Вопрос 61. Принцип классификации мостов по грузоподъемности, основные расчетные формулы.

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 методом (расчет на заданную нагрузку) аналогично тому, как это делается при проектировании мостов, неудобно. На ж\д для эксплуати­руемых мостов применяется система их классификации по грузо­подъемности.

Принцип классификации и основные расчетные формулы. Сущ­ность расчетной оценки грузоподъемности мостов методом классификации состоит в том, что для каждого несущего элемента определяется значение максимальной временной вертикальной равномерно распределен­ной нагрузки k, воздействие которой является безопасным для рассматриваемого элемента. Эту величину выражают в едини­цах некоторой условной эталонной поездной нагрузки, и число таких единиц называют классом элемента по грузоподъем­ности K.

Вертикальную нагрузку, воздействующую на каждый из рас­сматриваемых элементов пролетных строений от любого конкрет­ного подвижного состава, выражают в единицах той же условной эталонной нагрузки. Число единиц при этом называют классом нагрузки по воздействию на мосты Кo.

В соответствии с указанными определениями:

Где kн и (1+Цн) – нормативное значение эквивалентной нагрузки и линамический коэффициент от воздействия на рассматриваемый элемент условного поезда, принятого в качестве эталона; ko и (1 + Цо) - то же от воздействия определенного конкретного классифицируемого подвижного состава.

Эквивалентная нагрузка ko, исходя из заданной схемы сосредоточенных грузов классифицируемого поезда и вида линии влияния силового воздействия на сооружения, определяется по известным правилам строительной механики. Для наиболее распространенных сейчас и намеченных к перспективному применению на железных дорогах типов локомотивов, вагонов, транспортеоров и другого вида подвижного состава значения ko, Кo существуют в табличной форме.

Величины K и Кo выражены в одних и тех же едини­цах, что позволяет их сравнивать между собой. Сопоставле­ние классов элементов пролетных строений по грузоподъемности с соответствующими классами подвижных нагрузок по воздействию на мосты, наряду с анализом конструктивных особенностей и фи­зического состояния сооружения, позволяет судить о возможности и условиях пропуска конкретных типов поезда, устанавливать режимы эксплуатации моста, принимать решения о необходимости усиления слабых элементов пролетного строения или полной его замены новым.

Рассмотрим определение максимально допустимой временной нагрузки для несущего элемента, работающего на осевую силу. Основное условие метода предельных состояний:

Левая часть этого неравенства выражает усилие, возникающее при действии предельных нагрузок, правая часть - несущая спо­собность элемента.

Условие прочности:

где S’k и S’p - усилия от предельных значений соответственно временной и постоянной вертикальных нагрузок; Fнт - площадь поперечного сечения элемента нетто; R -расчетное сопротивление металла; m - коэффициент условий работы данного элемента.

Выразив S’k и S’p через соответствующие площади линий влияния усилий, можно записать:

где Ek- доля временной нагрузки, приходящаяся на одну ферму (балку), с учетом фактического смещения оси пути относительно оси пролетного строения; k’ - предельная временная вертикальная равномерно распределенная нагрузка от подвижного состава (с учетом динамики); Ep- доля постоянной нагрузки, приходя­щаяся на одну ферму (балку); р' - предельная постоянная равномерно распределенная нагрузка на пролетное строение;

Из этого равенства получим предельную временную нагрузку:

Предельные нагрузки k’и р' связаны с соответствующими им нормативными значениями следующим образом:

где k - нормативная временная вертикальная нагрузка; р - нормативные постоян­ные нагрузки от веса составных частей пролетного строения (металл пролетного строения, мостовое полотно, смотровые приспособления); nk и np- коэффициенты надежности соответственно для нагрузок k и р.

Нагрузка k’ соответствует достижению предельного состояния данного элемента. От наступления предельного состояния конструк­ция может быть гарантирована в случае, если воздействие реального подвижного состава не будет превышать его нормативного значения. Таким образом, допускаемая при эксплуатации временная вертикальная равномерно распределенная нагрузка:

Величина k в дальнейшем для краткости - допускаемая временная нагрузка является исходной для определения класса элемента по грузоподъемности.

Значение временной нагрузки, допускаемой по выносливости элемента, определяется аналогично при nk=np=.1. Расчетная фор­мула имеет вид:

где «гамма» - коэффициент уменьшения расчетного сопротивления для элементов, работающих на переменные и знакопеременные усилия; Q - параметр, учитывающий снижение динамического коэффициента для подвижного состава в расчетах на выносливость.

Временная нагрузка, допускаемая по устойчивости формы эле­мента:

где Fбр - площадь поперечного сечения элемента брутто; «фи» - коэффициент умень­шения расчетного сопротивления при продольном изгибе. Знак минус соответст­вует случаю, когда площади имеют один знак, а плюс - когда они разных знаков.

Площади во всех случаях соответствуют их абсолютным значениям. При однозначной линии влияния:

Обобщая эти формулы получим:

где G - геометрическая характеристика сечения.