загружения | — | ||
| * Здесь λ — длина загружения линии влияния за вычетом длины участков, загруженных порожним составом (при γf = 1); для промежуточных значений λ следует принимать по интерполяции. |
б) для нагрузки от автотранспортных средств АК и НК — по таблице 6.10;
в) к нагрузкам от подвижного состава метрополитена и трамвая — по формуле
где λ — длина загружения, м, принимаемая по таблице 6.9;
г) к распределенным нагрузкам для пешеходных мостов и тротуаров при расчете:
элементов пешеходных мостов и тротуаров (кроме тротуаров на мостах внутрихозяйственных дорог и служебных проходов), а также перил городских мостов — 1,40;
пролетного строения и опор при учете совместно с другими нагрузками — 1,20;
тротуаров на мостах внутрихозяйственных дорог и служебных проходов на мостах дорог всех категорий — 1,10;
д) к распределенным и сосредоточенным горизонтальным нагрузкам на ограждения проезжей части, а также к сосредоточенным давлениям на тротуары и перила — 1,00;
е) к автомобильным нагрузкам АБ и их воздействиям — в зависимости от удельного веса породы γv b, для перевозки которой строится дорога:
Сравнительный анализ моделей железнодорожных нагрузок С14 и lm71 для балочных мостов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Артемов В. Е., Распопов А. С.
Цель. В статье выполнен анализ железнодорожной нагрузки LM71 с целью ее применения в национальных проектах балочных железнодорожных мостов . Целью исследования является гармонизация национальных норм проектирования искусственных сооружений с европейскими стандартами (Еврокодами). Методика. В работе используются аналитические методы расчета мостов (методика линий влияния), матричный анализ и компьютерное программирование. Результаты. Параметры напряженно-деформированного состояния балочных железнодорожных мостов под воздействием нагрузок С14 и LM71 имеют определенные отличия. Степень этих отличий зависит от длины и материала пролетных строений, а также от особенностей определения динамических коэффициентов . Полученные в работе зависимости следует учитывать при использовании национальных норм проектирования и гармонизированных с Еврокодами стандартов. В дальнейших исследованиях планируется определить соотношения между нагрузкой С14 и моделями SW, HSLM с учетом различных динамических эффектов и скорости движения поездов. Научная новизна. Представленные в работе результаты, в частности параметры напряженно-деформированного состояния пролетного строения моста с учетом соответствующих динамических коэффициентов , получены впервые. Практическая значимость. Результаты исследования использованы при разработке Национального приложения к Национальному стандарту Украины ДСТУ-Н Б EN 1991-
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Артемов В. Е., Распопов А. С.
COMPARATIVE ANALYSIS OF MODELS OF RAILWAY LOADS C14 AND LM71 FOR GIRDER BRIDGES
Purpose. The article analyzes the railway load LM71 for the purpose of its application in national design projects of the railway girder bridges. Purpose of the article is harmonization of national design codes of enginnering structures with the European standards (Eurocodes). Methodology. Analytical calculation methods (influence lines), the matrix analysis and computer programming are used in the article. Findings. Deflected mode parameters of the railway bridges under the influence of loads C14 and LM71 have certain differences. The extent of these differences depends on length, material of drift structures and also on dynamic coefficients. These dependences should be considered in national design codes and in harmonized with Eurocodes standards. In the further researches relationships between load C14 and models SW, HSLM taking into account various dynamic effects and trains speed is planned to determine. Originality. The presented results, in particular deflected mode parameters (including loads with dynamic coefficients), obtained for the first time. Practical value. Results of research are used in National Annex to the National Standard of Ukraine NSTU-N EN 1991-2:2010. Eurocode 1. Actions on structures. Part 2. Traffic loads on bridges (EN 1991-2:2003).
Текст научной работы на тему «Сравнительный анализ моделей железнодорожных нагрузок С14 и lm71 для балочных мостов»
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
В. Е. АРТЕМОВ1*, А. С. РАСПОПОВ2*
1 Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (050) 457 68 19, эл. почта v.artomov@gmail.com 2*Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (0562) 47 19 88, эл. почта raspopov@rr.diit.edu.ua
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАГРУЗОК С14 И ЬМ71 ДЛЯ БАЛОЧНЫХ МОСТОВ
Цель. В статье выполнен анализ железнодорожной нагрузки ЬМ71 с целью ее применения в национальных проектах балочных железнодорожных мостов. Целью исследования является гармонизация национальных норм проектирования искусственных сооружений с европейскими стандартами (Еврокодами). Методика. В работе используются аналитические методы расчета мостов (методика линий влияния), матричный анализ и компьютерное программирование. Результаты. Параметры напряженно-деформированного состояния балочных железнодорожных мостов под воздействием нагрузок С14 и ЬМ71 имеют определенные отличия. Степень этих отличий зависит от длины и материала пролетных строений, а также от особенностей определения динамических коэффициентов. Полученные в работе зависимости следует учитывать при использовании национальных норм проектирования и гармонизированных с Еврокодами стандартов. В дальнейших исследованиях планируется определить соотношения между нагрузкой С14 и моделями ЖЬМ с учетом различных динамических эффектов и скорости движения поездов. Научная новизна. Представленные в работе результаты, в частности параметры напряженно-деформированного состояния пролетного строения моста с учетом соответствующих динамических коэффициентов, получены впервые. Практическая значимость. Результаты исследования использованы при разработке Национального приложения к Национальному стандарту Украины ДСТУ-Н Б БМ 19912:2010. Еврокод 1.Часть 2. «Подвижные нагрузки на мосты» (БМ 1991-2:2003).
Ключевые слова: железнодорожные мосты; балочные мосты; железнодорожная нагрузка; динамический коэффициент; национальные стандарты Украины; санитарные нормы и правила; ГОСТ; СНиП
Развитие национальной нормативной базы Украины неразрывно связано с евроинтеграци-онными процессами, в том числе с внедрением европейских норм проектирования — Евроко-дов. Еврокоды представляют собой своды правил, сочетающие опыт проектирования строительных конструкций, зданий и сооружений многих стран Европы (Англии, Германии, Франции и др.). На данный момент в Украине проектирование строительных конструкций допустимо вести по одной из двух альтернативных схем — на основе национальной базы
нормативных документов (например [2]) и на основе гармонизированных с Еврокодами стандартов [4, 5, 6].
Отметим, что в СНГ национальные нормы проектирования мостов [2, 8] по большей части основаны на СНиП 2.05.03-84* [9] и существенно отличаются от европейских. Процесс гармонизации стандартов состоит не только в их языковой адаптации, но также в учете различных параметров и факторов, специфических для данной территории: геологических, гидро© В. Е. Артемов, А. С. Распопов, 2014
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
логических, погодных условии, эксплуатируемой техники, оборудования, строительных материалов и пр. Применительно к железнодорожным мостам, одним из ключевых вопросов внедрения Еврокодов в Украине является вопрос учета железнодорожных нагрузок, обращающихся на железных дорогах с шириной колеи 1 520 мм.
Целью данной работы является сравнение параметров напряженно-деформированного состояния, которые возникают в элементах мостовых конструкций, от воздействия нагрузок по схемам ЬМ71 [5] и С14 [2, 9].
Документ [5] регламентирует определение железнодорожной нагрузки со стандартной и широкой колеей европейских магистралей, кроме узкоколейных дорог, линий трамвая, горных зубчатых фуникулеров. В разделе 6 [5] указано, что в общем случае при проектировании железнодорожных мостов следует учитывать не только весовые характеристики подвижного состава, но также его динамику, центробежные силы, удары колес, тяговые и тормозные усилия, аэродинамические эффекты. Всего в Еврокоде 1991-2 представлены четыре модели железнодорожных нагрузок: ЬМ71, порожний поезд, И8ЬМ. Железнодорожная нагрузка ЬМ71 моделирует воздействие нормального железнодорожного транспорта на мосты при движении по магистральным линиям. Эта нагрузка является статической и представляет собой комбинацию равномерно распределенной нагрузки интенсивностью = 80 кН/м и четырех сосредоточенных сил Qvk = 250 кН (рис. 1). В терминологии Еврокодов эти нормативные значения имеют название «характеристических».
Qvk Qvk Qvk Qyk
Рис. 1. Модель железнодорожной нагрузки ЬМ71 (Еврокод 1)
Длина равномерно распределенной нагрузки принимается в зависимости от длины загружаемой конструкции для достижения наиболее неблагоприятного воздействия на сооружение. Следуя [5], динамическое воздействие подвиж-
ного состава учитывается динамическим коэффициентом (фактором) Ф. Предполагается, что коэффициент Ф учитывает динамическое увеличение напряжений и амплитуд колебаний конструкции, но не учитывает явления резонанса. Непосредственно в расчетах динамический коэффициент учитывается в виде коэффициента Ф2 или Ф3, в зависимости от технического состояния железнодорожных путей, по которым предполагается движение поездов:
0,82; 1,00 <Ф 2 1,67;
где ЬФ — расчетная длина конструктивного элемента, м.
Коэффициент Ф2 (1) используется в расчетах, если техническое обслуживание железнодорожного пути проводится достаточно часто и качественно. При обычном качестве эксплуатации в расчет вводится коэффициент Ф3. Отметим, что в нормах СНГ [2, 5, 7] динамический коэффициент зависит от типа и материала проектируемой конструкции. Так, для балочных железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов динамический коэффициент определяется по формуле
где X — длина загружения линии влияния временной нагрузкой, м.
Проанализируем значения динамических коэффициентов по нормам [2, 5, 8]. Как видно из рис. 2, значения динамических коэффициентов 1 + р для пролетных строений длиной до 9 м (как правило, плитных) примерно в 1,1.. .1,4 раза ниже соответствующих значений Ф. Для пролетных строений длиной 9.18 м (как плитных, так и балочных) коэффициент 1 + р выше коэффициента Ф для случая обычного обслуживания железнодорожного пути. В случае более качественного обслуживания пути коэффициент Ф превышает 1 + р примерно в 1,1 раза для пролетных строений длиной 9 м и почти экспоненциально приближается к значению 1 + р до расчетной длины 18 м. Для пролетных строе-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
ний длиной 18. 33 м динамический коэффициент 1 + ц во всех случаях превышает Ф в 1,1.1,3 раза.
мент начала движения, правая часть равномерно распределенной нагрузки загрузит весь пролет, а далее на мосту последовательно будут появляться сосредоточенные силы Qvk и вторая часть распределенной нагрузки (рис. 3).
Рис. 2. Графики динамических коэффициентов Ф, 1 + ц в зависимости от расчетной длины I
Кроме динамического коэффициента, европейские нормы проектирования мостов [5] регламентируют также вводить в расчет коэффициент а (меньше или больше единицы), с помощью которого осуществляется переход от «характеристической» нагрузки к «классифицированной»:
а = 0,75; 0,83; 0,91; 1,00; 1,21; 1,33; 1,46 . (3)
Также в документе [5] указывается, что для международных железнодорожных линий, согласно Национальному приложению, рекомендуется принимать а> 1. С целью определения величины а для железных дорог Украины, проведем серию тестовых расчетов по определению параметров напряженно-деформированного состояния балочных пролетных строений железнодорожных мостов.
Рис. 4. Графики максимальных изгибающих моментов в пролетных строениях длиной 6, 12, 18, 24, 27, 33 м от нагрузки ЬМ71
На рис. 4 показаны кривые, отражающие изменения изгибающего момента в сечениях разрезных пролетных строений разной длины от нагрузки ЬМ71. Применяя к полученным кривым функцию поиска максимума, получим кривую максимальных изгибающих моментов для всего диапазона рассматриваемых длин пролетных строений, которую также сравним с аналогичной кривой от нагрузки С14 (рис. 5).
Рис. 3. К определению изгибающего момента от нагрузки ЬМ71
Модель ЬМ71 предполагает больше вариантов и комбинаций расположения нагрузки на пролетном строении моста, чем модель С14.
Рассмотрим процесс движения нагрузки ЬМ71 по пролетному строению моста. В мо-
Рис. 5. Максимальные изгибающие моменты в пролетных строениях длиной 0.33 м от нагрузок С14, ЬМ71
Как видно из рис. 5, железнодорожная нагрузка С14 приводит к появлению в расчетной схеме изгибающих моментов, превышающих моменты от нагрузки ЬМ71 примерно в 1,5 раза (пунктирная кривая соответствует коэффициенту а = 1,46). Таким образом, эту величину можно рассматривать как рекомендуемое зна-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
чение коэффициента а для перехода от характеристической нагрузки ЬМ71 к классифицированной нагрузке от подвижного состава на железных дорогах Украины, согласно Национальному приложению [5]:
Учет соответствующих динамических коэффициентов Ф [3] и 1 + ц [2, 8, 9] не оказывает принципиального влияния на соотношение между изгибающими моментами от нагрузок С14, ЬМ71 (рис. 6).
Рис. 6. Максимальные изгибающие моменты в пролетных строениях длиной 0.. .33 м от нагрузок С14, ЬМ71 с учетом динамических коэффициентов
Научная новизна и практическая значимость
Исследованию влияния на мосты различных типов нагрузок также посвящены работы [1, 3, 7, 10-15]. Результаты сравнительного анализа нагрузок С14 и ЬМ71, изложенные в настоящей статье, учтены при разработке Национального приложения к гармонизированному с Евроко-дами стандарту [5] и публикуются впервые.
Параметры напряженно-деформированного состояния балочных железнодорожных мостов под воздействием нагрузок С14 и ЬМ71 имеют определенные отличия. Степень этих отличий зависит от длины и материала пролетных строений, а также от особенностей определения динамических коэффициентов. Полученные в работе зависимости следует учитывать при использовании национальных норм проектирования и гармонизированных с Еврокодами стандартов.
В дальнейших исследованиях планируется определить соотношения между нагрузкой С14 и моделями И8ЬМ с учетом различных
динамических эффектов и скорости движения поездов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Артемов, В. Е. К вопросу учета скорости движения поезда при проектировании балочных мостов / В. Е. Артемов, А. С. Распопов // Мости та тунелт теорш, дослвдж., практика : зб. наук. праць Дншропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. — Д., 2012. — Вип. 2. — С. 5-8.
2. Державш будiвельнi норми Украши ДБН В.2.3-14:2006 «Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування». — К. : Мш буд-ва, архгг. та житлово-ком. госп., 2006. — 359 с.
3. Нагрузки на конструкции мостов в странах СНГ [Электронный ресурс] // Железные дороги мира. — Режим доступа: http://1430mm.ru/ node/203. — Загл. с экрана.
4. Нацюнальний стандарт Украши ДСТУ-НБВ.1.2-13:2008. Система надшносп та безпеки у будiвництвi. Основи проектування конструкцш (БМ 1990:2002). Техшчш умови : затв. та введ. в дш наказом № 710 ввд 30.12.2008. — К. : Мшрегюнбуд Укра1ни, 2009. — 101 с.
5. Нацюнальний стандарт Укра1ни ДСТУ-НБ БМ 1991-2:2010. Сврокод 1. Ди на конструкци. Ча-стина 2. Рухомi навантаження на мости (БМ 1991-2:2003). — Надано чинносп 2013-07-01. -К. : М^егюнбуд Украши, 2003. — 217 с.
6. Про затвердження Порядку застосування будь вельних норм, розроблених на основi нацюна-льних технолопчних традицш, та будiвельних норм, гармошзованих з нормативними документами £вропейського Союзу : Постанова Каб. Мiнiстрiв Украши ввд 23 травня 2011 р. № 547.
7. Распопов, А. С. Исследование динамической работы железобетонных мостов с эксцентриситетом рельсового пути / А. С. Распопов, В. Е. Артемов, С. П. Русу / Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. — Д., 2010. — Вип. 35.
8. Свод правил СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*». — М. : ОАО «ЦНИИС», 2011. -340 с.
9. Строительные нормы и правила СНиП 2.05.0384 «Мосты и трубы». — М. : Госстрой СССР, 1985. — 200 с.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
10. Cho, T. Reliability analysis for the uncertainties in vehicle and high-speed railway bridge system based on an improved response surface method for nonlinear limit states / T. Cho, M.-K. Song, D. H. Lee // Nonlinear Dynamics. — 2010. -Vol. 59. — Iss. 1-2. — P. 1-17.
11. Effects of the diaphragm at midspan on static and dynamic behaviour of composite railway bridge: A case study / Y. Sieffert, G. Michel, D. Martin et al. // Engineering Structures. — 2006. — Vol. 28. -Iss. 11. — P. 1543-1554.
12. Notkus, A. J. Analysis and comparison of Eurocode and SNiP traffic load models for railway bridges / A. J. Notkus, Z. Kamaitis // Modern building materials, structures and techniques
В. е. АРТЬОМОВ1*, О. С. РАСПОПОВ2*
1 Каф. «Мости», Днтропетровський нацюнальний утверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (050) 457 68 19, ел. пошта v.artomov@gmail.com 2*Каф. «Мости», Дшпропетровський нацюнальний утверситет зал1зничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (0562) 47 19 88, ел. пошта raspopov@rr.diit.edu.ua
ПОР1ВНЯЛЬНИЙ АНАЛ1З МОДЕЛЕЙ ЗАЛ1ЗНИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ С14 ТА ЬМ71 ДЛЯ БАЛКОВИХ МОСТ1В
Мета. У статп виконано аналiз залiзничного навантаження ЬМ71 1з метою його застосування в нацюнальних проектах балкових залiзничних моспв. Метою дослвдження е гармошзащя нацюнальних норм проектування штучних споруд з европейськими стандартами (еврокодами). Методика. У роботi використовуються аналггичш методи розрахунку мостiв (методика лшш впливу), матричний аналiз та комп'ютерне програмування. Результати. Параметри напружено-деформованого стану балкових залiзничних мостiв пiд впливом навантажень С14 та ЬМ71 мають певнi вiдмiнностi. Ступiнь цих вщмшностей залежить вiд довжини й матерiалу прогонових будов, а також ввд особливостей визначення динамiчних коефiцiентiв. Отримаш в роботi залежностi слiд ураховувати шд час використання нацiональних норм проектування та гармошзованих iз еврокодами стандарпв. У подальших дослiдженнях плануеться визначити спiввiдношення мiж навантаженням С14 i моделями SW, ЖЬМ з урахуванням динамiчних ефектiв i швидкосп руху поiздiв. Наукова новизна. Представлен в роботi результати, зокрема параметри напружено-деформованого стану прогоновоi будови моста з урахуванням ввдповщних динамiчних ко-ефiцiентiв, отриманi вперше. Практична значимкть. Результати дослiдження використанi пiд час розробки Нацiонального додатка до Нацюнального стандарту Украши ДСТУ-Н Б БМ 1991-2:2010. еврокод 1. Частина 2. «Рухомi навантаження на мости» (БМ 1991-2:2003).
Ключовi слова: залiзничнi мости; балковi мости; залiзничне навантаження; динамiчний коефiцiент; наць ональнi стандарти Украши; сангтарш норми i правила; ДСТУ; СНШ
(19.05 — 21.05. 2010) : 10th Intern. Conf. proc. -Vilnius, 2010. — P. 720-724.
13. Notkus, A. J. Tiltu irazu, paskaiciuotu pagal SNiP ir ENV, palyginimas [Comparison of bridge internal forces defined by the SNiP and the ENV codes] / A. J. Notkus // Statyba ir architektura : Konferencijos pranesimu medziaga. — Kaunas, 1998. — P. 271-276.
14. O'Connor, C. Bridge Loads / C. O'Connor, P. A. Shaw. An Intern. Perspective. — New York : Spon Press, 2000. — 358 p.
15. Rolling stock analysis of various railway bridges in Austria / M. Heiden, M. Pircher, H. Pircher, D. Janjic // Structures of High-Speed Railway Transportation (August 27-29) : Proc. of Intern. IABSE Symp. — Belgium : Antwerpen, 2003. — 7 p.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
V. ARTOMOV1*, A. RASPOPOV2*
1 Dep. «Bridges», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (050) 457 68 19, e-mail v.artomov@gmail.com 2*Dep. «Bridges», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (0562) 47 19 88, e-mail raspopov@rr.diit.edu.ua
COMPARATIVE ANALYSIS OF MODELS OF RAILWAY LOADS C14 AND LM71 FOR GIRDER BRIDGES
Purpose. The article analyzes the railway load LM71 for the purpose of its application in national design projects of the railway girder bridges. Purpose of the article is harmonization of national design codes of enginnering structures with the European standards (Eurocodes). Methodology. Analytical calculation methods (influence lines), the matrix analysis and computer programming are used in the article. Findings. Deflected mode parameters of the railway bridges under the influence of loads C14 and LM71 have certain differences. The extent of these differences depends on length, material of drift structures and also on dynamic coefficients. These dependences should be considered in national design codes and in harmonized with Eurocodes standards. In the further researches relationships between load C14 and models SW, HSLM taking into account various dynamic effects and trains speed is planned to determine. Originality. The presented results, in particular deflected mode parameters (including loads with dynamic coefficients), obtained for the first time. Practical value. Results of research are used in National Annex to the National Standard of Ukraine NSTU-N EN 1991-2:2010. Eurocode 1. Actions on structures. Part 2. Traffic loads on bridges (EN 1991-2:2003).
Keywords: railway bridges; beam bridges; railway load; dynamic coefficient; national standards of Ukraine; sanitary norms and rules; GOST; SNR
1. Artomov V., Raspopov A. K voprosu ucheta skorosti dvizheniya poyezda pri proyektirovanii balochnykh mo-stovz [To the question of train speed accounting in the design of girder bridges]. Zbirnyk naukovykh prats Dni-propetrovskoho natsionalnoho universytetutu zaliznychnoho transporta «Mosty ta tuneli: teoriia, doslidzhen-nia, praktyka» [Proc. of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport «Bridges and tunnels: theory, research. Practice»], 2012, issue 2, pp. 5-8.
2. Derzhavni budivelni normy Ukrainy DBN ¥.2.3-14:2006 «Sporudy transportu. Mosty ta truby. Pravyla proek-tuvannia» [State building codes Ukraine DBN V.2.3-14: 2006 "Transport facilities. Bridges and pipes. Design rules]. Kyiv, Min. bud-va, arkhit. ta zhytlovo-kom. hosp. Publ., 2006. 359 p.
3. Nagruzki na konstruktsii mostov v stranakh SNG (Loads on the bridges structures in CIS). Zheleznyye dorogi mira — Railways of the world. Available at: http://1430mm.ru/node/203 (Accessed 03 December 2013).
4. DSTU 1.2-13:2008. Systema nadiinosti ta bezpeky u budivnytstvi. Osnovy proektuvannia konstruktsii [State Standard 1.2-13:2008. System reliability and safety in construction. Fundamentals of structural design]. Kyiv, Minrehionbud Ukrainy Publ., 2009. 101 p.
5. DSTU-N B EN 1991-2:2010. Yevrokod l.Chastyna 2. Rukhomi navantazhennia na mosty [State Standard 1991-2:2010. Eurocode 1. Part 2. Polling loads on bridges]. Kyiv, Minrehionbud Ukrainy Publ., 2003. 217 p.
6. Pro zatverdzhennia Poriadku zastosuvannia budivelnykh norm, rozroblenykh na osnovi natsionalnykh tekhnolohichnykh tradytsii, ta budivelnykh norm, harmonizovanykh z normatyvnymy dokumentamy Yev-ropeiskoho Soiuzu : Postanova Kabinetu Ministriv Ukrainy [On approval of building regulations usage developed on the basis of national and technological traditions and building regulations, harmonized with the regulations of the European Union: Decree of the Cabinet of Ministers in Ukraine]. Kyiv, 2011. 1 p.
7. Raspopov A., Artomov V., Rusu S. Issledovaniye dinamicheskoy raboty zhelezobetonnykh mostov s ekstsen-trisitetom relsovogo puti [Study of dynamic performance of concrete bridges with the eccentricity of the track]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho transportu [Bulletin of Dniprop-erovsk National University], 2010, issue 35, pp. 168-171.
8. Svodpravil SP 35.13330.2011 «Mosty i truby. Aktualizirovannaya redaktsiya SNiP 2.05.03-84*» [Set of rules SR 35.13330.2011 «Bridges and pipes. Updated edition SNR 2.05.03-84*»]. Moscow, OAO «TsNIIS» Publ., 2011. 340 p.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 1 (49)
9. Stroitelnyye normy i pravila SNiP 2.05.03-84 «Mosty i truby» [Building regulations SNR 2.05.03-84 «Bridges and pipes»]. Moscow, Gosstroy SSSR Publ., 1985. 200 p.
10. Cho T., Song M.-K., Lee D.H. Reliability analysis for the uncertainties in vehicle and high-speed railway bridge system based on an improved response surface method for nonlinear limit states. Nonlinear Dynamics, 2010, vol. 59, issue 1-2, pp. 1-17.
11. Sieffert Y., Michel G., Martin D., Keller D., Jullien J.-F. Effects of the diaphragm at midspan on static and dynamic behaviour of composite railway bridge: A case study. Engineering Structures, 2006, vol. 28, issue 11, pp. 1543-1554.
12. Notkus A.J., Kamaitis Z. Analysis and comparison of Eurocode and SNiP traffic load models for railway bridges. Proc. of 10th Int. Conf. «Modern building materials, structures and techniques». Vilnius, 2010, pp. 720-724.
13. Notkus A.J. Tiltu irazu, paskaiciuotu pagal SNiP ir ENV, palyginimas [Comparison of bridge internal forces defined by the SNiP and the ENV codes]. Konferencijos pranesimu medziaga «Statyba ir architektura». Kaunas: Technologija Publ., 1998, pp. 271-276.
14. O'Connor C., Shaw P.A. Bridge Loads. An International Perspective. USA: New York, Spon Press, 2000. 358 p.
15. Heiden M., Pircher M., Pircher H., Janjic D. Rolling stock analysis of various railway bridges in Austria. Proc. of Int. IABSE Symp. «Structures of High-Speed Railway Transportation». Belgium: Antwerpen, 2003. 7 p.
Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. В. В. Кулябко (Украина); д.т.н.,