588

	Условия пропуска нагрузки по мосту			Таблица 5.1
Элемент и	Класс	Нагрузка	Класс	Условия
вид расчета	элемента		нагрузки	пропуска

………………………… …………… …………… ……………

……

……

……

……

……

………………………… ……………

…….

……

…….

Врезультатеанализа данных, приведенных в табл. 5.1, решают вопрос о выборе мероприятий по обеспечению пропуска обращающейсяиперспективнойнагрузокбезкаких-либоограни- чений.

6.РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ

При недостаточной грузоподъемности пролетных строений для обеспечения пропуска новых более тяжелых нагрузок по сравнениюсобращающимися,атакжеприналичиидефектовили появленииповреждений,снижающихгрузоподъемностьпролетныхстроений,возникаетнеобходимостьвихусилении илизамене. Решениевопроса овыборе усиления или замены проводят на основе технико-экономического анализа, положения которого приведеныв[10].Способиконструкцияусиленияэлементовиих прикрепленийзависятотконструкцииусиляемогоэлемента,степени усиления и от интенсивности движения по мосту. При разработке проекта стремятся к минимальному стеснению движения по мосту(ограничениескорости, «окна»), а также предусматривают меры, связанные с обеспечением безопасности пропуска подвижной нагрузки в процессе производства работ по усилению.

Особенностью расчетов усиления является то, что несущая способность усиленных элементов связана нетолькос конструкцией усиления, но и со способом производства работ по усилению. Так, если металл усиления поставлен без разгрузки от собственного веса конструкции, то новый металл будет рабо-

31

тать только на восприятие временной нагрузки. На рис. 6.1 приведенадиаграммаизмененияусилийинапряженийпризагружении элементапостоянной (участокО–А)ивременной (участка А–Б, А–В, А–Г и А–Д) нагрузками.

Рис. 6.1. Изменение усилий в элементах до и после их усиления

На рис. 6.1: Np – усилие, возникающеев элементе при воздействии нагрузки от собственного веса конструкции; N1 – усилие, котороевоспринималэлементдоусиления(см.рис.6.1,а);N2,N3, N4 – усилия, которыевоспринимает элемент после усиления, без разгрузки от собственного веса (см. рис. 6.1, б), с разгрузкой (рис. 6.1, в) и при усиление затяжкой (см. рис. 6.1, г); R – расчетное сопротивление металла; p – напряжение в металле элемента при воздействиитольконагрузкиотсобственноговеса.

При усилении без разгрузки от собственного веса металл усиления работает на восприятие только временной нагрузки. При усилении с разгрузкой от собственного веса металл усиления будет работать на восприятиекак постоянной, так и временной нагрузок (см. рис. 6.1, в).

Степень включения металла усиления в совместную работу со старым металлом зависит от способа соединения старого и нового металла. Высокопрочные болты обеспечивают более жесткое соединение по сравнению с заклепками, поэтому их применение предпочтительнее. Опыт широкого использования сварки при усилении показал, чтоееприменениенецелесообразно из-за невозможности обеспечения высокого качества производства работ.

32

6.1. Металлические пролетные строения

Основнымспособомусиленияметаллическихпролетныхстроений является увеличение поперечного сечения элементов добавлением нового металла. Кроме этого используют и другие способыусиления:предварительноеусилениезатяжками;увеличение числа ферм (балок) или их объединение в неразрезные; устройство дополнительных опор, уменьшающих пролет; превращение стального пролетного строения в сталежелезобетонное и др. При необходимости усиления прикреплений в стыках или узлахпроизводятзаменузаклепокнавысокопрочныеболты; увеличивают числозаклепок или их диаметр;превращают односрезные прикрепления в двухсрезные; вводят дополнительные элементы («рыбка», столик, накладка) и др.

Рассмотрим конструкции и особенности расчета усиления различных элементов металлических пролетных строений.

6.1.1. Усиление балок проезжей части

Усиление балок при их недостаточной грузоподъемности по нормальным напряжениям может быть проведено:

при необходимости увеличения класса элемента до 10 % установкой дополнительныхуголковнастенкебалки(рис.6.2,а) или установкой горизонтального листа только на нижнем поясе

(рис. 6.2, б);

при необходимости увеличения класса более чем на 10 % установкой горизонтальныхлистовна верхнеми нижнемпоясах

(рис. 6.2, в, г).

При конструировании элементов усиления балок проезжей части необходимопомнить, что минимальная толщина листового проката должна быть не менее 10 мм; сечение уголков не менее 100 100 10; обрываемый в пролете лист усиления следует продолжить за место его теоретического обрыва на длину, обеспечивающую прикрепление 50 % его расчетной площади, с постановкой не менее трех рядов заклепок (болтов);

диаметр отверстий в полках уголка не должен превышать 14

шириныполки;вприкрепленияхуголковсдвухряднымрасположением болтов первый болт должен быть расположен у обушка; расстановка заклепок (болтов) должна осуществляться в соответствии с требованиями [9] на допуски порасположению высо-

33

копрочныхболтовизаклепок;дляприкреплениягоризонтального листа на верхнем поясе продольной балки следует применять заклепки или высокопрочные болты, установленные без шайб головками вверх.

Рис. 6.2. Способы усиления балок проезжей части при недостаточном классе по нормальным напряжениям

Допускаемую нагрузку на усиленную балку по нормальным напряжениям при изгибе без разгрузки от собственного веса определяют по формуле (3.1), в которой W0 – расчетный момент сопротивления сечения – заменяют на W0y – расчетный момент

34

сопротивлениясеченияпослеусиления,определенныйпоформу-

ле (1) прил. 20 [2].

Расчет усиления балок проезжей части при их недостаточной грузоподъемности по касательным напряжениям проводят по формуле (3.2), в которой Jбр, Sбр, – геометрические характеристики сечения с учетом усиления.

Потребность в усилении балок проезжей части по касательным напряжениям возникает редко. Проводят его, как правило, заменой прокладок на накладки в местах действия максимальныхкасательныхнапряжений.

Наиболее часто возникает необходимость в усилении прикрепления продольных балок к поперечным, это связано с тем, что в пролетных строениях прошлых лет проектировки часто не была предусмотрена постановка «рыбок»или необеспечивалась их несущая способность по сечению или прикреплению. Расчет усиления в этом случае проводят по п. 3.18 [2].

Вприкрепленияхи стыках,усиляемыхпереклепкой или заменой заклепок, количествозаклепокили их диаметр увеличивают на 20 % против расчетного. Расчет прикреплений на высокопрочных болтах выполняют в соответствии с требованиями Инструкциипоприменениювысокопрочныхболтоввэксплуатируемых мостах [4].

Часто возникает необходимость усиления и прикрепления по прочности заклепок, соединяющихуголки прикрепления споперечной или продольной балками. В этом случае усиление может быть осуществлено заменой заклепок на высокопрочные болты или заклепки большего диаметра (класс прикрепления увеличивается на 15–20 %). Большее увеличение класса можно получить увеличением числа заклепок (болтов), установленных на дополнительныхнакладках(рис. 6.3).

Расчет усиления прикрепления выполняется поп. 3.1.4 с внесением в соответствующие формулы изменений, учитывающих изменениеконструкцииприкрепленияпослеусиления.

Усилениеприкрепленияпоперечныхбалоккглавнымфермам проводят способами, рассмотренными выше (замена заклепок на болты, увеличение диаметра заклепок). Увеличение числа заклепок, как правило, может быть осуществлено только при постановкеконсольноголиста или «косынки».

35

Рис. 6.3. Усиление прикрепления продольных балок к поперечной постановкой высокопрочных болтов на дополнительной накладке

6.1.2. Усиление элементов главных ферм

Классификация по грузоподъемности элементов пролетных строений различных лет проектировки показала, чтопояса главных ферм обладают, как правило, наиболее высокими классами посравнениюсдругимиэлементами пролетногостроения.Втом случае, когда возникает необходимость их усиления, обычно применяют усиление добавлением металла. Располагают его симметрично главным осям сечения элемента так, чтобы при производстве работ по усилению требовалась возможно меньшая переклепка элементов. Хорошие результаты получены при

36

примененииузкихлистовилиуголков.Примерытакогоусиления приведены в [10] и на рис. 6.4.

Рис. 6.4. Усиление элементов главных ферм увеличением площади сечения

В старых мостах, как правило, элементы решетки центрированы не по осям поясов, а на края или риски поясных уголков, поэтомупри усилении верхнегопояса, других сжатых и преимущественно сжатых элементов главных ферм по устойчивости является то, что добавляемый металл в узлах не прикрепляют. При недостаточной грузоподъемности элемента по устойчивости может оказаться более эффективным способ усиления уменьшением свободной длины путем постановки распорок.

Из всех элементов главных ферм наименьшие классы имеют элементы решетки по выносливости в местах прикрепления к узлам. Замена одногоили двух крайних рядов заклепок на высокопрочныеболтызначительноповышаетвыносливостьприкрепления.

Требуемую расчетную площадь металла усиления элемента определяют подбором, в первом приближении принимая мини-

37

мально допустимые размеры поперечного сечения металла усиления, значения которых уже были приведены в п. 3.1.1.

Допускаемую временную нагрузку после усиления элемента определяют по формуле

1					Gy
k n				p py n G			,	(6.1)
			mRGy
	k k	k		0

где Gy – расчетная площадь элемента после усиления, определяется с учетом площади элементов усиления и дополнительных ослаблений; py – интенсивность постоянных нагрузок с учетом массы металла усиления ( py pk Gy /G, если масса металла усиления меньше 10 % массы элемента до усиления, то увеличениеминтенсивности постоянных нагрузок можнопренебречь), k – конструктивный коэффициент, учитывающий вес накладок, прокладок, высокопрочных болтов и т.п., устанавливаемых при усилении(k=1,3); n –коэффициент,учитывающийпостоянную нагрузкуот массысплошныхподмостей (при отсутствии сплошных подмостей n = 1,0).

Придвузначнойлиниивлияниянеобходимовыполнитьрасчет как по старому металлу

1							Gy
k n					p py p n		G		,	(6.2)
			mR0Gy
	k k	k					0
так и по новому
		k		1		mRyGy ,				(6.3)
				knk k

гдеR0, Ry – основныерасчетныесопротивления старого и нового металла.

6.2. Железобетонные пролетные строения

Усилениепролетныхстроенийизобычногожелезобетона,как правило,выполняютпостановкойдополнительныхстержнейрабочей арматуры. При необходимости небольшого усиления срубают бетон защитного слоя арматуры и осуществляют приварку стержней усиления к стержням рабочей арматуры. Взамен срубленногозащитногослоя укладывают новый бетон, приготовленный на быстротвердеющем цементе, торкретированием или набрызгом. При необходимости значительного усиления может

38

быть устроен дополнительный арматурный каркас с хомутами, пропускаемыми сквозь плиту балластного корыта. Новый бетон закрывает добавляемую арматуру, образуя «железобетонную рубашку».

Особенностью железобетонных пролетных строений является частое изменение класса по грузоподъемности в процессе эксплуатации. Это связано с изменениями в состоянии мостовогополотна при капитальныхремонтахпути. Неоднократноеувеличение толщины слоя балласта на железобетонных мостах, недопустимые смещения оси пути относительно оси пролетного строения приводят в первую очередь к снижению класса плиты балластного корыта. Поэтому необходимо предусмотреть ряд мер по увеличению класса пролетного строения, и прежде всего уменьшениетолщины слоябалласта (вырезку)довеличины, при которой обеспечивается пропуск нагрузки без ограничения скорости движения подвижной нагрузки по мосту. В плановом порядке необходимо предусмотреть работы (подъем пролетного строения,вырезкабалласта,рихтовкапутиит.п.)поприведению состояния мостового полотна в соответствие с требованиями Инструкциипосодержаниюискусственныхсооружений[1]:толщина слоя балласта под шпалой не должна превышать 50 см; смещениеоси пути относительнооси пролетногостроения допустимовпределах 0–5см;плечобалластной призмыдолжнобыть не менее 15 см; крутизна откосов балластной призмы должна быть не более 1:1,5.

7.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОБУЧАЮЩЕГО ПАКЕТА

ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ (LARGO)

При выполнении курсового проекта «Грузоподъемность и усиление железнодорожных мостов» контроль над «ручным» расчетом выполняет пакет обучающих прикладных программ

LARGO (рис. 7.1).

Впрограммном пакетеразработан алгоритм поиска ошибок в заданной последовательности в зависимости от этапов расчета. Студент с выполненным расчетом по грузоподъемности металлическихижелезобетонныхпролетныхстроенийжелезнодорожных мостов вводит исходные данные в соответствии с полученным заданием и результат этапа вычислений (класс элемента по

39

одной изпроверок). Еслиполученный результатручногорасчета совпадает со значением, выполненным программным комплексом LARGO, то проверка заканчивается. Если в ручном расчете студента допущена ошибка, то программный комплекс LARGO проверяет все промежуточные значения, используемые на этом этапе.

Рис. 7.1. Основное окно программы LARGO

Программный комплекс LARGO предназначен для расчета грузоподъемности пролетных строений железнодорожных мостов методом классификации, реализован в среде разработки Borland Delphi. Этот комплекс разработан на кафедре «Мосты» СГУПСа под руководством профессора С.А. Бокарева.

Учебные программы автоматизируют расчет наиболее часто встречающихсяконструкцийпролетныхстроений,эксплуатирующихся на сети железных дорог России. Для железобетона – это непреднапряженные двухребристыебалочные пролетные строения с ездой на балласте. Для металла – это пролетные строения

40