2.8. Оценка усталостной долговечности главных балок пролетных строений

Оценка усталостной долговечности главных балок металлических пролетных строений со сплошными стенками производится, если пояс балки по выносливости в наиболее опасных сечениях не обеспечивает условие пропуска классифицируемого подвижного состава:

К_в  К₀, (47)

где К_в, К₀ – классы пролетного строения по выносливости и классифицируемого подвижного состава.

Установлено [3,4], что в пролетном строении со сплошными главными балками усталостные повреждения развиваются в местах обрыва горизонтальных листов, а также в местах опирания мостовых брусьев на верхние пояса. Оценка усталостного ресурса этих пролетных строений производится на основании методики проф. В.О. Осипова [1,3,5].

Условие безотказной работы пролетного строения при введении понятия меры повреждения представляется в виде:

  _0П, (48)

где  - расчетное (накопленное) значение меры повреждения поясов за период эксплуатации ; _ОП – допускаемое значение меры повреждения поясов главных балок, принимаемое равным 0.20 – 0.277 при вероятности безотказной работы = 0.98 – 0.995.

Расчетная мера повреждения за рассматриваемый период вычисляется по формуле

. (49)

З десь =576 МПа – пороговый предел выносливости при для сварного, литого железа и Ст. 3; N_ОП=215 – количество циклов нагружения, соответствующее пороговому пределу выносливости; - приведенные напряжения по блокам (периодам) нагружения, где - коэффициент приведения, определяемый при пределах выносливости =152 МПа, =135 МПа для сварочного, литого железа и Ст.3; - максимальные и минимальные напряжения приводимого цикла; m=6.8 – характеристика кривой усталости; n_i – суммарное число циклов нагружения с соответствующим значением ; n – количество блоков нагружения, соответствующее условию , где =0.5 =76 МПа.

Суммирование по формуле (49) осуществляется для блоков и циклов нагружения при .

Максимальные напряжения по циклам и блокам нагружения определяются их выражения:

, (50)

где =0.5 – доля постоянной и временной нагрузок на одну балку пролетного строения; - эквивалентная нагрузка от расчетных поездов по блокам, принимаемая по данным [6]; - суммарная нормативная интенсивность постоянных нагрузок на пролетное строение; - площади линий влияния изгибающего момента для опасного сечения, загружаемые нагрузкой от подвижного состава или постоянной нагрузкой (см. рис.1); W₀ – момент сопротивления балки нетто в проверяемом сечении (в местах обрыва горизонтальных листов по первому ряду заклепок); - динамический коэффициент для блоков нагружения, принимаемый равным: для паровозной тяги - ; для электровозов, тепловозов и вагонов - .

Минимальные напряжения по блокам загружения определяют из выражения

, (51)

где принятые обозначения рассмотрены выше.

Число циклов загружения для однозначных линий влияния принимается в зависимости от длины при следующих условиях: при 10 м число циклов примерно соответствует числу тележек в поезде; при 10 – 30м число циклов примерно равно числу вагонов в поезде; при 30м оно соответствует числу поездов.

Число грузовых поездов за каждый год эксплуатации берется из статистической отчетности дорог, форма ЦО – 4, раздел М «Показатели использования подвижного состава по поездо – участкам и направлениям». Там же указан процент порожних вагонов от общего, по которому можно определить число порожних поездов. Сведения о числе пассажирских поездов находятся из расписания движения.

Для пролетных строений мостов, расположенных на главных путях Дальневосточной и Забайкальской железных дорог, в расчетах могут быть использованы данные по характеристикам поездных нагрузок, количеству поездов и циклам загружения по отдельным периодам эксплуатации, приведенные в приложении 8 (табл. П 8.1.,П.8.2.).

Остаточный усталостный ресурс пролетных строений со сплошными главными балками определяется следующим образом:

1. определяется остаточная мера повреждения из условия ; при - усталостный ресурс считается исчерпанным;

2) рассчитывается суммарная годовая мера повреждения от блока перспективных нагрузок, выраженных через базовую нагрузку Т_ц, Т_пр, по формуле:

, (52)

где - приведенные напряжения для базовой нагрузки; К_об, К_оi – соответственно классы базовой и других видов поездной нагрузки [6], подразделяемой на пассажирские, порожние, грузовые и специальные поезда; n_б, n₁…n_i – суточное количество расчетных циклов для разновидностей поездной нагрузки, определяемое на перспективу (см. табл. П.8.2.);

3) определяется остаточный ресурс по продолжительности дальнейшей эксплуатации Т_ост= .

В приближенных расчетах усталостного ресурса пролетных строений со сплошными главными балками может быть использована методика [4], связывающая появление и развитие усталостных трещин – выколов в верхних поясах главных балок в местах опирания мостовых брусьев с увеличением грузонапряженности и ростом осевых нагрузок подвижного состава.

Тогда расчетное значение накопленной меры повреждения верхних поясов главных балок определится из выражения:

. (53)

Здесь - годовая мера повреждения от загружения подвижным составом с различным осевым давлением Р_ос при грузонапряженности Г=100 млн.т км/км в год, определяемая по приложению 8 (табл. П.8.3.); T_i – периоды обращения подвижного состава с различным осевым давлением; К_грн=Г_i/Г₁₀₀ – коэффициент грузонапряженности участка за соответствующий период эксплуатации, определяемый по данным приложения 8 (табл. П.8.4.); n – количество периодов суммирования.

Остаточный ресурс Т_ост, который характеризует остаточный срок эксплуатации до предельного состояния пролетного строения, с учетом перспектив по нагрузке и грузонапряженности определится из условия:

, (54)

где - годовая мера повреждения от перспективной нагрузки; К_грн^п – перспективный коэффициент грузонапряженности участка.