CC BY
38
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
ТРАНСПОРТНЕ БУД1ВНИЦТВО
УДК 624.872.042
Ю. М. ГОРБАТЮК1*, К. I. СОЛДАТОВ2*, М. С. ПАПКО3*
1 Каф. «Мости», Днтропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1меш академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (093) 339 41 28, ел. пошта [email protected]
2 Каф. «Мости», Дшпропетровський нацюнальний ушверситет затзничного транспорту 1мен1 академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (096) 527 26 01, ел. пошта [email protected]
3 Дшпропетровський завод мостових зал1зобетонних конструкцш, вул. Молодогвардшска, 2, Днтропетровськ, Укра1на, 49022, тел. +38 (096) 826 74 19, ел. пошта [email protected]
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЗАСТОСУВАННЯ НАСКР1ЗНИХ ДВОТАВР1В ДЛЯ ПРОГОНОВИХ БУДОВ НАПЛАВНИХ МОСТ1В
Мета. У публ1кацп наведено результата розрахуншв прогонових будов для наплавних моспв 1з наскр1зних двотавр1в. Мета дослщження - проанал1зувати придатшсть прогонових будов 1з наскр1зних двотавр1в для наплавних моспв мшмально! ваги пвд навантаження, яш передбачет нормами на проекту-вання сучасних наплавних моспв. Методика. У робот використано пор1вняльний метод, аналгтичт методи розрахунку моспв (методика лшш впливу), розрахунки на мщшсть, витривал1сть, максимальт дотичш на-пруження. Результата. Сучаст навантаження для розрахунку моспв на 75 % б1льш1, шж т1, на яш запро-ектоват прогонов1 будови наплавного мосту з майна НЗМ-56. Застосування наскр1зних двотавр1в, утворе-них 1з двотавра № 70 (висота наскр1зного 104 см), зменшуе площу перер1зу в послабленому мсщ, але практично не впливае на мщшсть та витривалють матер1алу. Застосування наскр1зних двотавр1в для прогонових будов наплавних моспв дае економш металу до 22 %, тобто кожна п'ята прогонова будова буде виготовле-на 1з зекономленого металу. Економ1я на кожнш прогоновш будов1, наприклад СРП-33.6 - 263 тис. грн. (з урахуванням цши на 1 тонну готового виробу 29 тис. грн.). Наукова новизна. Дослщження дозволяе зро-бити новий крок в економи матер1алу та використант наскр1зних двотаврових балок для прогонових будов у цшому. Практична значимiсть. Отримаш в результат дослвдження дат дозволили зробити ряд висновшв, що сприяють детальшшому ознайомленню та бшьш практичному використанню наскр1зних двотавр1в для прогонових будов наплавних моспв.
Ключовi слова: зал1зничш мости; наплавш мости; наскр1зш двотаври; прогонов1 будови; економ1я металу; прогрес мостобуд1вництва
Вступ
Одним ¡з прогресивних напрямюв шдвищен-ня ефективносп двотаврових профшв прокату е створення балок з перфорованою стшкою. Таю балки утворюються шляхом розр1зу стшки двотавра по зигзагопод1бнш тип за допомогою га-зор1зки чи методом пресування. Розр1зат части-ни балки з'еднуються в мюцях примикання вистушв за допомогою зварювання, утворюючи суцшьш перемички. Виходить своерщна конструктивна форма - двотавр з отворами в стшщ.
В техшчнш л1тератур1 такий двотавр отримав декшька назв: двотавр з перфорованою стшкою, двотавр з розвиненим перетином, наскр1зний двотавр. В мостобудуванш е поодиною прикла-ди використання наскр1зних двотавр1в як основ-них несучих конструкцш за умови зниження власно! ваги конструкцш та економи металу.
Мета
Зазначимо, що несуча здатшсть наскр1зних двотавр1в за даними дослщжень у 1,3 _ 1,5 разу
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
вище несучо1 здатност1 вих1дного за рахунок того, що висота першого збшьшуеться приблиз-но в 1,5 разу. Мета роботи дослщити придат-нють прогонових будов з наскр1зних двотавр1в для наплавних моспв мшмально! ваги шд на-вантаженням, яю передбачеш нормами проекту-вання сучасних наплавних моспв.
Методика
В окремих публшащях наскр1зш двотаври рекомендують для застосування як прогонов! будов тимчасових моспв, зокрема на авто-мобшьних мапстралях [4-6, 7]. На рис. 1 наведет приклади застосування наскр1зних двотавр1в. Як прогонов! будови тимчасових зб1рно-розб1рних моспв застосовують наскр!зш двотаври, виготовлеш з прокатних балок № 55, 60, 70, 80, 90, 100 титв Б { Ш. Методика розра-хунку спроектованих по висот наскр1зних двотавр1в розроблеш «ЦНИИПроектсталькон-струкцией» { внесет в нормативний документ СНиП 11-23-81 [8-10].
Пщ час проектування прогонових будов з наскр1зних двотавр1в потр1бно дотримуватись основних вимог, яю стосуються наплавних моспв, а саме [7]:
- висота наскр1зного двотавра не повинна перевищувати 1,5 висоти вихщного Нс < 1,5 Нп;
- вщношення висоти наскр1зного двотавра до розрахунково! довжини прогону прийма-еться у межах Нс /1 = 0,07...0,05 ;
- забезпечення мюцево! стшкост! вшьно! кромки тавру у перетиш 1-1 в стислш зош для зал1зничних мост1в за умови к + г) < 10^ ;
- забезпечення стшкосп стшки в перемич-ках за допомогою постановки парних чи одноб1чних вертикальних ребер жорсткосп в кожнш перемичщ;
- забезпечення довжини зварених переми-чок (необидно! конструктивно \ достатньо! для сприйняття поперечно! сили О) за умови
- Нп
а >-
2
- кут м1ж похилою л1И1ею розр1зу i вюсю балки повинен бути у межах а = 40°...70° « 60°;
- коефщент зниження несучо! здатносп стиснутого пояса ф, обчислюсться аналопчно розрахунку балок суцшьного перетину [7];
- забезпечення мюцево! стшкост! вшьно! кромки тавру у перетиш 1-1 в стислш зош для зал1зничних моспв за умови к + г)< 10^ ,
для автодорожшх - к - (t + г) < 15^ ;
- розр1зи можуть бути симетричними { не-симетричними вщносно середини вихщного двотавра;
- двотаври з перфорованою стшкою можна компонувати ¿з загот1вок, отриманих ¿з р1зних вихщних двотавр1в: половинка ¿з бшьшого двотавра встановлюеться в стислш зош { може бути ¿з менш мщно! стал! Яу = 210... 260 МПа, а половинка ¿з меншого двотавра встановлюеться в розтягнутш зош { приймаеться ¿з бшьш мщно! стал! Яу = 320...360 МПа. Завдяки такш компоновщ легше забезпечити мюцеву стшкють стшок стиснутих пояс1в - тавр1в;
- товщина стшки повинна складати
/^75 ../^95 в1д висоти Нс.
Двотаври з перфорованою стшкою забезпе-чують 20... 30 % економп металу пор1вняно з прокатними двотаврами та дешевш1 останшх на 10... 18 %. За трудомюткютю виготовлення вони на 25.35 % ефектившш!, шж звареш двотаври, за рахунок скорочення операцш обробки та об'ему зварювання. Ф1гурна розр1зка двотавра, стиковка його частин та встановлення ребер жорсткост хоча певною як м1рою 1 знижують ефект економп металу, та все ж е позитивними. З попередшх розрахунюв видно, що момент шерцп балок з наскр1зних двотавр1в збшьшу-еться у 2,2 ... 2,3 разу пор1вняно з двотавровими балками з суцшьною стшкою.
Завдяки цим якостям у поеднанш з компак-тнютю, транспортабельнютю 1 пристосованютю до автоматизованого виготовлення вони е кон-курентноспроможними з гратчастими констру-кщями { широко застосовуються як балки пере-криття { кроквяш балки.
Прокатт двотавров! балки за ТУ 14-2-24-72 [13] нормальш (Б) та широкополичков! (Ш) з паралельними поличками з сталей клашв С 245 та С 345 повною м1рою шдходять для компонування наскр1зних двотавр1в - моноста-левих { б1сталевих, !з симетричними { несимет-ричними перетинами.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Рис. 1. Приклади застосування наскрiзних ABOTaBpiB в будiвництвi та мостобудуванш Fig. 1. Examples of open double T-beams application in construction and bridge engineering
У цш робот обгрунтовуеться можливють застосування наскр1зних двотавр1в в мостобу-дуванш з точки зору економи металу, оскшьки вартють металу з часом значно зростае. Економ1я навгть 5... 7 % металу на кожнш прогоновш будов1 загалом мае суттевий ефект. При цшеспрямованому компонуванш наскр1з-них двотавр1в з використанням прокатних двотавр1в р1зних тишв, номер1в прокату { марок сталей можна досягти повно! вичерпно! працездатносп матер1алу I конструкций а також максимально! економи.
З метою повного використання вихщного двотавра при його розпуску необхщно дотри-муватись таких рекомендацш: для однопрого-нових балок бшьш економ1чно застосовувати наскр!зт двотаври з двох марок сталей (верхню частину з двотавра звичайно! маловуглецево! стал! з бшьш товстою стшкою, а нижню частину з двотавра бшьш мщно! стал! з бшьш тонкою стшкою). Наприклад, для металево! прогоново! будови верхнш стиснутий пояс за умови забезпечення його загально! стшкосп можна прийняти з двотавра типу Ш, стал! 16 Д, а нижнш розтягнутий пояс - з балки типу Б, стал! 15ХСНД, а для розр1зно! прогоново! бу-
дови з зал1зобетонною плитою про!жджо! час-тини, включено! в роботу конструкцй, верхн!й пояс повинен бути мшмального перетину з балок типу Б стал! 16Д, а нижнш - максимально розвиненим типу Ш з! стал! 15ХСНД або 10ХСНД.
Типи розр!зання балок наведен! на рис. 2. Вузли опирання балок з перфорованою стшкою наведен! на рис. 3. 1снуе поточна технолопя виготовлення перфорованих двотавр!в з використанням багатооперацшного ман!пулятора.
Продуктивн!сть тако! поточно! лши складае 45.50 тис. м перфорованих балок за рш. Але при вс!х позитивних моментах, область застосування балок з перфорованою стшкою обме-жена з таких причин [1, 3, 12].
1. Робота пояав балок з перфорованою ст> нкою ускладнюеться тим, що вони мають до-датковий вигин вщ поперечних сил у межах отвор!в. Граничний стан наступае тод!, коли пластичнють пронизуе перер!з поясу, причому при поперечному вигин! можуть з'явитися шаршри пластичност! в чотирьох кутах отвор!в. Ц! шарн!ри виникають ! при складному напру-женому стан! в поясах.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
ТРАНСПОРТНЕ БУД1ВНИЦТВО
роваш балки, утвореш з прокатного двотавра, не збшьшуючись у ваз^ мають в 2,1.2,3 разу бшьший момент шерци [1, 3, 12].
У табл. 1 позначено: Нп - висота прокатного двотавра, см; В - ширина полки, см; s - товщи-на вертикального листа, см; t - товщина горизонтального листа, см; Fp - площа перерiзу, см ; 1х - момент шерци, см ; Hc - висота,см; H -висота вертикального листа у мющ отвору, см; h0/2 - вiдстань мiж центрами ваги нижньо! та верхньо! частини, см; Ьп - ширина ребер жорсткосп, см; z - вiдстань вiд верхньо! кромки горизонтального листа до центра ваги частини,
т ..... 4
см; 1хт - момент шерци перерiзу з отвором, см ; Fmn - площа послабленого перерiзу, см2; 1х -момент шерци суцшьного перерiзу, см4; 1х'/1х -вiдношення моментiв шерци вихщного двотавра та утвореного з нього нас^зного.
Таблиця 1
По|)1вии. ii>iii величини прокатних та перфорованих 1вотав|)1в
Table 1
Comparative values of roll and perforated double T-beams
№ вимдного двотавру Розраховаш величини прокатних двотавр1в
Нп, см В, см s, см t, см F6p, см2 т 4 см
55Б 55,0 22,0 0,90 1,14 97,6 47 370
60Б 60,0 23,5 1,00 1,24 116,0 66 170
70Б 70,0 27,5 1,10 1,60 161,0 130 270
80Б 80,0 30,0 1,20 1,70 194,0 201310
90Б 90,0 32,5 1,35 1,78 232,0 297 810
100Б 100,0 35,0 1,45 2,00 279,0 443 090
Заинчення табл. 1 End of table 1
№ вихшого двотавру Розраховаш величини наскр1зного двотавра
Hc, см H, см h0/2, см Ьп, см z, см 4 Ixm, см Fmn, см 4 см ш
55Б 80,00 15,00 36,94 21,10 3,06 671,0 37,55 103 814,0 2,2
60Б 90,00 15,00 41,97 22,50 3,03 746,6 43,00 153 012,3 2,3
70Б 104,76 17,62 49,06 26,40 3,32 1 362,9 61,38 298 211,7 2,3
80Б 120,00 20,00 56,14 28,80 3,86 2 160,2 73,00 464 470,6 2,3
90Б 130,00 25,00 59,72 31,15 5,28 4 600,4 89,00 643 971,3 2,2
100Б 150,00 25,00 69,97 33,55 5,03 5 022,9 103,25 1 020 924 2,3
2. Прогини балок з перфорованою стшкою перевищують на 5.40 % прогини, обчислеш, як в звичайних балках, з врахуванням моменту шерци у послабленому перер!зь
3. Втрата мюцево! стшкосп перемичок вщ-бувасться в основному вщ зсуву. Перемичка при втрат! м!сцево! ст!йкост! закручусться. Роз-тягнута частина залишаеться в площиш ст!нки, а стисла вигинаеться !з площини. В зв'язку з тим, що стшка одного з таврових пояшв стиснута або стиснуто-вигнута, вона також може втратити мюцеву стшкють, тсля чого вичерпу-еться несуча здатн!сть вс!е! балки.
Перш за все виконаш розрахунки моменпв !нерц!! для прокатних двотаврових балок № 55Б, 60Б, 70Б, 80Б, 90Б, 100Б та !х пор!вняння з пер-форованими двотаврами, що з них утвореш. Дан! зведено у табл. 1, з яко! видно, що перфо-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
З метою обгрунтування можливосп застосу-вання перфорованих двотаврiв як балок про!ж-джо! частини наплавних моста [11] наводиться порiвняння геометричних характеристик та на-пружень у юнуючих балках про!жджо! частини (довжини прогонових будов 12,35 м, 15,9 м та 18,0 м) з перфорованою та суцшьною стiнкою.
Виходячи iз конструктивно! схеми, розрахун-кова схема для прогоново! будови прийнята у ви-глядi однопрогоново! балки на жорстких опорах, пролiт яко! дорiвнюe довжинi iснуючо! балки. Жорстке спирання передбачае, що балка просто просщае на якусь величину на пружних опорах (понтонах), а по^м працюе як звичайна балка.
Перш за все виконаш розрахунки юнуючо! балки прогоново! будови I = 12,35 м з суцшьною стшкою на сучасш навантаження. При цьо-му висота балки на цьому еташ е незмiнною (104 см), а додатково дослщжена можливють: застосування бiльш мiцно! сталi (15ХСНД та 10ХСНД), збiльшення момнту шерци за рахунок збiльшення товщини вертикального та горизон-
тальних лист!в. Аналопчш розрахунки виконан! i для прогонових будов l = 16,47 м та 18,53 м.
Для визначення зусиль (згинального моменту M та поперечно! сили Q) побудоваш лшп впливу зусиль для згинального моменту M (середина прольоту балки) та для поперечно! сили Q (перерiз на опор^. До постiйного навантаження вщносяться: власна вага балки (qe.e) та вага мостового полотна (qM. п. ), а до тимчасового - вертикальне навантаження вщ рухомого складу (qm). Кожне з цих навантажень прийма-еться у виглядi рiвномiрно розподiленого навантаження штенсивнютю (нормативною та розрахунковою) вщповщно до вимог [4]. Iнтенсивнiсть тимчасового вертикального навантаження визначасться за формулою qT = 0,5 V К , де и - штенсивнють тимчасового вертикального навантаження при К = 1, кН/м; К - клас тимчасового навантаження, К = 14.
Даш для розрахунку зведеш у табл. 2.
<ххжк>
ШКУОЮОШ
IHDiOtCMDI
Рис. 2. Типи po3pi3aHHa стшки двотавра:
тип I - III - симетричний; тип IV - несиметричний
Fig. 2. Types of cutting the double T-beams:
types I - III are symmetrical; type IV is not symmetrical
Рис. 3. Рекомендован вузли спирання балок:
а - опорна дшянка; б - випуск верхнього елемента; в - консоль i3 двох швелергв
Fig. 3. Recommended nodes of beams seat a - support section; b - outlet of upper element; c - console with two channels
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Основш liiixuiii параметри для розрахунку прогонових будов The main output parameters to calculate spans
Таблиця 2
Table 2
Вимдт параметри Розрахунков1 величини
Повна та розрахункова довжина балки, м 12,35 (11,70) 12,35 (11,70) 16,47 (15,90) 16,47 (15,90) 18,53 (18,00)
Висота, см 104 150 104 150 150
Матер1ал (сталь) М16С10ХСНД 10ХСНД 10ХСНД 15ХСНД 10ХСНД
Ю-.М,;2 ' м2 7,11 7,11 31,6 31,6 40,5
®Л.е.М,/4 , м2 12,83 12,83 23,7 23,7 30,38
®*..Qo , м 5,85 5,85 7,95 7,95 9,0
"Юл.в.ö1í4, м 0,37 0,37 0,5 0,5 0,56
+ ю Q , м 3,29 3,29 4,47 4,47 5,06
Z ®^...Q„4 , м 2,92 2,92 3,97 3,97 4,5
С, кН/м 2,54 2,54 3,49 3,49 3,48
€.п , кН/м 3,45 3,45 3,45 3,45 3,45
V (а = 0,5), кН/м 14,77 14,77 13,73 13,73 13,3
V _ (а = 0), кН/м 16,88 16,88 15,69 15,69 15,19
Y т 1,265 1,265 1,252 1,252 1,246
1 + ц 1,432 1,432 1,392 1,392 1,375
M max, кНм 3 491 3 491 5 569 5 569 6 898
Qmax, кН 1 350 1 350 1 591 1 591 1 737
V2 (а = 0,5), кН/м 15,83 15,83 14,71 14,71 14,24
е 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85
ML, кНм 1 641 1 641 2 776 2 776 3 450
мm ^ кНм 86,4 86,4 159,9 159,9 231,7
Розрахунков1 величини (для розрахунку на мщшсть та стшюсть) максимального згиналь- мм =
max
ного моменту та поперечно! сили визначаються за формулами (1) та (2)
pm = Ä^max
( + Чм.п)Yfn + — Yfm (i+ц)
( + qM.n )y fn Y fm (+m)
Ю
n.e.Q
(1)
(2)
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
де Yn - коефщент надшносп до постшного на-вантаження, дор1внюе 1,1; Ym - коефщент надшносп до тимчасового навантаження, визна-чаеться за формулою Ym = 1,3 - 0,03 X; X - дов-жина завантаження лши впливу (дор1внюе роз-рахунковш довжиш балки l), (1 + ц) - динам1ч-ний коефщент, який визначаеться за формулою 1 + ц = 1 + 18 / (30 + X). При розрахунках на витривалють враховуються нормативы значен-ня постшних навантажень, а тимчасове наван-таження приймаеться з введенням понижуючих коефщен-пв: 1 + ц = 1 + 2 / 3 ■ 18 / (30 + X); € -коефщент, що визначаеться за даними табл. 2 [4] залежно вщ довжини лши впливу X.
Мв =
max
( + ЧМ.п )
v2 КС (л 2 ■—— €11+—ц
ю
л.в.Мп
Mmin =(Че.е + Чм.п )
ю
лвМ1 /4 :
; (3)
(4)
Подальш1 розрахунки для компактносп зведеш у табл. 3 i в нш наведет даш перев1рок означених вище балок на мщшсть за нормаль-ними напруженнями, на витривалiсть за нор-мальними напруженнями, за дотичними напруженнями та стшки балки при сумюнш дп нор-мальних та дотичних напружень. Конструкцiя балки з суцшьною стiнкою наведена на рис. 4, а з перфорованою - на рис. 5.
Рис. 4. Поперечний перер1з поздовжньо! балки з суцшьною стшкою (юнуюча конструкция прогонових
будов майна НЗМ 56) висотою 104 см
Fig. 4. Cross-section of the longitudinal beam with a solid wall (existing spans design of NZM 56 property)
height 104 cm
Рис. 5. Конструктивна схема балки з наскр1зного двотавра висотою 150 см, утвореного з двотавра
з суцшьною стшкою висотою 104 см
Fig. 5. Structural diagram of the beam with a through double T-beam height 150cm, formed of double
T-beam with a solid wall height 104 cm
Зпдно з вимогами п. 4.24 [4] перевiрка балок за нормальними напруженнями виконуеть-
ся за формулою
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
С =
Мм
тах <Яу т,
Ж х
нт Л
(5)
де х - коефщент, який враховуе часткове до-пущення в балках пластичних деформацiй.
Оскiльки пiд час застосування сталi М16С умова при розрахунку на мщнють не викону-еться, можливо застосування сталi з бшьшою мiцнiстю - 15ХСНД (умова у цьому випадку виконуеться).
Перевiрка перерiзу балки за нормальними напруженнями на витривалють виконуеться за формулою
мт
тах, в/
Жнт Х3
< У
(6)
У ж
1
Си[(аР + 5)-(а в - 5) р]
< 1
(7)
т = -
0 м г<п
тах
Х2 1
б t
бр Ж
<Я т / Ут ,
(8)
;м
тах
де дотатково введенi такi позначення: ОМ поперечна сила для опорного перерiзу балки, кН; БбПр, - статичний момент половини перерiзу
балки вщносно нейтрально! осi, см3; tw - тов-щина стiнки балки, см; х2 - коефiцiент, що ви-
значаеться залежно вiд мшшального та максимального дотичних напружень у перерiзi стiнки (п. 4.28 [4]); Я, = 0,58 • Яу - розрахунковий опiр сталi на зсув, МПа; т = 0,9 - коефщент умов роботи; ут - коефiцiент надiйностi за матерiа-лом (п. 4.5 [4]) (для сталi 15ХСНД - 1,165, для М16С - 1,090).
Перевiрка стшки балки при сумюнш ди нормальних та дотичних напружень.
Зпдно з п. 4.29 [4] ця перевiрка виконуеться за формулою:
Су =
— сх Су +с2 + 3 т2у <у' Яут , (9)
де додатково вводиться коефiцiент зменшення розрахункового опору сталi при розрахунках на витривалють у„,
де ох - нормальнi (додатнi при стисненш) на-пруження в точцi (X, У), паралельш осi балки; оу - нормальнi напруження в тш же точцi стш-ки балки, перпендикулярш осi балки; т
хУ
тт -
де 2 - коефiцiент, який для залiзничних мостiв рiвний 1; и - коефщент, що залежить вiд дов-жини завантаження лiнi! впливу А (при А < 22 м и = у — • А , а величини 2, та и приймаються за табл. 4.31 [4] ), а та 5 - коефщенти, як зале-жать вiд марки сталi (табл. 4.30 [4]; в - ефек-тивний коефiцiент концентраци напружень у металi, який при розрахунках поздовжньо! балки зi сталi М16С та 15ХСНД приймаеться 1,3; р - коефiцiент асиметрi! циклу змшних напружень.
Перевiрка перерiзу балки за максимальними дотичними напруженнями виконуеться в опор-них перерiзах, де дiе максимальна поперечна
сила (ОМах = Оо) . Величина дотичних напружень зпдно з п. 4.28 [4] повинна вщповщати умовi
середнi дотичнi напруження в стшщ балки; ух -коефiцiент, який приймаеться рiвним 1,1; Яу та т - розрахунковий отр сталi та коефщент умов роботи.
Зазначенi нормальнi та дотичнi напруження в стшщ балки визначаються за формулами:
ммм р ОМ
С х = Т" у; С у = 7"; 1 ху =Т
оя
(10)
в яких ММ та Ох - величини згинального моменту та поперечно! сили (як перше наближен-ня) можна взяти для перерiзу балки у чверт прольоту (табл. 2), у = 75 см.
Визначення розмiрiв ребер жорсткосп та !х розмiщеня виконуеться з умов забезпечення мюцево! стiйкостi, а також з конструктивних мiркувань для прикршлення поперечних зв'язок. Ширина ребер жорсткосп визначалась за формулою Ьк > /30 + 40 мм, а товщина -
= 2 Ьку[я;^ .
Для обгрунтування висновюв на основi ви-конаних розрахунюв визначено перехiдний коефiцiент вiдношення нормативного тимчасового вертикального навантаження С14 (зпдно з ДБН) до нормативного тимчасового вертикального навантаження Н6 (на яке розраховаш прогоновi будови майна НЗМ 56).
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Результати розрахуншв балок
Таблиця 3
Table 3
The results of beams calculations
Тип балки Суцшьна стшка Перфорована
Довжина, м 12,35 (11,7) 12,35 (11,7) 12,35 (11,7) 12,35 (11,7) 16,47 (15,9) 16,47 (15,9) 18,53 (18,00)
Висота, см 104,0 104,0 104,0 104,0 150,0 150,0 150,0
Сталь М16С 10ХСНД 10ХСНД 10ХСНД 10ХСНД 15ХСНД 10ХСНД
Отр сталi 20,5 35,0 35,0 35,0 35,0 29,5 35,0
I6p , см 612 247 612 247 684 823 684 823 1 658 110 1 992 035 2 027 615
Wp, см3 11 774,0 11 774,0 13 194,2 13 194,2 22 108,1 26 560,5 27 034,9
Wem , см3 10 007,9 10 007,9 11 194,2 11 194,2 118792 22 576,4 22 979,6
A , см2 318,8 318,8 361,76 263,76 305,28 370,4 375,36
Розрахунок на мтшсть за нормальними напруженнями
Розрахунок на витривалютъ за нормальними напруженнями
Q
м
max
cnn ^ 3 S6p, см
cm ^ 3 S6p , см
Х2
т 4
hp, см
tw, мм
Розрахунок за максимальними дотичними напруженнями
Дат розрахунки не ви-конувались (не викону-сться умова мщносп за нормальними напру-женнями при застосу-вант сталей 15ХСНД та 10ХСНД i збшьшент моменту шерци до максимально можливого)
X 1,045 1,045 1,047 1,021 1,019 1,02 1,019
m 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
ст, МПа 33,38 33,38 29,79 30,58 30,3 25,42 30,75
0,9 Ry, МПа 18,45 31,50 31,5 31,50 31,50 26,55 31,5
Умова не виконана виконана
CTniax,ef , МПа Дат розрахунки не ви- 14,90 14,90 15,02 12,65 15,43
конувались (не викону-
Y w сться умова мщносп за нормальними напру- 0,577 0,577 0,655 0,751 0,712
X3 женнями при застосу-ванш сталей 15ХСНД та 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05
Yw 0,9Ry, МПа 10ХСНД i збшьшент моменту шерци до мак- 18,18 18,18 20,63 19,94 22,37
Умова симально можливого) виконана
1 350,3 1 350,3 1 650,2 1 663,0 1 803,8
7 361,6 6 156,2 10 054,5 12 574,6 12 775,2
5 667,2 5 667,2 8 971,9 11 680,0 11 858,4
1,058 1,019 1,027 1,018 1,018
684 823 684 823 1 658 110 1 992 035 2 027 615
14 14 14 12 12
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Зак1нчення табл. 1 End of table 1
Тип балки Суцшьна стшка Перфорована
tf, мм 28 28 34 40 36
Rs m / ут , МПа 18,27 18,27 18,27 15,39 18,27
т, МПа 9,79 8,51 6,96 8,59 9,3
Умова виконана
ст ^, МПа Дат розрахунки не ви- 24,92 24,92 24,67 20,70 25,00
ст y, МПа конувались (не викону-сться умова мщносп за 2,44 2,44 2,44 2,85 2,85
т , МПа "V р, МПа нормальними напружен-нями при застосуванш сталей 15ХСНД та 10ХСНД i збшьшент 3,75 3,42 3,75 3,42 3,0 3,42 3,83 3,42 4,15 3,42
Мм, кНм моменту шерци до максимально можливого) 2 659,3 2 659,3 4 336,6 4 674,4 5 744,8
QM, кН 605,7 605,7 776,6 783,0 850,9
Y1 Ry m, МПа 34,65 34,65 34,65 29,21 34,65
ст „, МПа лу ' 24,66 24,66 24,11 20,53 24,76
Умова виконана
Таблиця 4
Обчислеш величини перехiдного коефiцieнту
Table 4
Calculated values of the transition coefficient
Довжина завантаження, м Тнтенсившсть е^валентного навантаження , тс/м Перехщний коефщент 5и
К = 1 (СК, a = 0,5) К = 1 (НК, a = 0,5)
5 1,817 2,410 1,759
6 1,740 2,260 1,796
7 1,681 2,260 1,736
8 1,634 2,280 1,672
9 1,594 2,230 1,668
10 1,558 2,160 1,683
12 1,497 1,980 1,764
14 1,444 1,880 1,792
16 1,398 1,820 1,792
18 1,356 1,790 1,768
20 1,317 1,740 1,766
25 1,236 1,590 1,814
Наука та прогрес транспорту. Вкник Днiпропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
Екв1валентш навантаження С14 обчислю-ються у тс/м коли при значеннях параметр1в 1,5 < X < 50 м (а = 0 1 а = 0,5) та X > 50 м (а = 0) I отримано за формулою
V = I 9,807-
10,787 43,149
„0.04Х
X2
1 -а|*.
(11)
Перехщний коефщ1ент обчислюемо за формулою
Я1 14
5_ =■
Я1„„ 6
(12)
де е = 2,718 - основа натуральних логарифм1в, X -довжина завантаження, м (виходячи з довжин прогошв, що розраховувались, обмежуемося ш-тервалом X = 5 - 25 м); Н 1ск, Н 1нк - штенсив-тсть екв1валентного навантаження тс/м за дод. Л [5] та табл. 4 [11]. Результати наведет у табл. 4.
Визначена величина коефщента 5П як се-реднього арифметичного наведених значень становить 1,75, де сучасш навантаження на 75 % бшьш1, шж п, на яю запроектоваш прого-нов1 будови наплавного мосту з майна НЗМ-56.
Результати
1. Сучасш навантаження для розрахунку моспв на 75 % бшьш1, шж т1, на яю запроектоваш прогонов1 будови наплавного мосту з майна НЗМ-56.
2. Таким чином нав1ть застосовуючи для прогонових будов з даним перер1зом бшьш мщну сталь (10ХСНД), можна вийти на навантаження типу НК не бшьше, шж Н9 (проти Н6).
3. Тшьки при застосуванш стал1 10ХСНД у сукупносп 1з збшьшенням площ1 перер1зу при максимальних рекомендованих товщинах прокату вертикальних (14 мм) та горизонтальних (28 мм) листав дае змогу запроектувати прого-нов1 будови з суцшьних двотавр1в висотою 104 см { тшьки для прогонових будов довжи-ною 12,35 м.
4. Застосування наскр1зних двотавр1в утво-рених з двотавра № 70 (висота наскр1зного 104 см) зменшуе площу перер1зу у послаблено-му мющ, але практично не впливае на коефщ> ент х при розрахунках на мщшсть та витрива-лють за нормальними напруженнями. У раз1 застосування стал1 10ХСНД при розрахунковш довжиш прогоново! будови 11,70 м перфорова-
на балка проходить перев1рки по вс1х напру-женнях, хоча 1 практично не мае запасу.
5. Для прогонових будов бшьшо! довжини (16,47 та 18,53 м) зазначеш у п. 3 рекомендацп не дають позитивного результату (нав1ть при товщиш горизонтального листа 40 мм). Тому подальш1 розрахунки виконаш для прогонових будов з наскр1зних двотавр1в висотою 150 см, яю утвореш з означених вище двотавр1в з су-цшьною стшкою висотою 104 см.
6. З точки зору оптимально! довжини прогонових будов можна рекомендувати прогони бшьшо! довжини. Виготовлеш з перфорованих двотавр1в висотою 150 см з1 стал1 10ХСНД в них оптимально використовуються вс геоме-тричш параметри. Збшьшення довжини приводить до зменшення кшькоста опор (понтошв). Якщо врахувати рекомендацп щодо застосування понтошв, наведеш у роботах автор1в, то будемо мати оптимальну конструкщю наплавного мосту в цшому.
7. Застосування наскр1зних двотавр1в для прогонових будов наплавних мостав дае еконо-мда металу до 22 %, тобто кожна п'ята прого-нова будова буде виготовлена з1 зекономленого металу. Економ1я на кожнш прогоновш будов1, наприклад СРП-33.6 - 263 тис. грн. (з враху-ванням цши на 1 тонну готового виробу -29 тис. грн.)
Наукова новизна та практична значимкть
Дослщження дозволяе зробити новий крок щодо економп матер1алу та використанш на-скр1зних двотаврових балок для прогонових будов в цшому.
Висновок
В результата дослщження отримаш даш доз-воляють бшьш детально ознайомитися та бшьш практично використовувати наскр1зш двотаври для прогонових будов наплавних мостав.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Беленя, Е. И. Металлические конструкции. Общий курс : учеб. для вузов / Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведерников. - 6-е изд., пе-рераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1986. - 560 с.
2. Бильченко, А. В. Особенности системы мониторинга физического состояния городских
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
мостов / А. В. Бильченко, А. Г. Кислов // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. iM. акад. В. Лазаряна. - Д., 2011. - Вип. 39. - С. 23-26.
3. Бирюлев, В. В. Проектирование металлических конструкций : спец. курс / В. В. Бирюлев. - Л. : Транспорт, 1990. - 433 с.
4. ДБН В.2.3-14:2006. Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування. - К. : Мшбуд Украши, 2006. - 217 с.
5. ДБН В.1.2-15:2009. Навантаження та впливи. Мости та труби. - К. : Мшбуд Украши, 2009. -83 с.
6. ДБН В.2.3-26:2010. Споруди транспорту. Мости та труби. Сталевi конструкцп. Правила проектування. - К. : Мшбуд Украши, 2010. -195 с.
7. Кручинкин, А. В. Сборно-разборные временные мосты / А. В. Кручинкин. - М. : Транспорт, 1987. - 191 с.
8. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*. Стальные конструкции). - М., 1989. - 495 с.
9. Распопов, А. С. Особенности построения объемных конечных элементов для расчёта конти-
нуальных моделей мостовых конструкций / А. С. Распопов, В. Е. Артемов // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Лазаряна. - Д., 2011. - Вип. 39. - С. 163-167.
10. СНиП II-23-81. Нормы проектирования. Стальные конструкции. - М., 1990. - 134 с.
11. Справочник офицера-мостовика железнодорожных войск. - М. : Воен. изд-во МО СССР, 1963. - 951 с.
12. Тришевский, И. С. Металлические облегченные конструкции : справоч. пособие / И. С. Тришевский, В. В. Клепанда. - К. : Будiвельник, 1978. - 110 с.
13. ТУ 14-2-24-72 Сталь горячекатаная. Двутавры и тавры с параллельными гранями полок. Сортаменты. Технические условия. - М., 1972. - 24 с.
14. Barbaccia, T. G. Bridging the Gap Between Economics and Innovation / T. G. Barbaccia // Better ROADS. - 2014. - № 1. - P. 21.
15. Croarkin, M. Talking it through / M. Croarkin, Z. Kamaitis // ROADS & BRIDGES. - 2014. -№ 1. - P. 20.
16. Zagoudis, J. Fit for man and beast / J. Zagoudis // ROADS & BRIDGES. - 2013. - № 1. - P. 30-32.
Ю. Н. ГОРБАТЮК1*, К. И. СОЛДАТОВ2*, М. С. ПАПКО
1 Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (093) 339 41 28, эл. почта [email protected] 2*Каф. «Мосты», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (096) 527 26 01, эл. почта [email protected] 3 Днепропетровский завод мостовых железобетонных конструкций, ул. Молодогвардейская, 2, Днепропетровск, Украина, 49022, тел. +38 (096) 826 74 19, эл. почта [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СКВОЗНЫХ ДВУТАВРОВ ДЛЯ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ НАПЛАВНЫХ МОСТОВ
Цель. В публикации приведены результаты расчетов пролетных строений для наплавных мостов из сквозных двутавров. Цель исследования - проанализировать пригодность пролетных строений из сквозных двутавров для наплавных мостов минимального веса под погрузку, предусмотренных нормами для проектирования современных наплавных мостов. Методика. В работе использованы сравнительный метод, аналитические методы расчета мостов (методика линий влияния), расчеты на прочность, выносливость, максимальные касательные напряжения. Результаты. Современные нагрузки для расчета мостов на 75 % больше, чем те, на которые запроектированы пролетные строения наплавного моста из имущества НЗМ-56. Применение сквозных двутавров, образованных из двутавра № 70 (высота сквозного 104 см), уменьшает площадь сечения в ослабленном месте, но практически не влияет на прочность и выносливость материала. Применение сквозных двутавров для пролетных строений наплавных мостов дает экономию металла до 22 %, то есть каждое пятое пролетное строение будет изготовлено из сэкономленного металла. Экономия на каждом пролетном строении, например СРП-33.6 - 263 тыс. грн. (с учетом цены на 1 тонну готового изделия 29 тыс. грн.). Научная новизна. Исследование позволяет сделать новый шаг в экономии материала и использовании сквозных двутавровых балок пролетных строений в целом. Практическая значимость. Полученные в результате исследования данные позволили сделать ряд выводов, способствующих более детальному ознакомлению и более практичному использованию сквозных двутавров для пролетных строений наплавных мостов.
Ключевые слова: железнодорожные мосты; наплавные мосты; сквозные двутавры; пролетные строения; экономия металла; прогресс мостостроения
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK ^mnponeTpoBctKoro Ha^oH&ntHoro ymBepcureTy 3&ni3HHHHoro TpaHcnopTy, 2014, № 2 (50)
YU. M. GORBATIUK1*, K. I. SOLDATOV2*, M. S. PAPKO3*
1 Dep. «Bridges», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (093) 339 41 28, e-mail [email protected]
2*Dep. «Bridges», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (096) 527 26 01, e-mail [email protected]
3*Dnipropetrovsk Plant of Bridge Reinforced Concrete Structures, Molodohvardiiska St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49022, tel. +38 (050) 457 68 19, e-mail [email protected]
RESEARCH OF USING OPEN DOUBLE T BEAMS FOR SPANS IN FLOATING BRIDGES
Purpose. The publication presents the results of calculations of spans for floating bridges with open double T beams. The purpose of research is to analyze the suitability of spans from open double T beams for floating bridges with minimum weight under loads, which is provided by standards for modern floating bridges designing. Methodology. Comparative method, analytical calculation methods (influence lines methodology), strength calculations, endurance, maximum shear stress are used in this paper. Findings. Current loads for bridges calculations are 75% more than those, for which the spans of floating bridge from NZhM-56 property are designed. The use of open double T beams that is formed with double T beam no. 70 (the height of the open one is 104 cm) reduces the cross sectional area in a weakened spot, but virtually it does not influence the strength and durability of the material. The use of open double T beams for spans of floating bridges saves up to 22% of metal that means one in five spans will made of saved metal. Savings on each spans, such as CRP, will be 33.6 - 263 thous. grn. (considering the price of 1 ton of final product 29 thous. grn.). Originality. Research allows making next step in material saving and use of open double T beams for spans in the whole. Practical value. The obtained results give us possibility to make a number of conclusions that allow us to become more familiar and more practical with the use of open double T beams for spans of floating bridges.
Keywords: railway bridges; floating bridges; open double T beams; spans; metal saving; bridge engineering progress
REFERENCES
1. Belenya Ye.I., Baldin V.A., Vedernikov G.S. Metallicheskiye konstruktsii. Obshchiy kurs [Metal structures. General course]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1986. 560 p.
2. Bilchenko A.V., Kislov A.G. Osobennosti sistemy monitoringa fizicheskogo sostoyaniya gorodskikh mostov [Features of the monitor system of urban bridges physical state]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 39, pp. 23-26.
3. Biryulev V.V. Proyektirovaniye metallicheskikh konstruktsiy [Metal structures design]. Leningrad, Transport Publ., 1990. 433 p.
4. DBN V.2.3-14:2006 Sporudy transportu. Mosty ta truby. Pravyla proektuvannia [SBN V.2.3-14: 2006 Transport facilities. Bridges and pipes. Design rules.]. Kyiv, Minbud Ukrainy Publ., 2006. 217 p.
5. DBN V.1.2-15-2009. Navantazhennia ta vplyvy. Mosty ta truby [SBN V.1.2-15-2009. Loads and influences. Bridges and pipes]. Kyiv, Minbud Ukrainy Publ., 2009. 83 p.
6. DBN V.2.3-26-2010. Sporudy transportu. Mosty ta truby. Stalevi konstruktsii. Pravyla proektuvannia [SBN V.2.3-26-2010. Transport facilities. Bridges and pipes. Steel construction. Design rule]. Kyiv, Minbud Ukrainy Publ., 2010. 195 p.
7. Kruchinkin A.V. Sborno-razbornyye vremennyye mosty [Collapsible temporary bridges]. Moscow, Transport Publ., 1987. 191 p.
8. Posobiyepoproyektirovaniyu stalnykh konstruktsiy [Manual for the design of steel structures]. Moscow, 1989. 495 p.
9. Raspopov A.S., Artemov V.Ye. Osobennosti postroyeniya obyemnykh konechnykh elementov dlya rascheta kontinualnykh modeley mostovykh konstruktsiy [Features of volumetric finite elements construction for the calculation of continuum models of bridge structures]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 39, pp. 163-167.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 2 (50)
10. SNiP II-23-81. Normy proyektirovaniya. Stalnyye konstruktsii [SNAR II-23-81. Design standards. Steel structures]. Moscow, 1990. 134 p.
11. Spravochnik ofitsera-mostovika zheleznodorozhnykh voysk [Bridge officer guide of railway troops]. Moscow, Voen. izd-vo MO SSSR Publ., 1963. 951 p.
12. Trishevskiy I.S., Klepanda V.V. Metallicheskiye oblegchennyye konstruktsii [Metal lightweight structures]. Kyiv, Budivelnik Publ., 1978. 110 p.
13. TU 14-2-24-72 Stal goryachekatanaya. Dvutavry i tavry s parallelnymi granyami polok. Sortamenty. Tekhnicheskiye usloviya [TC 14-2-24-72 Hot-rolled steel. Beams and tees with parallel flange edges. Assortments. Technique specifications]. Moscow, 1972. 24 p.
14. Zagoudis J. Fit for man and beast. ROADS & BRIDGES, 2013, no. 1, pp. 30-32.
15. Croarkin M., Kamaitis Z. Talking it through. ROADS & BRIDGES, 2014, no. 1, p. 20.
16. Barbaccia T.G. Bridging the Gap Between Economics and Innovation. Better ROADS, 2014, no. 1, p. 21.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. А. В. Радкевичем (Украгна); д.т.н., проф. С. А. Сгоровим (Украгна)
Надшшла до редколегп 10.02.2014 Прийнята до друку 18.03.2014
