6.9. Основные положения расчета пролетных строений со сплошными балками

При расчете однопутных железнодорожных пролетных строений принимают равномерное распределение вертикальных нагрузок. Расчетная схема представляет собой разрезную балку на двух опорах с пролетом l_р, на которую действуют вертикальные равномерно распределенные нагрузки собственного веса металлических пролетовр_м; веса мостового полотнар_мп; временная вертикальная нагрузка интенсивностью, определяемая в зависимости от класса нагрузкиК, длины загружения= l_ри положения вершины линии влияния=а / l_р(рис. 6.31).

Расчетные изгибающие моменты в одной главной балке в середине ее пролета определяют по формулам:

– для расчета на прочность

; (6.1)

– для расчета на выносливость

, (6.2)

где – коэффициенты надежности по постоянной и временной нагрузкам, определяемые по [12];– динамический коэффициент, определяемый по [12];– площадь линии влияния изгибающего момента (рис. 6.31).

Рис. 6.31. Расчетная схема главной балки: а – фасад балки; б – расчетная схема и линии влияния изгибающего момента и поперечной силы; в – поперечное сечение балки

Наибольшая поперечная сила в опорном сечении главной балки

, (6.3)

где – площадь линии влияния поперечной силы (рис. 6.31).

При подборе сечений двутавровых главных балок сначала определяют наивыгоднейшую высоту балки из условия минимально требуемой площади сечения балки [11]

, (6.4)

где – коэффициент, учитывающий неравномерность изгибающего момента по длине балки, равный 1,2–1,5;;– расчетное сопротивление стали балки, определяемое по [12];– толщина стенки (рис. 6.31).

Толщину пояса принимают мм, где– площадь сечения пояса балки (рис. 6.31); 60[50,40]мм – толщина соответственно обычного и северного А и Б исполнений. Если требуемая толщина пояса превышает указанные величины, то применяют пояса, состоящие из двух листов. Ширину пояса рекомендуют определять:(рис. 6.31).

Р

Рис. 6.32. Схема балки к определению главных напряжений: а – поперечное сечение балки; б – эпюры нормальных и касательных напряжений

асчет по прочностисечений главной балки производят по нормальным и касательным напряжениям (рис. 6.32).

Расчет по нормальным напряжениям состоит в проверке условия

, (6.5)

где – коэффициент, учитывающий ограниченное развитие пластических деформаций в сечении и определяемый по [12];– момент сопротивления сечения нетто балки, определяемый с учетом эффективной ширины пояса по [12];– коэффициент условий работы.

Расчет по касательным напряжениям состоит в проверке условия

, (6.6)

где – статический момент полусечения брутто;, – значения минимального и максимального касательных напряжений в сечении стенки, определяемые в предположении упругой работы [12].

В местах обрыва горизонтальных листов, где одновременно действуют достаточно высокие нормальные и касательные напряжения, производят проверку условия

, (6.7)

где – нормальные напряжения в проверяемой точке сечения;– среднее касательное напряжение в стенке балки;– расчетные изгибающий момент и поперечная сила в проверяемом сечении;– момент инерции проверяемого сечения нетто;= 1,15.

Расчет главных балок на общую устойчивость. В середине пролета разрезных балок верхние пояса работают на сжатие. При закреплении поясов в отдельных точках возникает опасность потери устойчивости пояса по изгибно-крутильной форме. Расчет в этом случае состоит в проверке условия

, (6.8)

где – расчетный изгибающий момент в пределах расчетной длины сжатого пояса (расстояние между узлами связей);– момент сопротивления сечения брутто балки для крайнего волокна сжатого пояса;– коэффициенты, определяемые по [12] в зависимости от марки стали и гибкости балки из плоскости стенки.

Если сжатый пояс балки объединен железобетонной плитой, то проверку общей устойчивости не выполняют.

Р

Рис. 6.33. Схема для расчета устойчивости стенки балки: а – фасад балки с поперечными ребрами жесткости; б – схема отсека и сечение балки; 1, 2, 3 – номера отсеков

асчет на местную устойчивость стенки балкисостоит в проверке устойчивости отдельных прямоугольных отсеков ширинойа, равной расстоянию между осями поперечных ребер жесткости, и высотой, равной расстоянию между осями поясов балки при отсутствии продольных ребер (рис. 6.33).

Устойчивость каждого отсека балки проверяют с учетом трех компонентов ее напряженного состояния: продольных , поперечныхнормальных напряжений и касательных напряжений. Указанные напряжения определяют из предположения упругой работы материала по сечению брутто изгибаемой балки, расположенному в середине отсека стенки (рис. 6.33) [23]. Проверку устойчивости отсека стенки, имеющей только поперечные ребра жесткости, выполняют по условию [11, 12, 23].

, (6.9)

где – критические продольное нормальное, поперечное нормальное и касательное напряжения, определяемые по [12] в зависимости от марки стали, величины приведенных напряжений, упругости защемления пластинок, соотношения сторон отсека и др.;– коэффициенты, принимаемые по [12].

Расчет на выносливость. Расчет на выносливость сечений балки выполняют по нормальным напряжениям по формуле

, (6.10)

где – коэффициент, определяемый по формуле

, (6.11)

где =1 для железнодорожных мостов;– коэффициенты, учитывающие марку стали и нестационарность режима нагружения [11];– эффективный коэффициент концентрации напряжений, принимаемый по [12];– коэффициент, зависящий от длины загружения линии влияния [11];– коэффициент асимметрии цикла переменных напряжений;– наименьшее и наибольшее по абсолютным значениям напряжения со своими знаками.

Расчет прикрепления поясов к стенке балки. Соединения пояса со стенкой и горизонтальных листов пояса между собой рассчитывают на горизонтальную сдвигающую силу и вертикальное давление временной подвижной нагрузки. Производят расчеты на прочность сварных соединений угловыми швами пояса со стенкой балки при отсутствии (нижний пояс балки) и воздействии (верхний пояс балки) местного вертикального давления по металлу шва и по металлу границы сплавления по [11, 12]. Также производят расчеты сварных соединений на выносливость, расчет соединений высокопрочными или обычными болтами.

Расчет по второй группе предельных состояний включает в себя расчет на вертикальный прогиб. Максимальный упругий прогиб от статической нормативной временной подвижной вертикальной нагрузки для простой разрезной балки определяют [11] как

, (6.12)

где – коэффициент временной подвижной нагрузки;– эквивалентная временная вертикальна нагрузка дляи;– пролет балки;– жесткость сечения балки при изгибе.

Расчетный период свободных поперечных колебаний железнодорожных балочных разрезных пролетных строений должен удовлетворять условию, но не более 1,5 [11].