CC BY
37
УДК 625.151.2(063)
М. СЫЧЕВСКИ (Политехника Белостока, Польша)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ НОРМАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТРУНОБЕТОННЫХ БРУСЬЯХ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ
Представлено метод оцшки екстремальних нормальных напружень в брусах стршочних переводiв для крайнiх схем навантажень.
Представлен метод оценки экстремальных нормальных напряжений в брусьях стрелочных переводов для крайних схем нагрузок.
The method of estimation of extreme normal tensions in the squared beams of switches for the extreme charts of loadings is presented.
Схема рельсов, шпал и брусьев стрелочных переводов составляет ростверк на многослойном упругом основании под динамической нагрузкой. При расчёте внутренних усилий в шпалах и брусьях стрелочных переводов применяются упрощенные схемы и статические нагрузки [2, 3]. Расчётная статическая схема бруса принята в виде балки постоянной жёсткости на упругом основании. Коэффициент постели балластного слоя и земляного полотна принято: С = 100 Н/см3. Схема внешней нагрузки, согласно требованиям польских железных дорог [1], принята в виде сосредоточенных сил: горизонтальной Н = 60,00 кН, вертикальной Р = 140,00 кН. Брусья стрелочных переводов в зависимости от их расположения являются балками различной длины в пределах 2200...5000 мм. В Польше изготавливают стру-нобетонные брусья постоянного по длине сечения. Поперечное сечение брусьев - трапециевидное с основаниями 290 мм (нижнее), 260 мм (верхнее) и высотой 210 мм. Вес погонного метра бруса составляет 152 кг, площадь поперечного сечения - 601 см2, а площадь опирания на балласт - 2999 см2/м. Напрягаемая арматура состоит из 12-и стальных стержней диаметром 8 мм, с высаженными головками типа ББЯУ [4]. Основную анкеровку обеспечивают стальные плиты и высаженные головки. Сцепление арматуры с бетоном имеет второстепенное значение. Напрягающее усилие, после учёта потерь напряжения, равно 551,52 кН. Равнодействующая напрягающей силы расположена на 5 мм выше центра тяжести поперечного сечения. Брусья изготавливают из бетона марки М50.
Результаты расчетов, приведенные в настоящей статье, относятся к стрелочному переводу типа 49-190-1:9, в котором насчиты-
вается 53 бруса. В зависимости от номера бруса меняется схема внешней нагрузки.
В статье представлены результаты расчёта для бруса номер 39, длина которого равна 4000 мм. Расчёты выполнены методом конечных элементов (МКЭ). В расчётной схеме внешняя нагрузка и напрягающее усилие заменены на силы, сосредоточенные в узлах сетки. Напрягающие силы передаются на бетон через стальные плиты. Расчёты выполнены при условии, что внешняя нагрузка действует только в подрельсовых сечениях левой части бруса, а правая часть остаётся незагруженной. Принято также, что не учитывается собственный вес бруса. Расчёты проведены для 3-х схем нагрузок. В первой схеме действует только вертикальная нагрузка Р в подрельсовых сечениях; во второй, кроме вертикальной нагрузки, на левое подрельсовое сечение действует горизонтальная сила Н на уровне головки рельса. В третьей схеме приняты вертикальные силы в подрельсовых сечениях Р и горизонтальная сила Н в подрельсовом сечении в середине длины бруса. При такой нагрузке правая, незагруженная часть бруса, будет перемещаться вверх при всех трёх видах нагрузок. Например, при нагрузке согласно первой схеме, перемещение правого торца бруса равно 0,16 см. Результаты расчетов для трёх схем нагрузки и невесомости бруса будут считаться экстремальными. В действительности не может быть свободного перемещения правой незагруженной части бруса. Таким перемещениям будут противодействовать собственный вес бруса, скреплений, рельсов и соседних брусьев. Правая часть рельсов не может быть загружена эксплуатационной нагрузкой одновременно с левой. Для всех схем внешней нагрузки и напрягающей силы построены эпюры нормальных напряжений (рис. 1-3).
© Сычевски М., 2010
к.
1
1
125
к 50 н
150
150
100
< >1
400
м
стх, МПа
2-2
<тх, МПа
/ 1 5,05
/ 1
13 73
/
—/ 12,:
2,1 5
7' 1,52
/" ,93
10 ,34
_ 9,6 0
/
1 8,75
1
-/« 04
>1
9
(М Ь
7 5,92 5,14 £_
Ч з ,96
4,Ж
\ 5,4 й 1 8 13
\
0,1 6,- у И
А 6 86
\7 ,28
,71
8,29
8,5! !
9,5 5
1 V >8
\ 1(1 ,40
Ч 10.82
1 ?з
1,7<
1
12,! !8
3-3
стх, МПа
4-4
ах, МПа
21,4
/
/, 4,90
/ 1'
-У 16 )3
71 5 5< >
/ы ,26
_ / и >0
71 1,7?
Ло 15
г ПР.
/ 8,29
/
/6 73
V 6
у 1,43
/ 3 28
5
/ 0,56
/
9,4^
9,46 о 4"
Л4-5 9,41
9,39
9,36
9,33
9,3( 1
9,25
9,2
9,11 |
9,1 ( ►
9,1: ■
9 11
9,0
9,0 5
Таблица 1
Нормальные напряжения от преднапряжения и внешней нагрузки в сечениях бруса номер 39
Нормальные напряжения в крайних гранях ( g - верхней, d нижней) поперечного сечения, МПя
Схема нагрузки 1 2 3 4
g d g d g d g d
1 19,13 1,51 9,48 9,56 23,70 -2,84 9,74 9,32
2 15,05 3,96 4,80 12,58 21,49 -1,78 9,48 9,05
3 18,91 1,41 7,74 10,54 24,71 -3,16 10,70 8,92
4 15,21 3,85 4,79 12,67 19,32 0,40 -1,78 19,86
Выполнены, также, расчёты бруса для четвёртой схемы при отсутствии вертикального перемещения правой части бруса. Внешнюю нагрузку принято, как во второй схеме. Эпюры нормальных напряжений для этого случая на-гружения приведены на рис. 4 (см. выше). Результаты таких расчётов будут вторым экстремальным значением нормальных напряжений. В сечениях 1 и 2 нормальные напряжения в четвёртой схеме остались почти такими, как в схеме нагрузки 2. В сечении 3 на верхней грани напряжения уменьшились на 10 %, а на нижней повысились на 123 %. Существенное изменение напряжений произошло в сечении 4 (на верхней грани уменьшилось на 119 %, а на нижней повысилось на 120 %). Ввиду закрепления правой части бруса образовались максимальные сжимающие напряжения (19,66 МПа) на нижней грани по сравнению с напряжениями сжимающими на нижней грани при схемах 1, 2, 3. На верхней грани, при схеме загружения 4, образовались самые большие растягивающие напряжения (1,78 МПа).
В статье проведён анализ только нормальных напряжений в сечениях бруса от предварительного напряжения и внешней нагрузки, поскольку напряжение на крайних гранях (верх-
ней и нижней) определяют предельные состояния несущей способности и трещиностойкости. Представлены результаты только для одного бруса из-за ограничения объёма.
Предложенный метод оценки предела изменений экстремальных напряжений можно применять для любых номеров брусьев стрелочных переводов и для других видов нагрузки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Baluch, H. Diagnostyka nawierzchni kolejowej [Текст] / H. Baluch. - Warszawa: WKL., 1978.
2. Basiewicz, T. Nawierzchnia kolejowa z podkladami betonowymi [Текст] / T. Basiewicz. - Warszawa: WKL., 1989.
3. Syczewski, M. Obliczanie podkladów na spr^zystym podlozu [Текст] / M. Syczewski // Analiza badania ich rysoodpornosci. - Bialystok: ZN.PB., 1985.
4. Sekcja konstrukcji betonowych KILiW PAN: Podstawy projektowania konstrukcji zelbetono-wych i spr^zonych. Praca zbiorowa [Текст]. -Wroclaw: Dolnosl^skie Wydawnctwo Edukacyjne, 2006.
Поступила в редколлегию 09.03.2010.
Принята к печати 14.03.2010.
