5.1 Расчет устоя

Как правило, при расчете устоя рассматривают две расчетные схемы нагрузок.

Схема загружения «в пролет». При этом учитывают:

- постоянные вертикальные нагрузки от собственного веса устоя и примыкающего пролетного строения /2/, пп. 2.4; 2.10^*;

- временные вертикальные нагрузки от подвижного состава, расположенного на пролетном строении и на призме обрушения /2/, пп. 2.2; 2.11; 2.22^*; 2.23^*; прил. 2^* и 5^*;

- горизонтальное давление грунта на заднюю грань устоя от веса насыпи /2/, пп. 2.6; 2.10^*; прил. 3 и от подвижного состава, расположенного на призме обрушения /2/, пп. 2.2; 2.16; 2.23^*; прил. 2^* и 8^*;

- ветровую нагрузку, направленную в сторону пролета /2/, п. 2.24^*, прил. 2^* и 9^*;

- горизонтальную продольную нагрузку от торможения подвижного состава в сторону пролета /2/, пп. 2.2; 2.20^*; 2.23^*; прил. 2^* .

Схема загружения «в насыпь» предполагает учет следующих нагрузок:

- постоянные вертикальные нагрузки от собственного веса устоя и примыкающего пролетного строения /2/, пп. 2.4; 2.10^*;

- временные вертикальные нагрузки от подвижного состава, расположенного на пролетном строении и на устое /2/, пп. 2.2; 2.11; 2.22^*; 2.23^*; прил. 2^* и 5^*;

- горизонтальное давление грунта на заднюю грань устоя от веса насыпи /2/, пп. 2.6; 2.10^*; прил. 3 ;

- ветровую нагрузку, направленную в сторону насыпи /2/, п. 2.24^*, прил. 2^* и 9^*;

- горизонтальную продольную нагрузку от торможения подвижного состава в сторону насыпи /2/, пп. 2.2; 2.20^*; 2.23^*; прил. 2^* .

В рамках курсового проекта достаточно рассмотреть схему загружения «в пролет» (см. рисунок 5.1) как наиболее неблагоприятную.

5.1.1 Нормативные нагрузки

Постоянные вертикальные нагрузки от собственного веса устоя определяются по формуле:

P_уст = P_бу+P_т+P_г + P_c + P_к + P_пф + P_оч + P_ту, (5.1)

где P_бу – постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса балласта с частями пути на устое;

P_т - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса тротуаров с перилами на устое;

P_г - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса грунта на устое, располагающегося в пределах мягкого въезда;

P_c - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса шкафной стенки устоя;

Рисунок 5.1 – Расчетная схема устоя при загружении «в пролет»

P_к - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса откосных крыльев устоя;

P_пф - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса подферменной плиты устоя;

P_оч - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса опорных частей (см. Приложение К);

P_ту - постоянная вертикальная нагрузка от собственного веса тела устоя, равная сумме нагрузок от однородных упрощенной формы частей тела устоя за исключением оговоренных выше.

Определим значения слагаемых, входящих в формулу (5.1).

P_бу = А_б l_у γ_б,

где А_б - площадь поперечного сечения балластной призмы;

l_у – длина шкафной части устоя;

γ_б = 19,4 кН/м³ – объемный вес балласта с частями пути.

P_т = p_тl_у,

где p_т = 4,9 кН/м – погонный вес двусторонних тротуаров с перилами.

P_г = V_г γ_n,

где V_г – объем грунта на устое в пределах мягкого вьезда;

γ_n = 17,7 кН/м³ – нормативный объемный вес насыпного грунта на устое.

P_c = V_с γ_жб,

где V_с –объем шкафной стенки;

γ_жб = 24,5 кН/м³ – объемный вес железобетона.

P_к = V_к γ_жб,

где V_к – объем откосных крыльев.

P_пф = V_пф γ_жб,

где V_пф – объем подферменной плиты.

Постоянные вертикальные нагрузки от собственного веса пролетного строения и балласта с частями пути на пролетном строении:

P_g = P_б + P_пс, (5.2)

где P_б = 0,5 А_б l_п γ_б – постоянная вертикальная нагрузка от веса балласта с частями пути на пролетном строении;

P_пс = 0,5(V_пс γ_жб + p_тl_п) – постоянная нагрузка от собственного веса пролетного строения и тротуаров.

Здесь l_п – полная длина примыкающего к устою пролетного строения, V_пс – объем бетона всех блоков пролетного строения и тротуаров (см. Приложение В).

Постоянные нагрузки от собственного веса устоя и пролетного строения с частями пути показывают на расчетной схеме опоры в виде вертикальных векторов, приложенных в центрах тяжести соответствующих частей устоя, а для давлений, передающихся через опорные части – по оси опирания пролетного строения. Для каждого вектора определяют плечо до центра тяжести расчетного сечения по обрезу фундамента.

Равнодействующая нормативного горизонтального (бокового) давления на устой от собственного веса насыпного грунта, а также грунта, лежащего ниже естественной поверхности земли на 3м и менее

F_h = 0,5τ_n γ_nh²b, (5.3)

где - коэффициент нормативного бокового давления грунта (при засыпке песчаным грунтом значение нормативного угла внутреннего трения = 35 );

h – высота засыпки от обреза фундамента до подошвы шпал;

b – приведенная (средняя по высоте h) ширина устоя в плоскости задних граней, на которую распространяется горизонтальное давление грунта. Для массивных устоев ширину следует принимать равной расстоянию между внешними гранями конструкции.

Наклон задней стенки устоя и силы трения между грунтом засыпки и этой гранью при определении не учитывают, кроме этого в курсовом проекте можно не учитывать горизонтальное давление грунта со стороны пролета. Учет последнего фактора осуществляется, если в проекте сооружения предусматриваются мероприятия, гарантирующие стабильность воздействия этого грунта при строительстве и эксплуатации моста.

Сила F_h приложена на расстоянии h/3 от обреза фундамента.

Временную вертикальную подвижную нагрузку при расчете устоя располагают на примыкающем к нему пролетном строении и на насыпи в пределах призмы обрушения. Эквивалентную нагрузку υ₁ (см. Приложение Н) на пролетном строении определяют при длине загружения = 0,5(l_п + l) и коэффициенте положения вершины линии влияния α₁ = 0,5 ( при ≤ 25м) или α₁ = 0 ( при > 25м).

Нормативное вертикальное давление от временной нагрузки на пролетном строении

P_v =υ₁ (l_п + l)² / (8l), (5.4)

где l – расчетный пролет.

Горизонтальная нагрузка от торможения или силы тяги подвижного состава

F_t = 0.1υ₁l_п, передается на устой в уровне головки рельса и направлена в сторону пролетного строения. При этом величина υ₁ определяется при = l_п и α₁ = 0.5.

Горизонтальная ветровая нагрузка определяется по формуле:

F_w = 0.2(h_б + h_мп) l_п q ₀k_h c_w, (5.5)

где h_б – высота балки пролетного строения;

h_мп – высота мостового полотна;

q₀ – скоростной напор ветра (в курсовом проекте можно принять q₀ = 0,6 кПа, что допускается п. 2.24* действующих норм проектирования /2/);

k_h = 1,2 – коэффициент учитывающий изменение ветрового давления по высоте;

c_w = 1,9 – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления пролетного строения.

Нагрузка (5.5) передается на устой в уровне центра тяжести опорных частей и направлена в сторону пролетного строения.

Эквивалентную временную подвижную нагрузку, расположенную на призме обрушения, υ₃ определяют при длине загружения ₃ = 0,5(ПШ – ОФ) и коэффициенте α₃=0,5. Следует иметь в виду, что величина υ₃ не должна превышать 19,62К, где К – класс нагрузки.

Нормативное (боковое) давление грунта при расположении железнодорожного подвижного состава на призме обрушения (см. Рисунок 5.2) определяется по формулам:

; , (5.6)

где - давление распределенной на длине шпал (2,7 м) временной вертикальной нагрузки (кПа);

- высота, в пределах которой площадь давления имеет переменную ширину, м; - коэффициенты, зависящие от величины и ;

- плечо бокового давления F₁;

Рисунок 5.2 – К определению величин F₁ и F₂

- плечо бокового давления F₂.

Коэффициенты и принимаются по таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Значения коэффициентов и

h, h1, м	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	0,85	0,75	0,67	0,61	0,57	0,53	0,49	0,46	0,44	0,42	0,4	0,38	0,37	0,35
	0,53	0,55	0,56	0,58	0,59	0,60	0,60	0,60	0,62	0,62	0,63	0,64	0,64	0,64