1.4. Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчете, подразделяют­ся на постоянные и временные. К постоянным нагрузкам и воздей­ствиям относят: собственный вес конструкций, воздействие предва­рительного напряжения арматуры, давление грунта от веса насыпи, воздействие усадки и ползучести бетона. К временным нагрузкам относят нагрузки от подвижного состава и пешеходов (вертикальные нагрузки, давление грунта от подвижного состава, горизонтальные поперечные нагрузки от центробежной силы, горизонтальные поперечные удары подвижного состава, горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги) и прочие нагрузки (ветровая нагрузка, ледовая нагрузка, нагрузка от навала судов, температурные климатические воздействия, строительные нагрузки).

При расчете следует учитывать уменьшение вероятности одно­временного появления расчетных нагрузок, для чего к временным нагрузкам вводят коэффициенты сочетания η. При учете одной временной нагрузки коэффициент η принимается равным 1,0; при учете двух и более временных нагрузок коэффициент η принимается равным 0,8 для одной нагрузки и 0,7 - для остальных. При этом группа нагрузок от подвижного состава и пешеходов: вертикальные нагрузки, давление грунта и горизонтальная поперечная нагрузка (центробежная) условно принимается как одна нагрузка. Исключение принимается для ветровой нагрузки. Здесь коэф­фициент η при действии нескольких временных нагрузок прини­мается равным 0,5 при отсутствии вертикальной нагрузки от под­вижного состава и равным 0,25 - при ее наличии.

Величины нагрузок и воздействий вводятся в расчет с коэффи­циентом надежности по нагрузке , при этом для расчетов по вто-

рой группе предельных состояний коэффициент принимается равным 1,0. Кроме того к подвижной вертикальной нагрузке при расчетах по первой группе предельных состояний вводится дина­мический коэффициент (1+µ).

Таблица 1

Габариты приближения конструкций

Параметры подмостовых габаритов Таблица 2

Класс водных путей	Геометрические параметры подмостового габарита, м
	В (низовое направление)	В (взводное направление)	b	H	h
I	140	120	2В/3	13,5	5
II	140	100		12,5	4
III	120	80		10	3,5
IV	80	60	0,5В	10	2,5
V	60	40		7	2
VI	40	20		3,5	1,5
VII	20	10		3,5	1

Нормативная вертикальная нагрузка от собственного веса опре­деляется по проектным объемам элементов и частей конструкций. При этом для балочных пролетных строений допускается нагрузки принимать равномерно распределенными по длине пролета.

Нормативное воздействие предварительного напряжения назна­чается проектировщиком и определяется с учетом нормативных потерь, соответствующих рассматриваемой стадии работы.

Нормативное давление грунта от веса насыпи на опоры мостов определяется по формуле

= (1)

горизонтальное давление - по формуле

= (2)

где h - высота засыпки, считая от верха дорожного покрытия, м;

- нормативный удельный вес грунта. При типовом проекти­ровании допускается принимать = 17,7 кН/м³;

- коэффициент нормативного бокового давления грунта за­сыпки береговых опор моста, определяемый по формуле

=tg² (45⁰- ) (3)

здесь - нормативный угол внутреннего трения грунта, град. При типовом проектировании допускается принимать для устоев при засыпке песчаным (дренирующим) грунтом = 35°.

Нормативное воздействие усадки и ползучести бетона прини­мается в виде относительных деформаций и учитывается при опре­делении перемещений и усилий в конструкциях, при этом ползу­честь бетона определяется только от действия постоянных нагрузок. Коэффициенты надежности по нагрузке для постоянных нагрузок и воздействий при расчетах по первой группе предельных состояний принимается по табл. 3.

Таблица 3

Коэффициенты надежности постоянных нагрузок

Нагрузки и воздействия	Коэффициент надежности
Вес выравнивающего, изоляционного и защитного слоев автодорожных и городских мостов Вес покрытия ездового полотна и тротуаров автодорожных мостов То же, городских мостов Давление грунта от веса насыпи Воздействие усадки и ползучести	1,3(0,9) 1,5(0,9) 2.0 (0,9) 1,4(0,7) 1.1 (0,6)
Примечание: значения , указанные в скобках, следует применять, когда соответствующие нагрузки или воздействия оказывают благоприятное воздействие.

Нормативную временную вертикальную нагрузку от автотран­спортных средств следует принимать в виде полос АК, каждая из которых включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р, равной 9,81К, и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью υ (на обе колеи), равную 0,98К/м, рис. 3,а. Здесь К -класс нагрузки, принимаемый равным 8 для малых и средних мос­тов на дорогах IV и V категорий и на внутрихозяйственных до­рогах; в остальных случаях класс нагрузки принимается равным 11. Для мостов, проектируемых под нагрузку А8, необходимо прове­рить элементы проезжей части на воздействие давления одиночной оси, равное 108 кН (рис. 3,6). Кроме того, если мост рассчи­тывается на нагрузку А11, необходимо рассматривать воздействие тяжелой одиночной колесной нагрузки НК-80 (одна четырехосная машина весом 785 кН), рис. 3,в, а если мост рассчитывается на нагрузку А8 - воздействие гусеничной нагрузки НГ-60, рис. 3,г.

При расчетах нагрузки, приведенные на рис. 3,в и 3,г, удобно заменять эквивалентными равномерно распределенными, которые используются при загружении линий влияния соответствующих уси­лий. Величины эквивалентных нагрузок приведены в прил. 1.

Рис. 3. Схемы нагрузок от подвижного состава:

а - автомобильная нагрузка АК; б - одиночная ось;

в - тяжелая одиночная нагрузка НК-80;

г - тяжелая одиночная нагрузка НГ-60

Загружения моста указанными нагрузками должны создавать в рассматриваемых элементах наибольшие усилия, деформации, пере­мещения. При этом для нагрузки АК должны соблюдаться условия:

- число полос нагрузки, размещаемой на мосту, не должно превышать установленного числа полос движения;

- расстояние между осями смежных полос нагрузки должно быть не менее 3,0 м;

- при многополосном движении в каждом направлении и от­сутствии разделительной полосы на мостах ось крайней левой (внут­ренней) полосы нагрузки каждого направления не должна быть

расположена ближе 1,5 м от осевой линии или линии, разделяющей направления движения.

При расчетах по первой группе предельных состояний следует рассматривать два случая воздействия нагрузки АК:

первый - предусматривающий невыгодное размещение на про­езжей части (в которую не входит полоса безопасности) числа полос нагрузки, не превышающего числа полос движения;

второй - предусматривающий при незагруженных тротуарах не­выгодное размещение по всей ширине ездового полотна (в которое входят полосы безопасности) не более двух полос нагрузки.

Оси крайних полос нагрузки АК должны быть расположены не ближе 1,5 м от кромки проезжей части - в первом и от ограждения ездового полотна - во втором случаях.

При расчетах по предельным состояниям второй группы рас­сматривается только первый случай воздействия нагрузки АК. При расчетах на трещиностойкость нагрузки НК-80 и НГ-60 не учитыва­ются совместно с временной нагрузкой на тротуарах.

На автомобильных дорогах промышленных предприятий, где предусматривается обращение автомобилей особо большой грузоподъ­емности, вертикальную нагрузку следует принимать в виде колонн двухосных автомобилей АБ с параметрами, приведенными в табл. 4.

При учете нагрузок АБ следует рассматривать два случая:

а) по мосту движутся колонны автомобилей, создающих динами­ческое воздействие, при этом число колонн не должно превышать числа полос движения;

б) на мосту имеет место вынужденная остановка автомобилей (динамическое воздействие не возникает), при этом мост загру­жается одной колонной, имеющей не более трех автомобилей, а на остальных полосах устанавливается не более одного автомобиля.

В случае расположения на мосту подвижной нагрузки (АК или АБ) на нескольких полосах движения нагрузка с одной полосы движения (где нагрузка приводит к самым неблагоприятным результатам) принимается с коэффициентом сочетания s₁ = 1,0. С остальных полос движения нагрузка принимается: с коэффициентом s₁ равным: 0,7 - для нагрузок АБ; 0,6 - для распределенных нагрузок АК; 1,0 - для осей тележки АК.

Нормативную вертикальную нагрузку для тротуаров, кПа, сле­дует принимать по формуле

р= 3,92 -0,0196λ, (4)

но не менее 1,96 кПа, где λ - длина загружения, м.

Таблица 4

Параметры нагрузок АБ

Параметр	Нагрузки
	АБ-51	АБ-74	АБ-151
Нагрузка на ось груженного автомобиля, кН: заднюю переднюю	333 167	490 235	990 490
Расстояние между осями (база) автомобиля, м	3,5	4,2	4,5
Габарит по ширине (по колесам задней оси), м	3,5	3,8	5,4
Ширина колеи, м, колес: задних передних	2,4 2,8	2,5 2,8	3,75 4,1
Размер площадки соприкасания задних колес с покрытием проезжей части, м: по длине по ширине	0,40 1,10	0,45 1,30	0,80 1,65
Диаметр колеса, м	1,5	1,8	2,5
Наименьший размер, м, от ограждения до края заднего колеса автомобиля: движущегося стоящего	1,0 0	1,2 0	1,6 0
Наименьший размер, м, между краями задних колес соседних автомобилей: движущихся стоящих	1,9 0,5	2,0 0,7	2,5 1,0
Минимальное расстояние между задней и передней осями соседних автомобилей, м, в случае: движения колонны вынужденной остановки	20 8	20 8	26 10

На пешеходных мостах нагрузка принимается равной 3,92 кПа. Динамические коэффициенты:

- к нагрузкам АК следует принимать по формуле

1+µ=1+ (5)

но не менее 1 ;

- к нагрузке НК-80

1+µ = 1,3 при λ 1,0 м; 1+µ = 1,1 при λ 5,0 м; (6)

- к нагрузкам А Б

1+µ = 1 + (7)

- к нагрузке НГ-60 коэффициент 1+µ= 1,10;

- к вертикальной подвижной нагрузке на тротуарах и пеше­ходных мостах коэффициент 1+µ=1,0.

В формулах (4)-(7) λ - расчетная длина пролетного строения. Коэффициенты надежности к временным нагрузкам следует принимать:

а) для нагрузки АК:

при действии равномерно распределенной нагрузки =1,2;

при действии тележки =1,5 при расчетах плиты проезжей части, а при расчете главной балки принимается равным 1,5 при λ=0 и =1,2 при λ =30 м, где λ - длина участка линии влияния одного знака;

б) для колесной нагрузки НК-80 и гусеничной НГ-60 =1,0;

в) для автомобильных нагрузок А Б коэффициент надежности принимается в зависимости от удельного веса породы , для пере­возки которой строится дорога:

при 17,7 кН/м³ = 1,1;

при = 39,2 кН/м³ = 1,4;

при промежуточных значениях - по интерполяции;

г) для вертикальной подвижной нагрузки на тротуарах = 1,2.

Нормативное горизонтальное давление грунта на устои от авто­мобильных колесных нагрузок, находящихся на призме обрушения, следует определять с учетом распространения нагрузки в грунте ниже верха дорожного покрытия с уклоном 1:2.

При отсутствии переходных плит от насыпи на устой давление от транспортных средств следует принимать распределенным на площадки опирания размерами схb,

где с - длина соприкасания вдоль оси моста колес рассматриваемых нагрузок с покрытием проезжей части, принимаемая, м:

для колес тележек нагрузки АК - 0,2;

для колес автомобилей нагрузки АБ - по табл. 4;

для колесной нагрузки НК-80 - 3,6;

для гусеничной нагрузки НГ-60 - 5,0;

b - ширина, равная расстоянию между внешними гранями колес. При наличии переходных плит (от насыпи на устой) опирание на грунт (вдоль оси моста) следует учитывать на половине длины плиты со стороны насыпи, при этом давление следует принимать только от части подвижной нагрузки, расположенной на этой поло­вине, и считать его приложенным посередине длины опирания.

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от центробежной силы для мостов, расположенных на кривых, следует принимать с каждой полосы движения в виде равномерно распре деленной нагрузки интенсивностью или сосредоточенной одиночной силы . Значения и , кН/м, необходимо принимать:

а) от автомобильной нагрузки АК при радиусах кривых:

250 м и менее - по формуле

(8)

свыше 250 до 600 м - по формуле

(9)

при этом величина принимается не менее 140/r кН/м и не более 5,39 кН/м,

где r - радиус кривой, м;

λ - длина загружения пролетного строения, м;

б) от нагрузки АБ при радиусах кривых 400 м и менее - по формуле

(10)

где G - вес одного автомобиля (сумма нагрузок на переднюю и заднюю оси), определяемый по табл. 4.

Центробежные силы от нагрузок НК-80 и НГ-60 учитывать не следует.

При многополосном движении нагрузки и , учитывают с коэффициентом сочетания s₁.

Высоту приложения нагрузок и от верха покрытия проез­жей части следует принимать, м:

1,5 - для транспортных средств нагрузки АК;

2,2; 2,5 и 3,1 - для нагрузок соответственно АБ-51, АБ-74, АБ-151.

Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов подвижного состава принимают:

а) от автомобильной нагрузки АК - в виде равномерно распреде­ленной нагрузки, равной 4,29 кН/м, или сосредоточенной силы, рав­ной 64,9 кН, приложенных в уровне верха покрытия проезжей части;

б) от нагрузки АБ - в виде сосредоточенной силы, приложенной к пролетному строению в уровне верха проезжей части или к огражде­нию проезжей части и равной 0,2G, где G - вес одного автомобиля.

Поперечные нагрузки от ударов машин НК-80 и НГ-60 не учитывают.

Нормативную горизонтальную продольную нагрузку от торможе­ния или сил тяти подвижного состава следует принимать равной, % к весу нормативной вертикальной подвижной нагрузки:

а) от равномерно распределенной части нагрузки АК - 50, но не менее 85,8 и не более 269,5 кН;

б) от нагрузок АБ-51 и АБ-74 (к весу одного автомобиля) - от 45 (при λ ≤ 20 м) до 60 (при λ ≥ 60 м);

в) от нагрузки АБ-151 (к весу одного автомобиля) - от 30 (при λ ≤ 25 м) до 40 (при λ ≥ 60 м);

для промежуточных значений λ величина нагрузки принимается по интерполяции.

Эту продольную нагрузку следует принимать со всех полос од­ного направления, при этом необходимо учитывать коэффициент со­четания .

Высоту приложения нагрузок от верха покрытия проезжей части следует принимать:

1,5 м - для транспортных средств нагрузки АК; 2,2 м; 2,5 м и 3,1 м - для нагрузок соответственно АБ-51, АБ-74, АБ-151.

Продольное усилие от торможения или силы тяги, передаваемое на неподвижные опорные части, следует принимать в размере 100% полного продольного усилия, действующего на пролетное строение. При этом не следует учитывать продольное усилие от установ­ленных на той же опоре подвижных опорных частей соседнего пролета, кроме случая расположения опорных неподвижных частей со стороны меньшего пролета. В этом случае усилие принимают равным сумме продольных усилий, передаваемых через опорные части обоих пролетов, но не более усилия, передаваемого со сторо­ны большего пролета при неподвижном его опирании.

Нормативная интенсивность статической составляющей горизон­тальной ветровой нагрузки ω_n определяется по формуле

ω_m = ω₀ kc. (11)

где ω₀ - нормативное значение ветрового давления, принимаемое для районов строительства по табл. 5 [3];

k - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давле­ния по высоте для открытой местности типа А и при­нимаемый по табл. 6 [3], при этом его величина при­нимается не менее 1;

с - аэродинамические коэффициенты лобового сопротивле­ния конструкций мостов, принимаемые равными:

для балочных пролетных строений с = 1,7;

для железобетонных и бетонных опор моста:

вдоль моста при прямоугольном сечении - 2,1;

поперек моста:

при прямоугольном сечении - 2,1;

то же, но с обтекателями - 1,75;

при круглом сечении - 1,4;

в виде двух круглых столбов -1,8.

При этом нормативную интенсивность горизонтальной поперечной ветровой нагрузки для нетиповых конструкций следует прини­мать не менее 1,23 кПа.

Коэффициент надежности по нагрузке для ветровой нагрузки при эксплуатации моста принимается равным 1,5, при строительстве и монтаже - 1,0.

Воздействие ветра на колесные транспортные средства, находя­щиеся на мосту, не учитывается.

Рабочую ветровую поверхность для элементов моста следует принимать равной:

- для пролетных строений со сплошными балками - боковой поверхности наветренной главной балки;

- для сплошных опор - площади проекции тела опоры от уровня грунта или воды на плоскость, перпендикулярную направлению ветра.

Нормативную ледовую нагрузку от давления льда на опоры мостов следует принимать по [4] и по прил. 10 [1]. В рамках курсового и дипломного проектирования допускается эту нагрузку не учитывать.

Нормативную нагрузку от навала судов на опоры моста следует принимать в виде сосредоточенной продольной или поперечной силы и ограничивать в зависимости от класса внутреннего водного пути значениями, указанными в табл. 5.

Нагрузка от навала судов прикладывается к опоре на высоте 2 м от расчетного судоходного уровня.

Для однорядных железобетонных свайных опор мостов через внутренние водные пути VI и VII классов нагрузку вдоль оси моста допускается снижать на 50%.

Коэффициент надежности по нагрузке для нагрузки от навала судов принимается равным 1,2.

Температурное климатическое воздействие учитывается при расчете перемещений в мостах.

Нормативная нагрузка от навала судов Таблица 5

	Нагрузка от навала судов, кН
	вдоль оси моста со стороны пролета		поперек оси моста со стороны
Класс внутренних водных путей	судоход-­ного	несудо­ходного	верховой	низовой, при отсутствии течения - и верховой
I II III IV V VI VII	1570 1130 1030 880 390 245 147	780 640 540 490 245 147 98	1960 1420 1275 1130 490 295 245	1570 1130 1030 880 390 245 147

Среднюю по сечению нормативную температуру элементов или их частей допускается принимать равной:

- в холодное время года - нормативной температуре наружного воздуха;

- в теплое время года - нормативной температуре наружного воздуха за вычетом величины, численно равной 0,2а, но не более 10°С, где а - толщина элемента или его части, см, включая одежду ездового полотна.

Температуру элементов со сложным сечением следует определять как средневзвешенную по температуре отдельных элементов.

Нормативные температуры воздуха в теплое и холодное время года в рамках курсового и дипломного проектирования можно принимать равными:

- для конструкций, предназначенных для районов с расчетной минимальной температурой воздуха ниже минус 40°С,

= 40°С; = -50°С;

- для конструкций, предназначенных для остальных районов,

= 40°С; = -40°С.

Нормативное сопротивление от трения в подвижных опорных частях следует принимать в виде горизонтального продольного реактивного усилия , которое определяется по формуле

(12)

где - нормативная величина коэффициента трения в опорных частях при их перемещении (в рамках курсового и дип­ломного проектирования можно принимать: =0,025 -при Катковых, секторных или валковых опорных частях; =0,010 - при качающихся стойках; =0,250 - при тан­генциальных и плоских металлических опорных частях; =0,050 - при подвижных опорных частях с проклад­ками из фторопласта;

- вертикальная составляющая при действии рассматривае­мых нагрузок с коэффициентом надежности =1,0.

Коэффициенты надежности по нагрузке - для усилий, возни­кающих от трения в опорных частях, следует принимать равными: 1,3 - при фторопластовых, плоских и тангенциальных опорных частях, 1,1 - при катковых, валковых.

Величина реактивного продольного усилия , кН, возникающе­го в резиновых опорных частях вследствие сопротивления их сдви­гу, определяется по формуле

AG (13)

где - перемещения в опорных частях, см;

a - суммарная толщина слоев резины, см;

А - площадь резиновых слоев, м²;

G - модуль сдвига, кПа, (в рамках курсового и дипломного

проектирования допускается принимать G=1200 кПа - при

расчетах по прочности и G=1000 кПа - при расчетах по

трещиностойкости).

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются мосты в зависимости от длины?

2. Какие максимальные продольные уклоны ездового полотна допускаются для городских автодорожных мостов?

3. Что такое габарит проезда?

4. Какие виды временных подвижных вертикальных нагрузок учитывают при расчете мостов?