Методы / Opredelenie_gruzopodemnosti_metallicheskikh_proletnykh_stroeniy_zheleznodorozhnykh_mostov_i_usloviy_propuska_po_nim_poezdov

Если класс элемента моста по выносливости меньше или равен классу нагрузки, то, учитывая особенности выносливости металла как процесса постепенного накопления повреждений при многократно повторяющейся нагрузке, нет необходимости запрещать эпизодический пропуск по мосту тяжелых нагрузок и вводить ограничение скорости движения поездов. В этом случае по специальной методике /2, прил. 24/ определяют меру накопления усталостных повреждений (ресурс) и по результатам этого расчета устанавливают условия эксплуатации и способы повышения выносливости слабых элементов /1, 2/.

На основании полученных расчетом данных о возможности и условиях безопасного пропуска по искусственным сооружениям подвижного состава железных дорог все мосты по их грузоподъемности делятся на пять категорий. Главным критерием отнесения того или иного моста к определенной категории грузоподъемности является величина пропускаемой им нагрузки /1,4/. Методика определения категорий мостов по грузоподъемности приведена в /2, прил. 25/.

5.2 Особенности определения грузоподъемности усиленных элементов

При проектировании усиления должна выполняться классификация всех элементов пролетного строения по грузоподъемности до и после усиления в соответствии с действующим Руководством /2/. В курсовом проекте допускается определять грузоподъемность только усиленных элементов.

Способы, конструкция и технология усиления металлических пролетных строений, наиболее часто используемые па практике, рассмотрены в методических указаниях /5/. Для усиления используется в основном сталь 16Д (R=190 МПа), реже - сталь 15ХСНД (R=270 МПа).

Грузоподъемность усиленных балок со сплошными стенками и балок проезжей части вследствие незначительного влияния собственного веса

41

допускается определять в предположении работы добавленного при усилении металла как на временные, так и на постоянные нагрузки по расчетным формулам, приведенным в, разд. 3 пособия, но с введением в

формулы (3.1-3.3) и их производные новых геометрических характеристик усиленных элементов Gу вместо G (F0, W0, F0β ) и др., см. /2, примечание к прил. 20/.

Так, допускаемая временная нагрузка для усиленных сплошностенчатых главных балок разрезных пролетных строений и балок проезжей части устанавливается:

на прочность по нормальным и касательным напряжениям в опасных сечениях - соответственно по формулам (3.4) и (3.9);

на прочность поясных заклепок или сварных швов: - по формулам (3.1 1) и (3.12);

па устойчивость сжатого пояса - по формуле (3.13); на выносливость в местах концентрации напряжений - по формуле

(3.8).

Геометрическая характеристика усиленного элемента определяется по формуле

'

где G0 - геометрическая характеристика элемента (сечения), его стыка или прикрепления до усиления;

Gн - то же нового (добавленного при усилении) металла;

р0 - коэффициент эффективности усиления, учитывающий податливость прикрепления нового металла. При прикреплении нового металла высокопрочными болтами или сваркой р0 принимается равным единице.

В курсовом проекте необходимая новая геометрическая характеристика Gу (площадь поперечного сечения или момент его сопротивления после усиления) приближенно может быть определена по формуле

42

где nk=1,1 ... 1,2 - коэффициент надежности;

G0 - геометрическая характеристика элемента (сечения) до усиления;

K0 - класс нагрузки, на которую рассчитывается усиление; K - класс элемента (сечения) до усиления.

Вычисленная по формуле (5.2) новая геометрическая характеристика Gу при необходимости уточняется дальнейшим расчетом.

Классы грузоподъемности проезжей части по усиленным прикреплениям продольных балок к поперечным и поперечных к главным фермам определяются также по соответствующим формулам, приведенным в разд. 3 пособия, с введением в расчеты новых геометрических характеристик прикреплений (см. разд. 2 пособия).

Так, допускаемая временная нагрузка при расчете усиления прикрепления продольных балок к поперечным определяется:

для прикрепления при наличии верхней и нижней «рыбок» - по формулам (3.14 - 3.16);

для прикрепления при наличии верхней «рыбки» - по формулам (3.18 -

3.20);

для прикрепления при отсутствии «рыбок» - по формулам (3.23-3.25). Следует иметь в виду, что рассматриваемые прикрепления устаревших

типов без «рыбок» или с одной «рыбкой» имеют низкую грузоподъемность и при их усилении целесообразно перейти к конструкциям с верхней и нижней «рыбками».

Допускаемая временная нагрузка при расчете усиления прикрепления поперечных балок к главным фермам определяется по формуле (3.26).

Приведенная площадь прикреплений F0β, усиленных высокопрочными болтами, вычисляется по указаниям разд. 2 пособия, а коэффициенты б иб(p) - по формулам (2.12).

43

При полной замене в клепаных соединениях заклепок высокопрочными болтами (без разборки соединения) пли при их частичной замене расчет прикреплений выполняется как для клепаного прикрепления.

Увеличение несущей способности прикреплений по прочности достигается, как правило, за счет добавления к существующим заклепкам высокопрочных болтов, для постановки которых специальными конструктивными приемами развивается зона прикреплений.

Ввиду частого распространения в эксплуатации усталостных повреждений верхних поясов продольных балок проезжей части (трещины, выколы) от многократно меняющихся местных давлений на них мостовых брусьев рекомендуется пояса продольных балок, состоящие только из уголков, усиливать на всем протяжении балок сплошным поясным горизонтальным листом. При отношении ширины полки поясного уголка к ее толщине, превышающем 8, указанный метод усиления является обязательным.

Эффективной мерой оздоровления пролетных строений, обеспечивающей также устранение расстройств и повреждений верхних поясов балок, является замена деревянного мостового полотна безбалластным полотном на железобетонных плитах. При ее технической возможности (по конструктивным особенностям балочной клетки проезжей части старых мостов) и при достаточно большом оставшемся сроке эксплуатации пролетного строения такая реконструкция, приводящая к значительному снижению расходов на содержание мостов, весьма рациональна.

Указанные приемы могут при необходимости применяться в сочетании друг с другом.

Возникающие при усилении существенные изменения постоянной нагрузки на пролетное строение, например при превращении металлических пролетных строений в сталежелезобетонные с ездой на балласте или при

44

замене деревянного мостового полотна на безбалластное с железобетонными плитами, должны обязательно учитываться при определении грузоподъемности усиленных пролетных строений. В практике расчетов это можно сделать с помощью коэффициента ус, учитываемого при определении грузоподъемности элементов, подвергшихся усилению без разгрузки от действия собственного веса;

где ус - коэффициент условий работы, равный единице. Остальные обозначения, входящие в формулу (5.3), приведены выше.

В формулах для определения допускаемой временной нагрузки после усиления коэффициент ус вводится сомножителем к постоянной нагрузке.

Грузоподъемность усиленных элементов решетчатых главных ферм. Усиление пролетных строений увеличением площади поперечных сечений слабых элементов путем добавления нового металла может выполняться с разгрузкой и без разгрузки на время работ конструкции от воздействия собственного веса.

Грузоподъемность элементов, усиленных добавлением нового металла с разгрузкой на время работ конструкции от воздействия собственного веса (с выкаткой пролетного строения на сплошные подмости или шпальные клетки), определяется в предположении совместной работы старого и нового металла на все виды нагрузок. Из-за значительных технологических трудностей такой прием усиления применяется редко. При наиболее распространенном на практике усилении конструкций без их разгрузки от действия постоянных нагрузок грузоподъемность усиленных элементов определяется в предположении, что усилия в них от постоянной нагрузки воспринимаются только старым металлом. При этом дополнительную постоянную нагрузку от веса металла усиления допускается суммировать с

постоянной нагрузкой пролетного строения до усиления. Увеличение

45

сечения слабого элемента (его расчетной площади), полученное за счет добавления нового металла, приводит к уменьшению действующих в нем напряжений от временной подвижной нагрузки, которая воспринимается усиленным сечением. Добавленный металл не участвует в восприятии постоянной нагрузки, продолжающей действовать только на старый металл усиленного элемента. Необходимая геометрическая характеристика усиленного элемента может быть первоначально определена по формуле (5.2), а затем при необходимости уточнена с использованием формулы (5.1). Значение Gус вычисляется с учетом ослаблений и коэффициентов и в для сечения элемента после усиления. При расчете стыков и прикреплений элементов (листов, уголков и т. п.), усиленных без разгрузки от собственного веса, значение коэффициентов 0 ( б) для заклепок (высокопрочных болтов) следует умножить на коэффициент

где R - основное расчетное сопротивление старого металла, МПа;

р - напряжение в рассчитываемом элементе от постоянной нагрузки,

МПа.

Прикрепление металла усиления рекомендуется выполнять высокопрочными болтами с пескоструйной очисткой соприкасающихся поверхностей и последующим нанесением фрикционного грунта (краски). В этом случае б определяется по формуле (2.12). Подробные сведения о применении высокопрочных болтов при ремонте и усилении металлических пролетных строений эксплуатируемых мостов приводятся в Инструкции /7/.

Способы усиления пролетных строений по выносливости основываются на осуществлении мероприятий, направленных па повышение усталостной прочности слабых элементов. К ним следует в первую очередь отнести:

46

устранение или снижение концентрации напряжений в элементах, особенно в их прикреплениях и стыках (уменьшение β);

уменьшение действующих в элементе или прикреплении напряжений путем увеличения их расчетной площади;

создание более мягких режимов нагруженное элемента, обеспечиваемое, как правило, искусственным регулированием напряжений и приводящее

к благоприятному изменению характеристики цикла рв min max .

Так, например, увеличение класса по выносливости раскосов или подвесок решетки главных ферм путем уменьшения концентрации напряжений в зоне их узловых прикреплений можно осуществить следующим образом. При отсутствии соединительных планок между ветвями раскоса или подвески в узле или в непосредственной близости к нему сопротивление усталости узла можно повысить постановкой у узловых фасонок соединительных планок, связывающих между собой ветви элемента.

Это приводит к выравниванию напряжений по сечению элемента, уменьшает их концентрацию. Коэффициент β в этом случае может быть уменьшен в 1,2-1,3 раза. Выносливость узла, в котором прикрепление элемента выполнено внахлестку с помощью односрезных заклепок, можно существенно повысить также за счет уменьшения β, если вместо односрезного соединения сделать двухсрезное, поставив соответствующие накладку и прокладку (см. таблицу значений коэффициента β по [2, прил. 10].

Эффективной мерой повышения усталостной прочности элементов в зоне стыков и прикреплений является замена двух или трех крайних рядов заклепок узлового прикрепления усиливаемых элементов высокопрочными болтами. Болты ставятся в отверстия удаленных заклепок без разборки соединений. Такая замена части наиболее напряженных заклепок болтами и превращение клепаного соединения в смешанное клепано-болтовое приводит к значительному уменьшению эффективного коэффициента концентрации

47

напряжений β в усиляемых элементах у крайних рядов их прикреплений и, следовательно, к увеличению коэффициента в. Такой простой метод усиления позволяет, как показывают расчеты, повысить класс элемента по выносливости на 20-50%.

При расчете усиления элементов необходимо учитывать знак усилий от действия постоянных и временной вертикальной нагрузок. При совпадении знака усилий от действия этих нагрузок грузоподъемность усиленного элемента (в расчетах на прочность, устойчивость и выносливость) определяется несущей способностью старого металла.

Для элементов, усиленных углеродистой сталью и имеющих двузначную линию влияния усиления (в случае, когда площади участков каждого знака близки по абсолютной величине), несущая способность может определиться величиной расчетного сопротивления нового металла (при проверке на сжатие растянуто-сжатого элемента с преимущественным растяжением). В этом случае необходимо дополнительно определить значение допускаемой временной нагрузки с учетом разных знаков усилий от постоянных и временной вертикальной нагрузок, т. е. при загружении временной вертикальной нагрузкой меньшей площади линии влияния.

Расчеты усиленных элементов производятся по прочности, устойчивости и 'выносливости на воздействия постоянных нагрузок, временной вертикальной нагрузки от подвижного состава и при расположении мостов на кривых участках пути от центробежной силы. При определении грузоподъемности поясов и ног портальных рам решетчатых главных ферм, кроме того, учитываются нагрузки от поперечного ветра и торможения или силы тяги поездов.

Постоянная нагрузка при расчете усиленных элементов определяется с учетом суммы веса основного металла и металла усиления независимо от способа усиления (с разгрузкой или без разгрузки от собственного веса).

48

Практически определение класса элемента после его усиления (без разгрузки от собственного веса) сводится к повторному определению соответствующих значений k по формулам (4.1-4.3) с учетом замены старых геометрических характеристик усиляемого элемента G0 новыми Gу и умножением постоянной нагрузки, воспринимаемой пролетным строением, на коэффициент ус (формула 5.3.) и значений К по формуле (1.1). Аналогично определяется расчетная грузоподъемность стыков и прикреплений.

Подробные указания по определению допускаемой временной нагрузки для усиленных элементов приводятся в [2, прил. 20].

49

6. ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ И УСИЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО МОСТА

6.1 Определение грузоподъемности элементов и их прикреплений

Основные исходные данные. Пролетное строение, спроектированное по расчетным нормам 1896 г., изготовлено из литого железа в 1902г. Мостовое полотно на деревянных поперечинах с двумя раздельными тротуарами при настиле из досок. Расчетное сопротивление металла R = 160 МПа. Заклепки из литого железа. Диаметр заклепочных отверстий 24 мм.

Расчетный пролет l = 54,0 м. Число панелей 10. Длина панели 5,4 м. Расстояние мужде осями главных ферм B = 5,6 м, продольных балок – 2,0 м.

Рис. 6.1 Линии влияния усилий в элементах пролетного строения

50