Методические указания Содержание и реконструкция мостов

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Мосты и транспортные тоннели»

СОДЕРЖАНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ

Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 270201 «Мосты и транспортные тоннели»

очной и заочной форм обучения

Составитель: Е.Ф. Кулишева

Самара

2010

1

УДК 624.21.059(075.8)

Содержание и реконструкция мостов : методические указания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 270201 очной и заочной форм обучения [Текст] / составитель : Е.Ф. Кулишева. – Самара : СамГУПС, 2010. – 23 с.

Утверждены на заседании кафедры от 01.11.2010 г., протокол № 6. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Приведены методические указания по выполнению курсовой работы для студентов по рассматриваемой дисциплине.

В методических указаниях излагаются основные положения определения грузоподъемности элементов металлических пролетных строений железнодорожных мостов, находящихся в эксплуатации, и расчет условий пропуска по ним поездных нагрузок.

Составитель: Кулишева Елена Федоровна

Рецензенты: д.т.н., профессор СамГУПС П.П. Назаренко; к.т.н., доцент кафедры «ТОСП» СамГАСУ Ю.И. Доладов

Под редакцией составителя Компьютерная верстка Е.А. Ковалева

Подписано в печать 21.12.2010. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,44. Заказ № 301.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2010

2

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Происходящие изменения в условиях эксплуатации мостов, связанные, главным образом, с увеличением веса поездов, скорости их движения и грузонапряженности линий, обусловливают необходимость объективной оценки возможности и условий безопасного пропуска по мостам поездных нагрузок, существенно отличающихся по схемам и величинам от тех, которые в свое время учитывались при проектировании искусственных сооружений. Решать эти задачи прямым путем (расчет на заданную нагрузку) аналогично тому, как это делается при проектировании мостов, неудобно. Введение в эксплуатацию нового подвижного состава, изменение скоростей движения поездов привело бы к необходимости неоднократного повторения таких расчетов. На Российских железных дорогах для наиболее распространенных балочных разрезных пролетных строений эксплуатируемых мостов применяется система их классификации по грузоподъемности, а железнодорожного подвижного состава – по воздействию на мосты.

Для закрепления теоретических знаний и приобретения практических инженерных навыков студенты выполняют самостоятельную работу по оценке грузоподъемности балочных сплошностенчатых и сквозных пролетных строений.

Работа содержит два задания:

1)определение условий пропуска нагрузки по продольным балкам проезжей части пролетного строения;

2)определение условий пропуска нагрузки по элементам главной фермы пролетного строения.

Работа имеет 99 вариантов, исходные данные для выполнения работы приведены в заданиях № 1 и № 2.

Курсовая работа оформляется на листах белой бумаги формата А4. Схемы выполняются карандашом на миллиметровой бумаге с соблюдением масштаба, листы текста и схемы сшиваются в одну тетрадь и нумеруются.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Расчет по определению условий пропуска поездов по металлическим пролетным строениям железнодорожных мостов состоит из четырех этапов.

1. Определяется грузоподъемность пролетного строения методом классификации по предельным состояниям первой группы: на прочность, устойчивость и выносливость. Рассчитывается грузоподъемность каждого элемента с учетом геометрических характеристик поперечных сечений и механических характеристик металла. Для каждого элемента пролетного строения, его стыка и прикрепления определяется максимальная интенсивность временной вертикальной равномерно распределенной (погонной) нагрузки, которая не вызывает наступления предельного состояния при нормальной эксплуатации

3

моста. Рассчитанная таким образом интенсивность временной вертикальной нагрузки в дальнейшем для краткости называется допускаемой временной нагрузкой и обозначается буквой «k».

2. Допускаемая временная нагрузка выражается в единицах эталонной нагрузки kн с учетом соответствующего динамического коэффициента (1+µ). Число единиц эталонной нагрузки является классом элемента пролетного строения К [1]:

В качестве эталонной нагрузки kн принимается временная вертикальная нагрузка по схеме Н1 (приложение 3). Значения k и kн определяются для одной и той же линии влияния (по ее длине λ и положению вершины α). Для этой же линии влияния определяется и динамический коэффициент по формуле [1]:

3.Определяется класс временной вертикальной нагрузки от подвижного состава в единицах той же эталонной нагрузки kн, число единиц которой К0 называется классом

подвижного состава.

4.Производится сравнение классов К и К0 , что позволяет судить о возможностях и условиях пропуска нагрузок по пролетному строению.

Если К ≥ К0 , то нагрузку можно пропускать по мосту без ограничения скорости (V ≥ 90 км/час). Если К < К0 , то проверяется возможность пропуска нагрузки с уменьшенной скоростью по формуле:

Если при этом скорость получилась менее 5 км/час, то пропуск нагрузки по пролетному строению невозможен.

Грузоподъемность элементов металлических пролетных строений определяется с учетом постоянных нагрузок (вес пролетных строений, мостового полотна, коммуникаций и др.), центробежной силы при расположении мостов на кривых участках пути, ветровой нагрузки и торможения (силы тяги). Горизонтальные удары подвижного состава, создающие относительно небольшие усилия в элементах, не учитываются.

Горизонтальная поперечная нагрузка от давления ветра и продольная нагрузка от торможения (или сила тяги) учитываются только при расчетах на прочность и устойчивость поясов (торможение учитывается для грузовых поясов) и портальных рам сквозных

4

главных ферм, а также опорных частей. В расчетах на выносливость горизонтальные нагрузки от торможения и давления ветра не учитываются.

При расчетах на прочность и устойчивость все нагрузки учитываются с соответ-

ствующими коэффициентами надежности. При учете тормозной и ветровой нагрузок ко всем нагрузкам, кроме постоянных, вводятся также коэффициенты сочетания нагрузок.

При расчетах на выносливость коэффициенты надежности для нагрузок не учитываются.

Элементы, ослабленные отверстиями под заклепки, нужно рассчитывать на прочность и выносливость по сечениям нетто, а на устойчивость – по сечениям брутто.

ЗАДАНИЕ № 1

Вэтом задании необходимо выполнить следующее:

–определить грузоподъемность (классы) продольной балки пролетного строения методом классификации;

–классифицировать нагрузку от подвижного состава;

–определить условия пропуска нагрузки по продольной балке.

Исходные данные для задания приведены в ниже.

ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ ДЛЯ ЗАДАНИЯ №1

Примечание: м.б. – мостовые брусья; жбп – железобетонные безбалластные плиты.

5

СЕЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ БАЛКИ

СХЕМЫ НАГРУЗОК

13920

6

1. Определение грузоподъемности продольной балки

Грузоподъемность балок проезжей части (продольных и поперечных) определяется по результатам следующих расчетов:

–на прочность по нормальным напряжениям;

–на прочность по касательным напряжениям;

–на прочность поясных заклепок (или поясных сварных швов).

Кроме перечисленных расчетов в задание на самостоятельную работу не включены, но в реальных условиях выполняются расчеты:

–на общую устойчивость балки;

–на местную устойчивость стенки балки;

–на выносливость по нормальным напряжениям;

–на прочность прикрепления продольных балок к поперечным и поперечных балок к главным фермам.

1.1.Расчет на прочность по нормальным напряжениям

Грузоподъемность балок проезжей части по нормальным напряжениям при изгибе

определяется в середине пролета. Кроме того, необходимо проверять грузоподъемность балок в местах любых изменений поперечного сечения (обрывы горизонтальных листов, стыки элементов балки, места ослабления коррозией и трещинами и другие опасные сечения).

Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути, определяется по формуле [2]:

где εk – доля временной вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну балку с учетом смещения оси пути относительно оси пролетного строения, в самостоятельной работе принять равной 0,5;

nk – коэффициент надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава, принимается по приложению 3;

Ωk ,Ωp – площадь линии влияния изгибающего момента, загружаемая нагрузкой от подвижного состава или постоянной нагрузкой, м2; для продольных балок принимается:

Ωk = Ωp = α (1−2α )d2 ,

где α – коэффициент, определяющий положение вершины линии влияния, принимается равным 0,5;

d – длина панели пролетного строения, м; принимается согласно заданию; χ2 – коэффициент размерности, равный 0,001 при расчете в системе СИ;

7

m – коэффициент условий работы, принимается равным 1;

R – основное расчетное сопротивление металла, МПа, принимается по прил. 1;

с – поправочный коэффициент к расчетному моменту сопротивления, для продольной балки принимается равным 1,1;

W0 – расчетный момент сопротивления, см3, принимается равным моменту сопротивления нетто поперечного сечения балки:

для балки без горизонтальных листов W0=Wнт=0,82Wбр;

для балки с горизонтальными листами W0=Wнт=0,80Wбр;

εр – доля постоянной нагрузки, приходящаяся на одну балку, принять равной 0,5; р – суммарная интенсивность постоянных нагрузок, кН/м, определяется по формуле:

р = np1 p1 + np2 p2;

где р1 – масса металла продольных балок, принимается по приложению 4; nр1 – коэффициент надежности для р1, принимается равным 1,1;

р2 – масса элементов мостового полотна, принимается по приложению 5; nр2 – коэффициент надежности для р2, принимается равным 1,2.

1.2. Расчет на прочность по касательным напряжениям

Грузоподъемность балок проезжей части по касательным напряжениям при изгибе определяется по нейтральной оси балки в опорном сечении. Кроме того, необходимо проверять грузоподъемность балок в местах ослабления коррозией, трещинах и других опасных сечениях.

Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути, определяется по формуле [2]:

где Ωk ,Ωp – площадь линии влияния поперечной силы, загружаемая нагрузкой от подвижного состава или постоянной нагрузкой, м; для опорного сечения продольных балок (при α = 0) принимается:

Ω k = Ω p = d2 ,

d – длина панели пролетного строения, м (согласно заданию);

0,75 – коэффициент перехода от основного расчетного сопротивления металла к расчетному сопротивлению на срез;

χ1 – коэффициент размерности, равный 0,1 при расчетах в системе СИ; δ – толщина стенки балки, см;

Iбр – момент инерции брутто поперечного сечения балки относительно ее нейтральной оси, см4 (приложение 11);

8

Sбр – статический момент брутто отсеченной части рассматриваемого поперечного

сечения балки относительно ее нейтральной оси, см3.

Отношение Iбр / Sбр может быть приближенно принято для клепанных балок без го-

ризонтальных листов (с высотой стенки от 350 до 1500 мм) равным 0,835 hвл, для балок с одной парой горизонтальных листов (с высотой стенки от 550 до 1700 мм) равным 0,865hвл, где hвл – высота стенки балки, см.

Если в опорном сечении нет вертикальных накладок, в расчет принимается сечение только стенки балки. При этом можно принять Iбр / Sбр = 0,667hвл.

Остальные обозначения аналогичны приведенным в формуле (1.1).

1.3. Расчет на прочность поясных заклепок

Грузоподъемность балок проезжей части по прочности поясных заклепок определяется на участках пояса длиной 100 см в опорном сечении. Кроме того, необходимо проверять грузоподъемность балок в местах с увеличенным шагом заклепок и при необходимости в других сечениях.

Допускаемая временная нагрузка, кН/м пути, определяется по формуле [2]:

где F0β – приведенная расчетная площадь одной двухсрезной заклепки (при диаметре 23 мм принять 6,62 см2);

α p – коэффициент, учитывающий собственный вес балок, принимаемый при расче-

те продольных и поперечных балок равным 1,1;

Sбр/ – статический момент площади сечения брутто пояса балки (поясных уголков и

горизонтальных листов) относительно ее нейтральной оси, см3; А3 – параметр, учитывающий сосредоточенное давление от непосредственного опи-

рания мостовых брусьев на верхний пояс балок, м; принимается по приложению 6 в зависимости от значений λ и α линии влияния, загружаемой вертикальной нагрузкой от подвижного состава.

Остальные обозначения аналогичны приведенным в формулах (1.1) и (1.2).

1.4. Определение классов балки

Классы балки определяются для каждого из расчетов по формуле (1) и заносятся в таблицу сравнения классов (табл. 1.1), приведенную ниже.

9

2. Классификация подвижного состава

Класс нагрузки К0 равен отношению эквивалентной нагрузки от классифицируемого подвижного состава с динамическим коэффициентом этой нагрузки к эталонной нагрузке с ее динамическим коэффициентом [3]:

где k0 – эквивалентная нагрузка от классифицируемого подвижного состава, кН/м пути; kн – эталонная нагрузка по схеме Н1, кН/м пути; принимается по приложению 2;

Значения k0 и kн принимаются для одной и той же линии влияния.

Если в пределы линии влияния входит новый груз, то он должен учитываться при отыскании невыгоднейшего положения нагрузки, а при наличии поезда, длина которого превышает длину линии влияния, приходится делать ряд попыток для нахождения критического груза. При этом возможно, что будет найден не один критический груз, а несколько, и поезд несколько раз необходимо устанавливать в различные критические положения, чтобы выбрать из них самое невыгодное.

В общем виде эквивалентная нагрузка k0 классифицируемого подвижного состава вычисляется при невыгоднейшем положении подвижного состава (т.е. определяется максимальная из возможных эквивалентных нагрузок) по формуле:

где Pi – нагрузка от оси на рельсы, кН;

yi – ордината линии влияния под грузом Pi , м;

Ωk – площадь загружаемой линии влияния, см2 или м2.

10