Содержание к диссертации
Введение
1 Грузоподъемность сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, эксплуатирующихся на сети ж.д. России :..8
1.1 Краткая характеристика сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов 8
1.1.1 Появление и развитие «объединенных» конструкций 10
1.1.2 Конструкции сталежелезобетонных пролетных строений 12
1.1.3 Особенности работы 18
1.1.4 Техническое состояние 20
1.2 Оценка несущей способности 23
1.2.1 Оценка несущей способности по нормативным документам 23
1.2.2 Существующие предложения по оценке несущей способности 26
1.2.3 Оценка работы сооружения по показатели надежности 28
1.2.4 Влияние состояния мостового полотна и швов омоноличивания на безотказность работы главных балок 29
1.3 Цель и задачи исследования 31
2 Полномасштабное обследование и натурные испытания сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов 33
2.1 Общая характеристика обследованных и испытанных пролетных строений 33
2.2 Полномасштабное обследование сталежелезобетонных пролетных строений 37
2.2.1 Проведение работ по обследованию 37
2.2.2 Результаты обследования 40
2.3 Испытания сталежелезобетонных пролетных строений 51
2.3.1 Проведение испытаний 51
2.3.2 Результаты испытаний 54
2.4 Выводы по разделу 55
3 Обоснование методики определения грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений 58
3.1 Общие предпосылки 58
3.2 Определение грузоподъемности 59
3.3 Определение степени включения плиты в совместную работу с главными балками 65
3.4 Определение доли временной нагрузки 72
3.5 Автоматизация расчетов грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов 77
3.5.1 Классификация плиты балластного корыта («KLASSPBK») 78
3.5.2 Классификация главных балок («KLASS GB») 79
3.6 Выводы по разделу 81
4 Влияние состояния мостового полотна и швов омоноличивания плиты балластного корыта на надежность главных балок сталежелезобетонных пролетных строений 83
4.1 Вероятностный расчет безотказности сталежелезобетонных пролетных строений 83
4.1.1 Статистические характеристики параметров расчета 87
4.1.2 Методика расчета 90
4.2 Уточнение границ для относительных показателей безотказности работы сталежелезобетонных пролетных строений 93
4.2.1 По параметрам мостового полотна 95
4.2.2 По прочности бетона омоноличивания швов 99
4.2.3 По степени разрушения швов омоноличивания 102
4.3 Предложения по нормированию состояния мостового полотна и швов омоноличивания плиты балластного корыта сталежелезобетонных пролетных строений 107
4.3.1 Толщина балласта и эксцентриситет пути 107
4.3.2 Прочность бетона омоноличивания швов 108
4.3.3 Степень разрушения бетона омоноличивания швов 109
4.3.4 Степень развития дефектов 110
4.3 Выводы по разделу 110
Заключение 112
Литература 116
Приложение 125
- Оценка несущей способности
- Полномасштабное обследование сталежелезобетонных пролетных строений
- Определение грузоподъемности
- Уточнение границ для относительных показателей безотказности работы сталежелезобетонных пролетных строений
Введение к работе
Актуальность проблемы. На всей протяженности железных дорог России эксплуатируется более тысячи сталежелезобетонных железнодорожных пролетных строений. Более 75% из них эксплуатируются на участках бывшей Байкало-Амурской магистрали (БАМ).
Классификация по грузоподъемности разрезных
сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов с одной плитой в сжатой зоне в настоящее время проводится в соответствии с основными положениями СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы», а также отдельными рекомендациями Руководства по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений и Руководства по определению грузоподъемности металлических пролетных строений. Однако указанные нормативные документы не учитывают конструктивные особенности сталежелезобетонных пролетных строений и специфические повреждения, появляющиеся в конструкциях при эксплуатации.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена очевидной
необходимостью разработки методики определения
грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений
железнодорожных мостов, как одной из составляющей общей системы
оценки технического состояния, которая должна предоставить
возможность количественно оценить влияние всех дефектов и
повреждений, так или иначе оказывающих воздействие на несущую
способность исследуемых конструкций. Требования к
эксплуатационным параметрам должны быть основаны на результатах научных исследований в области надежности мостов, а оценка технического состояния производиться по показателям надежности. Кроме того, актуальность исследования подтверждается планами ОАО «РЖД» в отношении Байкало-Амурской магистрали. В транспортной стратегии до 2030 г. БАМ отмечен как участок одного из приоритетных грузовых направлений.
Цель и задачи исследования. Целью исследовании является уточнение оценки грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, учитывающей их техническое состояние и эксплуатационные параметры; обоснование нормативных требований к мостовому полотну и швам омоноличивания на основе оценки технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений по параметрам надежности. Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:
1. Провести полномасштабные обследования и испытания
сталежелезобетонных пролетных строений для выяснения их
фактического технического состояния.
На основе проведенных обследований и испытаний разработать численные модели сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов с учетом особенностей их работы и эксплуатации и выявить основные закономерности работы изучаемых конструкций.
Используя полученные закономерности, разработать методику расчета грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов.
Создать программный комплекс для автоматизированных расчетов грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов.
Составить алгоритмы и выполнить вероятностные расчеты сталежелезобетонных пролетных строений, по результатам которых сделать предложения по корректировке нормативных требований к состоянию мостового полотна и швам омоноличивания.
Научная новизна работы:
Впервые получены результаты полномасштабных обследований и испытаний сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов.
Решен вопрос учета степени включения железобетонной плиты балластного корыта в совместную работу с главными балками.
Назначены границы степени развития дефектов мостового полотна и швов омоноличивания при выполнении оценки технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений по параметрам надежности.
Достоверность полученных результатов обусловлена использованием методов исследования и математических моделей, широко применяемых в науке, а также при проектировании, расчетах и испытаниях мостовых конструкций.
Практическая ценность и внедрение. Предлагаемая методика оценки грузоподъемности эксплуатируемых сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов учитывает особенности работы элементов конструкций, степень развития повреждений, появляющихся в процессе эксплуатации и влияющих на несущую способность. Установленные автором требования к состоянию мостового полотна и швов омоноличивания плиты балластного корыта при их соблюдении позволят поддерживать
требуемый уровень надежности сталежелезобетонных пролетных строений мостов.
Разработанная Методика определения грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений железнодорожных мостов внедрена и применяется на железных дорогах бывшей Байкало-Амурской магистрали. Результаты исследований, выполненных автором, используются в учебном процессе кафедры «Мосты» Сибирского государственного университета путей сообщения по дисциплине «Грузоподъемность мостов».
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на:
- научно-технической конференции «Наука и молодежь XXI века»
в Новосибирске, 27-28 октября 2005 г.;
Международной научно-практической конференции
«Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе. Кадровое и научно-техническое обеспечение процессов интеграции в мировую транспортную систему» в Новосибирске, 2007 г.;
VII Международной научно-практической конференции «Проблемы прочности материалов и сооружений на транспорте» в Санкт-Петербурге, 23-24 апреля 2008 г.;
- Всероссийской научно-практической конференции с
международным участием «Научно-техническое и экономическое
сотрудничество стран АТР в XXI веке» в Хабаровске, 22-24 апреля
2009 г.;
- объединенном научном семинаре семи кафедр СГУПСа
(Новосибирск, сентябрь 2009 г.).
По теме диссертации опубликовано 8 работ.
На защиту выносятся:
1. Методика определения грузоподъемности сталежелезобетонных
пролетных строений железнодорожных мостов.
Предложения по учету степени включения железобетонной плиты балластного корыта в совместную работу с главными балками.
Назначение границ степени развития дефектов мостового полотна и швов омоноличивания при выполнении оценки технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений по параметрам надежности.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах, содержит 58 рисунков, 24 таблицы и 1 приложение.
Оценка несущей способности
Исторически методы оценки несущей способности эксплуатируемых сооружений претерпели ряд изменений: от допускаемых напряжений и разрушающих усилий до метода предельных состояний. В 40-х и 50-х годах прошлого столетия сталежелезобетонные балки рассчитывали в предположении упругой работы стали и бетона. Расчеты по предельному равновесию сечения, принятые для всех железобетонных балок, для сталежелезобетонных пролетных строений имели весьма ограниченное распространение.
В результате исследований, проведенных в начале 60-х годов Н. Н. Стрелецким [81], в СН 200-62 и ВСН 92-63 [82, 83] «был регламентирован расчет, предусматривающий возможность развития быстротечных пластических деформаций бетона в предельном состоянии и весьма ориентировочно учитывающий также ограниченное развитие пластических деформаций в стальных поясах».
На сегодня, действующие нормы проектирования [75] сталежелезобетонных пролетных строений мостов определяют предельное состояние конструкций по прочности как потерю эксплуатационной пригодности, связанную с развитием пластических деформаций в поясах металлических балок при не разрушенной еще железобетонной плите. Современный расчет по прочности сводится к проверке относительных деформаций в определенных фибрах поперечного сечения. В качестве критерия предельного состояния по прочности для бетона плиты, включенной в работу с главными балками, выступают предельные деформации, возникающие в уровне центра тяжести сечения бетона плиты, а не предельные напряжения (предел прочности бетона). Соответственно предельное неравенство можно записать следующим образом:
Для стальных поясов можно было бы записать аналогичные предельные неравенства, однако непосредственно в расчетах их не используют. Расчет на прочность стальных поясов осуществляется в традиционной форме проверки напряжений, но с введением поправочных коэффициентов к моментам сопротивления или расчетным сопротивлениям, за счет которых расчет сводится к деформационному критерию предельного состояния.
При расчетах работа железобетонной плиты в составе пролетного строения учитывается воздействием на стальную балку разгружающей силы Nbr, равной внутреннему сжимающему осевому усилию в железобетоннойплите и вызывающей в стальной балке растягивающее осевое усилие и отрицательный изгибающий момент.
При принятых предпосылках работы материалов (стали, бетона) и критериях предельного состояния возможны три основных расчетных случая (А, Б и В рисунок 1.7) проверки прочности составной сталежелезобетонной балки. В случае «А» стальная и железобетонная части конструкции работают упруго; в случае «Б» стальная часть конструкции и продольная арматура железобетонной плиты работают упруго, а бетон - в пластической стадии; в случае «В» стальная часть конструкции работает упруго, а железобетонная в пластической стадии.
Для определения расчетного случая необходимо вычислить напряжения в бетоне на уровне центра тяжести сечения плиты и в арматуре в предположении упругой работы, но с учетом ползучести бетона:где Оь.кг - напряжения на уровне центра тяжести бетона от его ползучести; агкг — напряжения в арматуре от ползучести бетона; М2 - изгибающий момент второй стадии работы. случаях А, Б и В проверки прочности сталежелезобетонного сечения
Если аь т}Дь используют случай «А», при ab mi,Rb предполагается пластическая работа бетона с прямоугольной эпюрой напряжений. Если при этом аг т,Лг, имеет место случай «Б», а в противном - случай «В», предполагающий работу продольной арматуры в пластической стадии.
Таким образом, напряжения в бетоне выступают всего лишь критерием расчетного случая и не являются самостоятельным показателем предельного состояния, как железобетонной плиты, так и балки в целом. Однако фактическое напряженно-деформированное состояние конструкции на стадии эксплуатации может существенно отличаться от принятого в действующих нормах [75]. Результаты обследований и испытаний сталежелезобетонных пролетных строений указывают на необходимость рассмотрения пролетных строений как пространственных структур. При определении допускаемой временной нагрузки необходима информация о величине фактических напряжений, действующих в конструкции на данный момент времени, которая говорит об остаточном ресурсе прочностиматериала, от чего в конечном итоге зависит принятие решений по обеспечению несущей способности пролетных строений.
Полномасштабное обследование сталежелезобетонных пролетных строений
Обследование сталежелезобетонных пролетных строений проводилось с целью выявления дефектов и неисправностей конструкций и степени их развития, влияющих на грузоподъемность. В состав обследовательских работ входило изучение имеющейся технической документации по сооружениям и результатов предыдущих обследований, инструментальная съемка плана и профиля рельсового пути и профиля металлических балок пролетных строений по нижним поясам, освидетельствование состояния конструкций пролетных строений, опорных частей и мостового полотна.
При подготовке и проведении работ по обследованию сталежелезобетонных пролетных строений мостов была изучена имеющаяся в мостостанциях и дистанциях пути техническая документация. Особое внимание было обращено на данные об изменении прогибов балок за время наблюдений, на сведения о ремонтных работах по замене или восстановлению бетона омоноличивания швов плит балластного корыта (в частности - выполнялись ли такие работы с полным или частичным снятием балласта, т.е. с разгрузкой пролетного строения).
Работы по обследованию включали в себя освидетельствование состояния основных несущих конструкций (железобетонной плиты балластного корыта и стальных балок) и состояния мостового полотна в переделах сталежелезобетонных пролетных строений.
При обследовании мостового полотна были проведены следующие виды работ: - съемка (нивелирование) продольного профиля рельсового пути; - определена толщина балласта под левым и правым концами шпал в начале, середине и конце пролетного строения путем нивелирования взаимного положения шпал и бортов балластного корыта в характерных сечениях; - определены эксцентриситеты пути в начале, середине и конце пролетного строения, с непосредственным указанием направления кривой (если мост располагался на кривой); - описание состояния балластной призмы (тип балласта, загрязненность балласта, наличие выплесков, наличие и величина плеч балластной призмы, крутизны откоса балластной призмы, выходы на тротуары и т.д.). В ходе выполнения работ по освидетельствованию состояния основных несущих конструкций фиксировалось соответствие размеров элементов пролетных строений типовому проекту, проводился контроль свободы перемещения торцов ПС, а так же съемка (нивелирование) профиля главных балок пролетных строений по верхней поверхности нижнего горизонтального листа.
При детальном осмотре металлических балок особое внимание было обращено на следующие неисправности: - наличие трещин (в том числе Т9, ТІ О, Т6, Т4 и др.), вырезов, разрывов; - наличие общих деформаций конструкций, местных деформаций и погнутостей элементов верхнего пояса и стенок балок, влияющих на несущую способность и эксплуатационные качества пролетных строений; - отсутствие отдельных элементов или необходимых соединений; - некачественное выполнение болтовых и заклепочных соединений (ослабление, отсутствие болтов или заклепок и др.), включая крепления упоров железобетонной плиты; - неплотность прилегания стальных фланцев крепления упоров плиты к верхнему поясу балок в случае применения плит на гибких упорах. При осмотре железобетонной плиты балластного корыта внимание акцентировалось на наличии: - отклонений от проектных размеров и положения; - раковин, морозного разрушения бетона, механических повреждений; - растрескивания и отслоения защитного слоя бетона, трещин различного характера в плите (величина, характер расположения), коррозии арматуры; - объединения арматуры в поперечных швах омоноличивания блоков сборной плиты (в случае возможности визуального осмотра при разрушении швов); - нарушений гидроизоляции плиты балластного корыта и водоотвода (обводнение, выщелачивание, разрушение бетона по швам и плите); - повреждений в зонах объединения плиты и главных балок (трещины, сколы); - повреждений бетона омоноличивания поперечных швов (поперечные трещины по контакту бетона омоноличивания швов и бетона плит с указанием величины раскрытия; вывалы бетона с указанием площади и глубины повреждения и т.д.), свидетельствующих о возможном снижении степени включения плиты в совместную работу с главными балками пролетного строения; Кроме этого, были выполнены измерения прочности бетона плит балластного корыта и всех швов омоноличивания, как правило, на участке между стальными балками. Измерения выполнялись по нижней поверхности плит неразрушающим ударно-импульсным методом с помощью приборов «ОНИКС-2.4», ИПС-МГ4 и склерометра Шмидта. При этом роизводилось не менее 10 ударов по заранее подготовленной (выровненной) поверхности.
Определение грузоподъемности
Определение грузоподъемности сталежелезобетонных пролетных строений включает расчеты в сечениях плиты балластного корыта и главных балок.
Оценка грузоподъемности плиты балластного корыта выполняется согласно Руководству по определению грузоподъемности железобетонных пролетных строений [72] при фактических значениях прочности бетона плит, толщинах балласта и эксцентриситетах пути. Расчет грузоподъемности по прочности плит балластного корыта по изгибающему моменту М и поперечной силе О выполняется как для монолитной плиты согласно указаниям п.п. 4.2 - 4.5 Руководства [72] в зависимости от наибольшего эксцентриситета пути е и фактических толщин балласта под шпалой h0. Расчетная схема плиты балластного корыта представлена на рисунке 3.1.Рисунок 3.1 — Расчетная схема плиты балластного корыта
Методика оценки грузоподъемности главных балок СтЖБ ПС железнодорожных мостов основана на определении допускаемой временной нагрузки на конструкцию в соответствии с методологией, описанной в СНиП [75] и принятых предпосылках (п.3.1).
Предельно допустимая величина временной нагрузки из условия ограничения нормальных напряжений в верхнем поясе стальной балки расчетными сопротивлениями определяется по формуле: где Є/t - коэффициент, учитывающий долю временной нагрузки, приходящейся на одну балку; пк, п\, п2 — коэффициенты надежности к нагрузкам; Q - площадь линии влияния изгибающего момента в сечении; %з — поправочный коэффициент к моменту сопротивления при расчете прочности стального пояса на совместное действие изгибающего момента и осевой силы; т = 0.9 — коэффициент условий работы стальной конструкции принимается согласно п. 4.19 [75]; Ry2 - основное расчетное сопротивлениеметалла листов верхнего пояса; Nbr - нормальная разгружающая сила; пц — коэффициент, учитывающий разгрузку стального верхнего пояса (ипримыкающей к нему зоны стенки) прилегающим к нему недонапряженным бетоном при достижении напряжений в металле предела текучести; As -площадь сечения стальной балки; Z — расстояние между центрами тяжести стального сечения и железобетонной плитой; Ws2tS — момент сопротивления верхнего пояса стального сечения; ер — коэффициент, учитывающий долю постоянной нагрузки, приходящейся на одну балку; pst, pb — постоянные нагрузки от собственного веса части пролетного строения и собственный вес железобетонной плиты балластного корыта; /?3 - постоянные нагрузки от собственного веса перил, тротуаров и других элементов конструкции, монтируемых после включения плиты в совместную работу со стальными балками; рЬаГ - постоянная нагрузка от веса балласта с частями пути.
Предельно допустимая временная нагрузка для нижнего поясастальной балки определяется по формулегде Ryl - расчетное сопротивление листов нижнего пояса; WsitS - момент сопротивления нижнего пояса стального сечения.
Предельно допустимая временная нагрузка для бетона плитыопределяется прямым расчетом, исходя из предположения достижения бетоном плиты предельно возможных деформаций в уровне центра тяжести его поперечного сечения, по формулегде Es - модуль упругости металла стальной балки; К - коэффициент, учитывающий увеличение относительных деформаций бетона при развитии ограниченных пластических деформаций в прилегающем к нему стальном верхнем поясе; W - условный момент сопротивления на уровне центра тяжести сечения бетона плиты; Nkbr— нормальная разгружающая сила,вычисляемая при Оь — тьК-ь исг = mrRr.
В формулах (3.1) и (3.2), когда усилие в железобетоне не зависит от развития пластических деформаций в стали, к моментам сопротивления Ws2,s и Wsjs введен поправочный коэффициент Хз, приводящий расчет прочности стальных балок при совместном действии изгибающего момента и осевой силы к критерию предельной относительной пластической деформации. Значение коэффициента Хзопределяют согласно п.5.19 [75] по формуле:где Х\ " коэффициент, учитывающий ограниченное развитие пластических деформаций в сечении и определяемый по п.4.26 [75]; х\ - коэффициент, принимаемый по таблице 94 [75].
По данным Н.Л. Чернова и Н.Н. Стрелецкого [87] коэффициент j, вычислен как поправочный коэффициент к моменту сопротивления для приведения к критерию предельной относительной пластической деформации расчета прочности изгибаемого стального двутавра (при отсутствии осевой силы). Коэффициент г] учитывает влияние на развитие пластических деформаций в стальном двутавре осевой силы Nkbr.
Коэффициент ш\ определяют по формуле где тъ — 0,85 - коэффициент условий работы бетона, учитывающий возможное снижение прочности бетона в силу влияния неблагоприятных факторов, трудно поддающихся количественной оценке; Rj, - расчетное сопротивление бетона на сжатие, кгс/см"; ал га - текущие напряжения в бетоне, вычисленные в предположении упругой работы материала; А"ь — приведенная площадь бетона плиты, включаемая в расчет; As2 - площадь сечения верхнего пояса стальной балки. Коэффициент ті учитывает разгрузку стального верхнего пояса (и примыкающей к нему зоны стенки) прилегающим недонапряженным бетоном при достижении напряжениями в этих стальных частях предела текучести и удерживающее влияние недонапряженного бетона на развитие в них пластических деформаций. При полном использовании бетона, т.е. при ob wibRb, принимают оь = тъЯь и т} = 1,0. Величину Хз/ 1 принимают не менее 1,0. Поправочный коэффициент К, учитывающий увеличение относительных деформаций бетона при развитии ограниченных пластических деформаций в прилегающем к нему стальном верхнем поясе, принимают согласно п.5.19 [75] при величине разгружающей силы Nkbr, вычисляемой при ab = mbRb и аг = mrRr. Нормальную разгружающую силу вычисляют по формуле где Аг — площадь арматуры плиты, см"; зг mrRr - текущие напряжения в арматуре, вычисленные в предположении упругой работы материала, кгс/см"; тг — 0.95 - коэффициент условий работы арматуры; Rr - расчетное сопротивление арматуры, кгс/см"; к Ц - коэффициент, учитывающий степень включения плиты балластного корыта в совместную работу со стальными балками, для пролетных строений, на которых не проводились натурные испытания, принимается kfr-\, для остальных случаев см. п.3.3 настоящей диссертации. В формулах (3.1) и (3.2), если напряжения в бетоне аь, вычисленные в предположении упругой работы, превышают mbRb, то принимают jb — гпьЛь-Если напряжения в арматуре, вычисленные в предположении упругой работы, превышают т,Яг, то принимают а,. = mrRr. Напряжения в бетоне определяют по формуле где Gt,,h- - напряжения на уровне центра тяжести бетона от его ползучести; М2 — изгибающий момент второй стадии работы; «6 = — - коэффициент Еь приведения, где Es и Еь - модули упругости стали и бетона соответственно; Wb,4tb = —— _ момент сопротивления, где Istb - момент инерции b,stb сталежелезобетонного поперечного сечения балки, приведенного к стали; Zb.stb - расстояние между центрами тяжести объединенного и стального сечений.
Уточнение границ для относительных показателей безотказности работы сталежелезобетонных пролетных строений
Безотказность, как количественная характеристика, под которой понимают вероятность безотказной работы в течение заданного срока, может быть использована и как характеристика надежности по безопасности. Относительным показателем надежности элемента сооружения является Балл, значение которого зависит от наличия и количества дефектов, влияющих на безотказность, долговечность, ремонтопригодность и другие параметры надежности. Для конструкций с дефектами различных категорий существуют математические зависимости величины относительного показателя надежности (балла элемента сооружения) от вероятности его безотказной работы [7]. Соответствующие данные приведены в таблице 4.2. При выполнении оценки технического состояния сталежелезобетонных пролетных строений по параметрам надежности необходимо знать границы значений параметров мостового полотна и швов омоноличивания, соответствующих дефектам различных категорий опасности. Эти границы можно определить на основе проведения расчетов вероятности безотказной работы, описанных в пп.4.1.1 и 4.1.2, и затем сопоставить результаты расчетов с данными таблицы 4.2. Таким образом, становится возможным определение предельно допустимых величин толщины балласта под шпалой и отклонения оси пути от оси пролетного строения (эксцентриситета пути), площади поперечного сечения и прочности бетона омоноличивания швов. Результаты расчетов вероятности безотказной работы по изменению параметров мостового полотна (средней толщины балласта под шпалой и суммарного эксцентриситета пути) для пролетных строений типового проекта инв. № 739 в зависимости от расчетной величины временной нагрузки приведены на графиках рисунков 4.3 ... 4.8. На графиках нанесены также линии, соответствующие уровню безотказности для конструкций, находящихся в хорошем (дефекты I категории), удовлетворительном (дефекты II категории) или неудовлетворительном состоянии (дефекты III категории). Рассматривались пять типов пролетных строений, запроектированных по типовому проекту инв. № 739 (пролетные строения с Lp = 18,2 м не участвовали в рассмотрении из-за малого количества). Для каждого типа пролетных строений была произведена серия из восьми расчетов на различные сочетания средней толщины балластной призмы от 20 (проектная величина) до 80 см и суммарного эксцентриситета пути (е = еи +2-ес +ек) от 0 до 60 см. Результаты соответствующих расчетов вероятности безотказной работы главных балок приведены на рисунках 4.7 и 4.8, а критические значения параметров мостового полотна— в таблице 4.3. Таблица 4.3 — Критические значения средней толщины балласта под шпалой, соответствующие различным уровням технического состояния Расчетная длинапролетных строений,м Нагрузка Средняя толщина балласта под шпалой,Нь ср, см Отличное Хорошее Удовл. Неудовл. 23.0 Отдаленной перспективы 20 30 40 II категория 30 50 80 III категория 40 60 80 IV категория 50 70 80 80 Продолжение таблицы 4. Расчетная длина пролетных строений,м Нагрузка Средняя толщина балласта под шпалой,Нь.ср, см Отличное Хорошее Удовл. Неудовл. 27.0 Отдаленнойперспективы 20 30 50 II категория 30 50 70 III категория 40 60 80 IV категория 50 70 80 80 33.6 Отдаленной перспективы 20 20 35 II категория 20 30 50 III категория 20 30 50 IV категория 30 50 70 80 45.0 Отдаленной перспективы 30 40 50 II категория 40 60 70 III категория 40 60 70 IV категория 50 70 80 80 55.0 Отдаленной перспективы 20 30 40 II категория 30 40 50 III категория 30 50 60 IV категория 40 60 70 70 4.2.2 По прочности бетона омоноличивания швов Результаты расчетов вероятности безотказной работы по изменению прочности бетона омоноличивания швов плит балластного корыта (с учетом или без объединения продольной арматуры в стыках) для пролетных строений типового проекта инв. № 739 в зависимости от расчетной величины временной нагрузки приведены на графиках рисунков 4.9 ... 4.10. Как и в предыдущем случае рассматривались пять типов пролетных строений, запроектированных по типовому проекту инв. № 739. Для каждого типа пролетных строений была произведена серия из шестнадцати расчетов для бетонов классов ВЗ,5...В55. Расчеты производились как с учетом работы продольной арматуры в швах омоноличивания, так и без нее. 1,000000Л іл с IT. vi іл с л о vl г Г 5 f"» t-- Классы бетона швов омоноличивания —4— Отдаленной перспективы —«— П категорій —Л—Ш категория —— IV категория
Рисунок 4.10 - Зависимость вероятности безотказной работы по грузоподъемности от класса бетона омоноличивания швов без учета продольной арматуры Критические значения прочности бетона омоноличивания швов, полученные в результате расчетов вероятности безотказной работы главных балок, приведены в таблице 4.4. Классы бетона швов омоноличиванш 101 Таблица 4.4 - Критические значения прочности бетона омоноличивания швов, соответствующие различным уровням технического состояния Расчетная длина пролетных строений, м Нагрузка Минимальный класс бетона омоноличиванияшвов Рисунок 4.12 - Расчетные сечения для расчетов вероятности безотказной работы по степени разрушения швов омоноличивания для ПС Lp = 45,0 - 55,0 м Степень разрушенности шва омоноличивания Степень разрушенности шва омоноличивания —Ф - Отдаленной перспективы —Ш— П категория —: -Ш категория — TV категория Рисунок 4.14 - Зависимость вероятности безотказной работы по грузоподъемности от степени разрушения швов омоноличивания (без учета арматуры) Критические значения степени разрушения бетона швов омоноличивания, полученные в результате расчетов вероятности безотказной работы главных балок, приведены в таблице 4.5. 105 Таблица 4.5 — Критические значения степени разрушения бетона омоноличивания швов, соответствующие различным уровням технического состояния Расчетная длина пролетных строений, м Нагрузка Минимальное разрушение бетона омоноличивания швов Отличное Хорошее Удовл. Неудовл. 23.0 Отдаленнойперспективы целый шов целый шов разрушениедо 3-горяда II категория разрушениедо 4-горяда - III категория IV категория 27.0 Отдаленной перспективы целый шов целый шов разрушениедо 3-горяда II категория разрушениедо 4-горяда - III категория IV категория 33.6 Отдаленной перспективы целый шов целый шов разрушениедо 2-горяда разрушениедо 3-горяда II категория разрушениедо 4-горяда - III категория разрушениедо 1-горяда разрушениедо 3-горяда IV категория разрушениедо 2-горяда разрушениедо 3-горяда разрушение до 4-го ряда 45.0 Отдаленной перспективы целый шов разрушениедо 3-горяда - II категория III категория IV категория 55.0 Отдаленной перспективы целый шов целый шов разрушениедо 2-горяда II категория разрушениедо 2-горяда разрушениедо 3-горяда III категория разрушениедо 3-горяда IV категория разрушениедо 3-горяда - 106 4.3 Предложения по нормированию состояния мостового полотна и швов омоноличивания плиты балластного корыта сталежелезобетонных пролетных строений Проведенные расчеты позволили определить значения параметров мостового полотна и швов омоноличивания плиты балластного корыта для всех типов пролетных строений, изготовленных по типовому проекту инв. №739, соответствующие дефектам различных категорий. Дефекты I категории оказывают незначительное влияние на эксплуатационные характеристики сооружения [7], поэтому предельно допустимые значения искомых параметров были определены по границе перехода пролетного строения в удовлетворительное состояние (с дефектами II категории), т.е. при вероятности безотказной работы 0,9850. 4.3.1 Толщина балласта и эксцентриситет пути Согласно требований действующей инструкции по содержанию искусственных сооружений [38, 39] для мостов: - расположенных на прямых участках пути, не допускается толщина балласта более 40 см, а отклонение оси пути от оси пролетного строения на величину более 5 см; - расположенных на кривых участках пути, толщина балласта под шпалой должна быть в пределах 22...52 см, а эксцентриситеты пути не должны выходить за рамки проектных значений более чем на 3 см. Проведенные расчеты вероятности безотказной работы главных балок сталежелезобетонных пролетных строений при различных толщинах балласта и эксцентриситетах пути показали следующее. Главные балки исследуемых пролетные строений практически не чувствительны к изменению эксцентриситета пути. Падение безотказности при увеличении суммарного эксцентриситета пути е таково, что даже при 107 максимальных величинах е вероятность безотказной работы главных балок пролетных строений находится в пределах, соответствующих хорошему состоянию (рисунки 4.3 и 4.4). Учитывая результаты выполненных
