Лекция 1 содержание мостов и труб, эксплуатируемых на железных дорогах
План лекции
1.1. Краткая характеристика конструкций эксплуатируемых мостов и труб.
1.2. Организация содержания искусственных сооружений на железных дорогах.
1.3. Дефекты и повреждения эксплуатируемых мостов и труб.
1.4. Основные положения оценки технического состояния искусственных сооружений.
1.5. Основные положения расчета грузоподъемности мостов.
1.6. Техническая диагностика и оценка показателей надежности эксплуатируемых мостов и труб.
1.7. Особенности содержания мостов и труб в условиях сурового климата.
1.1. Краткая характеристика конструкций эксплуатируемых мостов и труб
Мосты, трубы и другие искусственные сооружения, эксплуатируемые на железных дорогах Дальнего Востока и Сибири, построены в различные периоды, начиная с конца ХIХ в.
Средний срок службы мостовых сооружений на Транссибирской магистрали, проходящей по территории Дальнего Востока и Сибири, составляет более 90 лет при проектной долговечности 100 лет. На отдельных участках, например, на линии Владивосток–Хабаровск мосты и трубы эксплуатируют с 1898 г., срок службы которых уже превышает нормативную долговечность. На Дальнем Востоке много железных дорог построено в период 1936–1948 гг., к их числу относятся линии Известковая–Чегдомын, Волочаевка–Комсомольск, Угловая–Находка и др., где средний срок службы искусственных сооружений составляет 60–70 лет.
Каждый этап строительства мостов и труб отражал реализацию уровня знаний и достижений проектировщиков и строителей, использования лучших строительных материалов и технологий, характерных для своей эпохи.
Мосты, трубы и другие искусственные сооружения, эксплуатируемые на железных дорогах Дальнего Востока и Сибири, были запроектированы и построены по различным нормам проектирования и подразличные расчетные нагрузки [1]:
по нормам 1896 г. расчетная нагрузка представляла собой два четырехосных паровоза с нагрузкой на ось 147,4 кН, с трехосными тендерами с осевой нагрузкой 117, 7 кН и вагонной нагрузкой интенсивностью 58,9 кН/м;
по нормам 1907 г. расчетная нагрузка – два пятиосных паровоза с нагрузкой на ось 196,2 кН, с четырехосными тендерами с осевой нагрузкой 137,4 кН и вагонной нагрузкой интенсивностью 58,9 кН/м;
по нормам 1931 г. расчетная нагрузка – в виде схемы эталонной нагрузки Н1, в которой максимальная нагрузка на ось составляет 34,3 кН, а погонная – 9,81 кН/м. Эталонную нагрузку по схеме Н1 умножают на соответствующий класс К. При проектировании постоянных мостов принимали класс К = 8 (Н8) К = 7 (Н7), а временных – К = 6 (Н6);
по нормам 1962 г. предусмотрена нормативная перспективная нагрузка СК в виде эквивалентных нагрузок, полученных как объемлющие от воздействий различных типов и сочетаний подвижного состава. При проектировании капитальных сооружений в нагрузке СК принимают класс К = 14, а временных – К = 10. В расчетах от сосредоточенного груза на ось принимают 2,5 К.
Таким образом, в течение 90 лет эксплуатации мостов и труб на участках Транссибирской магистрали таких, как Владивосток–Хабаровск, расчетная нагрузка была увеличена в 1,8 раза.
Изменения претерпевали не только расчетные нагрузки, но и методы проектирования и методологии расчета: до 1962 г. сооружения проектировали по методу допускаемых напряжений, затем с 1962 г. – по методу предельных состояний.
На дорогах Дальнего Востока и Сибири эксплуатируются разнообразные конструкции мостов и труб.
Металлические пролетные строения. Для малых, средних и больших мостов нашли применение:
клепаные пролетные строения со сплошными главными балками расчетной длиной от 7,0 до 27,6 м по нормам 1896 г., 1907 г., 1931 г. и расчетной нагрузкой Н7, Н8 (рис. 1.1; 1.2; 1.3, а; 1.4), а также болтосварные расчетной длиной от 18,2 до 33,6 м по нормам 1962 г. и расчетной нагрузкой С14 (рис. 1.3, в; 1.5);
|
Рис. 1.1. Схема металлического клепаного пролетного строения со сплошными балками: а – под нагрузку 1907 г., расчетной длиной 6,958 м; г – то же длиной 11,503 м; б, д – поперечное сечение на опоре; в, е – поперечное сечение в пролете |
|
Рис. 1.2. Схема металлического клепаного пролетного строения со сплошными балками под нагрузки: а – 1907 г.; г – 1925 г.; б, д – поперечное сечение на опоре; в, е – поперечное сечение в пролете |
|
Рис. 1.3. Схема металлического пролетного строения со сплошными балками: а – клепаного под нагрузку Н 7 (1931 г.) по типовому проекту инв. № 6673, Гипротранс,1931 г.; б, г – поперечное сечение; в – болтосварного под нагрузку С 14 по типовому проекту 3.501-75 инв.№ 821/1, Ленгипротрансмост,1971 г. |
сталежелезобетонные пролетные строения с ездой на балласте расчетной длиной от 18,2 до 55,0 м по нормам 1962 г. и расчетной нагрузкой С14 [12] (рис. 1.6).
Рис. 1.4. Металлические клепаные пролетные
строения со сплошными главными балками
Рис. 1.5. Конструкция болтосварного пролетного строения
Рис. 1.6. Конструкция сталежелезобетонного пролетного строения
В современных условиях применяются сварные коробчатые пролетные строения с ортотропной плитой и ездой по балласту расчетной длиной от 18,2 до 33,6 м [12] (рис. 1.7).
Рис. 1.7. Конструкция коробчатого пролетного строения
с ортотропной плитой с ездой по балласту
Для больших и внеклассных мостов применяли стальные клепаные пролетные строения со сквозными балочно-разрезными фермами с ездой понизу и поверху расчетной длиной 19,5–129,6 м по нормам 1896 г.; 22,2–158,4 м по нормам 1907 г.; 27,0–158,4 м по нормам 1931 г. и расчетной нагрузкой Н7, Н8; клепаные и болтосварные балочно-разрезные – 55,0–110,0 м и балочно-неразрезные 110,0–154,0 м по нормам 1962 г. и расчетной нагрузкой С14 (рис. 1.8, 1.9).
Для изготовления пролетных строений использовали литое железо при строительстве мостов до 1935 г.; малоуглеродистую сталь мартеновской плавки (Ст 3 мостовая), успокоенную малоуглеродистую сталь М16С, получаемую путем раскисления до 1953 г., а с 1945 г. доминирующее положение в мостостроении заняли низколегированные стали, получаемые путем легирования никелем, хромом, марганцем и другими элементами (Ст10ХСНД, 15ХСНД) [1].
Рис. 1.8. Стальные балочно-разрезные пролетные строения
со сквозными фермами с ездой понизу
Рис. 1.9. Металлическое балочно-разрезное пролетное строение
со сквозной фермой с ездой поверху
Заклепки до 1900 г. изготавливали из сварочного железа, а позже из стали марки Ст2. В настоящее время основным видом монтажных соединений металлических пролетных строений является использование высокопрочных болтов из стали 40Х с термической обработкой и автоматической сварки.
Железобетонные пролетные строения. При строительстве железобетонных железнодорожных мостов применяются пролетные строения с ездой по балласту различных конструктивных форм. К ним относятся плитные пролетные строения расчетной длиной от 3,5 до 6,5 м; ребристые одно- и двухблочные из обычного железобетона расчетной длиной от 5,5 до 15,8 м [1, 7, 12] (рис. 1.10, 1.11); ребристые двухблочные с предварительно напряженной арматурой расчетной длиной от 12,8 до 27,6 м [1, 7, 12] (рис. 1.10, г; 1.12).
Рис. 1.10. Схемы железобетонных пролетных строений старых лет постройки: а – под нагрузку Н7 (1931 г.), полной длиной 5,9 м; б, в – под нагрузку Н7 (1931 г.), полной длиной 11,5 м; г – под нагрузку Н8 (1934 г.) полной длиной 14,3 м; под нагрузку Н8 (1934 г.) полной длиной 13,5 м
Рис. 1.11. Железобетонные пролетные строения ребристой конструкции:
а – одноблочные; б – двухблочные
Рис. 1.12. Фасад железобетонного пролетного строения
с предварительно напряженной арматурой
Для изготовления железобетонных пролетных строений, запроектированных по нормам 1931 г. под расчетную нагрузку Н7 и Н8, применяли бетон с прочностью на сжатие марки М250–М400 (классами бетона по прочности В20–В30). Пролетные строения, рассчитанные под нагрузку С14, имеют более высокие классы бетона.
Опоры балочных мостов. Опоры железнодорожных мостов строили до 1940 г. преимущественно массивные монолитные из бутовой, бутобетонной и бетонной кладки с каменной облицовкой (марка бетона по прочности М250–М400, бутового камня прочностью 200–400 кг/см2 и выше). Мосты постройки поздних лет сооружали из монолитного и сборного бетона и железобетона с классом бетона по прочности В30–В40 и выше (рис. 1.13, 1.14).
Опоры мостов проектировали и сооружали в основном с фундаментами на естественном основании, а также находили применение кессоны и опускные колодцы. В русловой части больших и внеклассных мостов промежуточные опоры устраивали с ледорежущей гранью (рис. 1.12, б). В зоне сурового климата глубина заложения массивных монолитных фундаментов на естественном основании составляет 3,5–5,0 м. С 1974 г. широкое применение получили сборно-монолитные опоры мостов с фундаментами на естественном основании, а также глубокого заложения на столбах и сваях-оболочках (рис. 1.15) [28].
Рис. 1.13. Конструкции массивных монолитных промежуточных опор эксплуатируемых мостов: а – с каменной облицовкой; б – с ледорежущей гранью; в – с проемами; г – с наклонными гранями
Рис. 1.14. Конструкции массивных монолитных береговых опор эксплуатируемых мостов: а – бетонные; б – бутобетонные с каменной облицовкой
Рис. 1.15. Схемы мостов со сборно-монолитными опорами с фундаментами:
а – на естественном сновании; б – глубокого заложения на столбах
Водопропускные трубы под насыпями. При строительстве водопропускных труб на железных дорогах Дальнего Востока и Сибири применяются каменные, бутобетонные, бетонные и железобетонные конструкции овоидального, прямоугольного и круглого сечений с монолитными фундаментами на естественном основании (рис. 1.16–1.19). В районах сурового климата применяются металлические гофрированные трубы (рис. 1.20).
Рис. 1.16. Конструкция каменной двухочковой трубы овоидального сечения |
Рис. 1.17. Конструкция каменной трубы прямоугольного сечения |
Рис. 1.18. Конструкция железобетонной трубы прямоугольного сечения |
Рис. 1.19. Конструкция железобетонной трубы круглого сечения |
Рис 1.20. Конструкция металлической
гофрированной трехочковой трубы
При строительстве водопропускных труб, запроектированных по нормам 1931 г. с расчетной нагрузкой Н7 и Н8, использовали бетон с прочностью на сжатие марок М250–М400 (класс бетона по прочности В20–В30). Более современные конструкции труб, рассчитанные под нагрузку С14, сооружали с применением бетона класса В30 и более [1,12].
Эксплуатационную пригодность мостов и труб при действии современных нагрузок определяют в основном тремя факторами: фактическим техническим состоянием, расчетной грузоподъемностью и показателями надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность).