Временные нагрузки

ТЕМА: «Временные нагрузки»

Вертикальные - от транспорта; вертикальные и горизонтальные – от пешеходов. Это нагрузка № 7. Она является полезной, функциональной. Для пропуска этой нагрузки и возводятся инженерные сооружения. Нагрузка приложена вертикально вниз (но для пешеходов – и 2 горизонтальные) и представляет собой в основном силу тяжести от людей, транспортных единиц и перевозимых ими грузов. Поскольку эти нагрузки двигаются по сооружению, то они учитываются с коэффициентами надежности и динамичности.

Во-вторых, существуют производные от нагрузки № 7 – горизонтальные нагрузки, обусловленные движением этой 7-ой нагрузки. К ним относятся нагрузки № 8-11.

Рассмотрим подробно аналогичную функциональную нагрузку № 7.

Нагрузка № 7 является вертикальной нагрузкой от подвижного состава и пешеходов.

Очень сложно учесть все разнообразие транспортных единиц, передвигающихся по конкретным дорогам, мостам в настоящее время и тем более в будущем.

Мостовые сооружения и трубы проектируют под всевозможные нагрузки транспорта, передвигающегося в настоящее время и в течение срока эксплуатации сооружения. С пешеходами гораздо проще.

Нагрузка № 7 в ее обычном, штатном варианте представляет собой  автомобильную колесную (колейную)

Рекомендуемые материалы

АК (автомобильная колесная)

Она представляет собой одну двухосную тележку с нагрузкой на ось Р и равномерно-распределенную колейную нагрузку, интенсивностью υ на обе колеи.

Значения P и υ зависят от класса К нагрузки АК.

В настоящее время существует всего лишь 2 класса нагрузки АК.

К = 8  и  К = 11

Класс - это безразмерное обозначение возможных параметров нагрузок от транспорта.

Нагрузка на ось Р = К   тс

Интенсивность колеи υ = 0,1 ^. К  тс/м

Например, для 8 класса:

нагрузка на ось тележки составляет Р = К = 8 т

υ = 0,1К = 0,1 ^.  8 = 0,8 тс/м

Само значение класса зависит от грузонапряженности дороги и материала моста.

К в настоящее время принимаем равное 11 для любых мостов, за исключением деревянных (К=8).

Размеры этой нагрузки и ее установка моделируют  реальное угловое движение грузового потока по сооружению. Ширина колеи – 1 м 90 см, ширина колеса – 60 см, расстояние между гранями колес – 2 м 50 см. Расстояние между осями тележки вдоль движения – 1 м 50 см.

Отпечаток колеса тележки – прямоугольный и размер (ширина) прямоугольника (20 см). Для колеи длина отпечатка равна длине ПЧ.

Нагрузка АК, установленная на каждую полосу движения, не может быть больше этих нагрузок, чем полос движения. Следовательно, каждый ряд движения загружен одной тележкой и колейной нагрузкой. Причем колейная нагрузка устанавливается в ряду движения по всей длине моста, а тележка в ряду движения – в любом месте по длине моста.

Поскольку нагрузка АК моделирует реальный транспортный поток, то и тележку, и колейную часть устанавливают как можно ближе к ограждению, но соблюдая правила движения.

А по правилам эксплуатации на мосту выделяют в пределах ширины габарита Г 2 полосы безопасности и ПЧ из одной или нескольких полос. Транспорт двигается по ПЧ, не заезжая на полосы безопасности. При этом возникают границы или пределы, в которых может двигаться нагрузка:

- не ближе 1,5 м от края ПЧ до оси нагрузки.

Между соседними (смежными) полосами нагрузки должно быть не менее 3 м.

Но в процессе эксплуатации возникают различные чрезвычайные ситуации. Например, ремонт, ДТП, мероприятия по содержанию дорог и т.д.

В этих случаях можно использовать для движения полосы безопасности. СНиП выделяет эти случаи, как 1-ый и 2-ой случаи установленной нагрузки АК поперек моста. Причем, поскольку в 1-ом случае идет нормальная эксплуатация моста – по тротуару ходят люди, а во 2-ом случае движение пешеходов запрещено, из всех полос движение разрешено только туда и обратно (2 ряда). Для однополосных мостов – 1 ряд.

Очень редко загружены полностью все ряды движения по всей длине моста одновременно. И, учитывая низкую вероятность этого, СНиП рекомендует в расчетах принимать полную загруженность только 1 ряда, но этот ряд устанавливается поперек моста самым невыгодным образом, остальные ряды полностью загружены только тележками, а колейной частью – на 60%. Это учитывается коэффициентом S₁, на который умножают все P,υ.

Кроме нормальных штатных функций инженерных сооружений, возможны случаи, когда по дорогам, а следовательно, и по сооружениям проходят нагрузки, отличающиеся от стандартных, причем в большую сторону. Например, провоз сверхтяжелых, больших по размеру грузов. Транспорт, перевозящий эти грузы, проезжает только с разрешения управления дорог и, как правило, медленно, по середине дороги и в одиночном порядке.

В результате многолетней работы и анализа существующей дорожно-транспортной техники установлено, что предельные размеры и массы этих внегабаритных, сверхтяжелых нагрузок могут быть приведены к каким-то среднестатистическим показателям. Поэтому на пропуск таких нагрузок инженерные сооружения проверяют при проектировании; при эксплуатации сооружения на их пропуск по неаварийным (нормальным) сооружениям, не требующим особого разрешения. А все, что выходит за пределы ниже рассматриваемых нагрузок, уже требует разрешения ГИБДД, и т.д.

Внегабаритные сверхтяжелые нагрузки, на которые проверяют мосты, путепроводы, эстакады и трубы, запроектированные под нагрузку АК. К таким нагрузкам относятся НГ-60 и НК-80. Они примерно копируют соответственно гусеничное транспортное средство и четырехосную прицепную платформу общим весом 80 т.

НГ-60 – нагрузка гусеничная 60 т

НК-80 – нагрузка колесная 80 т

На НГ проверяют мосты, запроектированные под нагрузку А-8, а НК-80 – под нагрузку А-11.

И, кроме того, деревянные мосты ввиду низкой прочности их проезжей части проверяют проезжую часть на давление единичной оси.

Рассмотрим размеры и вес этих нагрузок.

НГ-60 – пропускается по оси сооружения (по середине) очень медленно, перегрузок не допускается и движение для пешеходов на это время перекрыто.

Длина гусеницы – 5 м

Ширина – 0,7 м

Между центрами гусениц – 2,6 м

Интенсивность – 12 т/м на 1 м

НК-80 – одиночная, колесная, четырехосная, пропускается медленно по середине сооружения, пешеходной нагрузки нет.

На каждую ось – 20 т

Ширина колеса – 0,8

Одиночная ось аналогична по своим параметрам одной оси тележки нагрузки А-11.

Рассмотренные нагрузки от транспорта были представлены в статическом, неподвижном положении, но эти нагрузки, двигаясь по сооружениям, создают динамичные воздействия и могут отклоняться от своих средних нормативных значений, т.е. для этих нагрузок существуют соответствующие коэффициенты динамичности и надежности, оценивающие и динамические воздействия, и отклонения от нормативного значения.

Коэффициент надежностиﻻ_f для нагрузки:

АК   ﻻ_f  = 1,5 при расчетах проезжей части

ﻻ         _f = 1,5 при λ = 0

                 1,2  при  λ > 30 м

λ – длина загружения, промежуточное значение, определяемое интерполяцией.

Для колейной нагрузки АК  ﻻ_f   всегда равняется 1,2.

Для НГ-60 и НК-80  ﻻ_f  = 1  (перегрузка не допускается).

Динамический коэффициент (1 + μ ), показывая степень динамики развития, зависит:

- от самой временной нагрузки;

- от конструкции (вид, схема);

- от материала;

- от длины загружения

(металл, железобетон - хорошо проводят волны

дерево, камень, грунт – плохо проводят)

Перечисленные факторы нашли свое отражение в эмперических формулах для определения динамического коэффициента. (п.2.22 *СНиП)

1 + μ = 1 + 15/(37,5+ λ)   

                              

Для железобетонных балочных пролетных строений, рамных конструкций, для железобетонных сквозных и стоечных опор (тонкостенных):

1 + μ = 1 + (45 – λ)/135  

                                 

1 + μ = 1 – предельное минимальное значения

Для железобетонных труб, подземных переходов  1 + μ = 1

Для деревянных конструкций  1 + μ = 1,1

К нагрузке НК-80  1 + μ = 1,3  при  λ  <  1 м

                                 1 + μ = 1,1  при  λ  ≥  5 м

К нагрузке НГ        1 + μ = 1,1 

Длина загружения  λ  - длина той части линии влияния, которая определяет участие элемента в работе, например, длина пролетов, длина элементов.

Для неразрезных конструкций – длина положительных участков линии влияния. Например, от транспорта представ. нереал., отвлеч. нагрузки,

в связи с ростом грузоподъемности и скорости движения, в настоящее время пересматриваются классы нагрузки АК.

У нагрузки № 7, кроме транспортной составляющей, присутствует и нагрузка, создаваемая людьми – пешеходами, проходящими по искусственным сооружениям, т.е. существует нагрузка от пешеходов.

На эту нагрузку рассчитаны:

1. Пешеходные мосты (все элементы).

2. Автодорожные и городские мосты и прочие сооружения.

Рассчитаны тротуары и остальные элементы, кроме тротуаров.

Нагрузка от пешеходов принимается в зависимости от рассчитываемого элемента: чем больше вероятность загружения этого элемента, тем больше нагрузка.

Различают следующие нагрузки от пешеходов:

1. Вертикальная, равномерно распределенная по площади, интенсивностью 400 кг/м². На эту нагрузку рассчитаны полностью пешеходные мосты, а для остальных мостов – только элементы тротуаров.

2. Равномерно распределенная вертикально по площади, интенсивностью

p = 400 – 2 ^.  λ  кг/м²

p = 3,92 – 0,0196 λ    кПа

На эту нагрузку рассчитаны все мосты и путепроводы (кроме пешеходных и тротуаров). Это нагрузка зависит от длины загружения моста (тротуара пешеходами), причем интенсивность снижается с увеличением длины тротуара, что объясняется другими нагрузками, учитываемыми совместно.

3. Тротуар – пространство, отведенное для передвижения людей.

Вертикальная и горизонтальная нагрузка на перила:

а) городских мостов – равномерно распределенная нагрузка, интенсивностью 100 кг на погонный метр перил;

б) автодорожных мостов – сосредоточенная сила 130 кг

Это одна единственная из всего перечня, входящая в № 7, которая имеет горизонтальную составляющую. Все остальные – вертикальную.

Эта нагрузка вызвана возможностью опирания людей на перила. Направлена от моста в сторону реки.

4. Вертикальная сосредоточенная, но по площади 15 х 10 см

- для городских мостов – 1 т;

- для всех остальных     -  350 кг.

Ограждения для тротуаров – перила.

При переходе от нагрузки, распределяемой по площади, к нагрузке погонной, необходимо интенсивность нагрузки умножать на ширину рассчитываемого элемента, и тогда найдем погонную нагрузку.

Нагрузка от пешеходов, как и любые временные нагрузки, создает динамичность воздействия и может отклоняться от нормативного значения.

ﻻ_f  = 1,4  - для нагрузки № 1

         1,2 – при учете пешеходной нагрузки, совместно с другими

ﻻ_f  = 1     - ко всем остальным (№№ 3, 4)

Все остальные временные нагрузки, создаваемые нагрузкой № 7, являются горизонталями и производными от нее. К ним относятся  8-11.

№ 8 – давление грунта от подвижного состава

8а)  - на устои

8б) – на трубы

Методика расчета этой нагрузки изложена в приложении

№ 9 – центробежная нагрузка на мосты, расположенная на кривых  R ≤ 600 м.

Принимаем с каждого ряда движения в виде равномерно распределенной нагрузки с учетом коэффициента S_i, направлена от центра кривой и приложена на 1,5 м  выше ПЧ.

Для  R от 0 до 250 м

ύ_h = p/ λ ^.  К

R = ≥ 250; ≤  600 м

М_h  =          ^М х К

                ^{R х}  λ

где: К – класс нагрузки

       λ  - длина нагружения

       R – радиус

       P – сила, равная 0,45 т

       М – момент, равный 110 т.с/м

Полученные значения интенсивности центробежной нагрузки должны быть в пределах

   1,3

   R      ^х   К (тс/м) ≥ ύ_h  > 0,05 х К (т.с/м)

Нагрузка № 10 – поперечные толчки и удары. Учитывается только от нагрузки АК.

Возникает вследствие внезапного резкого изменения траектории движения транспортного средства и учитывается

1. Как горизонтальная поперечная нагрузка, направленная поперек сооружения в уровне ПЧ.

2. При расчете ограждений как горизонтальной и продольной нагрузки.

В одном слое это представляет собой равномерно распределенную, интенсивностью 0,04 К т.с/м, или сосредоточенную силу 0,6 К.

На эту нагрузку (на большую из них) рассчитаны пролетные строения, опоры и прочие элементы моста.

Во втором слое при расчете ограждения эта нагрузка зависит от вида ограждения. Для железобетонных сплошных ограждений ее принимают в виде горизонтально-поперечной нагрузки, равной 1,2 К тс. Распределена на длине 1 м и приложена на высоте 2/3 ограждения от уровня ПЧ.

Для металлических барьерных ограждений эта нагрузка прикладывается на стойки в виде продольной и поперечной нагрузки и приложенной в уровне верха ограждения.

Значение нагрузки:

- поперек сооружения – 0,45 К тс

- вдоль проезда            - 0,25 К тс

Расстояние между стойками – 2,5-3 м

Если металлический брус ограждения непрерывный, то нагрузку, которая действует вдоль, можно распределить на 4 рядом расположенные стойки.

Бордюры

Поперечная нагрузка 0,6 К тс, приложенная горизонтально по длине 0,5 м в уровне верха бордюра.

Из этого перечня нагрузок видно, что эти нагрузки отображают реальное движение транспортного средства (нагрузка АК).

1 сл. – эта нагрузка возникает при изменении траектории движения, но автомобиль или нагрузка не наезжает на ограждение.

2 сл. – эта нагрузка прямо возникает при наезде на ограждение. И на нее другие элементы, кроме самих ограждений, не просчитывают.

Нагрузки НГ-60, НК-80 и одиночная ось не учитываются по двум причинам:

1 причина – они двигаются с медленной скоростью, следовательно резких изменений траектории быть не может.

2 причина – они очень велики.

Нагрузка № 11 – тормозная нагрузка или сила тяги – горизонтальная, продольная нагрузка. Ее принимают с одного направления нагрузки с учетом коэффициента C₁ (коэффициент, учитывающий вероятность полного нагружения).

Нагрузка принимается равной 50% от веса колейной части нагрузки АК. Приложена в уровне 1,5 м от ПЧ, но существуют исключения для балочных разрезных конструкций:

- для устоев в уровне ПЧ;

- для промежуточных опор – в уровне верха подферменной площадки.

Вдоль моста направлена в любую сторону.

Прочие временные нагрузки

1. (12) Ветровая нагрузка

Направлена перпендикулярно сооружению, к его боковой поверхности, наиболее возможной. Представляет собой равномерно-распределенную горизонтальную нагрузку.

Для мостов за площадь обычно принимается фасад моста, начиная от ГМВ. Продольную нагрузку на мост принимают равной 20% от поперечной.

Интенсивность ветровой нагрузки определить довольно сложно. (п.2.24).

Но для предварительных расчетов с достаточной точностью можно принять при проектировании индивидуальных, нетиповых конструкций.

60 кг на 1 м² – при загружении нагрузкой № 7

100 кг на 1 м² – при незагружении (при отсутствии нагрузки № 7).

2. (13) Ледовая нагрузка

Действует только на опоры мостов. Порядок расчета – см. приложение10.

Приложена горизонтально, по периметру опоры.

На 0,3 t ниже уровня воды, при котором рассматривается эта нагрузка.

Обратите внимание на лекцию "4 Физические эффекты в проводниках".

t – расчетная толщина льда, равная 0,8 от max за зимний период.

При расчете ледовой нагрузки возникает 2 варианта:

1. Наибольшая прочность льда при первой подвижке льда. Высота приложенной нагрузки относительно дна минимальна.

2. Прочность льда минимальна при высоком ледоходе. И отметка наивысшая относительно льда.

Нагрузка от льда возникает или при остановке ледяного поля или при разрушении льдины об опору.

Определив эти 2 нагрузки, к дальнейшим расчетам берут наименьшее из этих значений.