CC BY
21
УДК 624.21.072.012.4:04
В. I. БОРЩОВ, К. I. СОЛДАТОВ (Д11Т)
ВИЗНАЧЕННЯ ВАНТАЖОП1ДЙОМНОСТ1 БАЛКОВИХ ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ ПРОГ1ННИХ БУДОВ ЗАЛ1ЗНИЧНИХ МОСТ1В НА П1ДСТАВ1 ШСТРУКЦП ЦП/0085
У робот розглядаються 0CH0BHi правила визначення вантажопiдйомностi балкових залiзобетонних про-гiнних будов зал1зничних мостiв на шдстаы вiтчизняного нормативного документа ЦП/0085.
В работе рассматриваются основные правила определения грузоподъемности балочных железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов на основе отечественного нормативного документа ЦП/0085.
The paper considers the main rules of determining the carrying capacity of ferroconcrete beam span structures of railway bridges on the basis of domestic normative document CP/0085.
На залiзничнiй мережi Украши найбшьш розповсюджеш залiзобетоннi балковi прогшш будови. Вони були збудоваш у рiзний час, за рiзними нормами i з матерiалiв, що мають рiзнi характеристики.
В умовах експлуатацп мостiв вiдбуваються змiни, якi пов'язаш iз збiльшенням швидкостi руху поiздiв, 1х ваги та навантаження на вюь рухомого складу [4]. Все це вимагае оцiнки не-сучо1 здатностi прогiнних будов мостiв з метою розробки i встановлення умов безпечно1 екс-плуатацii споруд.
У 2001 рощ кафедра «Мости» i галузева на-уково-дослiдна лабораторiя штучних споруд Днiпропетровського нацiонального ушверсите-ту залiзничного транспорту iменi академша В. Лазаряна розробила вiтчизняний норматив-ний документ «Правила визначення вантажош-дйомностi балкових прогонових будов затзни-чних моспв», ЦП/0085 [5].
Цей документ розроблено на пiдставi «Руководства по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов» [2] з суттевими змшами, як враховують останнi досягнення нацiональноi та зарубiжноi науки щодо проектування, поточного утримання та реконструкцп штучних споруд на затзницях краши.
Пщ час розробки [5] введено ряд нових роздтв, значно збiльшенi кшьюсть та обсяг додаткiв, але з метою ушфшацп розрахункiв залишений основний принцип визначення вантажопiдйомностi прогшних будов методом класифiкацii i збережене еталонне тимча-сове вертикальне навантаження Н1 за схемою поiзда 1931 року.
У порiвняннi з бшьш раннiми iнструкцiями [2] в нормативному документ [5] додатково наводяться:
- дат з розпод1лу навантаження м1ж голо-вними балками двоблочних чотириреберних, та плитних односекцшних пропнних будов;
- особливосп визначення вантажотдйомно-ст плит баластового корита монолггних прогшних будов, запроектованих за нормами 1907 року;
- класифшащя прогiнних будов за трщи-ностiйкiстю;
- особливосп визначення вантажотдйо-мностi плитних прогшних будов iз гнучкою арматурою;
- визначення вантажошдйомност плитних та ребристих прогшних будов iз жорсткою арматурою;
- рекомендацii щодо пiдсилення залiзобе-тонних прогiнних будов.
Схема двоблочних чотириреберних прогш-них будов наведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема двоблочних чотириреберних прогшних будов
На рис. 1 цифрами 1...4 показаш перерiзи у яких слiд визначати вантажошдйомшсть плити баластового корита залiзобетонноi про-гiнноi будови.
У розрахунках на мщшсть двоблочних чотириреберних прогшних будов, як виготовленi за проектами ЦПКБ або Лентрансмiстпроекту, на дда згинального моменту частки тимчасово-го навантаження, якi припадають на головш балки (ребра), дорiвнюють:
81М -
' 0,5 + ^ ' 2с-
х! 0,5 +
1 /
А1 (е1 + е2 ) , А2 (е1 - е2 )
(1)
8 2М -
' 0,5 + ' 2с
х] 0,5 -
1 /
А1 (е1 + е2 ) + А2 (е1 - е2 )
(2)
83М -
\
' 0,5 - ^ ' 2с,
х! 0,5 +
1 /
А1 (е1 + е2 ) , А2 (е1 - е2 )
(3)
84М -
'0,5 - е1 + е2 '
2с
х! 0,5 +
1
А1 (е1 + е2 ) , А2 (е1 - е2 )
(4)
812 -
2е1 + е2
0,5 ■ 3
3с х< 0,5 +
1 /
В1 (е1 + е2 ) , В2 (е1 - е2 )
(5)
822 -
(0,5 ■ 2е1 + е2
Л
3с
х! 0,5 -
1
В (е1 + е2 ) , В2 (е1 - е2 )
(6)
8зе -
2е1 + е2
Л
0,5 - 3 3с
х! 0,5 +
1
В1 (е1 + е2 ) , В2 (е1 - е2 )
, (7)
8 42 -
'0,5 - 2е1 + е2 '
3с
х! 0,5 -
1 /
В1 (е1 + е2 ) + В2 (е1 - е2 )
. (8)
Для односекцшних плитних прогiнних бу-дов (рис. 2) частка тимчасового навантаження, що припадае на плитну односекцiйну прогшну будову, дорiвнюе:
8 М -
82 -
4А, (е, + е2 ) 4А2 (е, - е2 ) 1,00 + —^-^ + —^-
Ьп Ьп
4В1 (е1 + е2 ) 4В2 ( - е2 )
1,00 + —^-У- + —^-У-.
(9)
(10)
490/2
400/2
г.
220
У розрахунках на дiю поперечно! сили опо-рних перерiзiв двоблочних чотириреберних прогiнних будов, виготовлених за проектами ЦПКБ або Лентрансмiстпроекту, частки тимчасового навантаження, що припадають на голо-внi балки, дорiвнюють:
Рис. 2. Схема плитно! односекцшно! прогшно! будови
У формулах (1...10) позначено: е1, е2 -змщення осi коли, м, вiдносно ос прогшно! будови вiдповiдно над лiвим (х - 0 ) та правим (х -1) опорними перерiзами; с - вщстань мiж осями головних балок (ребер) прогшно! будови, м; Ьп - ширина плити прогшно! будови без
врахування консольних звишв, якщо вони е; А1, А2, В1 i В2 - коефiцiенти, яю визначаються згiдно з [5].
Особливосп розрахунку плити баластового корита прогшних будов, якi були запроектованi за нормами 1907 року, пов'язаш з особливос-тями !х конструкцi! (рис. 3).
Рис. 3. Поперечний перер1з прогшно! будови 1911 року
Чотириреберна монолггна прогшна будова мае тонку плиту баластового корита iз зовш-шнiх сторiн.
По довжинi прогшно! будови влаштоваш д> афрагми, що з'еднують мiж собою головнi балки (ребра), а консольш частини плити баластового корита шдкршлеш ребрами, що являють собою продовження дiафрагм.
Розрахункова схема плити баластового корита наведена на рис. 4.
Рис. 4. Розрахункова схема плити баластового корита прогшно! будови
1з точки зору буд1вельноТ мехашки, консо-льш частини плит баластового корита на дшян-щ м1ж д1афрагмами передбачаеться розрахову-вати як плити обперт1 по контуру [1] 1з конкре-тним в1дношенням коротко! сторони до довгоТ.
З урахуванням того факту, що борти плити баластового корита руйнуються 1 можуть мати поперечш розр1зи, розрахункову схему плити 1з зовн1шн1х стор1н прогшноТ будови приймають як пластину, яка защемлена своею довгою стороною вздовж прогону у бетош крайньоТ голо-вноТ балки 1 двома короткими сторонами у бетон! ребер пщкршлення. Четверта зовшшня сторона пластини вважаеться вшьною в1д будь-якого закршлення.
Навантаження в1д власноТ ваги плити баластового корита 1 ваги баласту з частинами коли приймаеться р1вном1рно розпод1леним по пове-рхш в1дс1ку плити, тобто зм1ни товщини плити баластового корита поперек мосту не врахову-ються, якщо нер1вном1рн1сть навантаження становить не бшьше 10 %.
У раз1 нер1вном1рного розпод1лу ваги плити 1з зб1льшенням його вщ в1льного краю до ребра (головно! балки) прогшноТ будови навантаження вщ власноТ ваги конструкцп плити та баласту з частинами коли сл1д розглядати як суму р1вном1рно розпод1леного навантаження 1 навантаження, що розподшене по трикутнику.
При розрахунку плит обпертих по контуру у загальному випадку згинальш моменти вщ по-ст1йного навантаження визначають у шести точках, але для розрахунковоТ схеми, що розгля-даеться, достатньо визначити:
- максимальний прог1нний згинальний момент, що д1е вздовж в1льноТ гран1 вщсжу плити на його середин1
м-
М
1 р .
Сх/2
(11)
максимальний опорний згинальний момент в напрямку короткоТ сторони у кутах в1дс1ку плити, де сходяться ТТ защемлена 1 в1-льна сторони
Мр - М2 Р .
к2 ~ 2 ' с 2/2
(12)
опорний згинальний момент в напрямку короткоТ сторони посередиш довгоТ сторони
¿3 =
Мгр - М3 р
С з/
(13)
У формулах (11)—(13) прийнят1 таю позна-чення: &2, &3 - коеф1ц1енти, як врахову-ють вплив р1вном1рно розподшеного навантаження на величину згинальних момент1в; ^2, С3 - коеф1ц1енти, як1 враховують вплив навантаження, розподшеного по трикутнику з максимальною штенсивнютю бшя довгоТ (за-щемленоТ) сторони плити, на величину згинальних момент1в; пр, пь - коефщ1енти надшно-
ст1 для пост1йних навантажень в1д власноТ ваги плити баластового корита та баласту з части-нами коли; рр - навантаження на плиту баластового корита вщ ТТ власноТ ваги, кН/м; рь -навантаження на плиту баластового корита вщ ваги баласту з частинами коли, кН/м; ра - р1з-ниця м1ж штенсивнютю навантаження вщ власноТ ваги плити при розподшу ТТ по закону тра-пеци, кН/м; 1Х , 1у - довжина короткоТ та довгоТ
сторш вщсжу плити баластового корита 1з зов-н1шньоТ сторони прог1нноТ будови, м.
Значення коефщ1ент1в &2, &3, , С2 , <^3 наводяться в [5].
На мереж1 зал1зниць УкраТни е прог1нн1 будови зал1зобетонних мост1в з жорсткою арматурою 1з кол1йних рейок, двотаврових балок та шших профшв, 1 з жорсткою арматурою разом 1з гнучкою (рис. 5).
Рис. 5. Схема прогшноТ будови 1з жорсткою арматурою
У такому випадку для плитних або ребристих прогшних будов розраховують перер1зи, у яких
по вщношенню до жорстко! арматури, нейтральна вюь може мати три положення, а саме:
- нейтральна вюь знаходиться вище профшю жорстко! арматури (рис. 6);
- нейтральна вюь пересшае стiнку проф> лю жорстко! арматури (рис. 7);
- нейтральна вюь проходить через верхню полку жорсткого профшю (рис. 8).
Рис. 6. Розрахункова схема
М ГР - т
0,5Ьх2ЛЬ + тёЯёАё (г - х) +
МГР - т{0,5Ьх2ЛЬ + тёЯ
Т + (г - х )2 5 +тМ (к'- х)}, (15)
МГР - т
0,5Ьа2ЛЬ + тЛА (г - а) +
т
ЛА (к'-а)] . (16)
Рис. 7. Розрахункова схема
Найбшьш складним е випадок, коли нейтральна вюь проходить через верхню полку жорсткого профшю (рис. 8).
Рис. 8. Розрахункова схема
Вщповщно до наведених схем (див. рис. 6-8) граничш моменти вщносно нейтрально! ос пе-рерiзу у разi вiдсутностi гнучко! арматури ви-значаються за такими формулами:
+тАЛ (к'- х)] , (14)
У формулах (14)-(16) позначено: т - кое-фщент умов роботи прогшно! будови, який приймаеться рiвним т -1; , - коефще-
нти умов роботи, якi враховують особливостi роботи прогiнних будов iз арматурою рiзних видiв, вiдповiдно для жорстко! та гнучко! арматури i дорiвнюють тё - 0,85 i - 0,90; Л,
Л - розрахунковi опори на розтягнення вщповщно гнучко! та жорстко! арматури, МПа; Ах, Аё - розрахунковi площi перерiзу розтягнуто!
вiдповiдно гнучко! та жорстко! арматури, м2; Ль - розрахунковий ошр бетону прогiнно! будови на стиснення, МПа; Ь - ширина перерiзу плити, м; г - вщстань вщ верхньо! стиснено! гранi плити до центру ваги робочо! жорстко! арматури, м; к' - вщстань вiд верхньо! стиснено! граш плити до центру ваги робочо! гнучко! арматури, м; к0 - корисна висота перерiзу плити, вважаючи вщ стиснено! граш перерiзу до центру ваги вше! арматури, м; к - повна висота перерiзу плити, м.
У разi використання залiзничних рейок як жорстко! арматури, рекомендовано приймати таю розрахунковi опори Л :
• для рейок титв Р43, Р50, Р65 i Р75 дов-жиною 12,5 м 1 25 м, яю не були у вжитку - 240 МПа, як були знят з колi! по зносу головки - 225 МПа;
• для рейок старих тишв, яю не були у вжитку - 200 МПа, як були знят з коли - 190 МПа.
Пщ час визначення положення нейтрально! ос може виявитися, що висота стиснено! зош бетону перевищуе товщину вше! прогшно! будови. Це свщчить про те, що площа жорстко! арматури надто велика i прогшна будова повинна розраховуватися як металева. У цьо-му разi бетон прогшно! будови забезпечуе не-змiнне положення жорстко! арматури в простор^ створюе жорстку систему в горизонтально площинi i деякою мiрою захищае арматуру вiд корози.
У раз1 визначення вантажотдйомносп прогш-но! будови 1з жорсткою арматурою як металево! (без урахування бетону) на м1цшсть за згинальним моментом, коефщент умов роботи т \ поправко-вий коефщент х до розрахункового моменту опору приймаються р1вними одинищ т -1, х -1 •
Короз1я бетону тд впливом атмосферних фактор1в, погана гщро1золящя прогшних будов або повна !! вщсуттсть у деяких випадках, по-гане утримання штучно! споруди, дефекти, що виникли з р1зних причин, усадка та повзучють бетону тощо нерщко призводять до зниження вантажотдйомност (втрати мщност1) констру-кщею внаслщок передчасного ф1зичного зносу. Цд фактори I е основними причинами необхщ-ност тдсилення прогшних будов.
Пщсилення масивних прогшних будов внаслщок !х морального зносу здшснюеться пор1в-няно рщко. Збшьшення вантажотдйомност прогшних будов здшснюеться за рахунок зб1-льшення поперечного перер1зу робочо! армату-ри (рис.9, 10);
Рис. 9. Схема тдсилення пропнно! будови:
1 - юнуюча арматура; 2 - новий бетон; 3 - арматура тдсилення; 4 - зварний шов; 5 - коротиш
Рис. 10. Схема тдсилення пропнно! будови з при-варюванням арматурного каркасу:
1 - кнуюча арматура; 2 - арматура тдсилення; 3 - зварний шов; 4 - нахилений оцупок; 5 - прямий оцупок
При пщсилент головних балок, шляхом приварювання додатково! арматури через оцу-пки або додаткових арматурних каркаав, положення центру ваги вЫе! арматури вщносно нижньо! граш ребра визначаеться за формулою
Asas Ат<ЛтПт Аз + АзппЖ
(22)
де , Ап - площ1 вщповщно кнуючо! робочо! арматури \ арматури тдсилення прогшно! будови, м2; as, asn - вщстат вщ нижньо! грат ребра прогшно! будови вщповщно до юнуючо! робочо! арматури 1 до арматури тдсилення головно! балки, м; пзп - вщношення розрахункового опору арматури тдсилення балки Лт до розрахункового опору кнуючо! арматури Л
nsn - Rsnl Rs .
Робоча висота головно! балки прогшно! будови кд тсля тдсилення дор1внюе:
к - к - ass,
де к - висота головно! балки прогшно! бу-дови, м.
При розрахунку тдсилення головних балок прогшних будов можлив1 випадки, коли нейтральна в1сь буде знаходитися в межах плити баластового корита або у ребрь
На рис. 11 наведена розрахункова схема для випадку, коли нейтральна вюь знаходиться в межах плити баластового корита.
Висота стиснено! зони бетону з урахуван-ням стиснено! робочо! арматури
х -
Л (АЧ + Апп5п ) Л.ЧсА?
ЛЬЬ/
< к
(18)
граничний згинальний момент
Мгр - ЛьЬх (к0 - 0,5х) + ЛсА (к0 - ^). (19)
Рис. 11. Розрахункова схема перер1зу у раз1 розташуванш нейтрально! ос1
у межах плити
На рис. 12 наведена розрахункова схема для випадку коли нейтральна вюь розташована у ребрi головноТ балки прогшноТ будови.
В цьому випадку висота стисненоТ зони i граничний згинальний момент визначаються за формулами:
R (( + )- RSc4 - R (bf - b )hf
Rbb
> hf, (20)
Мгр = Rbbx(h0 - 0,5x) + Rb (bf - b)hf (h0 - 0,5x) + +Rb (bf - b)hf (h - 0,5x) + RSCA'S (h - a's ) . (21)
У формулах (17)-(21) позначено: Rs, Rsc -p03paxyHK0Bi опори розтягнуто1 та стиснено1' арматури, МПа; Rb - розрахунковий ошр бетону прогшно1 будови, МПа; As, Asn - площi вщповщно iснyючоï робочо1 арматури i арматури шдсилення nporiHHoi' будови, м2;
A' - площа pобочоï арматури, яка розташована у стисненш зош бетону головноï балки прогшноТ' будови , м2; as, asn - вщсташ вiд нижньоï гpанi ребра пpогiнноï будови вщповщно до центру ваги iснyючоï робочо1' арматури i до арматури шдсилення головно1' балки, м; a's -вщстань вiд верхньо1' гpанi головно1' балки пpогiнноï будови до центру ваги робочо1' арматури, що розташована у стисненш зош бетону, м; nsn - вщношення розрахункового опору арматури шдсилення балки Rsn до розрахункового опору юнуючо1' арматури Rs. x - висота стиснено1' зони бетону балки, м; hf - приведена товщина плити головно1' балки прогшно1' будови, м; bf - ширина плити головно1' балки
прогшно1' будови, м; b - ширина ребра голо-вно1' балки прогшно!' будови, м.
Rb
м(
KSCA'S
l^b
л Л
RsnAs
Рис. 12. Розрахункова схема перер1зу при розташуванш нейтрально1 оа
у межах ребра
У документ [5] вперше узаконеш методики визначення вантажошдйомност плитних i реб-ристих прогiнних будов iз жорсткою арматурою, плит баластового корита прогшних будов, яю розраховаш за нормами 1907 року, вказа-ний порядок визначення частки тимчасового вертикального навантаження, яке припадае на односекцшш плитнi прогiннi будови або на головш балки двоблочних чотириреберних прогшних будов.
ВЫ основнi положення [5] перевiренi безпо-середнiми розрахунками i добре узгоджуються з дшсною вантажопiдйомнiстю прогiнних будов вщповщного типу.
Пiдсилення прогiнних будов способом, що передбачае нарощування балок знизу, немож-ливо використати на будовах, яю мають лiмiто-ванi пiдмостовi габарити, а саме: шляхопроводи
через залiзницi або автомобiльнi дороги, трам-вайнi та тролейбуснi лiнii тощо.
Спошб пiдсилення прогiнних будов шляхом додавання робочоТ арматури придатний тшьки для прогiнних будов з ненапруженою арматурою i непридатний для попередньо напружених прогонових споруд.
Найбшьш ефективним способом пiдсилення прогiнних будов за наявност в них великоТ ю-лькостi трiщин, що розвиваються, е улаштуван-ня залiзобетонноi оболонки [4].
Першi два способи застосовуються у разi не-значноТ втрати несучоТ здатностi прогiнноi будови, третш - головним чином, у разi значноТ.
Залiзобетоннi прогiннi будови шдсилюють без розвантаження вiд власноТ ваги у зв'язку з тим, що здшснити розвантаження бувае практично неможливо.
х
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Величкин А. П. Справочник проектировщика инженерных сооружений / А. П. Величкин, В. Ш. Козлов, И. Г. Харитонов и др. - К.: Будь вельник, 1973. - 552 с.
2. Руководство по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов. - М.: Транспорт, 1989. - 125 с.
3. Сахновский К. В. Железобетонные конструкции. - М.: Госстройиздат, 1959. - 244 с.
4. Содержание и реконструкция мостов / Под ред. В. О. Осипова. - М.: Транспорт, 1986. - с. 327.
5. Правила визначення вантажотдйомносп балко-вих зал1зобетонних прогонових будов зал1знич-них мост1в. ЦП/0085. - Д.: Вид-во Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна, 2003. - 404 с.
Надшшла до редколегп 27.01.04 р
