26.07.2017
Металлические несущие конструкции являются неотъемлемым составляющим в строительных работах. При воздействии огня несущие функции...


26.07.2017
Большинству людей желтый цвет дарит бодрость и хорошее настроение. Он является символом спокойствия и умиротворения, а потому...


25.07.2017
Дорожное строительство – непростой многоступенчатый процесс. Положительный результат достигается только тогда, когда на каждом...


25.07.2017
Шелковая штукатурка – одно из самых популярных покрытий, которое наносится на стены или потолок. Свою популярность шелковая...


25.07.2017
Работа в коллективе важна и определена тем, что она повышает уровень предприятия или компании, а также конкурентоспособность,...


25.07.2017
Металлические ключницы настенного размещения представляют собой изделие в виде шкафчика или ящика и предназначены для хранения...


Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

22.06.2016

Вспомним правило: расчет начинают с места непосредственного приложения временной подвижной нагрузки, т.е. с проезжей части пролетного строения. В железнодорожных мостах она работает в сложных условиях: через мостовое полотно непосредственно воспринимает местную нагрузку колес подвижного состава, передает ее в узлы главных ферм, взаимодействуя с ними.
На практике применяют два различных подхода к проектированию балочной клетки проезжей части и ее связей с главными фермами.
Первый состоит в том, что проезжую часть считают работающей только на непосредственно приложенную к ней местную (постоянную и временную) нагрузку. Конструктивными мерами, обеспечивающими эту предпосылку, могут быть обеспечение свободного взаимного смещения продольных балок и диагоналей нижних продольных связей главных ферм, уменьшение горизонтальной изгибной жесткости поперечных балок и др.
Второй подход, наиболее часто используемый при проектировании современных мостов, наоборот, предусматривает принятие специальных мер к возможно более полному пространственному взаимодействию проезжей части с главными фермами. Достигают этого в основном за счет прикрепления диагоналей горизонтальных продольных связей главных ферм к нижним поясам продольных балок, реже — постановкой специальных диафрагм и т.д.
Необходимо иметь в виду, что если в первом случае достаточно просто произвести расчет одной продольной и одной поперечной балок, то второй расчет превращается в многостадийный: рассчитав вначале балочную клетку на местную нагрузку, вновь к ней возвращаются при последующем расчете главных ферм. Принципальное значение играет этап монтажа пролетного строения, на котором проезжая часть включается в работу поясов главных ферм. А технологии сборки пролетных строений таковы, что, как правило, совместную работу можно учитывать только на временные нагрузки, действующие при эксплуатации.
Проезжая часть, не включаемая в совместную работу с главными фермами. Определим сначала усилия в продольных и поперечных балках, необходимые для их расчета на прочность.
Действительная статическая работа продольных балок проезжей части приближается к работе многопролетных неразрезных балок на упруго проседающих опорах (деформирующиеся поперечные балки и главные фермы). Для упрощения допускается рассчитывать отдельную продольную балку как разрезную с пролетом, равным расстоянию между осями поперечных балок (рис. 11.1, а). При этом опорный момент для расчета «рыбок» и других элементов узлов сопряжения продольных балок с поперечными допускается принимать равным 0,6M0,5 (M0,5 — момент в середине пролета разрезной продольной балки).
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Нормативную нагрузку (тс/м) от собственной массы двух продольных балок с учетом массы связей между балками ориентировочно можно определить по формуле
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Расчетная постоянная нагрузка на одну балку составляет
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Значения усилий в продольной балке для расчета на прочность находят следующим образом:
- наибольший изгибающий момент в середине пролета —
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

- наибольшая поперечная сила у опоры —
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Поперечные балки решетчатых пролетных строении обычно рассчитывают как элементы рам, образованных поперечной балкой и примыкающими к узловым фасонкам элементами главных ферм. В упрощенных расчетах допускается принимать поперечную балку как свободно опертую с пролетом, равным расстоянию В между осями главных ферм (рис. 11.2). При эскизных расчетах пренебрегают поперечным изгибом и собственным весом балок.
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Поперечная балка воспринимает силы давления S от продольных балок в смежных панелях. Наибольший изгибающий момент в пролете балки на участке b при расчете на прочность
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Наибольшая поперечная сила на концевых участках поперечной балки —
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

В расчетах на выносливость уже оказывается недостаточным примитивных схем. Изгибающие моменты в продольных балках следует находить как в неразрезных балках, загружая временной нагрузкой соответствующие участки линий влияния разного знака. Поскольку балка — с равными пролетами и постоянной по длине жесткостью, линии влияния для нее можно найти в любом справочнике.
Дальнейшим уточнением схемы является балка на упругоподатливых опорах (см. рис. 11.1, б). Жесткость опор зависит от изгибной жесткости поперечных балок и характеризуется коэффициентом с1, а в неосновных узлах главных ферм 1 и 3, кроме того, и от продольной жесткости подвесок, характеризуемой коэффициентом с3.
Коэффициенты с1 и с3 определяются по несложным методикам, но дальнейшее построение линий влияния усилий в балке с учетом податливости опор намного сложнее и в то же время вносит лишь небольшие уточнения в результат расчета. Поэтому достаточно ограничиться рассмотрением обычной неразрезной равнопролетной балки.
Изгибающие моменты в неразрезной балке при расчете на выносливость определяются по формуле
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Загружение ведется последовательно по участкам линии влияния отдельно справа налево и слева направо. При симметричной линии влияния производится загружение в одном направлении. В расчетах на выносливость максимальное и минимальное усилия по линиям влияния определяют невыгоднейшим из загружений.
Изгибающий момент в поперечной балке при расчете ее на выносливость
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Значения (1 + 2/3μ), ей q должны соответствовать линиям влияния при λ = 2d и α = 0,5. Площадь to подсчитывается так же, как и в расчетах поперечной балки на прочность.
Проезжая часть, включаемая в совместную работу с главными фермами. В рассматриваемом случае усилия в продольных балках от непосредственного воздействия местной временной нагрузки как в расчетах на прочность, так и на выносливость должны определяться с учетом неразрезности продольных балок и упругой податливости их опор в соответствии со схемой, показанной на рис. 11.1, г. Дополнительно должны быть учтены продольные осевые усилия, частично перераспределяемые с ездовых поясов под временной нагрузкой.
При эскизном проектировании можно воспользоваться следующим приемом. Предполагая, что осевые усилия Nвр,i в поясе главной фермы и Nп.б,i в продольной балке в каждой панели при совместной работе распределяются пропорционально площадям их поперечных сечений, расчетное осевое усилие в продольной балке i-й панели, равное уменьшению осевого усилия в поясе главной фермы, можно определить следующим образом:
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Таким образом, вычислить усилия Nп.б,i в продольных балках проезжей части можно только после определения осевых усилий Nвр,i в ездовых поясах главных ферм и их геометрических характеристик Ai. В связи с этим рекомендуется сначала рассчитать на прочность продольные балки только от воздействий местной нагрузки. К расчету продольных балок, возможно, не раз придется вернуться после расчета главных ферм.
Подбор сечений балок. Если не учитывать осевые растягивающие усилия в продольных балках и изгиб в горизонтальной плоскости поперечных, эти элементы проезжей части представляют собой типичные двутавровые балки, изогнутые вертикальными нагрузками в плоскости стенки балки. Их расчет не отличается от расчета сплошностенчатых главных балок, методика которого рассмотрена ранее.
Прочность растянутых с изгибом балок проверяется по формуле (11.10), а выносливость по формуле (11.11):
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Подбор сечений балки начинается с назначения высоты. От ее правильного выбора зависит не только материалоемкость балочной клетки, но и конструктивные, а также технологические параметры пролетного строения.
Оптимизация сечений сплошностенчатых балок с экономических позиций уже рассматривалась ранее. В данном случае балочная клетка обычно относительно невысока (1...1,5 м). Поэтому имеет смысл прежде всего принять минимально возможную толщину стенки (см. п. 6.7). Тогда высоту балки h минимальной массы можно приближенно определить, исходя из принятой толщины стенки tw и необходимого по расчету на прочность момента сопротивления балки W:
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Опыт проектирования показывает, что в железнодорожных мостах высота продольных балок обычно находится в пределах 1/5...1/8 длины панели проезжей части. Чтобы создать более простую и надежную конструкцию прикрепления продольных и поперечных балок, их высоты рекомендуется принимать одинаковыми.
Наименьшая ширина поясных листов определяется условиями закрепления на них мостового полотна и размещения скреплений в узлах соединения продольных и поперечных балок. Как правило, ширину принимают не менее 240 мм.
Расчет прикреплений. Схема узла соединения продольных и поперечной балок при их равной высоте показана на рис. 11.3, а.
При расчете предполагается, что опорный изгибающий момент Mоп = 0,6M0,5, действующий в узле, воспринимается только «рыбками». Усилие в «рыбке» без учета продольной силы в балке —
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

При включении проезжей части в совместную работу с главными фермами расчетное усилие в верхней (растянутой) «рыбке» —
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

По усилию N или Nр,i подбирают сечение «рыбки» как центрально растянутого элемента (с учетом ослабления его болтовыми отверстиями). Ширину «рыбки», как правило, принимают равной ширине пояса продольной балки.
Число фрикционных болтов прикрепления «рыбки» рассчитывают по формуле
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Вертикальная стенка продольной балки присоединяется к стенке поперечной балки с помощью уголков сечением не менее 100х100х12 мм. Эти соединения рассчитывают на воздействие поперечной силы Q, возникающей у опоры продольной балки.
Число заводских болтов n2 (ns = 2) и монтажных болтов n3 (ns = 1), прикрепляющих соединительные уголки соответственно к стенке продольной и поперечной балок, определяется по формуле
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Схема прикрепления поперечной балки к узлу главной фермы показана на рис. 11.3, 6. Поперечную балку прикрепляют к узлу также уголками сечением не менее 100х100х12 мм. Данный узел соединения воспринимает поперечную силу (опорную реакцию S поперечной балки) и изгибающий момент от жесткого закрепления балки в узле. Неблагоприятное влияние изгибающего момента на работу прикрепления учитывается при определении числа болтов введением коэффициентов условий работы m = 0,9 и mb = 0,85.
При расчете числа болтов n4, устанавливаемых на заводе, следует учитывать, что они в отличие от болтов, прикрепляющих уголки к узлу главной фермы, имеют две плоскости трения (ns = 2). Монтажные болты, установленные в пределах пояса фермы, не включаются в расчетное число болтов ns.
Связи между продольными балками. Продольные балки в каждой панели связываются между собой поперечными и продольными связями. В железнодорожных мостах сплошностенчатые балки должны иметь продольные связи в верхних и нижних поясах. Ho из-за относительно небольшой высоты продольных балок проезжей части достаточно одной плоскости продольных связей (обычно в верхних поясах). Прикрепление продольных связей к стенкам балок в железнодорожных мостах не допускается. Поперечные связи располагают на расстояниях, не превышающих двух высот балок. Продольные связи принимаются обычно треугольной или крестовой системы, поперечные — крестовой или полураскосной. Необходимо увязывать расположение элементов продольных и поперечных связей, имея в виду, что они образуют общие пространственные узлы. Элементы связей центрируют обычно на оси вертикальных стенок балок. Угол наклона диагоналей связей целесообразно принимать равным 45...50°.
Элементы связей воспринимают сжимающие или растягивающие усилия. Их минимальное сечение определяется прежде всего требованиями допустимой предельной гибкости λпр:
Расчет балочной клетки проезжей части железнодорожного моста

Число болтов прикрепления элементов связей определяют по формуле (11.15), в прикреплении их должно быть не менее двух.