CC BY
97
168
Мосты и тоннели
Мосты и тоннели
УДК 624. 21
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ОПОР МОСТОВ СКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ
В.Н. Смирнов
Аннотация
При устройстве на мостах с ездой на балласте бесстыкового пути в рельсах, опорах и других элементах мостового сооружения возникают дополнительные усилия, не учитываемые нормами. В статье излагается методика расчета этих усилий.
Ключевые слова: мост, опора, бесстыковой путь, скоростная магистраль
Введение
На скоростных железнодорожных магистралях устраивается бесстыковой путь. Работа моста при бесстыковом пути (на поперечинах и на балластном мостовом полотне) существенно отличается от работы искусственного сооружения в случае обычного звеньевого мостового полотна. Это объясняется тем, что мост объединяется бесстыковым рельсовым путем в единую систему «мост - бесстыковой путь» (МБП), в которой все элементы взаимосвязаны и их работа требует отдельного анализа.
1.Определение напряженно-деформированного состояния элементов системы МБП
Задача продольного взаимодействия моста и бесстыкового пути решается в предположении, что в пределах мостового сооружения силы взаимодействия рельсов и пролетных строений с ездой на балластном или безбалластном мостовом полотне определяется относительными смещениями подошвы рельса и подрельсового основания.
Указанные смещения обусловлены температурными деформациями пролетного строения и деформациями моста от действия временной поездной нагрузки.
Решение задачи по определению напряженно-деформированного состояния элементов системы осуществляется численным методом.
Расчетом определяются:
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Мосты и тоннели
169
- относительные смещения рельсов и подрельсового основания на мосту и подходах;
- продольные усилия в сечениях рельсов бесстыкового пути;
- горизонтальные реакции опор моста;
- усилия в элементах пролетных строений.
Расчетная схема представляет собой стержневую модель с элементами двух типов: обычные упругие стержневые конечные элементы (КЭ), моделирующие рельсы, пролетные строения, опоры, и КЭ в виде квазистержней, моделирующих связи между рельсами и подрельсовым основанием. Принято, что квазистержни характеризуются нелинейным характером работы, описываемым диаграммой Прандтля с тангенсом угла
Л
наклона начального участка которой ks (кН/м ) и предельным значением сдвигающей погонной силы, приходящейся на единицу длины rs (кН/м). Принимается также, что при сжатии в вертикальном направлении балласт деформируется упруго с погонным сопротивлением сжатию kd на единицу длины сооружения.
Система имеет конечное число степеней свободы. Каждый узел расчетной схемы имеет в общем случае три степени свободы. Для протяженных сооружений для сокращения затрат машинного времени может быть использована одномерная расчетная схема. В этом случае число степеней свободы сокращается до одной в узле и объем матрицы разрешающих уравнений уменьшается в 9 раз.
Поскольку в расчетную схему включен ряд нелинейных элементов, то математическая модель, соответствующая расчетной схеме, выражается в виде совокупности нелинейных алгебраических уравнений, решение которых может быть получено, например, методом Ньютона, эффективным при решении задач с сильно выраженной нелинейностью.
Решается система уравнений метода конечных элементов относительно перемещений Дг
RA = p,
(1)
где А - столбец искомых перемещений;
p - столбец заданной нагрузки;
R - матрица жесткостей.
Каждый элемент матрицы жесткостей представляет собой единичную реакцию, зависящую от напряженно-деформированного состояния системы.
Квазистержни, моделирующие работу балластного слоя на сдвиг, имеют характеристики
r(A) = KsA при A<rs/Ks И r{A) = rssignA при A >rs!Ks
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
170
Мосты и тоннели
где Ks=ksb (h - полусумма расстояний между данным узлом и двумя соседними);
Д - разница смещений концевых сечений смежных квазистержней;
Г - предельное значение погонной сдвигающей силы в узле.
Решение системы уравнений (1) выполняется методом последовательных приближений. Итерационный процесс заканчивается, когда разность результатов расчета на данном и предыдущем этапах не будет превышать заданной величины точности.
2.Работа опоры в составе системы МБП
Найденные в соответствии с приведенной выше методикой продольные усилия в рельсах бесстыкового пути на мосту и подходах не должны превышать предельно допустимых, полученных из условия прочности рельсов в зимний период и устойчивости бесстыкового пути в летних условиях.
Бесстыковой путь, объединяя сооружение в единую систему, вносит существенные коррективы в работу ее элементов, в частности опор, что не учитывается действующими нормами на проектирование мостов (СниП 2.05.03-84*).
Величины горизонтальных опорных реакций R0 можно определить по
выражению
Ro, = У/,т (NP, - NP,+1 Уп + Yf,T (! + »yrnLtV,
(2)
где Yfd,yfT - коэффициент надежности соответственно по температурной и тормозной нагрузке;
Np^Np^ - продольные усилия в рельсах бесстыкового пути
соответственно над опорами i и i+1 пролета «i - i+1»;
Lt - длина i - го пролета;
тп - нормативная погонная поездная нагрузка от торможения или силы тяги подвижного состава;
г/ - коэффициент сочетания временных нагрузок, соответствующий сочетанию, принятому при определении продольных усилий в рельсах бесстыкового пути;
1 + /и - динамический коэффициент.
Как показывают расчеты, горизонтальные нагрузки на опоры моста с бесстыковым путем существенно зависят не только от величины тормозных сил, что характерно для мостов со звеньевым путем, но и от таких факторов, как воздействие температуры, местоположение опоры в составе сооружения, длина моста, характер связей между рельсовым путем и подрельсовым основанием.
2004/2
Известия Петербургского университета путей сообщения
Мосты и тоннели
171
3. Заключение
При проектировании опор мостов на скоростных железнодорожных магистралях необходим учет взаимодействия элементов системы «мост -бесстыковой путь».
4. Литература
СНиП 2-05-03-84* Мосты и трубы / Минстрой России: - М.:ГП ЦПП, 1996. - 214 с.
УДК 624.25.8+624.25.10
РЕГИОНАЛЬНЫЙ МОНИТОРИНГ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ НА ДОРОГАХ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
В.Н. Смирнов, О.В. Гарамов
Аннотация
Основные положения методики учета технического состояния искусственных сооружений на автодорогах не удовлетворяет специалистов-мостовиков. Приведены предложения, которые сокращают трудозатраты на обследование мостов и обуславливают информационное обеспечение при мониторинге искусственных сооружений на автодорогах общего пользования.
Ключевые слова: мониторинг мостов; система учета; паспорт на мост; книга искусственного сооружения; учетная карточка; отчет; техническая документация.
Введение
Мониторинг мостов, понимаемый как система наблюдений за искусственными сооружениями с оценкой их состояния и прогнозом функционирования, предполагает высокую степень информационной обеспеченности служб эксплуатации мостового парка. Мониторинг, позволяющий эксплуатационникам иметь полную, достоверную и свежую информацию о состоянии мостов, дает возможность осуществлять эффективный менеджмент в области эксплуатации мостового хозяйства.
Фактически существующая в регионах система учета технического состояния искусственных сооружений на автодорогах как источник информации не удовлетворяет специалистов-мостовиков всех уровней.
Как известно, по каждому объекту предполагается наличие довольно большого источников информации, среди которых:
Известия Петербургского университета путей сообщения
2004/2
