588

624.2 Б78

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

С.А.БОКАРЕВ,С.С.ПРИБЫТКОВ,Н.В.МОЛОКОВА

ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬИ УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХМОСТОВ

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Грузоподъемность мостов»

НОВОСИБИРСК 2008

3

ВВЕДЕНИЕ

Расчет грузоподъемности металлических и железобетонных пролетных строений выполняют в соответствии с требованиями следующих нормативных документов: Руководства по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожныхмостов 1986г. и Руководства поопределению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов 1989 г.

На производстве (в проектных институтах, научно-исследо- вательских лабораториях, мостоиспытательных станциях и др.) расчеты грузоподъемности металлических и железобетонных пролетных строений осуществляют в «две руки» – один специалист выполняет расчет, второй проверяет его. При выполнении курсового проекта «Грузоподъемность и усиление железнодорожных мостов» роль проверяющего исполняет персональный компьютер (ПК). Для этого разработан учебный пакет программ LARGO, в который включен алгоритм поиска ошибок. Студент приходит в дисплейный класс с готовым расчетом и вводит исходныеданныеиконечныйрезультатэтапавычислений(класс элемента поодной изпроверок). Если введенноезначениесовпадает со значением, полученным компьютером, то проверка заканчивается, если значения не совпадают, то компьютер проверяет все значения переменных, используемые на этом этапе.

Расчет студент может выполнять и непосредственно в дисплейном классе, в этом случае машина последовательно и оперативнопроверяет результаты на каждом этапе, находит ошибки и предлагает исправить их.

После того как студент выполнит несколько заданных преподавателем расчетов «вручную»и проверит их на ПК, он переходиткрасчетамгрузоподъемностипопрофессиональнойпрограмме ARGO, с использованием которой выполняет все предусмотренные нормативными документами расчеты грузоподъемности.

4

1.СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Исходные данные для курсового проектирования выдаются на специальном бланке, в дополнение к которому студент получает чертежи железобетонного и металлического пролетных строений.

Студенты выполняют курсовой проект усиления нескольких элементов железнодорожного моста. Основная часть студентов разрабатывает конструкцию усиления элементов металлического и железобетонного пролетных строений, некоторые – опор. Могут быть случаи, когда ряду студентов, по согласованию с ними,будетвыданоособоеиндивидуальноезадание, ориентированноена проектированиеусилениястатически неопределимых, нетиповых конструкций. Возможна углубленная проработка несколькими студентами одного более сложного в сравнении с обычнымзаданием,при этомосновныеэтапыи сроки еговыполнения уточняет преподаватель.

Курсовойпроектпогрузоподъемностииусилениювыполняют в AutoCAD на листе формата А1 (594 841). На листе с необходимой деталировкой вычерчивается конструкция элемента до и после усиления. К листу прилагается пояснительная записка.

Расчетно-пояснительная записка, выполненная в Word, содержит 40–50 с. формата А4. Чертеж и записку оформляют в соответствии с рекомендациями [6].

Курсовой проект состоит из четырех разделов:

–классификация по грузоподъемности элементов пролетных строений (40 %);

–классификация обращающейся и перспективной нагрузок, определение условий их пропуска (20 %);

–расчет усиления элементов пролетных строений (20 %);

–конструированиеи технология усиления (20 %), разработка графика работ в «окно».

Контрольправильностивыполнениярасчетовпоклассификации выполняют на ПК по программе LARGO, разработанной С.А. Бокаревым, Н.В. Молоковой и Д.А. Никитиным, а все расчетыгрузоподъемности выполняютс использованиемпакета прикладных программ ARGO, разработанного по заказу ОАО «РЖД» сотрудниками лаборатории «Мосты» СГУПСа: С.А. Бо-

5

каревым, А.М. Усольцевым, Ю.Н. Мурованным, Ю.В. Рыбаловым, А.А. Ращепкиным и др.

2.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КЛАССИФИКАЦИИ ПО

ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ

В соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог РФ [8] все мосты железнодорожной сети классифицируют по грузоподъемности с целью определения условий пропускапонимразличныхпоездныхнагрузок и решения вопроса об усилении или заменесооружения. Классификацияпо грузоподъемности металлических и железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, определение условий их эксплуатации производят в соответствии с руководствами [3, 4]. Эти документы разработаныприменительнок балочным разрезным пролетным строениям. Грузоподъемность пролетных строений других систем (неразрезные рамные, арочные и др.) определяют прямым расчетом по СНиП 2.05.03–84* «Мосты и трубы» [9] с учетом дефектов и расчетных характеристик материалов, принимаемыхпо [2, 3].

Металлические и железобетонные пролетные строения классифицируют по грузоподъемности по предельным состояниям первой группы на прочность и выносливость. Для каждого элемента пролетногостроения определяют допустимую временную нагрузку (k – временная вертикальная равномерно распределенная нагрузка максимальной интенсивности, не вызывающая наступления предельного состояния). Отношение величины этой нагрузки к величиненагрузки от эталонного поезда kн с соответствующимдинамическимкоэффициентом1 + называетсяклассом элемента К:

Вкачествеэталоннойнагрузкипринятавременнаявертикальная нагрузка по схеме Н1 [2, прил. 1]). При расчете главных балок железобетонных пролетных строений в числитель (2.1) вводяткоэффициент ,предназначенныйдляунификациирезуль-

6

татов классификации главных балок металлических и железобетонныхпролетныхстроений, который принимаетсяравным:

где l – расчетный пролет.

Подвижной состав классифицируют по величине его воздействия на пролетныестроения, выражая эквивалентную нагрузку от него k0 в единицах эталонной нагрузки. Класс подвижного состава определяют по формуле

где1 + – соответствующий нагрузкединамический коэффициент.

Сравнение классов подвижного состава с классами элементов пролетного строения позволяет судить о возможности и условиях пропуска подвижной нагрузки по мостам.

3.КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ

Для определения класса пролетного строения необходимо определить классы его отдельных элементов по формуле (2.1). При использовании этой формулы следует помнить о том, что значение интенсивности нагрузки от эталонного поезда kн необходимоприниматьпоприл. 1 [2]длявеличин и , соответствующих элементу и расчетному случаю определения допускаемой временной нагрузки k. Динамический коэффициентк эталонной нагрузкепринимаютравным:

1 1 27/ 30 .

В этой формуле для основных элементов главных ферм равна расчетной длинепролета:дляпродольныхбалокпроезжей части – расстоянию между осями соседних поперечных балок; для поперечных балок – длине загружения линии влияния. Формулы для определения допускаемой временной нагрузки с необходимыми пояснениямиприведеныниже.

При классификации приняты следующиеусловные обозначения:

7

узлы – обозначаются арабскими цифрами, начиная от нуля по ходу километров; верхние – со штрихом < >, нижние – без штриха;

верхний пояс – буква В и номера узлов, между которыми элемент расположен;

нижний пояс – буква Н и номера узлов, между которыми элемент расположен;

продольная балка – Б; поперечная балка – П.

3.1. Балки проезжей части

Нормативный документ [2] предусматривает выполнение достаточно большогоколичества расчетов попрочности, вынос- ливостииустойчивостибалокпроезжейчасти[2,пп.3.1–3.22].В рамках курсового проекта преподаватель для ручного счета в обязательном порядке задает несколько из перечисленных ниже расчетов продольной или поперечной балки на прочность по нормальным напряжениям [2, пп. 3.2–3.6], по касательным напряжениям[2,пп.3.7,3.8],поприкреплениюпродольныхбалокк поперечным[2,пп.3.16–3.19]иприкреплениюпоперечныхбалок к главным фермам [2, пп. 3.20–3.22]. Результаты ручного счета проверяют по программе LARGO.

3.1.1. Геометрические характеристики сечения балки

Расчет балки проезжей части целесообразно начать с вычерчивания поперечного сечения балки в масштабе 1:10, 1:20. На чертеже необходимо указать основные размеры сечения в целом (полную высоту, расстояния от центра тяжести всего сечения до центров тяжести его составных элементов), размеры его отдельных элементов и ослабление. Типы поперечных сечений приведены на рис. 3.1.

После этого вычисляют следующие геометрические характеристики:площадьсечениябруттоFбр,моментинерциисечения Jбр,статический моментполовиныплощади сеченияотносительно нейтральной оси Sбр. Результаты вычислений необходимо привести в таблице вида табл. 3.1.

8

Рис. 3.1. Типы поперечных сечений балки проезжей части

3.1.2. Допускаемая нагрузка на балку по нормальным напряжениям

При изгибе допускаемую нагрузку на балку по нормальным напряжениям определяют из условия равенства максимальных нормальных напряжений, действующих в поперечном сечении, расчетному сопротивлению металла (рис. 3.2) с соответствующимкоэффициентомусловий работы.

Интенсивность допускаемой нагрузки определяют по формуле

где k, p – доли соответственно временной и постоянной нагрузок, приходящихся на однубалку (при отсутствии смещения оси

9

пути относительнооси пролетногостроения принимаютравным 0,5) [2, пп. 2.2, 2.15]; 2 – коэффициент равномерности, равный 0,001 при расчетах в системе СИ; nk – коэффициент надежности длявременнойнагрузки(nk =1,15 – 0,001 придлинезагружения50 м; для продольных балок равна длине панели d, для поперечных–удвоеннойдлинепанели); p = k –площадилиний влиянияизгибающегомоментавсерединепролета.Дляпродольной балки d2 /B, для поперечной de (e – расстояние междуосью фермы и ближайшей к ней осью продольной балки), м2; R – основное расчетное сопротивление металла, МПа [2, п. 2.1];m–коэффициентусловийработы,вданномслучаеm = 1,0; c – поправочный коэффициент к расчетному моменту сопротивления, в этомрасчетедляпродольных балокс=1,1, дляпоперечных с = 1,0; W0 – расчетный момент сопротивления сечения; p – суммарнаярасчетнаяинтенсивностьпостоянныхнагрузок,кН/м [2, пп. 2.2, 2.7].

Рис. 3.2. Распределение нормальных напряжений по высоте сечения балки

В курсовом проекте при ручном счете допускаемую нагрузку по нормальным напряжениям определяют только в середине пролета.

10