Визначення вантажопідйомності мосту

Визначення вантажопідйомності мосту

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНИ

Дніпропетровський національний університет

залізничного транспорту імені академіка В.А. Лазаряна

Кафедра «Мости»

Курсовий проект

з курсу «Утримання та реконструкція мостів»

Виконав: ст. 151м гр.

Кучер О.І.

Прийняв: доц. Борщов В.І.

Дніпропетровськ 2008

Вступ

Курсовий проект складається із трьох частин.

Перша частина включає аналіз методики визначення вантажопідйомності мостів методом класифікації і визначення класів елементів балочної клітки наскрізної прогінної будови з їздою низом.

Крім креслень балки додаються такі вихідні дані:

-   тип балки - поздовжня;

-        матеріал прогінної будови - Ст3;

         інтенсивність постійного навантаження від ваги мостового полотна - Рмп = 18,70 кН∕м;

         кількість одиниць, на яку необхідно збільшити вантажопідйомність балки - умови пропуску піввагонів Т.

Вантажопідйомність балок проїжджої частини прогінних будов повинна бути встановлена на підставі таких розрахунків:

-   на міцність за нормальними напруженнями;

-        на міцність за дотичними напруженнями;

         на міцність поясних заклепок або поясних швів;

         на загальну стійкість балки;

         на місцеву стійкість балки;

         на витривалість за нормальними напруженнями;

         на міцність прикріплення поздовжніх балок до поперечних.

1. Визначення вантажопідйомності балок проїжджої частини прогінних будов

.1 Розрахунок балок на міцність за нормальними напруженнями

Допустиме тимчасове навантаження, кН∕м колії,

,

де εν = 0,5 - частка вертикального навантаження від рухомого складу на одну балку з урахуванням ексцентриситету колії відносно осі прогінної будови;

nν = 1,15 - 0,001λ - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу,

де λ - довжина завантаження лінії впливу.

Довжина завантаження лінії впливу λ для проміжних поперечних балок (при рівних панелях проїжджої частини) λ = d = 7,857м.

nν = 1,15 - 0,001λ = 1,15 - 0,001·7,857 = 1,142.

Ων і Ωρ - площі ліній впливу згинального моменту, які завантажуються рухомим складом або постійним навантаженням, м2;

Площі ліній впливу згинальних моментів, м2, для проміжних поперечних балок при рівних суміжних панелях

(м2 ).

m =1 - коефіцієнт умов роботи;

R = 190 мПа - основний розрахунковий опір матеріалу балки;

W 0 - розрахунковий момент опору поперечного перерізу балки, см3 ;

Знаходимо координати центру ваги фігури:

, де

;

yi - координати центру ваги і-того елементу;

Аі - площа поперечного перерізу і-того елементу.

Приведений момент інерції перетину балки підраховують за виразом:

, де

см4;

Іхі - момент інерції і-того елемента відносно його центральної осі;

Аі - площа поперечного перерізу і-того елементу;

аі - відстань від центру ваги і-того елементу до центру ваги перетину поздовжньої балки.

Момент опору поперечного перетину поздовжньої балки брутто:

;

Момент опору нетто беремо 80% Wx

;

εp=0,5 - частка постійного навантаження, яке приходиться на одну балку;

;

pмп=18,70 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pб=7,55 кН/м; γмп=1,2; γвб=1,2;

;

;

балка вантажопідйомність міст

Клас балки за вантажопідйомністю по міцності визначають за формулою:

 , де ket=22,77кН/м;

(1+μ) - динамічний коефіцієнт;

;

λ=d=7,857м

;

Клас по навантаженню за міцністю 10,7.

.2 Розрахунок балок на міцність за дотичними напруженнями

Допустиме тимчасове вертикальне навантаження, кН∕м колії,

;

εр, εν=0,5; nν=1,142; m=1; R=190мПа; δ=1см;

Ων і Ωρ =0,5d, d=λ і α=0;

;

Iбр=Ix=963351,16см4;

;

р - сумарна розрахункова інтенсивність постійних навантажень р=31,5;

;

Клас балки за міцністю на витривалість визначається за формулою:

 , де ket=22,77кН/м;

Клас балки за міцністю на витривалість 21,7кН/м.

1.3 Розрахунок балок на міцність поясних заклепок

;

αр=1,1; Аз=2,19м

εр, εν=0,5; nν=1,142; m=1; R=190мПа;

Ων =3,46; Iбр=Ix=963351,16см4;

а). На зріз заклепок підвищеної точності.

Подвійний:

; ; nз=10шт;

б). На зминання металу заклепочних отворів.

; nз=10шт;

Вибираємо мінімальне значення

.4 Розрахунок балок на місцеву стійкість балки

де  - площа лінії впливу згинального моменту для перерізу посередині відсіку стінки балки, який перевіряється, м2 ;

 - відстань від нейтральної осі балки до межі відсіку стінки у межах її висоти h=160,5 см;

 - коефіцієнт, який характеризує напружений стан стінки ;

 - момент інерції брутто поперечного перерізу балки, см4;

 - площа лінії впливу поперечної сили в середині відсіку, який перевіряється, м;

 - повна висота стінки балки, см;

 - нормальне критичне стискальне напруження у стінці балки, мПа;

 - місцеве стискальне критичне напруження у стінці балки, мПа;

 - дотичне критичне напруження у стінці балки, яка згинається, мПа;

 - коефіцієнт, який враховує особисту вагу балок;

Оскільки дана балка має сім ребер жорсткості, то для розрахунку на місцеву стійкість будемо розглядати крайній (перший) та сусідній з ним(другий) відсіки. Розміри їх та лінії впливу такі:

Перший відсік:

Другий відсік:

Коефіцієнти:

 звідси ,

де - відстань від нейтральної осі до верхнього волокна, см;

 - відстань від нейтральної осі до нижнього волокна, см;

Нормальне критичне стискальне напруження  визначається згідно додатку Ж рис. Ж 2 залежно від нормального критичного напруження :

де  - коефіцієнт защемлення стінки балки, який для клепаних балок дорівнює: .

 - залежить від :

;

- залежить від :

;

δ=1см -товщина вертикального листа;

hвл=144см - висота відсіку балки

 - коефіцієнт який залежить від відношення .

Перший відсік: та значення :

 звідси за графіком

,

 звідси за графіком

;

 звідси за графіком

Другий відсік: та значення :

 звідси за графіком

,

 звідси за графіку

 звідси за графіком

.5 Розрахунок балок на витривалість

Вантажопідйомність балок проїжджої частини за витривалістю визначається у місцях обривів горизонтальних листів, поблизу поперечних зварних швів, а також в інших місцях з високим коефіцієнтом концентрації напружень.

Допустиме тимчасове навантаження, кн./м колії,

,

де  - перехідний коефіцієнт, ;

, - площа лінії впливу в перерізі, який розглядається;

 - сумарна розрахункова інтенсивність постійних навантажень;

 - момент опору поперечного перетину поздовжньої балки;

;

 - ефективний коефіцієнт концентрації напруг для перерізу;

 - коефіцієнт режиму навантаження;

 - коефіцієнт асиметрії циклу змінних напружень:

;

Приймаємо нехай

;

 Умова виконана.

1.6 Розрахунок прикріплення поздовжніх балок до поперечних

Формули для розрахунку прикріплень поздовжніх балок до поперечних враховують нерозрізність поздовжніх балок.

За наявності верхньої та нижньої «рибок» допустиме тимчасове вертикальне навантаження, кН/м колії становитиме:

- за міцністю заклепок, які з’єднують кутики прикріплення з поздовжньою балкою:

,

де , - площа лінії впливу поперечної сили в опорному перерізі поздовжньої балки, м;

 - наведена розрахункова площа заклепок по подвійному зрізу або зминанню, см2;

1.7 Визначаємо вантажопідйомності балки

Згідно з додатком В табл.В8 для заданого навантаження - піввагонів габариту Т з розподіленим навантаженням 125кН/м колії, К0 для довжини лінії впливу λ=7,857 і α=0,5: К0=6,024.

Зведемо отримані дані по визначенню вантажопідйомності балки в таблицю:

Оскільки Кmin=10,7>К0=6,024, то рух тимчасового навантаження дозволяється без обмеження швидкості.

Підсилюємо балку так, щоб клас на міцність за нормальними напруженнями дорівнював: Кmin=10,7+1,8=12,6. Для цього встановлюємо зверху на балку горизонтальній лист 240×10.

;

;

;

,53>12,6 - Умова виконана.

2 Визначення вантажопідйомності ферми

.1 Побудова ліній впливу для заданих елементів ферми

Лінії впливу будуємо для елементів В1-В3, В1-Н2, Н0-Н2 згідно правил будівельної механіки

2.2  Розрахунок верхнього поясу В3-В4

Поперечний перетин елементу верхнього поясу складається:

ГЛ 620×12,

2 ВЛ 500×12,

2 ВЛ 310×10, 4∟90×90×10,

А=17,20см2, I=128cм4,

z=2,59cм,

ωбр=325,2см2;

2.2.1 Розрахунок на міцність для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

;

- розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=8,48;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.2.2
Розрахунок на стійкість для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження розраховується за формулою:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

; - розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт поздовжнього згину (визначається згідно додатку В [2]), та залежить від гнучкості та приведеного відносного ексцентриситету:

де,  - вільна довжина елементу;

 - радіус інерції поперечного перерізу елемента відносно осі, перпендикулярної до площини згину,

;

>

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=8,48;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.2.3 Розрахунок на витривалість для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт, який враховує зниження впливу рухомого навантаження при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Г [2]);

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

 - нормативне постійне навантаження;

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт зниження основного розрахункового опору при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Д [2]), попередньо приймемо

оскільки елемент зазнає стиску , то  визначається за формулою:

,

де,  - ефективний коефіцієнт концентрації напруг для даного перерізу (згідно табл. Д.3 [2]) ;

 - коефіцієнт режиму навантаження (згідно табл. Д.1 [2]) ;

- коефіцієнт асиметрії циклу змінних напружень :

,

,

тоді приймаємо , що дорівнює попередньо прийнятому значенню.

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=8,48;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.2.4 Розрахунок на міцність для додаткового сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

;

- розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

=0 ( для верхнього поясу) - коефіцієнт, що враховує вплив навантаження від гальмування у елементах поясу;

 - коефіцієнт надійності до вітрового навантаження;

 - осьове зусилля в елементу поясу ферми, який розраховується, від вітрового навантаження, кН , та в даному випадку, для верхнього поясу прогонової будови з їздою низом при нахилених портальних рамах розраховується за формулою:

,

де,  - відстань від лівого кінця горизонтальної ферми вітрових в’язей до крайнього правого вузла елемента пояса, який розраховується;

 - розрахунковий прогін верхньої ферми;

 - кут нахилу елемента поясу до горизонту;

 - відстань між осями головних ферм;

 - нормативна погонна інтенсивність навантаження від вітру на відповідній фермі:

,

- нормативна інтенсивність горизонтального поперечного вітрового навантаження:

,

 - середня складова нормативного навантаження, розраховується за формулою:

, де

 (V район)- нормативне значення вітрового тиску, яке приймається в залежності від вітрового району території України у якому знаходиться споруда, кПа (додаток К [2]);

 - коефіцієнт, який враховує для відкритої місцевості зміну вітрового тиску на висоті Н=20м (додаток К [2]);

 - аеродинамічний коефіцієнт лобового опору конструкції мостів і рухомого складу залізниць (додаток К [2]);

;

 - пульсуюча складова вітрового навантаження, обчислюється за формулою:

, де

 - коефіцієнт динамічності;

 - коефіцієнт просторової корекції пульсації тиску для розрахункової поверхні споруди;

 - коефіцієнт пульсації тиску вітру на висоті h.

При визначені пульсуючої складової вітрового навантаження для конструкцій мостів добуток  приймається рівним:

Величину коефіцієнта динамічності ξ визначають згідно із СНиП 2.01.07 в залежності від параметра ε і логарифмічного декременту коливань за δ формулами:

·   для сталевих мостів δ = 0,15 ξ = -22,85ε 2 + 8,93ε +1,20;

;

де, - коефіцієнт надійності по навантаженню для вітру;

 - нормативне значення вітрового тиску, кПа (додаток К)

;

, тоді

- коефіцієнт розподілу вітрового навантаження на ферми (табл. 1,4 [2]);

- розрахункова вітрова поверхня ферми;

;

Осьове зусилля становить:

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=8,48;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.2.5
Розрахунок на стійкість для додаткового сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

; - розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

 - коефіцієнт поздовжнього згину (визначається згідно додатку В [2] ), та залежить від гнучкості та приведеного відносного ексцентриситету:

де,  - вільна довжина елементу;

 - радіус інерції поперечного перерізу елемента відносно осі, перпендикулярної до площини згину,

;

>

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

=0 ( для верхнього поясу) - коефіцієнт, що враховує вплив навантаження від гальмування у елементах поясу;

 - коефіцієнт надійності до вітрового навантаження;

 - осьове зусилля в елементу поясу ферми, який розраховується, від вітрового навантаження, кН , та в даному випадку, для верхнього поясу прогонової будови з їздою низом при нахилених портальних рамах розраховується за формулою:

,

де,  - відстань від лівого кінця горизонтальної ферми вітрових в’язей до крайнього правого вузла елемента пояса, який розраховується;

 - розрахунковий прогін верхньої ферми;

 - кут нахилу елемента поясу до горизонту;

 - відстань між осями головних ферм;

 - нормативна погонна інтенсивність навантаження від вітру на відповідній фермі:

,

- нормативна інтенсивність горизонтального поперечного вітрового навантаження:

,

 - середня складова нормативного навантаження, розраховується за формулою:

, де

 (V район)- нормативне значення вітрового тиску, яке приймається в залежності від вітрового району території України у якому знаходиться споруда, кПа (додаток К [2]);

 - коефіцієнт, який враховує для відкритої місцевості зміну вітрового тиску на висоті Н=20м (додаток К [2]);

 - аеродинамічний коефіцієнт лобового опору конструкції мостів і рухомого складу залізниць (додаток К [2]);

;

 - пульсуюча складова вітрового навантаження, обчислюється за формулою:

, де

 - коефіцієнт динамічності;

 - коефіцієнт просторової корекції пульсації тиску для розрахункової поверхні споруди;

 - коефіцієнт пульсації тиску вітру на висоті h.

При визначені пульсуючої складової вітрового навантаження для конструкцій мостів добуток  приймається рівним:

Величину коефіцієнта динамічності ξ визначають згідно із СНиП 2.01.07 в залежності від параметра ε і логарифмічного декременту коливань за δ формулами:

·   для сталевих мостів δ = 0,15 ξ = -22,85ε 2 + 8,93ε +1,20;

;

де, - коефіцієнт надійності по навантаженню для вітру;

 - нормативне значення вітрового тиску, кПа (додаток К)

;

, тоді

- коефіцієнт розподілу вітрового навантаження на ферми (табл. 1,4 [2]);

- розрахункова вітрова поверхня ферми;

;

Осьове зусилля становить:

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=8,48;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.3 
Розрахунок елемента Н3-В3

Поперечний перетин елементу верхнього поясу складається:

4∟1309010, А=21,15см2,I=358,4cм4,

z=4,15cм,

ГЛ 370х10мм,

;

2.3.1 Розрахунок на міцність для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

;

- розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.3.2 Розрахунок на стійкість для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження розраховується за формулою:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

- розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

- площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт поздовжнього згину (визначається згідно додатку В [2] ), та залежить від гнучкості та приведеного відносного ексцентриситету:

де,  - вільна довжина елементу;

 - радіус інерції поперечного перерізу елемента відносно осі, перпендикулярної до площини згину,

=>

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.3.3 Розрахунок на витривалість для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт, який враховує зниження впливу рухомого навантаження при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Г [2]);

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

 - нормативне постійне навантаження;

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт зниження основного розрахункового опору при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Д [2]), попередньо приймемо :

оскільки елемент зазнає стиску , то  визначається за формулою:

,

де,  - ефективний коефіцієнт концентрації напруг для даного перерізу (згідно табл. Д.3 [2]) ;

 - коефіцієнт режиму навантаження (згідно табл. Д.1 [2]) ;

- коефіцієнт асиметрії циклу змінних напружень :

,

- коефіцієнт, який враховує відношення еквівалентних навантажень для меншої та більшої ділянки лінії впливу ( таб. Д.2 [2]),

,

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.4  Розрахунок розкосу Н3-В4

Поперечний перетин елементу розкосу складається:

[ - №24б;

I=3282,6cм4,

;

2.4.1
Розрахунок на міцність для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

;

розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.4.2 Розрахунок на стійкість для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження розраховується за формулою:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

- розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

- площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт поздовжнього згину (визначається згідно додатку В [2] ), та залежить від гнучкості та приведеного відносного ексцентриситету:

де,  - вільна довжина елементу;

 - радіус інерції поперечного перерізу елемента відносно осі, перпендикулярної до площини згину,

=>

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.4.3 Розрахунок на витривалість для основного сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт, який враховує зниження впливу рухомого навантаження при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Г [2]);

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

 - нормативне постійне навантаження;

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт зниження основного розрахункового опору при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Д [2]), попередньо приймемо :

оскільки елемент зазнає стиску , то  визначається за формулою:

,

де,  - ефективний коефіцієнт концентрації напруг для даного перерізу (згідно табл. Д.3 [2]) ;

 - коефіцієнт режиму навантаження (згідно табл. Д.1 [2]) ;

- коефіцієнт асиметрії циклу змінних напружень :

,

- коефіцієнт, який враховує відношення еквівалентних навантажень для меншої та більшої ділянки лінії впливу ( таб. Д.2 [2]),

,

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.4.4 Розрахунок фасонки на виколювання

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

l1=450мм, ;

l2=450мм, ;

l3=120мм, .

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

Клас рухомого складу для піввагонів габариту Т становить:

К0=7,56;

Оскільки К> К0 - умова виконана.

2.5 
Класи елементів

Визначені класи елементів головних ферм зводимо в таблицю

3. Підсилення елементів ферм

Згідно із завданням, мінімальний клас елементів прогінних будов необхідно збільшити на 1,8.

.1 Розрахунок верхнього поясу В3-В4 після підсилення

Поперечний перетин елементу верхнього поясу складається:

ГЛ 620×12,

2 ВЛ 500×12,

2 ВЛ 310×10,

ВЛ 480×10 4∟90×90×10,

А=17,20см2, I=128cм4,

z=2,59cм,

Fбр=421,2 см2;

3.2.1 Розрахунок на стійкість для додаткового сполучення навантаження

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

;

розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

 - коефіцієнт поздовжнього згину (визначається згідно додатку В [2] ), та залежить від гнучкості та приведеного відносного ексцентриситету:

де,  - вільна довжина елементу;

 - радіус інерції поперечного перерізу елемента відносно осі, перпендикулярної до площини згину,

;

>

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

=0 ( для верхнього поясу) - коефіцієнт, що враховує вплив навантаження від гальмування у елементах поясу;

 - коефіцієнт надійності до вітрового навантаження;

 - осьове зусилля в елементу поясу ферми, який розраховується, від вітрового навантаження, кН , та в даному випадку, для верхнього поясу прогонової будови з їздою низом при нахилених портальних рамах розраховується за формулою:

,

де,  - відстань від лівого кінця горизонтальної ферми вітрових в’язей до крайнього правого вузла елемента пояса, який розраховується;

 - розрахунковий прогін верхньої ферми;

 - кут нахилу елемента поясу до горизонту;

 - відстань між осями головних ферм;

 - нормативна погонна інтенсивність навантаження від вітру на відповідній фермі:

,

- нормативна інтенсивність горизонтального поперечного вітрового навантаження:

,

 - середня складова нормативного навантаження, розраховується за формулою:

, де

 (V район)- нормативне значення вітрового тиску, яке приймається в залежності від вітрового району території України у якому знаходиться споруда, кПа (додаток К [2]);

 - коефіцієнт, який враховує для відкритої місцевості зміну вітрового тиску на висоті Н=20м (додаток К [2]);

 - аеродинамічний коефіцієнт лобового опору конструкції мостів і рухомого складу залізниць (додаток К [2]);

;

 - пульсуюча складова вітрового навантаження, обчислюється за формулою:

, де

 - коефіцієнт динамічності;

 - коефіцієнт просторової корекції пульсації тиску для розрахункової поверхні споруди;

 - коефіцієнт пульсації тиску вітру на висоті h.

При визначені пульсуючої складової вітрового навантаження для конструкцій мостів добуток  приймається рівним:

Величину коефіцієнта динамічності ξ визначають згідно із СНиП 2.01.07 в залежності від параметра ε і логарифмічного декременту коливань за δ формулами:

·   для сталевих мостів δ = 0,15 ξ = -22,85ε 2 + 8,93ε +1,20;

;

де, - коефіцієнт надійності по навантаженню для вітру;

 - нормативне значення вітрового тиску, кПа (додаток К)

;

, тоді

- коефіцієнт розподілу вітрового навантаження на ферми (табл. 1,4 [2]);

- розрахункова вітрова поверхня ферми;

;

Осьове зусилля становить:

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

3.2   
Розрахунок нижнього поясу Н3-В3

Поперечний перетин елементу верхнього поясу складається:

4∟1309010, А=21,15см2,I=358,4cм4,

z=4,15cм,

ГЛ 370х10мм,

ВЛ 270х10мм

;

3.2.1 Розрахунок на стійкість для основного сполучення навантаження

Клас після підсилення повинен становити 12,9+1,8=14,7

Допустиме тимчасове навантаження розраховується за формулою:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт надійності для вертикального навантаження від рухомого складу, при ;

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

- розрахункове постійне навантаження,

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

- площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт поздовжнього згину (визначається згідно додатку В [2] ), та залежить від гнучкості та приведеного відносного ексцентриситету:

де,  - вільна довжина елементу;

 - радіус інерції поперечного перерізу елемента відносно осі, перпендикулярної до площини згину,

=>

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

3.3    Розрахунок розкосу Н3-В4

Поперечний перетин елементу розкосу складається:

[ - №24б;

I=3282,6cм4,

ВЛ 240х10

;

3.3.1 Розрахунок на витривалість для основного сполучення навантаження

Клас після підсилення повинен становити 12,87+1,8=14,67

Допустиме тимчасове навантаження для елементів наскрізних ферм при розрахунку на дію постійних навантажень і тимчасового навантаження від рухомого складу:

де, - частка постійного навантаження, що припадає на одну ферму;

- частка тимчасового навантаження, що припадає на одну ферму, від рухомого складу;

 - коефіцієнт, який враховує зниження впливу рухомого навантаження при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Г [2]);

- коефіцієнт умов роботи;

 - розрахунковий опір металу прогонової будови;

 - нормативне постійне навантаження;

pмп=18,7 кН/м - нормативне вертикальне навантаження від мостового полотна;

pф=33,2 кН/м; γмп=1,2; γф=1,05;

;

G - розрахункова площа елемента:

 - площі ліній впливу нормальних зусиль в елементі ферми.

 - коефіцієнт зниження основного розрахункового опору при розрахунках на витривалість ( згідно додатку Д [2]), попередньо приймемо :

оскільки елемент зазнає стиску , то  визначається за формулою:

,

де,  - ефективний коефіцієнт концентрації напруг для даного перерізу (згідно табл. Д.3 [2]) ;

 - коефіцієнт режиму навантаження (згідно табл. Д.1 [2]) ;

- коефіцієнт асиметрії циклу змінних напружень :

,

- коефіцієнт, який враховує відношення еквівалентних навантажень для меншої та більшої ділянки лінії впливу ( таб. Д.2 [2]),

,

Визначаю клас елемента

, для заданої лінії впливу( );

;

4. Технологія виконання робіт по підсиленню елементів ферми

Підсилення елементів головних ферм виконують за рахунок збільшення площі поперечного перерізу, тобто додають новий метал; звичайно з'єднуючи його високоміцними болтами. Під час проектування підсилення намагаються не створювати нових ексцентриситетів в сполученнях та прикріпленнях, якщо це не пов'язано з умисним регулюванням напружень, та забезпечити мінімальну розкладку елементів, що підсилюються. Також підсилення елементів поясів можна виконувати постановкою додаткових вертикальних листів. При цьому способі не виникає необхідності розклепки пакетів металу.

Підсилення елементів головних ферм виконують у такій послідовності:

-  Попередньо виконують розрахунки необхідних листів, з яких визначають розміри листів підсилення та доставку до місця монтажу.

-  Закупівля металу та виготовлення листів необхідного розміру.

-  Виконують очистку контактуючих поверхонь - механічним або термічним способом з послідуючою доочисткою металевими щітками.

-       В напівлисті по розмітці свердлять отвори діаметром на 3-4мм менше діаметра болта.

-       Закривають перегін (При необхідності - тільки для виконання посилення елементу верхнього поясу)

-       В елементах ферми по розмітці свердлять отвори діаметром на 3-4мм менше діаметра болта; накладають новий метал.

-       Розсвердлюють частину отворів ( близько 50% ) та прикріплюють напівлисти "чорними" болтами, котрі встановлюються в розсвердлені отвори.

-       Замість пробок та "чорних" болтів встановлюють болти, попередньо розсвердлюючи отвори, які залишилися не розсвердленими.

-       Зазор між напівлистами шпаклюють.

Література

1.   Борщов В.І. Визначення вантажопідйомності балок проїжджої частини металевих прогінних будов залізничних мостів. Методичні вказівки. Дніпропетровськ 2005.

2.      Борщов В.І. Визначення вантажопідйомності елементів головних ферм металевих прогінних будов залізничних мостів. Методичні вказівки. Дніпропетровськ 2005.

3. Анциперовский В. С. Содержание и реконструкция железнодорожных мостов. / В. С. Анциперовский, В. О. Осипов, К. К. Якобсон - М.: Транспорт, 1975, - 240 с.

4.   ГСТУ 32.6.03.111-2002. Правила визначення вантажопідйомності металевих прогонових будов залізничних мостів. - К.: 2003, -381с.

5.      Інструкція по утриманню штучних споруд./ В. Ф. Сушков, Л. П. Ватуля, М. М. Літвинов та інші. - К.: Транспорт України, 1999. - 96 с.

.        Інструкція щодо улаштування й конструкції мостового полотна на залізничних мостах. - К.: Алькор, 2002. -156 с

.        Осипов В. О. Долговечность металлических пролетных строений зксплуатируемых железнодорожных мостов. - М.: Транспорт, 1982,-287 с.

.        Осипов В. О. Мосты и тоннели на железных дорогах. / В. О. Осипов, В. Г. Храпов, Б. В. Бобриков. - М: Транспорт, 1988, - 367 с.

.        Положение по оценке состояния и содержания искусственных сооружений на железных дорогах СССР. - М.: Транспорт, 1991, - 28 с.

.        Содержание и реконструкция мостов. / Под редакцією В. О. Осипова. -М.: Транспорт, 1986, - 328 с.

11. Руководство по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам / Главное управление пути МПС РФ. - М.: Транспорт, 1993. - 368с