Общие сведения о расчете сооружений

С 1962 г. для мостов и труб принята методика расчета по предель­ным состояниям. По этой методике предельным состоянием конст­рукции называется такое ее состояние, при котором дальнейшая нор­мальная эксплуатация сооружения оказывается невозможной. Техни­ческие условия проектирования железнодорожных, автодорожных и го­родских мостов и труб (СН 200-62) различают три предельных со­стояния:

• первое предельное состояние — по несущей способности (прочно­сти, устойчивости, выносливости и др.); при достижении этого состоя­ния конструкция теряет способность сопротивления внешним силам и получает такие остаточные изменения, которые не допускают ее даль­нейшей эксплуатации.

• второе предельное состояние — по деформациям; в этом случае при сохранении прочности и устойчивости появляются такие общие деформации (перемещения, осадки, колебания), которые исключают дальнейшую эксплуатацию конструкции.

• третье предельное состояние — по местным повреждениям (обра­зованию трещин), которые затрудняют нормальную эксплуатацию кон­струкции.

Расчет по первому предельному состоянию производится с исполь­зованием формул вида:

N

- на прочность —< R;

F

N

- на устойчивость формы * ^ R;

фF

N

- на выносливость F ^ YR,

где N — расчетное воздействие (нормальная сила, момент и пр.), зависящее от нормальных нагрузок, умноженных на соответствующие коэффициенты: п — перегрузки и 1+μ — динамический коэффициент;

F — геометрическая характеристика сечения (площадь, момент сопротив­ления и пр.);

φ — коэффициент понижения несущей способности (коэффициент продоль­ного изгиба);

R = m1k*R^н — приведенное (условное) расчетное сопротивление, где т1 и k — коэффициенты условий работы и однородности; R^н — нормативное сопро­тивление материала.

Расчеты по первому предельному состоянию на прочность (устойчи­вость формы) обязательны для всех мостов и труб и производятся с применением системы расчетных коэффициентов: п — коэффициент перегрузки к нормативным нагрузкам (или усилиям); k — коэффициент однородности материала; т — коэффициент условий работы.

Временная подвижная вертикальная нагрузка учитывается с динами­ческим коэффициентом 1+μ.

Коэффициенты п, k и т вводятся в расчеты для предотвращения на­ступления первого предельного состояния. Установленные значения ко­эффициентов относятся к условиям эксплуатации, материалам и конст­рукциям, отвечающим требованиям действующих правил эксплуатации, ГОСТов и других нормативных документов.

Расчеты по второму предельному состоянию производятся для про­летных строений (по величине вертикального прогиба, периода свобод­ных вертикальных и горизонтальных колебаний, угла перелома упругой линии) и для опор (по величине осадок и смещений).

Расчеты по третьему предельному состоянию производятся по рас­крытию или появлению трещин в железобетонных элементах конструк­ций.

В расчетах по второму и третьему предельным состояниям коэффи­циенты перегрузки и динамический коэффициент не учитываются.

Нагрузки должны приниматься при расчетах в наиболее невыгодных из всех возможных при эксплуатации и строительстве положениях и со­четаниях для отдельных элементов или частей сооружения.

Метод расчета мостов и труб по предельным состояниям более эко­номичен по сравнению с применявшимся ранее методом, при котором определялись напряжения и деформации от силовых воздействий и сравнивались с допускаемыми напряжениями и деформациями, уста­новленными для данного материала конструкций. Коэффициент запаса прочности определялся как отношение временного сопротивления ма­териала к допускаемым напряжениям от расчетной нагрузки. Для ме­таллических мостов коэффициент запаса принимался в пределах от 2,2 до 3,0, что влекло за собой большой перерасход материала.

При расчете конструкций мостов и труб согласно техническим усло­виям (ТУ) учитываются следующие нагрузки и воздействия:

• постоянные нагрузки: собственный вес конструкции, давление грунта, гидростатическое давление воды, воздействие предварительного напряжения и усадки бетона.

• временные нагрузки: подвижные вертикальные нагрузки (от под­вижного состава), центробежная сила, горизонтальные поперечные уда­ры от подвижной нагрузки, горизонтальная продольная нагрузка от торможения и силы тяги.

• прочие временные нагрузки и воздействия: ветровая, ледовая, воз­действия колебаний температуры, трения в опорных частях, сейсмиче­ская.

Сочетания нагрузок, учитываемых при расчете и различающихся по вероятности их одновременного воздействия, различаются на основные, дополнительные и особые.

Постоянная вертикальная нагрузка определяется по проектным спе­цификациям, объемам или объемным весам материалов конструкций. Временная вертикальная нагрузка увеличивается от подвижного состава железных дорог с одного пути.

Габариты

Поперечные размеры конструкций пролетных строений зависят от вида и размеров пропускаемых по мосту транспортных средств. Желез­нодорожные мосты устраивают для укладки одного, двух или несколь­ких параллельных путей. Исходя из этого ширина пролетных строений

определяется габаритом проезда, установленного для данного вида транспорта. Габарит проезда определяет контур, в пределах которого обеспечивается беспрепятственный и безопасный пропуск транспорт­ных средств. На железнодорожном транспорте с нормальной шириной колеи 1520 мм конструкция всех вновь строящихся или переустраива­емых сооружений, в том числе и мостов, должна удовлетворять габа­риту «С» — приближения строений (рис. 1.28). Габаритом приближе­ния строений называется предельное перпендикулярное оси пути очер­ченное пространство (контур), внутрь которого не должны заходить ни­какие элементы или части сооружений. Безопасность движения обес­печивается соблюдением габарита «С» и габарита «Т». Габарит «Т» —

габарит подвижного состава — это предельный, поперечный перпен­дикулярный оси пути контур, за пределы которого не должны высту­пать никакие части (элементы) подвижного состава.

Рис. 1.28. Железнодорожные габариты: а — подвижного состава; б — приближения строений

Наряду с габаритами проезда по мосту, определяющими ширину конструкций пролетных строений, существуют подмостовые габариты, которые устанавливают размеры судоходных пролетов (рис. 1.29). С 1 января 1987 г. они определяются ГОСТ 26775-85. Подмостовой габарит в судоходных пролетах — это минимальное предельное поперечное, перпендикулярное оси судового хода, очертание подмостового про­странства, предназначенное для пропуска судов, судовых и плотовых составов, внутрь которого не должны заходить никакие элементы моста (в том числе и элементы фундаментов) и расположенные на них уст­ройства, включая навигационные знаки. Очертания и размеры подмос-товых габаритов судоходных неразводных и разводных пролетов опре­деляются в зависимости от класса внутреннего водного пути. Надвод­ная высота подмостового габарита должна отсчитываться от расчетного судоходного уровня воды (РСУ), а гарантированная глубина судового хода — от наинизшего (меженного) уровня воды (НСУ). Очертание подмостового габарита должно быть прямоугольным. На пролетных строениях и опорах судоходных пролетов мостов должны размещаться сигнальные навигационные знаки и огни в соответствии с ГОСТ 26600-

Рис. 1.29. Подмостовые габариты:

РСГ — расчетный судоходный горизонт воды; Н — высота габарита в средней

части судоходного пролета; h — высота габарита у опор; В — ширина габарита

на уровне меженного судоходного горизонта; b — протяжение повышенной

части габарита (для водных путей I, II, и Ш класса b = 2/3 В)

Согласно существующим нормам, все внутренние водные пути, ис­пользуемые для судоходства и сплава, разделяются на 7 классов. Шири­на подмостового габарита определяется на уровне наинизшего межен­ного судоходного горизонта (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Подмостовой габарит в м

Класс внутренних водных пу­тей	Высота габарита в средней части (Н)	Высота габарита у опор (h)	Ширина габарита (В)
Постоянные мосты	Временные мосты	Мосты постоянные	Мосты вре­менные для обоих на­правлений
для проле­тов низово­го направ­ления	для проле­тов взводно­го направ­ления
I II III IV V VI VII	Не менее 13,5 12,5 10,0 10,0 7,0 3,5 3,5	Не менее 5,0 4,0 3,5 2,5 2,0 1,5 1,0	— — — 1,5 1,5 1,0 —	Не менее 140 140 120	Не менее 120 100	— — — 50 30 20 —

Глава 2

МОСТОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ