13. Расчет устоя. Общие положения.

Конструкция устоя существенно отличается от конструкции промежуточной опоры. Дело в том, что в отличие от промежуточной опоры, устой имеет два назначения. Во-первых, как всякая опора моста, он служит для передачи давления с пролетных строений на грунт основания. Во-вторых, устой является элементом сопряжения моста с насыпью. В этом смысле он является своеобразной подпорной стенкой, испытывающей давление грунта на его заднюю грань. При этом давление грунта будет вызываться не только его собственным весом, через грунт будет передаваться на устой давление от временной нагрузки, находящейся на насыпи (на призме обрушения).

При расчете любой конструкции выбирают наиболее характерные (наиболее опасные) сечения. В массивном устое, обычно достаточно рассматривать только сечения по обрезу фундамента. В центре тяжести такого сечения определяют изгибающий момент M и продольную силу N, которые заменяют продольной силой N, приложенной с эксцентриситетом e=M/N, т.е. сечение рассматривают как внецентренное сжатие. Если при этом сила N не выходит за пределы ядра сечения (e≤re), опору проверяют на устойчивость формы, а сечение проверяют на прочность. Если же сила выходит за пределы ядра сечения (e>re), расчет проводят только на прочность. Бетонные опоры на выносливость не рассчитывают. Рассматриваемое сечение должно быть проверено на возможность образования продольных трещин

При определении внутренних усилий в сечениях массивных опор динамический коэффициент к временным нагрузкам принимают равным единице.

Опора должна быть рассчитана на временные нагрузки, действующие в различных сочетаниях, в том числе, когда горизонтальные продольные силы (сила торможения, ветер) действуют в сторону пролета, и когда эти силы направлены в сторону насыпи. Кроме того, опора должна быть проверена на устойчивость положения: на опрокидывание и на сдвиг. При этом, постоянные нагрузки, вызывающие опрокидывание или сдвиг, принимают с коэффициентом надежности по нагрузке большим единицы, а удерживающие силы с коэффициентом γtg<1,0.

Постоянные нагрузки в расчетах устоя по первой группе предельных состояний учитывают с коэффициентами надежности по нагрузке γtg, либо большими единицы, либо меньшими единицы, в зависимости от того, увеличивает или уменьшает общие суммарные воздействия на опору применительно к расчету рассматриваемого сечения.

Временная нагрузка может быть расположена на пролетном строении, на устое, на насыпи так, чтобы она вызывала минимальные усилия в рассматриваемом сечении. Величина коэффициентов надежности к ней в расчетах по первой группе предельных состояний всегда больше единицы.

13. Расчет устоя. Силы, действующие на устой.

Действующие на устой силы, вызываются разными нагрузками. При расчете устоя их целесообразно разделить на вертикальные и горизонтальные продольные силы. Горизонтальные поперечные силы в расчетах устоев обычно не учитывают, так как величина этих сил незначительна, а большая часть устоя находится в грунте насыпи.

При определении внутренних усилий в сечениях устоев необходимо учитывать следующие вертикальные силы:

• собственный вес устоя C;

• опорное давление Pv,rc от временной нагрузки на пролетном строении;

• опорное давление Pg,rc от веса пролетного строения с учетом имеющихся на нем приспособлений и устройств (тротуаров, убежищ, смотровых приспособлений, осветительных устройств, различных коммуникаций) и т.п.;

• опорное давление Pд,б от веса балласта с элементами пути на пролетном строении;

• вес временной нагрузки Pv,у , находящейся на устое;

• вес балласта с частями пути на устое Pдб,у;

• вес тротуаров на устое Ртр,у;

• вертикальное давление Рг от собственного веса грунта.

На устой действуют горизонтальные силы:

• продольная сила FТ,ПС, вызываемая торможением подвижного состава, находящимся на пролетном строении;

• продольная сила FТ,у, вызываемая торможением подвижного состава, находящегося на устое;

• сила Fw от ветровой нагрузки, действующей на пролетное строение;

• распределенное по высоте устоя боковое давление Рпд от собственного веса грунта;

• распределенное по высоте устоя боковое давление Рпv, вызываемое временной нагрузкой на насыпи (на призме обрушения).

Сила торможения передается с пролетного строения на устой через элементы верхнего строения пути, поэтому силу FТ,ПС принимают приложенной в уровне проезжей части. С достаточной для практических целей точностью, ее можно считать приложенной к верху устоя. Силу торможения от нагрузки, находящейся на насыпи, не учитывают.

На не обсыпной устой будут действовать те же силы, за исключением веса грунта Рг.

При определении собственного веса массивного устоя G, его разбивают на отдельные блоки, по-возможности простой формы, и определяют вес каждого блока Gŕ. Необходимо определить также расстояния xŕ от линии действия силы Gi до вертикальной линии, проходящей через центр тяжести рассматриваемого сечения. Вес устоя G будет складываться из весов его составных частей, т.е. G=ΣGŕ, приложен он будет на расстоянии xд=ΣGŕxŕ/G от центра тяжести рассматриваемого сечения.

Продольную горизонтальную нагрузку от торможения (силу тяги) принимают в размере 10% от веса временной нагрузки, находящейся на пролетном строении и на устое; силу торможения от временной нагрузки на призме обрушения не учитывают. Вес нагрузки на 1 м пути принимают равным эквивалентной нагрузке при α=0,5. Считается, что сила торможения на устой передается верхним строением пути, поэтому приложена она в уровне головки рельса. При двух железнодорожных путях, сила торможения учитывается с одного пути, а при трех и более путях – с двух путей с учетом коэффициента s1.

На пролетное строение действует продольная ветровая нагрузка, величина которой для пролетных строений со сплошными балками, принята в размере 20% от установленной нормами поперечной ветровой нагрузки.

Опорное давление на устой Fw от ветровой нагрузки принимают приложенным в уровне опорных частей величине этого давления по сравнению с другими горизонтальными нагрузками незначительна.

Горизонтальное боковое давление грунта Рhд определяют по формуле (у обреза фундамента):

Рhд=γnhτn,

Где h – высота опоры, измеряется от подошвы рельса до рассматриваемого сечения, м;

γn – нормативный объемный вес грунта, кН/м3;

τn – коэффициент нормативного бокового давления грунта, определяемый по формуле:

τn=tg2(450-φn/2),

где φn – нормативный угол внутреннего трения, град;

Устои следует засыпать дренирующим грунтом, для которого γn=17,7 кН/м3, φn=350.

Давление Рhgx принимается распределенным по линейному закону. Поэтому его можно заменить сосредоточенной силой

Fhg=0,5Pngxhxb