Определение условий пропуска поездов по железнодорожным мостам

      

                
 
 
 

      1. Классификация действия поезда на мост.

    1.1. Характеристики подвижного  состава.

    Локомотива:

    - тип локомотива – ТЭП60 (№11)

    - условный тип – 136

    - масса локомотива – 128(т)

    -нагрузка  на ось – 209,03(кН)/21,33(т)

    - распределенная нагрузка – 65,17(кН)/6,65(т) 
 

    Вагона:

    - тип вагона – полувагон с  глухим кузовом для медной  руды

    - модель – 22-4024

    - грузоподъемность – 115,0т)

    - объем кузова –71,0(м³)

    - масса – 46,0(т)

    - нагрузка на ось – 197,4(кН)/20,13(т)

    - распределенная нагрузка – 99,9(кН)/10,2(т) 
 

    

 

    1.2.Определение  эквивалентной нагрузки  от подвижного  состава для плиты  балластного корыта.

    Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:

    

    F_max – наибольшее давление от оси подвижного состава на рельс

    C_ν = 3,5(м) – длина распределения временной нагрузки вдоль оси моста

     - для тепловоза

     - для вагона 

    1.3. Определение эквивалентной  нагрузки и класса  нагрузки от подвижного  состава для главной балки железобетонного пролетного строения.

    Эквивалентная нагрузка определяется по таблице

    - для локомотива

    λ = 8 (м)    ν_н = 97,38    К_н = 3,95

    λ = 9 (м)    ν_н = 92,42    К_н = 3,84

    При λ = 8,70 (м);  ν_н =  93,91;  К_н = 3,87 

    - для вагона

    λ = 8 (м)    ν_н = 116,32    К_н = 4,73

    λ = 9 (м)    ν_н = 114,33    К_н = 4,75

    При λ = 8,70 (м);  ν_н =  114,688;  К_н = 4,74 

    1.4. Определение класса  нагрузки подвижного  состава на плиту  балластного корыта. 

    

    ν_н , ν_э – интенсивность равномерно распределенной  нагрузки от заданного и эталонного поездов (вагонов).Эталонную нагрузку определяем по таблице в зависимости от толщины балластной подушки под шпалой.

    (1+μ_н), (1+μ_э) – динамические коэффициенты

    

    - при h_в = 30(см) –  (1+μ_э) = 1,486

    - при h_в = 60(см) –  (1+μ_э) = 1,39 

     - для тепловоза

     - для вагона 

    2. Классификация грузоподъемности  железобетонного  пролетного строения  железнодорожного  моста.

    2.1.1. Расчетная схема  плиты балластного корыта.

    В качестве расчетной схемы внутреней консоли плиты балластного корыта принимается консоль, расположенная поперек оси моста с защемлением в главной балки. Ширина поперечного сечения принимается равной 100(см). Характерным сечением считается место заделки плиты. 
 

    2.1.2. Нормативные нагрузки  и коэффициенты

    Расчет  проводится по заданию для внешней  консоли главной балки

     - от веса наружного борта  балластного корыта

     - объемный вес железобетона

     - площадь сечения наружного  борта

     - от веса плиты балластного корыта

     - площадь сечения внутренней  консоль

     - длина внутренней консоли

       

      

    r = 30(см) - радиус вута

    h₀ =15(см) - высота сечения плиты балластного корыта в торце

    h₁ = 17(см) – высота сечения плиты в начале вута

    h_Б1 = 35(см) – высота наружного борта над поверхностью плиты

    h_Б2 = 12(см) – высота внутреннего борта над поверхностью плиты

    l_вп = 35 при h_в = 30(см) и l_вп =12,7(см)  h_в = 60(см) – ширина плеча балластной призмы

    B = 230(см) - расстояние между наружными гранями ребер плит

    h_ш = 19,5(см) – высота сечения шпалы

    l_в = 76(см) расстояние между внутренней гранью борта и наружной гранью ребра плиты

    h_в – толщина балласта под шпалой min = 30(см), max = 60(см) 

     - от веса балласта с частицами  пути над внутренней консолью

    А_вп2  – площадь сечения балластной призмы над внутренней  консолью

     - объемный вес балласта с частями пути

    

     - для min    

     - для max

     - для min    

     - для max  
 
 

    Коэффициенты  надежности постоянных нагрузок, кроме  нагрузки от веса балласта с частицами пути равен γ_f1  = 1,1.

    Коэффициент надежности нагрузки от веса балласта с частицами пути                равен       γ_f  = 1,2.

    Коэффициент надежности временной нагрузки равен  γ_fυ = 1,15.

    Динамический  коэффициент к эталонной нагрузке для плиты балластного корыта определяется в зависимости от толщины слоя балласта под шпалой:

    - при h_в = 30(см) – (1+μ_э) = 1,486

    - при h_в = 60(см) –  (1+μ_э) = 1,39

    Коэффициенты  учитывающие неравномерное распределение  давления на плиту принимаются по таблицам в зависимости от консоли:

    - при h_в = 30(см)

         -при е = 20(мм)

    η_M = 0,928

    η_Q = 1,23

         - при е = -30(мм)

    η_M = 1,16

    η_Q = 1,1

    - при h_в = 60(см)

         -при е = 20(мм)

    η_M = 1,2

    η_Q = 1,28

         - при е = -30(мм)

    η_M = 1,4

    η_Q = 1,45 

    Коэффициенты  уменьшения динамического воздействия временной нагрузки на плиту равен:

    - θ = 0,8667 при h_в = 30(см)

    - θ = 0,892794 при h_в = 60(см) 

    Длина распределения временной нагрузки на внешней консоли:

    - при h_в = 30(см) 

     - для первой  балки 

     - для второй  балки 
 

    - при h_в = 60(см) 

     - для первой  балки 

     - для второй  балки

    е – принимается наибольшее значение по модулю

    l_ш = 270(см) – длина деревянной шпалы 
 

    Длина распределения давления от временной нагрузки поперек оси моста:

    

    - при h_в = 30(см)

    

    - при h_в = 60(см)

      

    2.1.3.Допускаемые  временные нагрузки  по ограничению  прочности наклонных сечений.

    Геометрические  характеристики поперечных сечений. Расчетные характеристики материалов.

    Площадь поперечного сечения рабочей  продольной растянутой арматуры равна:

    

    n_s = 7 – число стержней арматуры в растянутой зоне

    d_s = 1.2(см²) – диаметр стержней арматуры в растянутой зоне

    Площадь поперечного сечения сжатой продольной арматуры равна:

    

    n_s^/ = 4 – число стержней арматуры в жатой зоне

    d_s^/ = 0,8(см²) – диаметр стержней арматуры в жатой зоне

    Расстояние  от наиболее растянутых волокон до центра тяжести растянутой арматуры:

    

    а_зс = 2(см) – толщина защитного слоя арматуры в плите балластного корыта

    Расстояние  от наиболее сжатых волокон до центра тяжести сжатой арматуры:

     

    Рабочая высота поперечного сечения плиты балластного корыта равна:

    

    Высота  сжатой зоны, определяемая без учета  сжатой арматуры (с учетом раковин  и сколов в жатой зоне площадью А₀):

    

    R_s = 24(кН/см²) – расчетное сопротивление арматуры класса А-ΙΙ на растяжение

    R_b = 1,00(кН/см²) – расчетное сопротивление бетона класса В25 на сжатие

    b = 100(см)

    A₀ = 0 – площадь дефектов бетона

    Высота  сжатой зоны, с учетом сжатой зоны (с  учетом раковин и сколов в сжатой зоне):

    

    R_sc = 24(кН/см²) – расчетное сопротивление арматуры  класс А-ΙΙ на сжатие

    Поскольку y₁ < a_s^/ то принимается, что площадь сжатой арматуры равна нулю.

    Расстояние  от центра тяжести растянутой арматуры до центра тяжести площади ослабления:

    

    Вычисление  предельного значения относительной высоты сжатой зоны:

    

    Сравнение вычисленного значения относительной  высоты сжатой зоны с предельным значением. Если , то нужно принять .

     - оставляем h₀, которое получили по расчетам 
 

    Для характерного сечения относительная  высота сжатой зоны меньше предельной. 

    

    При h_в = 30(см)

    

    При h_в = 60(см)

    

    Предельные  усилия

    

    Допускаемая временная по ограничению прочности  наклонных сечений

      

    При h_в = 30(см)

    

    При h_в = 60(см)

      
 

    2.1.4.Класс плиты балластного корыта  по ограничению прочности и выносливости.

    

    ν_1j = (кН/см) – значение интенсивности допускаемой временной нагрузки по ограничениям первой группы предельных состояний

    ν_1э = 0,271 (кН/см) при h_в = 30(см)

    ν_1э = 0,262 (кН/см) при h_в = 60(см) – значение интенсивности эталонной временной нагрузки для плиты балластного корыта

    j  -  индекс (номер) ограничения

    (1+μ_1э) = 1,486 при h_в = 30(см)

    (1+μ_1э) = 1,39  при h_в = 60(см)

     -  при h_в = 30(см)

     - при h_в = 60(см) 

    2.1.5. Класс плиты балластного корыта.

    Класс плиты балластного корыта равен  наименьшему значению из классов  плиты по ограничениям прочности  и выносливости во всех характерных  сечениях.

    

    Остальные значения, которые не считались в  данном проекте, берутся с курсовых проектов по данному пролетному строению по другим сечениям. 
 
 
 

    2.2.Главная  балка

    2.2.1. Расчетная схема  главной балки.  Характерные сечения.  Линии влияния  изгибающих моментов и поперечных сил.

    В качестве расчетной схемы главной  балки – второй элемент пролетного строения – назначается свободно опертая балка с расчетным пролетом, равным расстоянию между центрами опорных частей. Расчетная схема поперечного сечения главной балки пролетного строения имеет форму тавра.

    Характерными  сечениями считаются:

    - сечение в середине пролета  и над опорной частью;

    - сечения, где имеются отгибы  или обрывы стержней рабочей  арматуры;

    - сечения, где резко меняются  размеры конструкции;

    - сечения, имеющие дефекты, которые  влияют на грузоподъемность конструкции. 

    2.2.2. Нормативные нагрузки и коэффициенты.

    Постоянные  нагрузки:

     - от веса пролетного строения с обустройствами, приходящимися на одну главную балку.

    V_жб = 15,92(м³)=15,92*10⁶(см³)- объем железобетона пролетного строения

    ln = 9,3(м ) = 930(см) – полная длина пролетного строения

    g₀ = 0,007(кН/см) – погонный вес обустройств

     - от веса балласта с частицами  пути

     - площадь поперечного сечения  балластной призмы пролетного строения 

     - объемный вес балласта с  частями пути

    h_Б1 = 35(см) – высота наружного борта над поверхностью плиты

    h_Б2 = 12(см) – высота внутреннего борта над поверхностью плиты

    l_вп = 35 при h_в = 30(см) и l_вп = 12,7(см)  h_в = 60(см) – ширина плеча балластной призмы

    h_ш = 19,5(см) – высота сечения шпалы

    l_в = 76(см) расстояние между внутренней гранью борта и наружной гранью ребра плиты 

     - при h_в = 30(см)

      - при h_в = 60(см)

     - при h_в = 30(см)

     - при h_в = 60(см) 

    Эталонная нагрузка для главных балок определяется в зависимости от длины загружения линии влияния соответствующего усилия и относительной абсциссы положения вершины линии влияния по таблице

    

    Динамический коэффициент к эталонной нагрузке для главной балки определяется в зависимости от толщины слоя балласта под шпалой и расчетного пролета в метрах по формуле:

    

      при h_в = 30(см)

      при h_в = 60(см)

    Доля  временной нагрузки, приходящийся,  на главную балку сборного пролетного строения вычисляется по формуле:

    

    е₁, е₂ - смещения оси пути относительно оси пролетного строения

    с = 180(см)– расстояние между осями главных балок

    Коэффициент унификации результатов классификации главных балок железобетонных пролетных строений

    

    Коэффициент уменьшения динамического воздействия  временной нагрузки на главную балку  для ограничения выносливости:

    

     - при h_в = 30(см)

     - при h_в = 60(см)

    Коэффициенты  надежности постоянных нагрузок, кроме  нагрузки от веса балласта с частицами пути равен γ_f1  = 1,1.

    Коэффициент надежности нагрузки от веса балласта с частицами пути                равен       γ_f2  = 1,2.

    Коэффициент надежности временной нагрузки равен  γ_fυ = 1,15. 

    2.2.3. Допускаемая временная  нагрузка по ограничению поперечных сечений.

    Геометрические  характеристики поперечных сечений

    Расстояние  от растянутой грани сечения балки до центра тяжести растянутой арматуры

    

    A_si – площадь поперечного сечения одного арматурного стержня в i-том горизонтальном ряду

    y_i – расстояние от центра тяжести i-го горизонтального ряда арматуры до растянутой грани сечения

    A_s – площадь поперечного сечения рабочей арматуры главной балки

    n_si – число стержней в i-том горизонтальном ряду

    Площадь поперечного сечения продольной растянутой арматуры в каждом горизонтальном ряду, начиная с верхнего:

    

    

    

    

     - площадь растянутой  арматуры

    

     - площадь сжатой арматуры 
 

    Расстояние  от сжатой грани сечения балки  до центра тяжести сжатой арматуры:

    

    а_зс = 2(см) – толщина защитного слоя арматуры в плите балластного корыта

    d_s1 = 1,2(см²) – диаметр стержней рабочей арматуры плиты балластного корыта

    d_s^/ = 3,2(см²) – диаметр стержней арматуры в жатой  зоне 

    Рабочая высота поперечного сечения главной балки

    

    Приведенная толщина сжатой полки поперечного  сечения главной балки равна:

    

    

     - площадь поперечного сечения  ребра в пределах вута

      

    Определение положения нейтральной линии

    Вычисляются равнодействующие усилия:

     - в сжатой полке

     - в растянутой зоне

    Так как F_b >F_s, то y < h_f и b = b_f – нейтральная линия проходит в сжатой плите 

    Определяем  высоту сжатой зоны

     - без учета сжатой арматуры

     - с учетом сжатой арматуры

    Поскольку y₁ > a_s^/  и y₂ > 2a_s^/ то площадь сжатой арматуры учитывается полностью

    Усилия  от постоянных нагрузок

    Площадь линии влияния изгибающего момента  в характерном сечении с относительной абсциссой равна:

      
 
 

    Вычисляем изгибающий момент в характерном  сечении от постоянных нагрузок:

    

     - при h_в = 30(см)

     - при h_в = 60(см) 

    Предельное  усилие в характерном сечении

    Предельное  значение изгибающего момента в  характерном сечении равно

    

    Допускаемая временная нагрузка по ограничению прочности поперечных сечений

    

    При h_в = 30(см)

    

    При h_в = 60(см)

      
 
 

    2.2.4.Допускаемая  временная нагрузка  по ограничению  прочности наклонных  сечений.