В.9.4 Рекомендации по выполнению анализа рисков при ударах рельсовых транспортных средств

(1) В рамках оценки рисков для людей от схода с рельсов железнодорожных транспортных средств при приближении к конструкциям класса А (где допустимая скорость св. 120 км/ч) и к конструкциям класса В необходимо учитывать следующие факторы:

— вероятность схода с рельсов железнодорожных транспортных средств при приближении к конструкции;

— допустимую скорость железнодорожных транспортных средств на рельсах;

— рассчитанное замедление сошедших с рельсов железнодорожных транспортных средств при приближении к конструкции;

— расстояние в поперечном направлении, которое, согласно расчетам, должен преодолеть сошедший с рельсов поезд;

— является ли рельсовый путь единственным на участке вблизи конструкции;

— тип поезда (пассажирский/грузовой);

— ожидаемое число пассажиров в проходящем около конструкции железнодорожном транспортном средстве;

— периодичность движения железнодорожных транспортных средств около конструкций;

— наличие стрелочных переводов и переездов вблизи конструкции;

— статическая система (концепция) конструкции и живучесть опор;

— расположение опор конструкции относительно рельсовых путей;

— ожидаемое количество людей вне железнодорожного транспортного средства, которые могут пострадать.

В меньшей степени увеличивают риск при сходе с рельсов железнодорожных транспортных средств следующие факторы:

— закругление рельсовых путей вблизи конструкции;

— количество рельсовых путей при их наличии в количестве более двух.

Следует также учитывать эффект того, что предложенные превентивные или защитные меры обеспечены на других элементах или других участниках инфраструктуры. Сюда включают, например, влияние сигналов на дальность видимости, разрешение на доступ и другие меры безопасности, связанные с размещением пути.

Примечание — Дополнительные рекомендации и указания, распространяемые на конструкции классов А и В (см. 4.5.12), содержатся в UIC Code 777-2R (2002) Structures Built Over Railway Lines. (Construction requirements in the track zone/Конструкции над железнодорожными путями. Строительные требования в зоне путей). Нормы UIC 777-2R содержат специальные рекомендации и указания по следующим пунктам:

— выполнение оценок рисков для конструкций класса В;

— меры (включая правила конструирования), которые необходимо рассматривать для конструкций класса А, включая ситуации, когда максимальная скорость на участке менее 50 км/ч;

— меры, которые необходимо рассматривать для конструкций класса А, когда расстояние между ближайшей опорной конструкцией и осью пути £3 м.

(2) При разработке подходящих мер по снижению риска для людей от схода поездов с рельсов при приближении к конструкциям класса В необходимо рассматривать следующие требования,
по отдельности либо в сочетании:

— обеспечение живучести опорных конструкций, способных выдерживать косой удар сошедшего с рельсов поезда, для снижения вероятности полного обрушения конструкций;

— обеспечение неразрывности пролетов верхней части сооружения для снижения вероятности полного обрушения вследствие столкновения с опорами сошедшего с рельсов поезда;

— обеспечение мер по ограничению бокового отклонения сошедшего с рельсов поезда при приближении его к конструкции для снижения вероятности удара;

— увеличение бокового пространства до опор конструкции для снижения вероятности удара сошедшего с рельсов поезда;

— исключение опор, расположенных на линии, которую пересекает линия, продленная в направлении пути за стрелочным переводом, чтобы снизить вероятность того, что сошедший с рельсов поезд будет направлен к опорной конструкции;

— обеспечение сплошных стен или стеновых опор (фактически, это означает исключение отдельных колонн) для снижения вероятности полного обрушения вследствие столкновения сошедшего с рельсов поезда с опорами конструкции;

— при невозможности обоснованного исключения отдельных опор следует предусмотреть их достаточно неразрывное соединение, чтобы обеспечить устойчивость верхней части сооружения при удалении одной из колонн;

— применение устройств, контролирующих положение стрелочных переводов, и конструкций для поглощения энергии, чтобы уменьшить вероятность удара сошедшего с рельсов железнодорожного транспортного средства.

Приложение С

(справочное)

Динамический расчет для удара

С.1 Общие положения

(1) Удар — это явление взаимодействия между движущимся объектом и конструкцией, при котором кинетическая энергия объекта внезапно преобразуется в энергию деформации. Для определения усилий динамического взаимодействия следует определить механические свойства объекта и кон­струкции. В расчете обычно используют эквивалентные статические усилия.

(2) Уточненные расчеты конструкции на ударные воздействия могут содержать один или оба следующих аспекта:

— динамические эффекты;

— нелинейные свойства материалов.

В настоящем приложении рассматриваются только динамические эффекты.

Примечание — Вероятностные аспекты и анализ последствий см. в приложении В.

(3) В настоящем приложении содержатся указания по приблизительному динамическому расчету конструкций на удар автодорожных, железнодорожных транспортных средств и судов, основанные на упрощенных или эмпирических моделях.

Примечание 1 — Модели, описанные в приложении С, как правило, лучше аппроксимируют расчеты, чем модели, представленные в приложении В, которые в некоторых случаях могут оказаться слишком простыми.

Примечание 2 — К аналогичным воздействиям могут приводить столкновения в туннелях, столкновения
с защитными ограждениями (см. EN 1317) и т. д. Подобные явления могут возникать также вследствие взрывов (см. приложение D) и других динамических воздействий.

С.2 Динамика удара

(1) Удар характеризуется как жесткий удар, если энергия поглощается, главным образом, ударяющим объектом, или как мягкий удар, когда происходит деформация конструкции, в результате чего ударная энергия поглощается конструкцией.

С.2.1 Жесткий удар

(1) При жестком ударе допускается применять эквивалентные статические усилия согласно 4.3 – 4.7. В качестве альтернативы допускается выполнять приближенный динамический анализ с применением упрощенных моделей по С.2.1(2) и (3).

(2) При жестком ударе принимается условие, что конструкция является жесткой и неподвижной,
а ударяющий объект во время удара деформируется линейно. Максимальное динамическое усилие взаимодействия выражается формулой (С.1)

(С.1)

где v_r — скорость объекта при ударе;

k — эквивалентная упругая жесткость ударяющего объекта (т. е. отношение усилия F к общей деформации);

m — масса ударяющего объекта.

Усилие удара можно рассматривать как прямоугольный импульс на поверхности конструкции.
В этом случае продолжительность импульса рассчитывают:

F∆t = mv или (С.2)

При необходимости можно ввести ненулевое время нарастания (рисунок С.1).

Если сталкивающийся объект моделируют равнозначным ударяющим объектом с равномерным поперечным сечением (см. рисунок С.1), в этом случае можно использовать выражения (С.3) и (С.4):

k = EA/L, (С.3)

m = rAL, (С.4)

где L — длина ударяющего объекта;

A — площадь поперечного сечения;

E — модуль упругости;

r — массовая плотность ударяющего объекта.

F — динамическое усилие взаимодействия

Рисунок С.1 — Модель удара

(3) По формуле (С.1) получают максимальное значение динамического усилия, действующего на наружную поверхность конструкции. В конструкции эти усилия могут вызывать динамические эффекты. Верхнюю границу для этих эффектов можно определить при условии, что реакция конструкции будет упругой, а нагрузка представлена ступенчатой функцией (т. е. функцией, которая резко возрастает до своего конечного значения, после чего это значение остается постоянно). В этом случае динамический коэффициент (т. е. соотношение между динамической и статической реакциями) j_dyn = 2,0. Если необходимо учитывать пульсирующий характер нагрузки (т. е. ограниченное время ее воздействия в соответствии с выражением (С.2)), применяют динамический коэффициент φ_dyn, варьирующийся от значений менее 1,0 до 1,8, и зависящий от динамических характеристик конструкции и ударяющего объекта. В общем случае рекомендуется проводить прямой динамический анализ для определения j_dyn с применением нагрузок, установленных в настоящем приложении.

С.2.2 Мягкий удар

(1) Если предполагается, что конструкция является упругой, а ударяющий объект жестким, то применимы формулы, приведенные в С.2.1, при этом принимают, что k — это жесткость конструкции.

(2) Если конструкцию требуется рассчитать на поглощение ударной энергии за счет пластических деформаций, необходимо обеспечить, чтобы пластичность конструкции была достаточной для поглощения полной кинетической энергии ударяющего объекта .

(3) В предельном случае упруго-пластической реакции конструкции вышеуказанное требование сводится к условию в выражении (С.5)

(С.5)

где F₀ — пластическая прочность конструкции, т. е. предельное значение статического усилия F;

y₀ — деформируемость конструкции, т. е. смещение точки приложения удара, которому конструкция может подвергаться.

Примечание — Аналогичные суждения распространяются на строительные элементы или другие защитные конструкции, специально разрабатываемые для защиты сооружения от удара (см., например, EN 1317 Road restraint systems/Дорожные ограничительные системы).