2. Нагрузки и воздействия

При расчете конструкций нагрузки и воздействия принимаются по СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы», по ДБН В.1.2-...-2006 "Нагрузки и воздействия", по проектному заданию и принятым конструктивным решениям.

Виды нагрузок. Мосты и аналогичные им искусственные сооружения подверга­ются действию различных нагрузок, которые могут быть разделе­ны на два основных вида: вертикальные — подвижная, или временная, и постоянная; горизонтальные — ветровая, цент­робежная, тормозная, поперечные толчки и удары подвижной на­грузки.

Кроме того, на искусственные сооружения может также оказывать действие давление грунта, изменение температуры, удары и давление льда, нагрузки от навала судов на опоры мостов, просадки опор, сейсмические воздействия, а также нагрузки, воз­никающие в процессе строительства сооружения и др.

Классификация и характеристика нагрузок и воздействий (по времени действия): постоянные и временные.

К постоянным нагрузкам и воздействиям, когда направление место и время их приложения можно считать неизменными, относятся: собственный вес конструкций, воздействие предварительного напряжения, давление грунта от веса насыпи, гидростатическое давление, воздействие усадки и ползучести бетона, воздействие осадки грунта, вес постоянных частей сооружений.

Временные нагрузки делятся на нагрузки от подвижного состава и пешеходов (вертикальные, давление грунта от подвижного состава, горизонтальные поперечные и продольные) и прочие, которые включают такие нагрузки и воздействия: ветровую, ледовую, от навала судов, температурные климатические воздействия, воздействие морозного пучения грунта, строительные и сейсмические нагрузки.

В расчетах учитывают нагрузки в различных возможных их сочетаниях, принимая при этом во внимание вероятность одновре­менного их действия. Основными сочетаниями считают одновре­менное действие: постоянной, временной (подвижной) вертикаль­ной нагрузки, давления грунта, вызванного временной нагрузкой, и центробежной силы. Дополнительными считают сочетания, при которых одновременно с одной или несколькими нагрузками основных сочетаний действуют также одна или несколько осталь­ных видов нагрузок, кроме сейсмических и строительных. Особы­ми называют сочетания, включающие нагрузки сейсмические или строительные совместно с другими.

Подвижная вертикальная нагрузка. По СНиП 2.05.03-8 «Мосты и трубы» нагрузка от автомобилей принимается в виде нормативной равно­мерно распределенной и одной двухосной тележки на каждой по­лосе движения по мосту. Класс нагрузки обозначает­ся буквами АК, где вторая буква К заменяется цифрой, равной усилию на одну ось тележки в тонна-силах. Следовательно, на каждое колесо тележки приходится 0,5К. Эта сила распределяется по поверхности покрытия на прямоугольной площадке со сторона­ми 0,2 м вдоль движения и 0,6 м поперек движения тележки. Рав­номерно распределенная нагрузка, которая выражает нагрузку от колонны автомобилей на одной полосе движения, имеет общую интенсивность к = 0,1 К и располагается двумя продольными поло­сами на том же расстоянии, что и колеса в поперечном сечении. Каждая продольная полоса распределенной нагрузки имеет интенсивность 0,05К= 0,5к, а поскольку в попереч­ном направлении она распределена на 0,6 м, на единицу площади в полосе загружения приходится давление 0.5к/0.6= 0,0833К.

Класс нагрузки принимают равным А11 (т.е. К=11тс ~110кН) для мостов и труб на автомобильных до­рогах I—III категорий и в городах, а также для больших мостов на дорогах IV и V категорий.

Для средних и малых мостов на до­рогах IV и V категорий принимают нагрузку класса А8. Кроме того, элементы проезжей части мостов, рассчитываемых на на­грузку А8, проверяют на усилие от одиночной оси, равное 11 тс ~110кН.

На каждой полосе нагрузки АК устанавливают только одну те­лежку в самое неблагоприятное положение по длине загружения независимо от числа участков загружения. Равномерно распреде­ленную нагрузку устанавливают на всех участках линии влияния одного знака. По ширине моста полосы нагрузки АК располагают в пределах проезжей части параллельно продольной оси моста и в количестве не больше числа полос движения. Их нужно распо­лагать в наиболее неблагоприятном положении, но не ближе чем на 1,5 м от оси нагрузки до края ближайшей предохранительной или разделительной полосы, а при отсутствии последней — от оси проезжей части. Расстояние между осями соседних полос нагруз­ки должно быть не менее 3 м.

По мостам и другим искусственным сооружениям приходится пропускать особо тяжелые грузы—трейлеры, тягачи, тракторы и другие машины. Поэтому, кроме расчета на колонны автомобилей, необходимо проверять конструкции на пропуск одиночных тяже­лых колесных или гусеничных нагрузок. Мосты, рассчитываемые на нагрузку А11, проверяют на действие одного тяжелого трейлера НК-80 весом 80 тс ~ 800 кН, а мосты под нагрузку А8 — на действие одной гусеничной нагрузки НГ-60 весом 60 тс~600 кН. В поперечном направлении нагрузку НК-80 или НГ-60 располагают на проезжей части в любом наибо­лее неблагоприятном положении, но так, чтобы край колеса или гусеницы не выступал на предохранительную полосу.

Вертикальную нагрузку тротуаров и пешеходных мостов прини­мают в виде толпы людей. На мостах с тротуарами ее учитывают вместе с нагрузкой АК. При пропуске нагрузок НК-80 и НГ-60 тротуары не загружают.

Нормативную нагрузку от толпы людей на пешеходных мостах, принимают вертикальной и равномерно распределенной на всей поверхности прохода с интенсивностью 400 кгс/м² ~ 4 кПа.

Городские мосты, имеющие пути метрополитена или трамвая на специально выделенном полотне, проверяют на действие норма­тивных поездов метро или трамвая. Мосты, расположенные на до­рогах промышленных предприятий, проверяют на специальные автомобильные нагрузки, соответствующие реально обращающим­ся тяжелым автомашинам.

Автомобильная нагрузка может вызывать и дополнительное воздействие на сооружения в виде толчков, ударов, перегрузок и др. Совокупность этих динамических воздействий принято учитывать упрощенно умножением нагрузок или усилий от стати­ческого ее действия на динамический коэффициент, больший еди­ницы, определяемый по установленным нормам. Динамический коэффициент вводят только при расчете железобетонных и метал­лических искусственных сооружений. Для деревянных же и камен­ных мостов, а также для труб под насыпями динамический коэф­фициент не учитывают. Нагрузку тротуаров и пешеходных мостов тоже принимают без динамического коэффициента.

Тяжелую колесную НК-80 или гусеничную НГ-60 нагрузку учи­тывают с введением динамического коэффициента.

При расположении сооружения на гори­зонтальной кривой радиусом 600 м и менее необходимо учитывать горизонтальную поперечную нагрузку, возникающую от центро­бежных сил, вызванных движением временной нагрузки по кривой. Величина центробежной силы зависит от радиуса горизонтальной кривой, класса временной вертикальной нагрузки и числа полос движения, а также длины загружения. Центробежную силу от нагрузки АК принимают в виде горизонтальной равномерно рас­пределенной нагрузки, приложенной на высоте 1,5 м над поверхностью проезжей части моста и направленной в сторону выпукло­сти кривой.

Кроме расчета на автомобильные нагрузки и нагрузки от собственного веса моста и толпы на тротуарах в расчетах учитываются ветровые нагрузки, центробежные и горизонтальные составляющие от автомобильной нагрузки, давление льда, навал судов и т.п.

Величина нагрузок. По величине нагрузки различаются на нормативные и расчетные.

Нормативные нагрузки - это максимальные по величине нагрузки при нормальной эксплуатации, принимаемые на основе статистических данных или по номинальному значению.

Постоянные нагрузки - определяются по данным стандартов; заводов-изготовителей; по размерам и объемным весам; предварительное напряжение - в процессе проектирования. Нормативную вертикальную нагрузку от собственного веса определяют по проектным объемам элементов и частей конструкции, включая постоянные смотровые приспособления, опоры и провода линий электрофикации и связи, трубопроводы и т. д.

Нормативную нагрузку от веса мостового полотна, давления грунта и предварительного напряжения определяют по СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы».

Временные нагрузки – от подвижного состава и пешеходов определяют по СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»:

- вертикальную нагрузку от подвижного состава железных дорог (СК) принимают (с учетом перспективы развития транспортных средств железных дорог) в виде объемлющих максимальных эквивалентных нагрузок , кН/м (тс/м) пути, полученных от отдельных групп сосредоточенных грузов весом до 25К кН и равномерно распределенной нагрузки интенсивностью 9.81К кН/м пути. Показатель К обозначает класс устанавливаемой нагрузки, который устанавливается равным: для капитальных сооружений – 14; для деревянных мостов – 10. Класс нагрузки обозначает­ся буквами СК, где вторая буква К заменяется цифрой, равной усилию на одну ось тележки в тонна-силах. Следовательно, на каждое колесо тележки приходится 0,5К. Таблица интенсивности нормативной нагрузки  и правила загружения указанной нагрузкой линий влияния приведены в обязательном приложении 5 (см. СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы»);

• вертикальную нагрузку от подвижного состава на автомобильных дорогах (АК) принимают (с учетом перспективы): а) от автодорожных средств – в виде полос АК, каждая из которых включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р, равной 9.81К кН, и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью  (на обе колеи) – 0.98К кН/м. Класс нагрузки К принимают равным 11 для мостов и труб на дорогах

• - категорий и в городах, а также для больших мостов (кроме деревянных) на дорогах V-V и равным 8 для малых и средних мостов и труб на дорогах VV; кроме того, элементы проезжей части мостов, проектируемых под нагрузку А8, проверяют на давление одиночной оси, равное 108 кН; б) от тяжелых одиночных колесных и гусеничных нагрузок (для А11 – НК-80 общим весом 785 кН; для А8 – НГ-60 общим весом 588 кН); в) от подвижного состава метрополитена с каждого пути – в виде поезда расчетной длины, состоящего из четырехосных вагонов общим весом каждого загруженного вагона 588 кН; г) от трамваев (при расположении трамвайных путей на самостоятельном огороженном или обособленном полотне) с каждого пути – в виде поездов из четырехосных вагонов общим весом каждого загруженного вагона 294 кН и порожнего – 147 кН.

Подробности загружения мостов различными нагрузками см. СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы».

Расчетные нагрузки определяются путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке _f :

F = F_n*_f.

Каждая нагрузка имеет свой коэффициент надежности по нагрузке. Коэффициенты надежности по нагрузке устанавливаются после обработки статистических данных наблюдений за фактическими нагрузками; они учитывают только изменчивость нагрузок.

Коэффициенты надежности по нагрузке _f для постоянных нагрузок и воздействий принимают по табл.8, а к временным нагрузкам и воздействиям по п. 2.23 и табл. 13 и 14 СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы».