CC BY
13
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА
УДК 624.21.014.09:625.1-027.45
В. I. СОЛОМКА1*, М. Е. САПУНЖИЙСЬКИЙ2
1 Кафедра «Мости та тунеш», Дтпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Укра!на, 49010, тел. +38 067 584 97 35,
ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0003-0567-6483
2 Кафедра «Мости та тунелЬ», Дшпропетровський нацiональний унiверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дшпропетровськ, Украгна, 49010, тел. + 38 066 012 86 36, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-0990-4685
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВАНТАЖОП1ДЙОМНОСТ1 ЗАЛ1ЗНИЧНИХ МЕТАЛЕВИХ МОСТ1В 13 ВРАХУВАННЯМ ДИНАМ1ЧНО1 Д11 ШВИДК1СНИХ ПОТЯГ1В
Мета. Дослщження вантажопiдйомностi металевих прогонових будов залiзничних мостiв, що експлуа-туються тривалий час та знаходяться на дшянках iз швидкiсним рухом потягiв. Методолопя. Для досягнен-ня поставлено! мети виконано визначення вантажопiдйомностi металевих прогонових будов залiзничних мостiв методом класифжацп. Класи прогонових будов визначались трьома способами iз врахуванням швид-косл потяга та динамiчного коефiцieнта за Сврокодами. Результат. В результатi виконаного дослвдження отриманi класи металевих прогонових будов залiзничних мостiв та розроблеш рекомендаци по удоскона-ленню юнуючо! методики по визначенню вантажопiдйомностi металевих прогонових будов залiзничних мостiв методом класифжацп. Наукова новизна. Отриманi в робот результати вказують на необхщшсть удосконалення сучасних нормативних документiв по визначенню вантажошдйомносп мостових споруд, що експлуатуються на дiлянках iз швидшсним рухом потягiв. Практична значимiсть. Результати виконаного дослщження надають можливiсть достовiрного визначення вантажопiдйомностi металевих прогонових будов залiзничних мостiв методом класифшацп i дозволять внести якiснi змши у нормативнi документи по класифжацп мостiв з урахуванням сучасних свггових досягнень у галузi розрахунк1в мостових споруд, що експлуатуються на швидшсних i високошвидк1сних магiстралях.
Ключовi слова: вантажошдйомшсть мостiв; швидк1сний рух потяпв; металева прогонова будова; динамь чний коефщент; взаемод1я системи «мют-по!зд»; клас прогоново! будови
Вступ
В наш час в Укра!ш впроваджуеться швид-юсний рух по!'зд1в, багато дшянок якого прохо-дять через мости, що знаходяться в експлуата-ци бшьше 30 роюв. Як вщомо, швидюсш по!з-ди мають меншу масу в пор1внянш !з важкими вантажними потягами, але при розрахунку фак-тично! вантажошдйомност1 прогонових будов затзничних моспв, що експлуатуються на таких дшянках, необхiдно звертати увагу не тшь-ки на вимоги мщност та довгов1чност1, а й на т вимоги, що пов'язаш !з взаемод1ею моста та по!зда. Враховуючи свповий досвщ, необхщно звернути увагу на наступне: для моспв малих та середшх прогошв важливими е вимоги до стшкост верхньо! будови коли, надшност контакту колесо-рейка, комфортного про!зду паса-жир1в та резонансних явищ. Тому необхщшсть
визначення фактично! вантажошдйомност1 прогонових будов затзничних мост1в, що знаходяться тривалий час в експлуатаци на дшянках, де впроваджуеться швидюсний рух потяпв е актуальною проблемою.
Мета
Метою дано! статп е дослщження вантажо-шдйомносп металевих прогонових будов зал> зничних моспв, що експлуатуються тривалий час та знаходяться на дшянках, де вводиться швидюсний рух потяпв.
Методика
Розрахунок металевих прогонових будов виконувався методом класифшаци. Класи прогоново! будови були отримаш за допомогою трьох методик. Перша за ГСТУ 32.6.03.111© В. I. Соломка, М. Е. Сапунжийський, 2016
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА_
2002 [1], друга - з використанням динамiчного коефщенту i3 Gврокодiв для коли 3i звичайним обслуговуванням, третя - з використанням ди-HaMi4Horo коефiцieнту i3 розроблено! методики. Тiльки остання методика враховуе швидкiсть по!зда та поведшку прогоново! будови. Тому для не! була побудована модель у програмному комплекс «Selena».
Для класифшаци прийнят металевi прого-новi будови залiзничних мостiв розрахунковою довжиною 45 та 55 м, що експлуатуються на дшянках iз прискореним рухом потяпв одше! iз залiзниць Укра!ни.
Основш данi прогоново! будови розрахунковою довжиною 55 м:
Розрахункова довжина прогоново! будови -55,0 м.
Розрахункова висота ферм - 8,5 м.
Кшьюсть панелей - 10.
Довжина панелей про!зно! частини - 5,5 м.
Вщстань мiж осями головних ферм - 5,6 м.
Вщстань мiж осями головних балок - 2,0 м.
Розрахункове навантаження вщ рухомого складу - Н8.
Матерiал - Ст3.
Основш даш прогоново! будови розрахун-ковою довжиною 45 м:
Ик будiвництва - вiдновлений у 1945 р.
Розрахункова довжина прогоново! будови -45,0 м.
Рiк будiвництва - 1946 р.
Розрахункова висота ферм - 9,0 м.
Кшьюсть панелей - 6.
Довжина панелей про!зно! частини - 7,5 м.
Вщстань мiж осями головних ферм - 5,6 м.
Вщстань мiж осями головних балок - 2,0 м.
Розрахункове навантаження вщ рухомого складу - Н7.
Матерiал - СтЗмост.
Виконаний розрахунок вантажошдйомност металевих прогонових будов базусться на роз-рахунках за граничними станами першо! групи (на мiцнiсть, стшюсть форми i витривалiсть). При цьому вс розрахунки елементiв головних ферм виконуються на основне сполучення на-вантажень (власна вага i тимчасове вертикальне рухоме навантаження) та розрахунки на додат-кове сполучення навантажень (власна вага i тимчасове вертикальне рухоме навантаження, гальмування, поперечний вiтер).
У вщповщносп до нацiональних вимог [2] до складу постшних навантажень входять влас-
на вага елеменпв конструкцiй, вплив поперед-нього напруження, тиск грунту насипу i вплив його осадки, пдростатичний тиск води, вплив усадки i повзучостi бетону. Рухомий склад, вага пiшоходiв, тиск грунту вщ рухомого складу, горизонтальне поперечне навантаження вщ в> дцентрово! сили, горизонтальш поперечнi уда-ри рухомого складу, горизонтальне поздовжне навантаження вiд гальмування або сили тяги вщносяться до тимчасових навантажень. Впро-ве, льодове, сейсмiчне навантаження, навал суден, температурш клiматичнi впливи, будiвель-ш навантаження вважаються iншими (додатко-вими) навантаженнями.
Якщо навантаження вводиться в розрахунок в поеднанш з шшим навантаженням, до нього вводиться вщповщний коефiцiент поеднання ^ який враховуе ймовiрнiсть одночасно! появи декiлькох навантажень (п. 2.2 [2]). Величини навантажень i впливiв в розрахунках моспв приймаються з коефiцiентами надiйностi до навантаження уу, динамiчними коефiцiентами
1 + ц або коефщентами вiдповiдальностi уп (п. 2.3 [2]).
Коефщенти надiйностi за постшним навантаження у у для моспв знаходяться в межах
1,0...2,0. Нормативне навантаження вiд власно! ваги слщ визначати за проектними розмiрами та формою елементiв. Для балочних прогонових будов дозволяеться приймати навантаження вщ власно! ваги як рiвномiрно розподiлене, якщо його величина на окремих дшянках вщ-хиляеться вщ середньо! величини не бшьше нiж на 10 %. Нормативне навантаження вщ ваги мостового полотна на одноколшнш залiзничнiй дшьнищ в залежностi вiд конструкцi! знахо-диться в межах 6,9.22,6 кН/м (п. 2.4 [2]).
Нормативне тимчасове вертикальне наван-таження вщ рухомого складу залiзниць (СК) приймають у виглядi еквiвалентних навантажень V (кН/м), отриманих вiд окремих груп зосереджених вантаж1в вагою до 24,5К (кН) i рiвномiрно розподшеного навантаження штен-сивнiстю 9,81 (кН/м), при цьому для кашталь-них споруд показник К = 14 (п. 2.11 [2]). 1нтен-сивнють вертикального навантаження прийма-еться за [2] (табл. 1, Додаток Л) i для класу К=14 V знаходиться в межах 137,3.686,5 кН/м.
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА_
Тимчасове вертикальне навантаження вщ порожнього рухомого складу слщ приймати рiвним 13,7 кН / м (1,40 тс / м) коли.
У вщповщносп до €врокодiв [3] в залежно-стi вщ характеру змiни в часi впливи подшя-ються наступним чином:
- постшт впливи (О), наприклад, власна вага несучих конструкцш, встановленого обла-днання, дорожнiх покриттiв, i непрямi впливи, викликанi усадкою i нерiвномiрними опадами;
- тимчасовi впливи наприклад, пiд дieю вiтру або сшгу, прикладаються до перек-ритпв будiвель, балок i покрiвлi;
- аваршш впливи (А), наприклад, вибухи або удар транспортних засобiв.
Основними моделями затзничного навантаження зпдно [3] е моделi ЬМ 71, SW / 0, SW / 2, HSLM i порожнiй склад («ненавантажений по!зд»). Схема завантаження по моделi ЬМ 71, зображена на рис. 1, являе собою комбшащю рiвномiрно розподiленого навантаження штен-сивнютю 80,0 кН/м з включенням чотирьох зосереджених сил величиною 250 кН вщстань мiж якими становить 1,6 м .
Оц,-2ИкН 250 КН 230КН г50нН
-гакН/м q„-SOI<H.'n
п. 111
Рис. 1. Модель навантаження ЬМ 71 1 нормативы значення для вертикальних навантажень:
(1) - шяких обмежень
Нормативнi значення, наведет на рис. 2, повинш бути помножен на коефiцiент а для лшш, що мають обсяг затзничних перевезень, бiльш-менш нормального обсягу перевезень. Навантаження, помножеш на коефщент а, називаються «класифiкованими вертикальними навантаженнями». Коефiцiент а повинен мати одне з наступних значень: 0,75; 0,83; 0,91; 1,00; 1,10; 1,21; 1,33; 1,46.
Моделi SW/0, SW/2 являють собою статичнi залiзничнi навантаження, що ддать на нерозр> знi балочш прогоновi будови.
Я,к Чип
э г п О ■ в
Рис. 2. Моделi навантаження SW/0 i SW/2
Модель SW/0 характеризуе звичайний ру-хомий склад залiзниць iнтенсивнiстю наванта-
ження 133,0 кН/м, модель SW/2 - важкий, ш-тенсивнiстю 150,0 кН/м . Вщмшшстю даних моделей вщ еквiвалентного навантаження нащ-ональних норм [2] е наявнiсть розривiв мiж д> лянками розподiленого навантаження довжи-ною с = 5,3 м для моделi SW/0 (довжина дшян-ки становить а = 15,0 м ) i с = 7,0 м для моделi SW / 2 (а = 25,0 м). Нормативы значення вертикальних навантажень для моделей навантажень SW/0 та SW/2 наведет в табл. 1.
Таблиця 1
Нормативш значення вертикальних навантажень для моделей SW/0 та SW/2
Модель навантаження qvk , кН/м a, м с , м
SW/0 133 15,0 5,3
SW/2 150 25,0 7,0
Модель навантаження HSLМ включае два окремих ушверсальних по!зди зi змшною дов-жиною пасажирського вагона (моделi HSLМ-A i HSLМ-B). Модель ШЬМ-А (тБИ - динамiч-ний ушверсальний по!зд) приведена на рис. 3 i у табл. 2.
0 __ ¡1
Ij [1> 1 11 V Ь,Р ffl И Ij 2лР га 1 Э.Р Я чр in
Ш >0 fr So ii JLI
ЯД к, ji и h
b II | 3 D 3 ч 3
3.5Й 3.5Е5
Рис. 3. Модель HSLМ-A:
1) - тяговий вагон (переднш [ заднш тягов1 вагони щенти-чш); 2) - кшцевий пасажирський вагон (переднш [ заднш кшцев1 пасажирсью вагони вдентичш); 3) - пром1жний пасажирський вагон
Модель HSLМ-B, зображена на рис. 4, включае N зосереджених сил 170 кН, прикла-дених через рiвномiрний iнтервал d, м.
из— /V х170кН —М
I I 1 I М I I I I I 1 I I I I
Рис. 4. Модель HSLМ-B
Модель навантаження «ненавантажений по-!зд» складаеться з вертикального рiвномiрно розподiленого навантаження з нормативним значенням 10,0 кН/м.
Таблиця 2
Модель HSLM-A
Ушверса-льний по!зд Кшьюсть пром1ж-них па-сажирсь-ких ваго- шв N Довжина пасажир-ського вагона D, м Ввдс-тань м1ж осями в1зка d , м Зосере-джена сила P, кН
A1 18 18 2,0 170
A2 17 19 3,5 200
A3 16 20 2,0 180
A4 15 21 3,0 190
A5 14 22 2,0 170
A6 13 23 2,0 180
A7 13 24 2,0 190
A8 12 25 2,5 190
A9 11 26 2,0 210
A10 11 27 2,0 210
Характеры вiдмiнностi Gврокодiв i нащона-льних вимог щодо коефiцieнтiв i навантажень на конструкци залiзничних моспв наведенi в табл. 3.
За розробленою методикою динамiчний ко-ефщент для швидкiсного по!зного наванта-ження обчислюеться за формулою:
1 + ц1 + ц2 = K ■ а + -
3
(1)
де а=-
Vr
(20 + X)
K ■а - параметр, що враховуе
(2 ■ fi ■L)
залежнють величини динамiчного коефiцiента вiд швидкосп руху по!зда i характеристик прогоново! будови, K = 0,8; Vr - швидкiсть по!з-да, м/с; f - перша власна частота коливань прогоново! будови, Гц; L - розрахункова дов-
3
жина прогоново! будови, м;
(20 + X)
пара-
метр, що показуе залежнють величини динамь чного коефщента вщ силових впливiв, обумов-лених наявнютю коротких нерiвностей шляху на мостах.
Повинш виконуватись умови:
- перша власна частота вертикальних ко-
ливань повинна знаходитися в межах
f1 ■ < fi < fi • J 1mm — J1 v — ^ 1 max '
f1max = 94,76 ■ L
-0,748
(2)
Нижня межа першо! вертикально! частоти знаходиться за формулою:
- при довжиш прогоново! будови вщ 4 м до 20 м:
f1mm
L_ 80
(3)
- при довжинi прогоново! будови бшьше 20 м:
f1min = 23,58 ■ L-
(4)
- сп1вв1дношення перших частот коливань по форм! вигину ! за формою крут1ння мае задовольняти умов! ( > 1,2/1у . Де /1у - перша власна вертикальна частота коливань прогоново! будови; - верхня межа першо! вертикально! частоти; ^^ - нижня межа першо! вертикально! частоти; /и - частота по перш1й форм! власних коливань, пов'яза-но! з крученням.
Якщо перша власна вертикальна частота коливань прогоново! будови не задовольняе умо-в1, то конструкщя мае недостатню жорстк1сть. У зв'язку з цим будуть виникати висок1 показ -ники вертикальних та горизонтальних приско-рень кузов1в вагошв.
Зг1дно п.1.6.4 [2] розрахунковий пер1од вла-сних горизонтальних поперечних коливань для балкових розр1зних металевих 1 прогонових будов зал1зничних мост1в мае бути (у секундах) не б1льш 0,011 (де I - прог1н, м) 1 не перевищу-вати 1,5 с.
Для визначення клас1в прогоново! будови за даною методикою необх1дно знати схеми по!з-д1в, як1 будуть експлуатуватися на д1лянках з1 швидк1сним рухом. Це необх1дно для враху-вання ефекту резонансу. Так як вагони швидк1-сного по!зда, як правило, мають однакову дов-жину 1 однакове осьове навантаження, то такий склад мае на м1ст вплив, близький до перюдич-ного.
Таблиця 3
Характернi ввдмшносп косфшисимв i навантажень на конструкци за^зничних мостiв за Сврокодами (EN) i ДБН В.2.3-14: 2006 «Мости та труби. Правила проектування »(ДБН)
Навантаження / коефщент EN ДБН
Класифжащя вплив1в i навантажень Постшш, тимчасов1 i аваршн впливи Постшш, тимчасов1 та шш1 (додатков1) навантаження
Модел1 (схеми) зал1зничного навантаження Чотири модел1 (LM 71, SW/0, SW/2, HSLM) Одна схема (еталонне навантаження Н1 за схемою по!зда 1931 року)
Навантаження в1д модел1 «ненавантажений по!зд» (порож-тй рухомий склад) 10,0 кН/м 13,7 кН/м
1нтенсившсть вертикального навантаження в1д рухомого складу знаходиться в межах 80,0.194,2 кН/м (для вс1х моделей навантажень) 137,3...686,5 кН/м (при К = 14 для каштальних споруд)
Коефщенти при групах (поеднанш) навантажень гальм1вн1 сили - 0,5; сила б1чного тиску - 0,5. сили гальмування - 0,8; вирове - 0,5.
Коефщент надшносп за навантаженням знаходиться в межах 1,0.1,5; при сприятливому вплив1 - 0. 1,0.2,0; при сприятливому поеднаш -0,5.0,9.
Коефщент умов роботи знаходиться в межах Не регламентуеться 0,85.1,25
Динам1чний коефщент в окремому випадку визначаеться за формулою Ф3 = Д,16 + 0,73 - 0,2 - визначальна довжина, м 27 1 + ц = 1 +- 30 + X X - довжина лши впливу, м
Перiод цього впливу дорiвнюе вщношенню довжини вагона (регулярного iнтервалу мiж групами осей) до швидкостi по!зда:
T = d. Vr
Частота знаходиться за формулою:
V
f = tr
d
(5)
(6)
де d - довжина вагона, м; Vr - швидюсть по!-зда, м/с.
Якщо перiод дп рухомого складу дорiвнюе або кратний перiоду коливань конструкци (тоб-то в 2, 3 тощо раз бiльше), може виникнути резонанс.
Резонанснi явища надзвичайно небезпечнi. 1х не можна уникнути, але можна управляти
п1ковими значеннями фактор1в напружено-деформованого стану при цих резонансах.
Тому сл1д дотримуватись правил визначення швидкост1, що тдлягають розгляду:
- розрахункова максимальна швидк1сть приймаеться на 20 % вище проектно! максимально! швидкост1 на в1дпов1дн1й д1лянц1;
- крок зм1ни швидкостей при розрахунках повинен встановлюватися таким чином, щоб виключити ймов1рн1сть пропуску зон резонансу 1 заниження п1кових значень ампл1туд, швидкостей 1 прискорень;
- для вс1х швидк1сних по!зд1в сл1д розг-лядати ряд значень швидкостей - в1д 40 м/с до розрахунково! максимально! швидкост1.
Результати
В результат1 розрахунк1в отриман1 класи елемент1в металевих прогонових будов за р1з-ними методами 1 виконано !х пор1вняння.
В якост швидкiсного навантаження прийн-ятi потяги Шкода Б1675 та ЕВС 1 «Сапсан». Для вказаного навантаження визначеш класи шляхом навантаження лшш впливу за методикою наданою в [1] i виконано порiвняння класiв
елементiв прогонових будов i3 класами наван-тажень.
Класи елементiв металевих прогонових будов з 1'здою понизу за вказаними методиками зведеш у табл. 4 i 5 та побудоваш графiки пор> вняння класiв, яю зображенi на рис. 5 i 6.
Таблиця 4
Зведена таблиця моршмяммя класiв прогоновоТ будови довжиною 55 м
Марка елемента X , м а Середнш вщсоток роз-ходження у класах за нацюнальними та евро-пейськими нормами Середнш ввдсоток роз-ходження у класах за нацюнальними нормами та розробленою методикою для Шкода EJ675 Середнш вщсоток роз-ходження у класах за нацюнальними нормами та розробленою методикою для ЕВС 1 «Сапсан»
Н0 - Н2 55,00 0,10 21,90 10,69 4,94
Н2 - Н4 55,00 0,30 21,87 10,69 4,90
Н4 - Н6 55,00 0,50 21,88 10,66 5,05
В1 - В3 55,00 0,20 21,86 10,69 4,84
В3 -В 5 55,00 0,40 21,91 10,70 4,85
Н0 - В1 55,00 0,10 21,88 10,70 4,82
В1 - Н2 48,89 0,10 21,91 10,76 4,31
Н2 - В3 42,78 0,10 21,89 10,72 3,50
В3 - Н4 36,67 0,10 21,78 10,44 2,23
Н4 - В5 30,56 0,10 21,45 9,68 0,09
Н1 - В1 11,00 0,50 14,19 7,39 30,59
Таблиця 5
Зведена таблиця моршмяммя класiв прогоновоТ будови довжиною 45 м
Марка елемента X , м а Середнш вщсоток роз-ходження у класах за нацюнальними та евро-пейськими нормами Середнш ввдсоток роз-ходження у класах за нацюнальними нормами та розробленою методикою для Шкода EJ675 Середнш вщсоток роз-ходження у класах за нацюнальними нормами та розробленою методикою для ЕВС 1 «Сапсан»
Н0 - Н2 45,00 0,167 21,94 8,16 0,30
Н2 - Н4 45,00 0,500 21,97 8,19 0,23
В1 - В3 45,00 0,333 21,95 8,12 0,28
Н0 -В1 45,00 0,167 21,91 9,22 0,28
В1 - Н2 36,00 0,167 21,82 7,27 2,82
Н2 - В3 27,00 0,167 21,13 3,20 8,02
Н1 - В1 15,00 0,500 17,64 5,95 27,42
Мости та тунелк теорiя, дослщження, практика, 2016, № 9
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА_
25
IV ё- 15
Й я i Р о 5 § I 0 Ч а -5 * * * |
\ L.
Л \
1 - 10 з % -20 И 3 1 \ 1
\
\
\
Hl) —Н2 Н2 — Н4 Н4 - Hfi Hl - BS BS -Hi HO - hl 1 — H2 H2 - BS IY3 -H4 H4 -B5 Hl -B1
«^^■ссредыш % розходження у класах id над. та европ. нормами 21 .9 21 ,Й7 21 .HB 21 .Hfi 21.91 21.NU 21.91 21 .K9 21 _7K 21.45 14.19
середтй % розходження у гатясях зя над. нормами ia розробленою методикою для Шкода EJ675 10.69 10.69 10.66 10.69 10.70 10.70 10.76 10.72 10.11 9.6K -7.39
* ссрсднш % розходження у класах за нал. нормами тя розробленою методикою дли ИКС 1 "Сипеян™ 4.94 4.9(1 5.П5 4.S4 4.RS 4.Я2 4.3 1 3 50 2.23 0.09 -30.59
Рис. 5. Графж пор1вняння класiв у вщсотках для прогоново! будови довжиною 55 м
м
ь I "а
£ 5
- =
~ X
Si Ii Q. ii
Я 3
" к
s
а.
2? 20 15
10
j
0 -5
-10
-15 -20 -25 -30 -35
■ссрсдшЁ % розходження у класах за нал. та епротт. пормамп
■,;';Ч:НГ % ро^ХОДЖеННИу КЛЯСЯХ ".-1 КЯ11.
нормами ia розриблсною нсщикию дли
Шкода EJ675 ссредп г %ро.т«1джеттяу клясях ля шщ нормами та розробленою методикою для EDC 1 "Сапсан"
M
A
' 1 ш
\
\
HO -H2 H2 -H4 Bl -B3 Ff] -Bl Bl -H2 H2 -B3 Hl -Bl
21.94 21.97 21.9.5 21.91 21.82 21.13 17.64
8.16 8.19 S.12 0.22 7.27 3.20 -5.9?
-0.30 -0.23 -0.2Я -0.2Я -2.82 -8.02 -27.42
Рис. 6. Графж пор1вняння класiв у вщсотках для прогоново! будови довжиною 45 м
Висновок
При визначенш фактично! вантажошдйом-носп металевих прогонових будов i3 наскр1з-ними фермами з !здою понизу розрахунковою довжиною 55 м i 45 м встановлено:
- при використанш европейського дина-мiчного коефщенту клас прогоново! будови приблизно на 22 % вищий нiж при розрахунку за нащональними вимогами i в деякiй мiрi за-лежить вщ довжини прогоново! будови, що не завжди оправдано в умовах експлуатащ! споруд на залiзницях Укра!ни. Це може вплинути на достовiрнiсть iнформацi! про фактичну ванта-жошдйомшсть мостiв i реальнiсть оцiнки !х несучо! здатностi.
- за розробленою методикою чггко видно залежнiсть мiж довжиною прогоново! будови i швидюстю руху по!зда:
- при зменшенш довжини прогоново! будови i збiльшеннi швидкостi руху по!зда - клас елеменпв збiльшуеться.
- при довжиш прогоново! будови 45 м i швидкостi руху по!зда 300 км/год. класи вихо-дять вищими приблизно на 0,3 % шж при розрахунку за нащональними нормами. А при швидкост руху 192 км/год. середнш вiдсоток розходження у класах приблизно дорiвнюе 8 %.
- при довжиш прогоново! будови 55 м i швидкост руху по!зда 300 км/год. класи вище приблизно на 5 %, а при швидкосп руху 192 км/год - на 10,7 %.
Мости та тунелк теорiя, дослщження, практика, 2016, № 9
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛЩЖЕННЯ, ПРАКТИКА_
З цього можна зробити висновок, що дина-мiчний коефщент за розробленою методикою справедливий для довжини прогоново! будови до 45 м i швидкостi руху понад 200 км/год. Але для бшьш точного висновку потрiбнi додатковi дослщження з урахуванням рiзних типiв, дов-жин прогонових будов i швидкосп руху по!з-дiв.
При порiвнянi отриманих класiв швидкiсних потягiв Шкода EJ675 та ЕВС 1 «Сапсан» iз кла-сами елементiв прогонових будов встановлено, що на сьогодшшнш день вантажошдйомшсть прокласифiкованих прогонових будов задово-льняе умови експлуатаци з урахуванням швид-кiсного руху.
Необхщно звернути увагу на те що при кла-сифшаци рухомого складу сучасш норми прое-ктування враховують тшьки навантаження на вiсь потяпв, але для швидкiсних потягiв цього недостатньо, тому що необхщно враховувати таю явища, як швидкiсть руху, динамiчний удар, можливiсть входження моста та по!зда у резонанс та ш. У зв'язку з цим, навггь при класi по!зда К=2 може вiдбутися втрата несучо! здат-ностi конструкцiй мосту.
Для швидюсних поlздiв, окрiм визначення класу, дуже важливим е дослiдження динамiч-них та резонансних явищ, врахування комфорту находження у по1зд пасажирiв та аеродина-мiчних дiй. Необхщно також враховувати ава-рiйнi ситуаци, наприклад, утримання по!зда на мосту при сходi з рейок.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. ГСТУ 32.6.03.111-2002. Експлуатащя зал1знич-них моспв. Правила визначення вантажопвдйо-мносп металевих прогонових будов зал1знич-них моспв [Текст]. - Надано чинносп 2002-0401. - Ки!в : Мштранс Украши, 2003. - 380 с.
2. ДБН В.2.3-14:2006. Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування [Текст]. - Надано чинносп 2007-02-01. - Ки!в : Мш. буд., архгг. та житл.-комун. госп-ва, 2006. - 359 с.
3. ДСТУ-Н Б В.1.2-13:2008 (EN 1991-2:2010) £в-рокод 1. Дй' на конструкций Частина 2. Рухом1 навантаження на мости (EN 1991-2:2003, IDT) [Текст] - надано чинносп 01.07.2009 - Ки!в : Держпоживстандарт Укра!ни, 2008 - 167 с.
4. ДБН В.1.2-15:2009. Споруди транспорту. Мости та труби. Навантаження i впливи [Текст]. - Надано чинносп 2010-03-01. - Ки!в : Мшрегюн-буд Украши, 2009. - 66 с.
5. Solomka, V. World experience of design of bridges and their operating conditions on railways with a high speed of trains [Text] / V. Solomka, P. Ovchinnikov // Bridges and tunnels: Theory, Research, Practice. - 2014. - Issue 6. - pp. 147153.
6. Тарасенко, В. П. Визначення фактично! ванта-жопвдйомносп прогонових будов тд сумщену !зду металевих моспв , що експлуатуються, з урахуванням сучасних автомобшьних наванта-жень [Текст] / В. П. Тарасенко, В. I. Соломка, Б. В. Савчинський // Строительство. Материаловедение. Машиностроение. - 2007. - Вип. 43. - С. 532-536.
7. Тарасенко, В. П. Результаты диагностики технического состояния и испытаний эксплуатируемого металлического разводного моста под совмещенную езду [Текст] / В. П. Тарасенко, Б. В. Савчинский, В. И. Соломка, Б. Д. Сухору-ков, М. К. Журбенко, С. В. Ключник / Вюник Дшпропетровського нацюнального ушверсите-ту залiзничного транспорту. - Дншропетровськ, 2007. - Вип. 14. - С. 216-219.
8. Fryba, L. Dynamics of Railway Bridges [Text] / L. Fryba. - Praha: Academia Praha. - 1996. -330 p.
9. Calcada, Rui Bridges for High-Speed Railways [Text] / Rui Calcada, Raimundo Delgado,Antonio Campos e Matos - Лейден, Taylor & Francis Group, 2009 - 292 p.
10. Chen, Wai-Fah Bridge Engineering Handbook, Second Edition: Fundamentals [Text] / Wai-Fah Chen, Lian Duan - Бока Ратон, Taylor & Francis Group, 2014 - 591 p.
11. Shuli, Sun Design of unballasted track bridges on Beijing - Tianjin intercity railway [електронний ресурс] / Sun Shuli, Zhang Wenjian, Wang Zhao-hu, Su Wei, Wu Cailan, Bu Qiunghao / Engineering - 2011 - т. 9. - Вип. 4 - pp. 59-70 - Режим доступу: http://www.enginsci.cn/chinaesen/ch/ reader/create_pdf.aspx?file_no= 20110106001&flag=1 &journal_id=chinaesen&yea r_id=2011
12. Кондратов, В. В. Результаты экспериментальных и теоретических исследований динамического воздействия высокоскоростных поездов на пролётные строения мостов [Текст] / В. В. Кондратов // Новые технологии в мостостроении: мосты на высокоскоростных железнодорожных магистралях - 2013. - С. 15-23.
13. Смирнов, В. Н. Динамический расчёт мостов высокоскоростных магистралей на продольные воздействия поездной нагрузки [Текст] / В. Н. Смирнов // Новые технологии в мостостроении : мосты на высокоскоростных железнодорожных магистралях. - 2013. - С. 30-45.
Мости та тунелк теорiя, дослщження, практика, 2016, № 9
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА_
В. И. СОЛОМКА1*, Н. Э. САПУНЖИЙСКИЙ2
'* Кафедра «Мосты и тоннели», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (067) 584 97 35, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-0567-6483
2 Кафедра «Мосты и тоннели», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. + 38 066 012 86 36, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-0990-4685
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ С УЧЕТОМ ДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СКОРОСНЫХ ПОЕЗДОВ
Цель. Исследование грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов, находящихся длительное время в эксплуатации на участках, где вводится скоростное движение поездов. Методология. Для достижения поставленной цели выполнено определение грузоподъемности пролетных строений металлических мостов методом классификации. Классы пролетных строений определялись тремя способами с учетом скорости поезда и динамического коэффициента по Еврокодам. Результат. В результате выполненного исследования получены классы металлических пролетных строений железнодорожных мостов и разработаны рекомендации по совершенствованию существующей методики по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов методом классификации. Научная новизна. Полученные в работе результаты указывают на необходимость усовершенствования современных нормативных документов по определению грузоподъемности мостовых сооружений, эксплуатируемых на участках со скоростным движением поездов. Практическая значимость. Результаты выполненных исследований дают возможность достоверного определения грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов методом классификации и позволят внести качественные изменения в нормативные документы по классификации мостов с учетом современных мировых достижений в области расчетов мостовых сооружений, эксплуатируемых на скоростных и высокоскоростных магистралях.
Ключевые слова: грузоподъемность мостов; скоростное движение поездов; металлическое пролетное строение; динамический коэффициент; взаимодействие системы «мост-поезд»; класс пролетного строения
V. I. SOLOMKA1* M. E. SAPUNZHYYSKY2
1 Department «Bridges and tunnels», Dnepropetrovsk national university of railway transport named after academician
V. Lazaryan, 2 Lazaryana Str., Dnepropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (067) 584 97 35, e-mail [email protected], 2ORCID 0000-0003-0567-6483
2 Department «Bridges and tunnels», Dnepropetrovsk national university of railway transport named after academician V. Lazaryan, 2 Lazaryana Str., Dnepropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. + 38 066 012 86 36, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-0990-4685
RESEARCH OF RAIWAY METAL BRIDGES' BEARING CAPACITY CONSIFERING DYNAMIC IMPACT OF HIGH-SPEED TRAINS
Purpose. Research of spans' bearing capacity for metal railway bridges operated for a long time in areas with high-speed train movement implementation. Methodology. To achieve this goal the determination of bearing capacity of metal spans of railway bridges was conducted by method of classification. Classes of spans ware determined in three ways taking into account the speed of the train and dynamic factor according to the Eurocodes. Findings. As a result of the study classes of metal spans of railway bridges were received and recommendations to improve the existing methods to determine the bearing capacity of metal spans of railway bridges by the method of classification were developed. Originality. The results that were obtained in the study point to the need to improve current regulations to determine the bearing capacity of bridges operated in areas with high-speed movement of trains. Practical value. The results of the study enable reliable determination of bearing capacity of metal spans of railway bridges by classification method and will introduce a qualitative change in the regulations on the classification of bridges with current advances in global calculations of bridges operated at high-speed and higher-speed highways.
Keywords: bearing capacity; high-speed trains; metal spans; dynamic factor; vehicle-bridge interaction; span class
МОСТИ ТА ТУНЕЛ1: ТЕОР1Я, ДОСЛ1ДЖЕННЯ, ПРАКТИКА_
REFERENCES
1. HSTU 32.6.03.111-2002. Ekspluatatsiia zaliznychnykh mostiv. Pravyla vyznachennia vantazhopidiomnosti metalevykh prohonovykh budov zaliznychnykh mostiv [State Standard 32.6.03.111-2002. Exploitation of railway bridges. Rules for determining capacity metal spans railway bridges]. Kyiv, Mintrans Ukrainy Publ., 2003. 380 p.
2. DBN V.2.3-14-2006. Sporudy transportu. Mosty ta truby. Pravyla proektuvannya [State Standard V.2.3-14-2006. Transport constructions. Bridges and pipes. Design rule]. Kyiv, Ministerstvo budivnytstva, arkhitektury i zhytlovo-komunalnoho hospodarstva Publ., 2006. 359 p.
3. DSTU-N B EN 1991-2:2010. Jevrokod 1. Diji na konstrukciji. Chastyna 2. Rukhomi navantazhennja na mosty (EN 1991-2:2003, IDT)[EN 1991-2:2003 Eurocode 1: Actions on structures - Part 2: Traffic loads on bridges]. Kyiv, Minrehionbud Ukrayiny Publ., 2010, 207 р.
4. DBN V.1.2-15-2009. Sporudy transportu. Mosty ta truby. Navantazhennya i vplyvy [State Standard V.1.2-15-2009. Transport constructions. Bridges and pipes. Loads and effects]. Kyiv, Minrehionbud Ukrayiny Publ., 2006. 66 p.
5. Solomka, V., Ovchinnikov P. World experience of design of bridges and their operating conditions on railways with a high speed of trains. Bridges and tunnels: Theory, Research, Practice, 2014, issue 6, pp. 147-153.
6. Tarasenko V. P., Solomka V. I., Savchynskyi B. V. Vyznachennia faktychnoi vantazhopidiomnosti prohonovykh budov pid sumishchenu yizdu metalevykh mostiv, shcho ekspluatuiutsia, z urakhuvanniam suchasnykh avtomobilnykh navantazhen [Determining the actual capacity spans in combined driving metal bridges operated, with current car load]. Stroitelstvo. Materialovedenie. Mashinostroenie - Building. Materials Science. Engineering, 2007, issue. 43, pp. 532-536.
7. Tarasenko V. P., Savchinskiy B. V., Solomka V. I., Sukhorukov B. D. i dr. Rezultaty diagnostiki tekhnicheskogo sostoyaniya i ispytaniy ekspluatiruemogo metallicheskogo razvodnogo mosta pod sovmeshchennuyu ezdu [The results of the diagnostics of the technical condinion of the operated metal drawbridge test under the combined drive]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2007, issue. 14, pp. 216-219.
8. Fryba, L. Dynamics of Railway Bridges. Praha, Academia Praha, 1996. 330 p.
9. Rui Calcada, Raimundo Delgado,Antonio Campos e Matos Bridges for High-Speed Railways. Lejden, Taylor & Francis Group Publ., 2009. 292 p.
10. Wai-Fah Chen, Lian Duan Bridge Engineering Handbook, Second Edition: Fundamentals. Бока Ратон, Taylor & Francis Group Publ., 2014. 591 p.
11. Sun Shuli, Zhang Wenjian, Wang Zhaohu, Su Wei, Wu Cailan, Bu Qiunghao Design of unballasted track bridges on Beijing - Tianjin intercity railway. Engineering, 2011, vol. 9, issue 4, pp. 59-70. Available at: http://www.enginsci.cn/chinaesen/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20110106001&flag=1&journal_id=china esen&year_id=2011
12. Kondratov V. V. Rezultaty eksperimentalnykh i teoreticheskikh issledovaniy dinamicheskogo vozdeystviya vysokoskorostnykh poezdov na proletnye stroeniya mostov [The results of experimental and theoretical studies of the dynamic effect of high-speed trains on spans of bridges]. Novye tekhnologii v mostostroenii: mosty na vysokoskorostnykh zheleznodorozhnykh magistralyakh - New technologies in bridge construction: bridges on high-speed railways, 2013, pp. 15-23.
13. Smirnov V. N. Dinamicheskiy raschet mostov vysokoskorostnykh magistraley na prodolnye vozdeystviya poezdnoy nagruzki [Dynamic calculation of high-speed highway bridges for longitudinal load train effects]. Novye tekhnologii v mostostroenii: mosty na vysokoskorostnykh zheleznodorozhnykh magistralyakh - New technologies in bridge construction: bridges on high-speed railways, 2013, pp. 30-45.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. М. I. Казакевичем (Украгна), д.т.н,
проф. А. I. Лантухом-Лященко (Украгна).
Надшшла до редколеги 10.08.2016.
Прийнята до друку 26.09.2016.
