Otvety_na_ekz

а - автомобильная нагрузка АК в виде полосы равномерно распределенной нагрузки интенсивностью и одиночной тележки; б - тяжелая одиночная нагрузка НК; в - поезд метрополитена; г - поезд трамвая

Рисунок 6.1 - Схемы нагрузок от подвижного состава для расчета автодорожных и городских мостов б) от тяжелых одиночных нагрузок НК (рисунок 6.1, б) для мостов и труб, проектируемых:

под нагрузку А14 - в виде четырехосной тележки Н14 с нагрузкой на ось 18 (кН);

под нагрузку А11 - то же, в виде тележки Н11 с нагрузкой на ось 196 кН;

в) от подвижного состава метрополитена с каждого пути - в виде поезда расчетной длины, состоящего из четырехосных вагонов (рисунок 6.1, в) общим весом каждого загруженного вагона 588 кН. При загружении линий влияния, имеющих два или более участков одного знака, разделяющие их участки другого знака следует загружать порожними вагонами весом каждый 294 кН;

г) от трамваев (при расположении трамвайных путей на самостоятельном огражденном или обособленном полотне) с каждого пути - в виде поездов из четырехосных вагонов (рисунок 6.1, г) общим весом каждого загруженного вагона 294 кН и порожнего - 147 кН; число вагонов в поезде и расстояние

между поездами должны соответствовать самому неблагоприятному загружению при следующих ограничениях: число вагонов в одном поезде - не более четырех; расстояния между крайними осями рядом расположенных поездов - не менее 8,5 м.

Загружения моста указанными нагрузками должны создавать в рассчитываемых элементах наибольшие усилия, в установленных нормами местах конструкции - максимальные перемещения (деформации). При этом для нагрузки АК во всех случаях должны быть выполнены условия:

при наличии линий влияния, имеющих три или более участков разных знаков, тележкой загружается участок, дающий для рассматриваемого знака наибольшее значение усилия (перемещения), равномерно распределенной нагрузкой (с необходимыми ее перерывами по длине) загружаются все участки, вызывающие усилие (перемещение) этого знака;

число полос нагрузки, размещаемой на мосту, не должно превышать установленного числа полос движения;

расстояния между осями смежных полос нагрузки должны быть не менее 3,0 м; при многополосном движении в каждом направлении и отсутствии разделительной полосы на мосту

ось крайней внутренней полосы нагрузки каждого направления не должна быть расположена ближе 1,5 м от осевой линии или линии, разделяющей направления движения.

При расчетах конструкций мостов по прочности и устойчивости следует рассматривать два случая воздействия нагрузки АК:

первый - предусматривающий невыгодное размещение на проезжей части (в которую не входят полосы безопасности) числа полос нагрузки, не превышающего числа полос движения;

второй - предусматривающий при незагруженных тротуарах невыгодное размещение на всей ширине ездового полотна (в которое входят полосы безопасности) двух полос нагрузки (на однополосных мостах - одной полосы нагрузки).

При этом оси крайних полос нагрузки АК должны быть расположены не ближе 1,5 м от кромки проезжей части - в первом и от ограждения ездового полотна - во втором случаях.

При расчетах конструкций на выносливость и по предельным состояниям второй группы следует рассматривать только первый случай воздействия нагрузки АК.

При определении в рассматриваемом сечении совместного воздействия нескольких силовых факторов допускается для каждого фактора нагрузку АК устанавливать в самое неблагоприятное положение.

Мосты под пути метрополитена (несовмещенные) при расчетах по предельным состояниям первой группы должны быть проверены на загружение одного из путей поездом, не создающим динамического воздействия, но имеющим длину, превышающую (до 2 раз) длину расчетного поезда. При этом на двухпутных мостах второй путь должен быть загружен поездом расчетной длины.

Тяжелую одиночную нагрузку НК следует располагать вдоль направления движения на любом участке проезжей части моста (в которую не входят полосы безопасности). Ось нагрузки НК должна быть расположена не ближе 1,75 м от кромки проезжей части. Также следует проводить проверку на воздействие сдвоенных нагрузок НК, устанавливаемых на расстоянии 12 м (между последней осью первой и передней осью второй нагрузки), с учетом понижающего коэффициента 0,75.

8.Температурные воздействия на транспортные сооружения, к чему они приводят. Рекомендуется учитывать две группы температурных и влажностных воздействий,

приводящих:

кнеравномерному по сечению пролетного строения распределению температуры и усадки. Неравномерное по сечению распределение температуры и усадки приводит к внутренним самоуравновешенным напряжениям в статически определимых системах, общим деформациям искривления пролетных строений, дополнительным усилиям в статически неопределимых системах;

кизменению средней по сечению температуры и возникновению предельной величины усадки. Изменения средней по сечению пролетного строения температуры и усадки приводят к перемещению концов пролетных строений, появлению дополнительных усилий в статически неопределимых системах, потерям предварительного напряжения.

1.3. При расчете пролетных строений на указанные в п. 1.2 группы воздействий может быть выделено 9 расчетных случаев:

I - суточный ход температуры воздуха в сочетании с воздействием солнечной радиации на вертикальную поверхность. При этом воздействие солнечной радиации на горизонтальную поверхность берется в уменьшенном объеме (с учетом одновременности действия);

II - резкое понижение температуры воздуха. В ряде районов могут быть дополнительно учтены охлаждающие воздействия испарения или града;

III - суточный ход температуры воздуха в сочетании с воздействием солнечной радиации на горизонтальную поверхность. При этом воздействие солнечной радиации на вертикальную поверхность берется в уменьшенном объеме (с учетом одновременности действия);

IV - резкое повышение температуры воздуха. При этом для отдельных элементов сечения может быть учтен нагрев солнцем;

V - кратковременные влажностные воздействия наружного воздуха (первые полгода - год), приводящие к неравномерной по сечению элемента усадке бетона (градиентная усадка);

VI - длительные влажностные воздействия наружного воздуха (первые несколько лет), приводящие к неравномерному высыханию (усадке) бетона различных элементов сечения (стыковая усадка);

VIIдлительные влажностные воздействия наружного воздуха, приводящие к предельной величине усадки бетона;

VIII - годовые (межсезонные) колебания температуры воздуха с учетом действия солнечной радиации;

ЕС - особые тепловые воздействия (например, теплотрассы, проходящие внутри коробчатых пролетных строений).

Характеристика указанных расчетных случаев и исходные данные для проведения тепло - и влагофизических расчетов приведены в работе [2].

1.4.Расчет деформаций и напряжений в пролетных строениях от температурных и влажностных воздействий рекомендуется производить с учетом их пространственной работы. Определение деформаций и напряжений допускается производить приближенными методами, рекомендованными СНиП 2.05.03-84 [1] и настоящими Рекомендациями.

1.5.При проектировании пролетных строений рекомендуется применять конструктивно-технологические мероприятия, позволяющие уменьшить, а иногда и практически исключить неблагоприятное влияние климатических факторов.

Конструктивно-технологические мероприятия можно разделить на 3 группы:

заключающиеся в регулировании или изменении характеристики конструкции (например, устройство консолей плиты проезжей части, препятствующей нагреву солнцем балок);

не требующие изменения конструкции (например, нанесение на поверхность полимерных покрытий);

осуществляемые в процессе транспортировки, складирования и монтажа конструкций.

Рекомендации по конструктивно-технологическим мероприятиям приведены в работе [2]

1.6. Для проведения расчетов напряжений, деформаций и усилий расчетные температуры представляют в виде эпюры разности температур. Под этой эпюрой понимается эпюра, ординаты которой получаются путем вычитания текущей температуры в соответствующей точке сечения и минимальной в пределах сечения.

9. В чем заключается идея метода расчета транспортных сооружений по допускаемым напряжениям и по предельным состояниям. Достоинства и недостатки этих методов.

Метод расчета по допускаемым напряжениям.

Применялся в нашей стране до 1938 г. Согласно этому методу бетон рассматривался как упругий материал. В основу расчетных зависимостей были положены закон Гука, гипотеза плоских сечений. Вместо действительного железобетонного сечения в расчет вводилось приведенное бетонное сечение, в котором арматура заменялась эквивалентным по прочности количеством бетона. Сопротивлением бетона растянутой зоны пренебрегали. В результате расчета определялись напряжения в бетоне и арматуре от эксплуатационных нагрузок, которые не должны были превосходить допускаемые. Последние назначались как доля от предела прочности sadm=R/g, где g - обобщенный коэффициент запаса.

Однако на основании многочисленных опытов было установлено, что этот метод, не учитывающий пластические свойства железобетона, обладал рядом серьезных недостатков: не позволял определять действительные напряжения, находить разрушающую нагрузку и т. д.

Таким образом, практика заставила исследователей искать теоретические основы, отражающие действительную работу железобетонных элементов.

3.3. Расчет сечений по разрушающим нагрузкам.

Врезультате обширных исследований, проведенных советскими учеными (А. Ф. Лолейт, А. А. Гвоздев и др.), в начале 30-х годов был разработан метод, учитывающий упругопластические свойства железобетона, который был включен в нормы проектирования железобетонных конструкции в 1938 г.

Воснову метода расчета сечений по разрушающим нагрузкам была положена работа конструкции в III стадии напряженно-деформированного состояния, при этом предполагалось, что напряжения в бетоне и арматуре достигают предельных значений. В отличие от метода расчета по допускаемым напряжениям, где напряжения в бетоне и арматуре определялись по действующему в сечении внешнему усилию, в рассматриваемом методе по принятым напряжениям в сечении, установленным на основания экспериментов, определялось значение разрушающего усилия. Метод позволял назначать общий для всего сечения коэффициент запаса. Допускаемая нагрузка находилась путем деления разрушающей нагрузки на этот коэффициент. Метод более правильно отражал действительную работу сечений, подтверждался экспериментально и явился крупным шагом в развитии теории железобетона.

Общим недостатком обоих рассмотренных выше методов являлось использование единого коэффициента запаса, лишь весьма приближенно учитывающего многообразие факторов, влияющих на работу конструкции. Кроме того, метод расчета по разрушающим нагрузкам, позволяя достоверно определять прочность конструкции, не давал возможности оценить ее работу на стадиях, предшествующих разрушению, в частности при эксплуатационных нагрузках. Впрочем, до определенного периода практика и не ставила перед исследователями такой задачи. Это объясняется тем, что применялись сталь и бетон относительно низкой прочности, конструкции имели развитые сечения, прогибы и трещины в бетоне от эксплуатационных нагрузок были невелики и не препятствовали нормальной работе конструкций. С появлением бетона и арматуры более высокой прочности сечения уменьшались, снижалась и их жесткость, в результате чего прогибы конструкций от фактических нагрузок оказывались значительными, создавая в ряде случаев препятствия нормальной эксплуатации. Кроме того, более существенную роль стал играть фактор раскрытия трещин, вызывающий коррозию стали, к которой высокопрочная арматура особенно чувствительна. Последние два обстоятельства наряду с отмеченными выше недостатками существовавших методов потребовали дальнейшего совершенствования методики расчета железобетонных конструкций.

3.4. Расчет сечений по предельным состояниям.

С 1955 г. расчет железобетонных конструкций производится по методу предельных состояний.

Под предельным понимают такое состояние конструкции, после достижения которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной вследствие потери способности сопротивляться внешним нагрузкам или получения недопустимых перемещений или местных повреждений.

В соответствии с этим установлены две группы предельных состояний: первая - по несущей способности; вторая - по пригодности к нормальной эксплуатации.

Расчет по первой, группе предельных состояний выполняется с целью предотвращения разрушения конструкций (расчет по прочности), потерн устойчивости формы конструкции (расчет на продольный изгиб) или ее положения (расчет на опрокидывание или скольжение), усталостного разрушения (расчет на выносливость).

Расчет по второй группе предельных состояний имеет цель не допустить развитие чрезмерных деформаций (прогибов), исключить возможность образования трещин в бетоне или ограничить ширину их раскрытия, а также обеспечить в необходимых случаях закрытие трещин после снятия части нагрузки.

Расчет по первой группе предельных состояний является основным и используется при подборе сечений. Расчет по второй группе производится для тех конструкций, которые, будучи прочными, теряют свои эксплуатационные качества вследствие чрезмерных прогибов (балки больших пролетов при относительно малой нагрузке), образования трещин (резервуары, напорные трубопроводы) или чрезмерного раскрытия трещин, приводящего к преждевременной коррозии арматуры.

Нагрузки, действующие па конструкцию, и прочностные характеристики материалов, из которых конструкция изготовлена, обладают изменчивостью и могут отличаться от средних значений.

Поэтому для обеспечения того, чтобы за время нормальной эксплуатации сооружения не наступило ни одного из предельных состояний, вводится система расчетных коэффициентов, учитывающих возможные отклонения (в неблагоприятную сторону) различных (факторов, влияющих на надежную работу конструкции:

коэффициенты надежности по нагрузке gf, учитывающие изменчивость нагрузок или воздействий;

коэффициенты надежности по бетону gb и арматуре gs, учитывающие изменчивость их прочностных свойств;

коэффициенты надежности по назначению конструкции gn, учитывающие степень ответственности и капитальности зданий и сооружений;

коэффициенты условий работы gbi и gsi, позволяющие оценить некоторые особенности работы материалов и конструкций в целом, которые не могут быть отражены в расчетах прямым путем.

Расчетные коэффициенты устанавливают на основе вероятностно-статистических методов. Они обеспечивают требуемую надежность работы конструкций для всех стадий: изготовления, транспортирования, возведения и эксплуатации.

Таким образом, основная идея метода расчета по предельным состояниям заключается в обеспечении условия, чтобы даже в тех редких случаях, когда на конструкцию действуют максимально возможные нагрузки, прочность бетона и арматуры минимальна, а условия эксплуатации наиболее неблагоприятны, конструкция не разрушилась и не получила бы недопустимых прогибов или трещин. При этом во многих случаях удается получать более экономичные решения, нежели при расчете ранее применявшимися методами.

Вопрос 10. Влияние агрессивных сред на металлические транспортные сооружения

9.1 Степень агрессивного воздействия сред 9.1.1 Степени агрессивного воздействия сред на металлические конструкции приведены: жидких неорганических сред - в таблице Х.3; жидких органических сред - в таблице Х.4;

подземных вод и грунтов на конструкции из углеродистой стали - в таблице Х.5.

Таблица Х.3 - Степень агрессивного воздействия жидких неорганических сред на металлические конструкции

* При свободном доступе кислорода в интервале температур от 0 до 50 °С и скорости движения до

1 м/с.

Примечания

1 При насыщении воды хлором или сероводородом следует принимать степень агрессивного воздействия среды на один уровень выше.

2 При удалении кислорода из воды и растворов солей (деаэрация) следует принимать степень агрессивного воздействия на один уровень ниже.

3 При увеличении скорости движения воды от 1 до 10 м/с, а также при периодическом смачивании поверхности конструкций в зоне прибоя и приливно-отливной зоне или при повышении температуры воды с 50 до 100 °С в закрытых резервуарах без деаэрации следует принимать степень агрессивного воздействия среды на один уровень выше.

Таблица Х.4 - Степень агрессивного воздействия жидких органических сред на металлические конструкции

Примечание - Степень агрессивного воздействия нефти и нефтепродуктов, приведенную в данной таблице, следует учитывать в случае воздействия на поддерживающие металлические конструкции и наружную поверхность конструкций резервуаров. Степень агрессивного воздействия нефти и нефтепродуктов на конструкции внутри резервуаров следует принимать по таблице Х.7.

Таблица Х.5 - Степень агрессивного воздействия подземных вод и грунтов на металлические конструкции

компонентами, содержащимися в окружающем воздухе (водорастворимые диоксиды серы, азота, углерода и пыль сложного химического состава), из которых значительную часть составляют выбросы объектов теплоэнергетики. Наибольшие концентрации загрязнений воздушного бассейна города характерны для наиболее загруженных участков Садового кольца, Третьего транспортного кольца, вылетных магистралей и в тоннелях, особенно на конечных участках тоннелей.

Данные по уровню загрязнений атмосферного воздуха на автотрассах города и на прилегающих к ним территориях за 2002 - 2004 гг. приведены в Приложении 2. Представленные в приложении усредненные значения базируются на результатах Единой системы экологического мониторинга, выполняемого в городе посредством систематических замеров автоматическими стационарными станциями контроля (АСКЗ), передвижной лаборатории и данных метеостанций МГУ.

Тенденция увеличения загрязнения воздушного бассейна города вследствие выбросов автомобильного транспорта сохраняется.

Всоответствии со СНиП 2.03.11 агрессивные газы в зависимости от вида и концентрации подразделяются на четыре группы - А, В, С и Д.

Врайонах расположения автомагистралей города концентрации в воздухе диоксида углерода относятся к группе газов А, а диоксида азота и серы - к группе В. По отношению к бетону упомянутые газообразные среды не агрессивны, так как не образуют кальциевых солей при взаимодействии с составляющими цементного камня, приводящих к коррозии бетона.

По отношению к стальной арматуре в железобетоне оксид азота и диоксид углерода во влажных условиях (например при высокой влажности воздуха, при воздействии атмосферных осадков в виде дождя и мокрого снега и т.п.) могут быть агрессивны, так как при растворении создают кислую среду, нейтрализующую щелочность бетона, что приводит сначала к депассивации стальной арматуры, а затем к развитию процессов коррозии.

3.4. Агрессивность твердых сред для бетонных и железобетонных транспортных сооружений обусловлена наличием взвешенных веществ, содержащих сернистые и др. химически активные соединения; пыли и грязи, сорбирующих агрессивные компоненты из воздуха, с поверхности земли и дорожных покрытий; частиц противогололёдных реагентов, наносимых в зимнее время на поверхности дорожных покрытий и тротуаров.

Перечень применяемых противогололедных реагентов с указанием компонентов, влияющих на коррозионное состояние бетона и железобетона, приведен в Приложении 3.

Твердые среды агрессивны по отношении к бетону и железобетону только в присутствии жидкой, туманообразной, пленочной или сорбированной влаги.

Поэтому к жидким средам, помимо дорожных моющих средств и нефтепродуктов (проливы жидкого топлива и масел), относятся также растворы твердых веществ из воздуха и противогололёдных реагентов.

Для конструкций транспортных сооружений агрессивность к бетону твердых и жидких сред проявляется прежде всего в условиях наличия испаряющих поверхностей (нижние наземные части опор эстакад, путепроводов, тоннелей и подпорных стенок, опоры мостов в зоне переменного уровня воды и т.п.). Это провоцирует возникновение сложного вида физической коррозии бетона III вида:

- образование и накопление в порах бетона малорастворимых солей, характеризующихся увеличением объема при переходе в твердую фазу;