Мостов под железнодорожную нагрузку

Вид материала

Методические указания

Содержание Оценка грузоподъемности опор «содержание и реконструкция мостов» Нагрузки и их сочетания. 1.Постоянные нагрузки 2. Временные нагрузки 2-ое основное сочетание 4-е дополнительное сочетание 5-е дополнительное сочетание Средняя плотность (объемный вес) основных строительных материалов Распределенные (погонные) нагрузки от собственного мостового полотна Распределенные (погонные) нагрузки от подвижного состава Динамический коэффициент Проверка прочности грунтового основания под подошвой условно-массивного фундамента 5.Проверка устойчивости опоры от сдвига по грунту

Подобный материал:

• Напряженно-деформированное состояние элементов проезжей части на безбалластном мостовом, 344.88kb.
• Индивидуальные туры, 444.5kb.
• Предельно допустимые массы транспортных средств, 27.05kb.
• Реферат по дисциплине: Геодезическое обеспечение информационных систем На тему : Геодезическое, 293.86kb.
• Летний Сад (Памятники Санкт-Петербурга), 374.79kb.
• Обоснование рациональных конструкций дорожных одежд с учетом региональных условий работы, 254.25kb.
• Лекция в конференц-зале отеля: "Основные направления строительства мостов/автодорог, 200.9kb.
• Заседание Комиссии нп «опжт», 42.64kb.
• Анализ рынков услуг по строительству, реконструкции, капитальному ремонту дорог, тоннелей,, 103.4kb.
• Мостов Георгий Вячеславович 36 19. 40- 21. 10 Административное принуждение лекция, 89.49kb.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


КАФЕДРА МОСТОВ


ОЦЕНКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ОПОР

МОСТОВ ПОД ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНУЮ НАГРУЗКУ


Методические указания

для курсового и дипломного проектирования


по дисциплине


«СОДЕРЖАНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ»


для студентов специализации


«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВ»


Москва – 2006


МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


КАФЕДРА МОСТОВ


Утверждено

Редакционно-издательским

Советом МГУ ПС


ОЦЕНКА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ОПОР

МОСТОВ ПОД ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНУЮ НАГРУЗКУ


Методические указания

для курсового и дипломного проектирования


по дисциплине


«СОДЕРЖАНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ МОСТОВ»


для студентов специализации


«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВ»


Москва - 2006


Методические указания составил преподаватель МГУ ПС

кандидат технических наук, доцент Ю. Г. Рузин

ВВЕДЕНИЕ

Опоры мостов по своему значению и удельной стоимости относятся к основным элементам мостового перехода. Как показывает опыт эксплуатации, опоры железнодорожных мостов старой постройки являются наиболее долговечным элементом сооружения, обладающим достаточно большими запасами прочности. Поэтому при переустройстве и реконструкции моста считается целесообразным использовать имеющиеся в русловой части «старые» опоры для установки на них новых пролетных строений.

Опоры мостов старой постройки, как правило, имеют развитую ледорезную часть. Это дает возможность размещать на уширении в сторону ледореза пролетные строения второго (дополнительного) пути или пролетные строения автопроезда при переустройстве моста под совмещенную езду. В процессе реконструкции размеры опоры и ее высота могут изменяться (например при подъемке пролетных строений для обеспечения подмостового габарита).

Такие переустройства, естественно, приводят к увеличению постоянных и временных нагрузок, а также к изменению схемы приложения усилий от временной подвижной нагрузки, от воздействия ветровой и ледовой нагрузок. Поэтому при разработке проекта реконструкции, предполагающей использование старых опор, необходимо выполнять расчеты по оценке грузоподъемности опоры с учетом изменений размеров конструкции. Расчеты по оценке грузоподъемности опоры необходимо выполнять также при вводе в эксплуатацию новой, более тяжелой подвижной нагрузки.

В предлагаемых методических указаниях изложены расчеты по оценке грузоподъемности реконструируемых опор с условно-массивными фундаментами методом перерасчета.

Указания составлены в соответствии с СНиП 2.05.03-84 и СНиП 2.02.03-85, с учетом рекомендаций «Руководства по определению грузоподъемности опор железнодорожных мостов» 1995 г., но это не исключает необходимости использования других нормативных документов, а также учебников и специальной литературы.

1. Основные положения перерасчета опор по грузоподъемности


В соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог РФ все мосты должны быть проклассифицированы по грузоподъемности. Опоры мостов классифицируют с целью определения условий пропуска по ним различных подвижных нагрузок и решения вопросов, связанных с реконструкцией опор, их усилением, ремонтом или заменой опирающихся на них пролетных строений.

Оценку грузоподъемности опор осуществляют на основании Основных положений по расчету надежности строительных конструкций и оснований по предельным состояниям первой группы.

Классификация подвижных нагрузок по воздействию их на опоры выполняется на основании руководства по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов и Руководства по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам с учетом динамических коэффициентов.

Для железнодорожных мостов оценка грузоподъемности опор может выполняться методом классификации или методом перерасчета. Грузоподъемность опор смешанных мостов – методом перерасчета.

При определении грузоподъемности необходимо учитывать состояние опоры, которое устанавливается при специальном обследовании.


Данные, необходимые для оценки грузоподъемности, которые устанавливаются при специальном обследовании:

1.Определяются геометрические размеры всех элементов опоры;

2.Фиксируется взаимное положение частей (осадки, крены, сдвиги);

3. Фиксируется взаимное положение частей тела опоры и опорных частей;

4. Устанавливается размер, тип и расположение характерных дефектов, что позволит оценить категорию неисправности конструктивных элементов опоры;

5.Выполняются специальные изыскания по определению несущей способности грунта (физико-механические характеристики грунта основания оцениваются либо специальными полевыми испытаниями, либо лабораторными испытаниями специально отобранных проб);

6. Устанавливаются размеры и конструкция подземной части опоры (по чертежам имеющейся документации или по конструктивным аналогам, характерным для периода постройки опор и условий данного региона;

7.Оцениваются прочностные свойства материала тела опоры, подферменной плиты и других элементов (для сборно-монолитных и железобетонных элементов опоры – неразрушающими методами, для массивных бетонных и бутобетонных – путем отбора и испытания образцов-кернов).

8. Изучаются данные системных наблюдений за режимом реки (характерные уровни низкого и высокого ледохода, местные и общие размывы).

При обследовании и изучении имеющейся документации уточняется год постройки и ввода в эксплуатацию мостового сооружения.

Оценка грузоподъемности опоры методом перерасчета предполагает выполнение следующих проверок:

• Прочности грунтового основания под подошвой условно-массивного фундамента;
  
• Прочности кладки тела опоры (в характерных поперечных сечениях по высоте конструкции и в уровне обреза фундамента);
  
• Положения равнодействующей активных сил относительно ядра сечения опоры (условный расчет на трещиностойкость) для тех же сечений;
  
• Устойчивости от опрокидывания для тех сечений, где условие трещиностойкости не выполняется;
  
• Устойчивости опоры (устоя) от сдвига
  

Нагрузки и их сочетания.

Схемы действия нагрузок на опору зависят от ее конструктивных особенностей. Расчетные схемы концевой опоры (устоя) и промежуточной опоры (быка) существенно отличаются. Устои рассчитывают только в одном направлении – вдоль оси моста. Промежуточные опоры рассчитывают как в продольном, так и в поперечном направлении.

В расчетах учитываются следующие виды нагрузок:

1.Постоянные нагрузки:

а) собственный вес всех элементов моста (пролетного строения и элементов пути, оголовка, опорных частей и тела опоры, фундамента и грунта, включенного в состав условно-массивного фундамента);

б) вес грунта обратной засыпки (для водонасыщенных грунтов с учетом гидростатического воздействия);

в) усилие предварительного напряжения элементов тела высоких опор


2. Временные нагрузки:

а) временные вертикальные нагрузки от подвижного состава, расположенного на пролетных строениях, примыкающих к опоре;

б) связанные с вертикальной временной нагрузкой горизонтальные нагрузки (торможение, боковые удары, ценробежные силы);

3. Прочие нагрузки:

а)ветровые нагрузки (горизонтальные усилия от них определяются по рекомендациям Приложения 6 «Руководства по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов»;

б) ледовые нагрузки и их воздействие на опору (в соответствии с СНиП 2.05.03-84, рекомендации Приложения 10);

в) нагрузки от навала судов (в соответствии с СНиП 2.05.03-84, рекомендации по пункту 2.26);

Низкая вероятность одновременного воздействия всех нагрузок при их максимальных значениях учитывается при расчетах опор специальными коэффициентами сочетаний n , значения которых для промежуточных опор приведены в таблице 1.

Промежуточные опоры рассчитывают в продольном и поперечном направлении по нескольким основным и дополнительным сочетаниям нагрузок.

При перерасчете промежуточной опоры вдоль оси моста рассматривается 4 сочетания:

1-ое основное сочетание - постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в обоих примыкающих к опоре пролетах;

2-ое основное сочетание - Постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в одном из примыкающих к опоре пролетах (большем по длине);

3-е дополнительное сочетание - постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в обоих примыкающих к опоре пролетах +горизонтальные тормозные + горизонтальные ветровые на пролетное строение и на тело опоры (направление горизонтальных нагрузок – в сторону большего по длине пролета);

4-е дополнительное сочетание - Постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в одном из примыкающих к опоре пролетах (большем по длине) + горизонтальные тормозные + горизонтальные ветровые на пролетное строение и на тело опоры (направление горизонтальных нагрузок – в сторону большего по длине пролета).

При перерасчете промежуточной опоры поперек оси моста рассматривается 5 сочетаний:

1-ое основное сочетание: постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в обоих примыкающих к опоре пролетах;

2-ое основное сочетание: постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в одном из примыкающих к опоре пролетах (большем по длине);

3-е дополнительное сочетание: постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в обоих примыкающих к опоре пролетах + горизонтальные ветровые на пролетное строение и на подвижной состав + горизонтальная ветровая на тело опоры (на всю ее высоту) + горизонтальное давление льда в уровне низкого ледохода (направление горизонтальных нагрузок – в сторону, совпадающую с направлением течения);

4-е дополнительное сочетание: постоянные нагрузки + временные вертикальные, расположенные в обоих примыкающих к опоре пролетах + горизонтальные ветровые на пролетное строение и на подвижной состав + горизонтальная ветровая на тело опоры (на часть ее высоты, расположенной выше уровня льда) + горизонтальное давление льда в уровне высокого ледохода (направление горизонтальных нагрузок – в сторону, совпадающую с направлением течения);

5-е дополнительное сочетание: то же, что и в 3-м дополнительном сочетании, но вместо ледовой нагрузки учитывается навал судна.

При опирании на промежуточную опору среднего узла неразрезного пролетного строения расчеты вдоль моста следует вести по 1-му и 3-му сочетаниям, а расчеты поперек моста – 1-му, 3-му, 4-му и 5-му сочетаниям.

Таблица 1. Коэффициенты сочетаний n для перерасчета промежуточной опоры

Номер сочетания	Постоянные нагрузки	Временные вертикальные	Горизонтальные нагрузки
			Тормозные	Ветровые	Ледовые	Навал судна
При расчетах промежуточной опоры вдоль моста
1 основное	1,0	1,0	-	-	-	-
2 основное	1,0	1,0	-	-	-	-
3 доп-ное	1,0	0,95	0,8	0,5	-	-
4 доп-ное	1,0	0,95	0,8	0,5	-	-
При расчетах промежуточной опоры поперек моста
1 основное	1,0	1,0	-	-	-	-
2 основное	1,0	1,0	-	-	-	-
3 доп-ное	1,0	0,95	-	0,5	0,7	-
4 доп-ное	1,0	0,95	-	0,5	0,7	-
5 доп-ное	1,0	0,95	-	0,5	-	0,7

Коэффициенты надежности постоянных и временных нагрузок

При перерасчете опор выполняются проверки по прочности грунтового основания в уровне подошвы фундамента (ПФ) и по прочности кладки тела опоры в уровне обреза фундамента (ОФ). В этом случае усилия, действующие в проверяемых сечениях, определяются от расчетных нагрузок, т.е. с учетом коэффициентов надежности y_f>1.

В расчетах коэффициенты надежности принимаются:

1. Для постоянных нагрузок
   

• Собственный вес пролетных строений – y_f = 1,1 (0,9).
  
• Собственный вес элементов пути в зависимости от материала:
  
• На деревянных поперечинах - y_fp = 1,2 (0,9);
  
• На железобетонных плитах БМП – y_fp = 1,1 (0,9);
  
• На балласте – y_fp = 1,3 (0,9).
  
• Собственный вес элементов опоры:
  
• Оголовок опоры (железобетонная подферменная плита) – y_fp = 1,1 (0,9);
  
• Тело опоры (бетонная кладка) – y_fp = 1,1 (0,9);
  
• Ледорез (бетонная кладка) – y_fp = 1,1 (0,9);
  
• Массивный фундамент (бутобетонная кладка) –y_fp = 1,1 (0,9);
  
• Грунт в составе условно-массивного фундамента -– y_fp = 1,2 (0,9);
  
• Временные вертикальные нагрузки – y_fk = 1,15 (0,9);
  
• Прочие нагрузки:
  
• Ветровая нагрузка - y_fw = 1,5 (0,9);
  
• Ледовая нагрузка - y_fл = 1,5 (0,9);
  

Средняя плотность (объемный вес) основных строительных материалов

Данные о строительных материалах необходимые для определения веса отдельных элементов опоры, пролетных строений и элементов пути. Таблица 2

№№	Название материала	Плотность т/м3
1	Железобетон	2,5
2	Бетон вибрированный	2,4
3	Бутобетон	2,3
4	Кладка из тесаного камня (гранит)	2,7
5	Кладка из тесаного камня (песчаник)	2,4
6	Кладка кирпичная	1,8
7	Балласт с частями пути	2,0
8	Балласт щебеночный	1,7
9	Сталь	7,85

Распределенные (погонные) нагрузки от собственного мостового полотна

Нагрузка от мостового полотна, в зависимости от его конструкции, принимается:

• Мостовые брусья без тротуаров – 0,7 т/м;
  
• Мостовые брусья с двумя тротуарами - 0,9 т/м;
  
• Безбалластные железобетонные плиты с двумя тротуарами – 2,0т/м
  

Распределенные (погонные) нагрузки от подвижного состава

Интенсивность временной вертикальной нагрузки от подвижного состава назначается в зависимости от параметров линии влияния опорной реакции (длины линии влияния –  и относительной координаты положения вершины линии влияния – ), а также от принятой категории нагрузки (С-14 по СНиП или Т_пр по «Руководству»). В условиях эксплуатации в качестве расчетной может приниматься реальная поездная нагрузка, которая обращается по мосту.

В расчетах по 1-му основному и 3-му дополнительному сочетаниям (загружены оба примыкающих к опоре пролетных строения) параметры линии влияния, необходимые для определения интенсивности временной вертикальной нагрузки, будут:  =(L₁ + L₂);

 = L₁/(L₁ + L₂)<0,5 - что соответствует L₁< L₂. По полученным параметрам линии влияния интенсивность временной вертикальной нагрузки находится в таблицах Приложения 5 СНиП для нагрузки С-14 или в таблице П.25.2 Приложения 25 «Руководства» для нагрузки Т_пр.

В расчетах по 2-му основному и 4-му дополнительному сочетаниям параметры линии влияния будут равны:  = L₂;  = 0

Динамический коэффициент (1+m) принимается:

Для массивных опор - (1+m) = 1,0;

Для стоечных железобетонных опор (1+m) = 1,0 + 6/(30+).

Тормозная сила, приложенная в центре шарниров опорных частей, учитывается в размере 10% от временной вертикальной нагрузки, расположенной на всей длине пролетных строений, опирающихся на опору.

Горизонтальные усилия, передаваемые на неподвижные опорные части, принимаются в размере 100% полного продольного усилия, собранного на длине пролетного строения (при этом не учитывается тормозная сила от установленных на той же опоре подвижных опорных частей).

При расположении на опоре неподвижных опорных частей под обоими пролетными строениями тормозные силы суммируются.

При расположении на опоре подвижных опорных частей двух соседних пролетов или подвижной опорной части неразрезного пролетного строения тормозная сила учитывается:

• В скользящих (тангенциальные) опорных частях в размере 50%;
  
• В катковых, секторных или валковых опорных частях в размере 25% всего продольного усилия;
  

В случае, когда неподвижная опорная часть установлена под пролетным строением меньшей длины, тормозные усилия суммируются, однако суммарное усилие не должно превышать 100% тормозного усилия, собранного на большем из пролетов.


Проверка прочности грунтового основания под подошвой условно-массивного фундамента;

Проверка прочности грунта предполагает определение средних и максимальных значений напряжений, действующих в грунте под подошвой условно-массивного фундамента, и сравнение полученных напряжений с расчетным сопротивлением грунта.

Значения средних и максимальных напряжений в грунте определяются по формулам:

p_ср =Ni /А_сnR ; р_max= Ni /А_с+ Мi /W n*с* R;

где Ni - равнодействующая всех вертикальных сил от постоянных и временных нагрузок, а также веса грунта, включенного в условно-массивный фундамент, с учетом коэффициентов надежности f> 1,0;

ΣМi - суммарный момент, действующий в уровне подошвы фундамента, определяемый с учетом внецентренного приложения сил Ni и горизонтальных сил (торможение, ветровые, ледовые и т. п.);

Mi вдоль и поперек моста учитываются раздельно, если подошва фундамента имеет прямоугольную форму.

Для подошвы фундамента, очерченной по окружности (столбчатые опоры большого диаметра) Mi определяется как результат векторного сложения Miх, действующих поперек оси моста, и Miу, действующих вдоль оси моста;

n - коэффициент надежности по назначению, равный 0,83;

с - коэффициент условий работы (с = 1 - для нескальных оснований при расчетах на основные сочетания нагрузок и с = 1,2 - для скальных оснований во всех сочетаниях нагрузок);

А_с - площадь поперечного сечения условно-массивного фундамента в уровне его подошвы, м (А = b_c *а_c);

W - момент сопротивления поперечного сечения условно-массивного фундамента: Wх= b_c *а_c²/6 - для расчетов поперек оси и Wу= b_c ²*а_c/6 - для расчетов вдоль оси моста

R – расчетное сопротивление грунта основания определяется по результатам полевых испытаний или лабораторных испытаний образцов грунта основания, отобранных при геологических исследованиях в зоне мостового перехода. При отсутствии таких данных, допускается определять расчетное сопротивление основания из нескального грунта по формулам СНиП 2.05.03-84 (приложение 24).

Cхема условно-массивного фундамента для опускного колодца (кессона) показана на рис.1.



На схеме 1-а размер подошвы условно-массивного фундамента определяется по формуле: а_с = а + 2*d*tg(_m/4), где

а – размер бетонной части фундамента в уровне ПФ;

d – глубина заложения подошвы фундамента;

_m - среднее значение углов внутреннего трения для слоев грунта в пределах глубины заложения: _m = _i* h_i/ d; здесь _i - расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта в пределах глубины d; h_i – толщина этого слоя грунта.

Размер b_c определяется аналогично.

Для опускных колодцев, погружаемых с использованием тиксотропной рубашки, уширение подошвы условно-массивного фундамента не учитывают. Cхемы условно-массивных фундаментов для свайных опор приведены в СНиП 2.05.03-84 (приложение 25).


2.Проверка прочности кладки опоры. Прочность материала кладки тела опоры проверяется по среднему и максимальному значениям напряжений, действующих в характерных сечениях кладки:

рср =Niкл / Акл  nRкл ;

рmax= Niкл /Акл+ Мiкл /Wкл  nс Rкл;


где n = 0,91 - коэффициент надежности по назначению; с = 1,2 - коэффициент условий работы.

Напряжение в кладке проверяется расчетом в характерных (по высоте опоры) сечениях, где геометрические характеристики поперечного сечения тела опоры резко изменяются. Расчетное сопротивление кладки тела опоры назначается в зависимости от вида напряженного состояния и от фактической прочности материала тела опоры: R_кл=m_кл*R_ф , где m_кл – коэффициент перехода от кубиковой прочности материала к другим видам сопротивления (таблица 2); R_ф – фактическая прочность материала опоры, определенная при испытании образцов-кернов или методами неразрушающего контроля.

Таблица 3 Значения коэффициента m_кл для разных типов кладки

Тип кладки	Осевое сжатие	Сжатие при изгибе	Сдвиг	Местное смятие
Бутобетон	0,30	0,35	0,05	0,45
Бетон	0,35	0,.40	0,06	0,55
Тесаный камень	0,45	0,55	0,07	0,70

Для бетона и цементного раствора значения R_ф допускается определять по формуле:

R_ф = m_тс*R^т ,

где R^т- проектная марка бетона или раствора; m_тс – коэффициент снижения проектной марки в зависимости от технического состояния опоры, которое оценивается по категории неисправности конструкции, и по сроку службы.


Таблица 4. Значения коэффициента m_тс при разных категориях неисправности опор.

Категория неисправности	Срок службы опоры, годы
	20	40	60	80	100
0	1,0	0,98	0,96	0,93	0,90
I	0,90	0,87	0,84	0,80	0,75
II	0,75	0,72	0,69	0,65	0,60
III	0,60	0,57	0,54	0,50	0,45

При отсутствии данных о проектной марке материала допускается принимать:

R^т = 50 кг/см² - для растворов и R^т = 120 кг/см² – для цементных бетонов.


3.Проверка положения равнодействующих вертикальных сил относительно ядра сечения (условный расчет на трещиностойкость).

Проверка заключается в определении эксцентриситета е равнодействующей вертикальных сил в исследуемом сечении опоры и в сравнении его с радиусом ядра сечения. Трещиностойкость сечения будет обеспечена, если соблюдается условие:

е= Мi /Niρ,





где р – радиус ядра сечения, определяемый как р=W/А. Условие е  р означает, что равнодействующая вертикальных сил Ni,. находится в ядре сечения. Если е >р, то в сечении имеется растянутая зона, и возможно образование поперечных трещин в теле опоры (в этом случае требуется выполнить проверку устойчивости опоры от опрокидования).


4.Проверка устойчивости опоры при опрокидывании.

Проверка устойчивости тела опоры от опрокидывания считается выполненной, если соблюдается условие.

Ми  m/ n Мz

где Ми - опрокидывающий момент, который определяется от всех действующих сил с учетом коэффициентов надежности fi >1,0; Мz - удерживающий момент,

в котором все удерживающие силы учтены с коэффициентами надежности fi >1,0<1,0 (для собственных весов fр= 0,9, а для временных нагрузок fк = 1,0) и m- коэффициент условий работы, который практически во всех случаях расчетов равен 1,0; n - коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 1,10.

При определении Мu следует учитывать крены опоры, если при обследовании их наличие установлено.

5.Проверка устойчивости опоры от сдвига по грунту

Проверка выполняется для устоев и опор, расположенных в грунтовом массиве, склонном к оползневым подвижкам.

В настоящее время завершается разработка методики оценки грузоподъемности опор методом классификации. Основные положения этой методики аналогичны принятым в методиках оценки грузоподъемности методом классификации металлических и железобетонных пролетных строений. Определение расчетных характеристик материалов и грунтов,расчетные схемы, виды проверок в значительной степени совпадают с используемыми в методе перерасчета опор.

Расчеты проводятся в табличной форме.