Методы / Opredelenie_gruzopodemnosti_metallicheskikh_proletnykh_stroeniy_zheleznodorozhnykh_mostov_i_usloviy_propuska_po_nim_poezdov

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕ-

НИЯ» (ФГОУ ВПО ПГУПС)

Э.С. Карапетов, В.Н. Мячин

Определение грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов и условий пропуска по ним поездов

Учебное пособие Санкт-Петербург

ПГУПС

2013

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕ-

НИЯ» (ФГОУ ВПО ПГУПС)

Э.С. Карапетов, В.Н. Мячин

Определение грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов и условий пропуска по ним поездов

Учебное пособие

Санкт-Петербург

ПГУПС

2013

УДК 624.21.072.69.059.3

Рецензенты:

заведующий кафедрой Строительства мостов и тоннелей Военной академии тыла и транспорта им. генерала армии А.В. Хрулева

кандидат военных наук, доцент С.А. Вуколов

заведующий кафедрой Мосты и тоннели Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета

кандидат технических наук, профессор В.А. Быстров

Карапетов Э.С., Мячин В.Н.

Определение грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов и условий пропуска по ним поездов: учеб. пособие /Э.С. Карапетов, В.Н. Мячин. – СПб. :Петербургский гос. ун-т путей сообще-

ния, 2012. - ….с. Табл. 28, Ил.5.

В учебном пособии изложены основные положения определения грузоподъемности металлических пролетных строений эксплуатируемых железнодорожных мостов по методу предельных состояний и определены условия пропуска по ним поездов. Дан пример определения грузоподъемности и расчета усиления металлического пролетного строения под однопутную железную дорогу расчетным пролетом 54,0 м.

Пособие предназначено для студентов специальности 271501 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», выполняющих курсовой проект по дисциплинам «Содержание и реконструкция мостов и труб», «Реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб».

Составлено с учетом требований действующих нормативных докумен-

тов.

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………5

1СИСТЕМА ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ БЕЗОПАСНОГО ПРОПУСКА ПОЕЗДОВ ПО МОСТАМ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ РОССИИ………............................ 8

2ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА КЛАССИФИКАЦИИ МОСТОВ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ………………………………………………………….. 10 2.1 Основные расчетные формулы…………………………………………………. 10

3ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ГЛАВНЫХ БАЛОК ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ СО СПЛОШНОЙ СТЕНКОЙ И БАЛОК ПРОЕЗЖЕЙ ЧА-

3.3Расчет по прочности заклепок или поясных швов…………………………….. 26

3.4Расчет балок на общую устойчивость………………………………………….. 28

3.5Расчет прикрепления продольных балок к поперечным и поперечных к главным фермам………………………………………………………………………. 29

5ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ КЛАССИФИКАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ПРОПУСКА ПОЕЗДНЫХ НАГРУЗОК. ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ УСИЛЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ…………………………. 39

6ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ И УСИЛЕНИЯ МЕТАЛ-

4

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатируемые в настоящее время на сети железных дорог России металлические мосты построены в течение последних 130 лет. Они весьма разнообразны как по конструкции и по материалам, так и по годам постройки и физическому состоянию. В связи с этим, а также в силу того, что в условиях эксплуатации мостов происходят изменения, связанные, главным образом, с увеличением веса поездов, скорости их движения и грузонапряженности линий, возникает необходимость объективной оценки возможности и условий безопасного пропуска по сооружениям поездных нагрузок, существенно отличающихся по схемам и величинам от тех, которые в свое время учитывались при их проектировании. Решать эти задачи прямым перерасчетом пролетных строений и опор аналогично тому, как это делается при проектировании новых мостов, неудобно. Введение в эксплуатацию более тяжелых поездных нагрузок, изменение скоростей движения поездов привело бы к необходимости неоднократного повторения таких, порой весьма трудоемких расчетов. На российских железных дорогах для наиболее распространенных балочных разрезных пролетных строений эксплуатируемых мостов применяетсясистема их классификации по грузоподъемности, а железнодорожного подвижного состава – по воздействию на мосты.

Грузоподъемность является одной из основных характеристик, определяющих режим эксплуатации мостов. Под режимом эксплуатации понимают величину и характер подвижной нагрузки, скорость движения и частоту обращения, а также условия торможения на мосту.

При определении грузоподъемности металлических пролетных строений мостов рассматривают только предельные состояния первой группы, которые ведут к потере несущей способности и, как следствие, к прекращению эксплуатации сооружения.

5

Задачи расчетов грузоподъемности (классификации), анализ их результатов и в установлении режимов эксплуатации является весьма ответственными, и требуют творческого, инженерного подхода на всех этапах.

При недостаточной грузопоподъемности пролетные строения подвергают усилению или заменяют новыми.

Во всех этих разнообразных и сложных условиях инженер-мостовик должен уметь находить нестандартные, технически правильные и экономически целесообразные решения. Для этого при решении вопросов, связанных с оценкой грузоподъемности эксплуатируемых мостовых сооружений и усилением слабых конструктивных элементов, приходится использовать результаты ряда технических наук: строительной механики и сопротивления материалов, теоретической механики, материаловедения и др.

Инженер-строитель мостов на железных дорогах должен разбираться в вопросах их эксплуатации, в многообразии видов конструкций металлических пролетных строений и в достаточном объеме обладать знаниями в области оценки их грузоподъемности и расчетов усиления конструктивных элементов с недосточной грузоподъемностью. Это вызывается тем, что решения, принимаемые инженером, должны в равной степени обеспечивать как требования прочности и устойчивости эксплуатируемых мостовых сооружений, так и удобства и безопасность пропускаемых по ним поездов. Знание принципов оценки грузоподъемности и усиления мостов, и металлических пролетных строений в частности, позволит инженеру мостовику обеспечить в комплексе работ по их содержанию высокую эксплуатационную надежность сооружений.

Учебное пособие «Определение грузоподъемности металлических пролетны строений железнодорожных мостов и условий пропуска по ним поездов» предназначено для студентов транспортных вузов, обучающихся

6

по специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» и выполняющих курсовые проекты по дисциплинам «Содержание и реконструкция мостов и труб» и «Реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб».

Впособии приведены основные положения и наиболее важная информация по оценке грузоподъемности металлических пролетных строений по методу предельных состояний. Сделаны акценты на особенности определеления грузоподъемности как главных балок со сплошной стенкой

ибалок проезжей части, так и элементов решетчатых главных ферм пролетных строений. Изложены общие сведения по оценке результатов классификации и определению условий пропуска поездных нагрузок. Описаны особенности определения грузоподъемности усиленных элемнтов пролетных строений.

Взаключительной части пособия приведен численный пример определения грузоподъемности и расчета усиления металлического пролетного строения под однопутную железную дорогу расчетным пролетом 54,0 м.

Пособие написано на основе многолетней практики преподавания дисциплин «Содержание и реконструкция мостов» и «Реконструкция, усиление и ремонт мостов и труб» на кафедре «Мосты» ПГУПС.

Авторы глубоко признательны рецензентам пособия: заведующему кафедрой Строительства мостов и тоннелей Военной академии тыла и транспорта им. генерала армии А.В. Хрулева кандидату военных наук, доценту С.А. Вуколов и заведующему кафедрой Мосты и тоннели СанктПетербургского государственного архитектурно-строительного университета кандидату технических наук, профессору В.А. Быстрову.

7

1. СИСТЕМА ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ БЕЗОПАСНОГО ПРОПУСКА ПОЕЗДОВ ПО МОСТАМ НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ РОССИИ

Мосты, расположенные на сети железных дорог России, вследствие ряда причин (менявшиеся в разные годы нормы проектирования, возможные нарушения проектных решений в ходе строительства, наличие и нарастание дефектов и повреждений) имеют различную несущую способность. Происходящие изменения условий их эксплуатации обусловливают необходимость объективной оценки возможности безопасного пропуска по ним постоянно обновляющегося подвижного состава.

С этой целью на отечественных железных дорогах применяется система специальной классификации эксплуатируемых мостов по грузоподъемности, а подвижного состава - по воздействию на мосты.

Сущность определения грузоподъемности пролетных строений мостов состоит в следующем.

Для каждого несущего элемента пролетного строения определяется максимальная интенсивность временной вертикальной равномернораспределенной (погонной) нагрузки k, воздействие которой является безопасным для рассматриваемого элемента. Такая нагрузка называется

допускаемой временной нагрузкой. Эту нагрузку выражают в единицах некоторой условной эталонной нагрузки, и число таких единиц называют классом элемента по грузоподъемности K.

Интенсивность вертикальной нагрузки, воздействующей на каждый из рассматриваемых элементов пролетных строений от любого конкретного подвижного состава, выражают в единицах той же условной эталонной нагрузки. Число единиц при этом называют классом нагрузки по воздействию на мосты Ko.

8

где kн и (1+µ) - нормативное значение эквивалентной нагрузки и динамический коэффициент от воздействия на рассматриваемый элемент условного эталонного поезда;

kо и (1+µо) -то же от воздействия определенного конкретного классифицируемого подвижного состава.

Таким образом, и грузоподъемность элементов мостов, и силовое воздействие на них определенного подвижного состава могут быть представлены в одних и тех же единицах и сравниваться между собой. Для сопоставимости классов К и Ко нагрузки kн и kо, а также коэффициенты (1+µ) (1+µо) должны соответствовать параметрам той линии влияния, по которой определяется допускаемая нагрузка k.

Сравнение классов элементов моста K с соответствующими величинами Ко (наряду с учетом данных о физическом состоянии сооружения, его конструкции, габаритности, имеющихся материалов испытании и др.) позволяет решать вопросы о возможности безопасности пропуска по мостам тех или иных типов поездов, устанавливать определенные режимы эксплуатации, принимать решение о необходимости усилении слабых элементов или замены пролетных строений.

В качестве эталонной нагрузки при определении К и Ко принята нагрузка Н1. Схема эталонного поезда Н1 и соответствующие ему эквивалентные нагрузки kн приведены в приложении 1.

Динамические коэффициенты в формулах (1.1.) и (1.2): для эталонной нагрузки

9

для классифицируемых поездных нагрузок (при электровозной и тепловозной тяге)

Величинам здесь соответствуют: для основных элементов ферм - расчетный пролет фермы (балки); для балок проезжей части и элементов, работающих на местную нагрузку, - длина загружения линии влияния.

Способ подсчета эквивалентных нагрузок kо описан в учебнике [1]. Для наиболее распространенных на железных дорогах типов подвижного состава численные значения kо и соответствующих им классов Ко приведены в специальной литературе [2, 3].

Основы методики определения допускаемой временной нагрузки k необходимой для оценки грузоподъемности элементов мостов, излагаются в разделах 2, 3 и 4.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДА КЛАССИФИКАЦИИ МОСТОВ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

2.1 Основные расчетные формулы

Грузоподъемность элементов стальных пролетных строений определяется но предельным состояниям первой группы. В соответствии с этим допускаемую на рассматриваемый элемент временную нагрузку устанавливают из условий прочности, устойчивости и выносливости.

Определение допускаемой на элемент временной нагрузки в общем случае ведут с учетом одновременного воздействия на сооружение постоянных нагрузок (веса пролетных строений, мостового полотна, коммуникации), центробежной силы от подвижного состава (в мостах па кривых участках пути), ветровой нагрузки и нагрузки от торможения (или силы тяги) поезда.

10