Проектирование и расчет балочной клетки проезжей части автодорожных

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ

1.1. Общие положения

Конструкция любого металлического пролетного строения включает плиту проезжей части (металлическую или железобетонную), продольные и поперечные балки балочной клетки проезжей части и главные балки (фермы).

Проезжая часть пролетных с решетчатыми главными фермами работает в сложных условиях. Через мостовое полотно она непосредственно воспринимает местную нагрузку от временной подвижной нагрузки и, кроме того, будучи связана с главными фермами, взаимодействует с ними и воспринимает дополнительные усилия от совместной работы с ездовыми поясами главных ферм.

В практике используют два различных подхода к проектированию проезжей части и ее связей с главными фермами.

Первый состоит в том, что, обеспечивая надежную работу проезжей части на непосредственно приложенную к ней местную нагрузку, принимают специальные конструктивные меры к максимальному уменьшению дополнительных усилий в ее элементах от совместной работы с ездовыми поясами главных ферм. К таким мерам относятся разрывы непрерывности продольных балок, обеспечение свободного взаимного смещения продольных балок и прикрепляемых к ним диагоналей горизонтальных продольных связей главных ферм, уменьшение горизонтальной изгибной жесткости поперечных балок и др.

Второй подход, наоборот, предусматривает принятие специальных мер к наиболее полному пространственному взаимодействию проезжей части с главными фермами. Осуществляется это постановкой специальных диафрагм, соединяющих продольные балки с поясами главных ферм, прикреплением диагоналей горизонтальных продольных связей между фермами к поясам продольных ба-

5

лок, а также применением других конструктивных решений, обеспечивающих совместную работу проезжей части с главными фермами. Продольные балки проезжей части в этом случае, кроме усилий от местной нагрузки, воспринимают дополнительные продольные усилия от совместнойработы с ездовыми поясами главных ферм.

Отличительной особенностью автодорожных пролетных строений с ездой понизу является конструкция проезжей части. Наиболее широкое распространение получила проезжая часть, состоящая из продольных и поперечных балок, поддерживающих железобетонную плиту с уложенным на ней дорожным покрытием. В пролетных строениях автодорожных мостов включение продольных балок в совместную работу с поясами главных ферм, как правило, не производится, так как, во-первых, при наличии в поперечном сечении нескольких продольных балок, высота которых меньше высоты поперечных балок, включение в совместную работу затруднено конструктивно. Во-вторых, доля временной нагрузки от суммарной вертикальной нагрузки гораздо меньше, чем в железнодорожных мостах, а так как совместная работа учитывается только на действие временной вертикальной нагрузки, то включение в совместную работу оказывается малоэффективным.

При проектировании часто пользуются упрощенными (приближенными) методами определения усилий, при которых конструкцию пролетного строения разбивают на плоские схемы, а взаимодействие и особенности работы отдельных частей конструкции учитывают простейшими методами, чаще введением коэффициентов, определенных в большинстве случаев по опыту проектирования и исследовательскими работами.

1.2. Железобетонная плита проезжей части

Расчет железобетонных плит проезжей части, опирающихся на металлические балки, выполняют используя те же методы и приемы, что и при расчете плит железобетонных мостов. Особенность расчета усилий заключается лишь в том, что при вычислении изги-

6

бающих моментов в плитах, опертых по двум сторонам, поправочные коэффициенты неразрезности плиты αi определяют, учитывая жесткостьна кручение металлических балок вместо железобетонных:

где Ik – момент инерции на кручение главной балки (включая плиту), приведенный к бетону;

hi , ti – длина и толщина прямоугольников, из которых составлено сечение металлической балки;

b и hп – ширина плиты, входящей в состав балки, и ее толщина; Gs и Gb – модуль сдвига стали и бетона, принимаемые равны-

ми 0,4 E ;

η – коэффициент, зависящий от формы сечения (для двутав-

рового сечения из трех листов принимают равным 1,3).

При выполнении предварительных расчетов допускается значение коэффициента αi принимать равным: –0,7 – для сечения на опоре, +0,7 – для сечения в середине пролета.

Определение усилий в плитах, опертых по контуру и консольных, выполняется аналогично расчету плит проезжей части железобетонных мостов.

1.3.Продольные балки балочной клетки

Всоответствии с п. 4.75 СНиП 2.05.03–84* [13] продольные балки решетчатых пролетных строений с проезжей частью, не включенной в совместную работу с главными фермами, допускается, независимо от конструктивного оформления прикрепления их поясов в примыкании к поперечным балкам, рассчитывать по прочности как разрезные с расчетным пролетом, равным расстоянию d между осями поперечных балок. При этом детали прикрепления поясов и стенки балок к поперечным следует рассчитывать на 0,6

7

момента в середине пролета разрезной балки. При расчете указанных продольных балок на выносливость изгибающие моменты следует определять по линиям влияния неразрезной балки на упругоподатливых опорах.

Распределение усилий между элементами балочной клетки определяют по следующей методике.

1.3.1. Постоянная нагрузка

Постоянная нагрузка складывается из веса дорожного покрытия (включая подготовительный слой, изоляцию, защитный слой и слой асфальтобетона), веса железобетонной плиты и собственного веса балки. Нагрузка, приходящаяся на продольную балку, определяется с учетом трапецеидального ее распределения (рис. 1, 2). Рас-

где p1n , p2n , p3n – нагрузки соответственно от веса покрытия, слоев одежды ездового полотна и плиты проезжей части на 1 м балки, причем pi = gi lb , кН/м, g1 , g2 , g3 – соответствующие нагрузки на 1 м2 ездового полотна, lb – пролет плиты поперек моста;

γfpi – соответствующие значения коэффициентов надежности

по нагрузке, принимаемые по табл. 3 прил. 1;

pin – нормативная нагрузка от собственного веса продольной балки на 1 м, кН/м, которую можно принять по формуле

8

1.3.2. Временная нагрузка

Коэффициент поперечной установки определяют построением линии влияния давления на продольную балку с учетом распределения груза вдоль и поперек моста. Для упрощения расчетов принимают ломаное начертание линии влияния вместо криволинейного (рис. 1, 2). Значения ординат принимают равными: в середине длины линии влияния – 1, в четвертях – по приближенной формуле

где d – расстояние между поперечными балками балочнойклетки. Коэффициент поперечной установки для тележки автомобиль-

ной нагрузки АК, полосовой равномерно распределенной нагрузки и одиночной колесной нагрузки НК

где yi – ординаты линии влияния под колесами;

S1 – коэффициент, учитывающий вероятность одновременного

полного загружения полосами нагрузки АК, для одной полосы движения (где нагрузка приводит к самым неблагоприятным результатам) принимают S1 =1,0, для остальных полос нагрузки принимают

S1 = 0,6.

1.3.3. Определение усилий

Если продольные балки разрезаны в местах сопряжения с поперечными и для их прикрепления применяются лишь «рыбки», накладки и «столики», то усилия определяют как для разрезных балок, учитывая возможность появления с течением времени остаточных деформаций в соединениях «рыбок» и «столиков». Поперечные

9

силы в середине пролета и на опоре и моменты в середине пролета определяют по линиям влияния однопролетной разрезной балки с расчетным пролетом d (см. рис. 1, 2).

Моменты и поперечные силы в расчетных сечениях определяют для случаев загружения автомобильной АК и тяжелой колесной НК нагрузками по формулам:

– от воздействия автомобильной нагрузки АК:

где γf ,v , γf ,K , γ′f – коэффициенты надежности по нагрузке соответ-

ственно для полосовой равномерно распределенной интенсивностью ν, одиночной колесной, в виде двухосной тележки с нагрузкой на ось K и тяжелой колесной нагрузки НК;

ηv , ηK , η′ – коэффициенты поперечной установки (для полосовой нагрузки с учетом коэффициента полосности s1 );

ωv , yi – соответственно площадь и ординаты линии влияния;

j – расчетное сечение при определении поперечных сил (сече-

ние на опоре или в пролете); (1+µ) – динамический коэффициент, для металлических балок

автодорожных мостов, принимаемый равным:

– к автомобильной нагрузке АК:

для промежуточных значений λ – по интерполяции.

10