РУКОВОДСТВО по определению грузоподъемности опор железнодорожных мостов

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1995

Содержание

Приведены основные положения, нормы и методические указания по определению грузоподъемности опор эксплуатируемых железнодорожных мостов. Изложенные нормы и методы расчета предназначены для классификации массивных мостовых опор, сооруженных из монолитного или сборного бетона, железобетона, каменной или кирпичной кладки, но могут быть распространены и на сквозные железобетонные или металлические мостовые опоры.

Расчетные формулы выведены на основе действующих корм расчета инженерных сооружений по предельным состояниям.

Руководство составили В.В. Пименов и А.Ф. Лунин (Гипротранспуть).

В состав Руководства включены (в виде Приложений) систематизированные данные по основным типам мостовых опор, металлических и железобетонных пролетных строений, составленные Лобановым А. Е. (MИИТ) и Антиповым А.С. (ВНИИЖТ).

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство по определению грузоподъемности опор эксплуатируемых железнодорожных мостов разработано на основе принципа классификации и методики расчета сооружений по предельным состояниям первой группы с сохранением единичной эталонной нагрузки по схеме Н1. Использование общего принципа классификации и эталонной нагрузки Н1 позволяет сравнивать классы опор с классами подвижного состава определяемыми в соответствии с Руководством по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам.

Расчетные сопротивления кладки мостовых опор, грунтовых оснований и другие нормативы, заложенные в Руководстве, приняты на основе изучения и обобщения многолетнего опыта эксплуатации мостовых опор и научно-исследовательских работ, проведенных МИИТом, ЛИИЖТом и др.

В Руководстве обобщены и обоснованы особенности классификации мостовых опор проявившиеся в наибольшей степени при расчете грузоподъемности устоев. Основные положения и принципиальные вопросы методики классификации мостовых опор рассмотрены комиссией инженерных сооружений и строительства научно-технического совета МПС.

Замечания, отзывы и вопросы, возникающие при классификации мостовых опор по настоящему Руководству, следует направлять в отдел инженерных сооружений Главного управления пути МПС или в институт Гипротранспуть.

Зам. начальника

Главного управления пути МПС                          А.В. Бушин

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Основные положения классификации опор по грузоподъемности

1.1. В соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации (п. 3.11) все мосты должны быть проклассифицированы по грузоподъемности. Опоры мостов классифицируют с целью определения условий пропуска по ним различных подвижных нагрузок и решения вопросов, связанных с реконструкцией опор, их усилением, ремонтом или заменой опирающихся на них пролетных строений.

1.2. Классификацию опор осуществляют на основании Основных положений по расчету надежности строительных конструкций и оснований (ГОСТ 27751-88) по предельным состояниям первой группы. Классификация подвижных нагрузок по воздействию их на опоры выполняется на основании Руководства по определению грузоподъемности металлических пролетных строений железнодорожных мостов и Руководства по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам с учетом динамических коэффициентов, применяемых по п. 1.6 настоящего Руководства.

Руководство разработано применительно к массивным однопутным и многопутным мостовым опорам из монолитного или сборного бетона, железобетона, бутовой, кирпичной или каменной кладки, но может быть использовано и для классификации сквозных металлических или железобетонных мостовых опор.

1.3. При определении грузоподъемности опор следует учитывать:

конструкцию и размеры опор, их оснований и фундаментов;

способы и условия возведения;

прочностные характеристики материалов всех частей опор;

физико-механические характеристики грунтов в основании опор и подходных насыпей в пределах призмы обрушения;

физическое состояние опор в надводной и подводной части, т.е. наличие в них повреждений, появившихся в процессе эксплуатации, атмосферных воздействий и других причин, а также вследствие конструктивных и строительных недостатков и дефектов;

поведение опор под поездными нагрузками в период паводков, ледоходов и других воздействий;

эффективность и качество проведенных ремонтов.

1.4. Грузоподъемность мостовых опор определяется по предельным состояниям:

на прочность кладки тела опоры и фундамента;

на прочность грунтового основания с проверкой положения равнодействующей нагрузок в уровне подошвы фундамента;

на устойчивость положения против опрокидывания и сдвига.

За предельное состояние опоры принято достижение в рассматриваемом сечении напряжения, равного расчетному сопротивлению кладки или грунта, а также равенство удерживающих и сдвигающих сил или опрокидывающих и удерживающих моментов. В каждом расчетном сечении опоры грузоподъемность определяется по фактическим размерам поперечных сечений и механическим характеристикам кладки, а в сечении по подошве фундамента - по физико-механическим характеристикам грунтов.

1.5. Для каждого расчетного сечения определяется максимальная интенсивность временной вертикальной равномерно распределенной нагрузки (допускаемая временная нагрузка), которая не превышает предельной нагрузки, вызывающей наступление предельного состояния опоры. Интенсивность допускаемой временной нагрузки k, выраженная в единицах эталонной нагрузки k_н с соответствующим ей динамическим коэффициентом (1 + m), представляет собой класс опоры К в определенном сечении:

                                                                                                            (1.1)

Значения интенсивностей равномерно распределенных нагрузок k и k_н определяются для одной и той же линии влияния (по ее длине и положению вершины). В качестве эталонной нагрузки принимается временная вертикальная нагрузка H1 (приложение 1); динамический коэффициент к этой нагрузке принимается для паровозной тяги по табл. 1.1 соответственно для металла или железобетона.

При одновременном загружении единичной нагрузкой пролетных строений, опирающихся на промежуточную опору с обеих ее сторон (в том числе с разными расчетными пролетами и изготовленными из разных материалов - металла и железобетона), необходимо определить приведенную единичную нагрузку с соответствующим динамическим воздействием:

                                                               (1.2)

где  - приведенная единичная нагрузка с учетом приведенного динамического воздействия; k_н1, k_н2 - эквивалентная нагрузка от загружения единичной (эталонной) нагрузкой треугольных линий влияния с вершиной на опоре (a = 0,0), соответственно для пролета, опирающегося слева (1) и справа (2); l₁; l₂ - длина загружения линий влияния слева и справа от оси опоры; при классификации промежуточных опор она принимается равной расчетному пролету l_р в сумме с длиной консоли продольной балки е_K или l = l_р + е_K; (1 + m)₁; (1 + m)₂ - динамические коэффициенты для соответствующих длин загружения l₁ и l₂ учетом материала пролетных строений.

Таблица 1.1. Значения динамического коэффициента (1 + m₀)

Для расчетных схем с загруженном обоих примыкающих к опоре пролетных строений вычисленное значение  подставляют в формулу (1.1), вместо знаменателя k_н(1 + m).

1.6. Подвижной состав (локомотивы, вагоны, транспортеры, краны и другие нагрузки) классифицируются по воздействию на опоры с выражением эквивалентной нагрузки от подвижного состава k₀ в единицах той же эталонной нагрузки k_н с динамическим коэффициентом (1 + m), что и при определении классов опор. Число единиц эквивалентной подвижной нагрузки, выраженное в долях эталонной нагрузки, является классом подвижного состава K₀:

                                                                                                         (1.3)

где k₀ - эквивалентная нагрузка от классифицируемого подвижного состава, принимаемая по Руководству по пропуску подвижного состава по железнодорожным мостам; (1 + m₀) - динамический коэффициент, характеризующий воздействие подвижного состава на пролетное строение, опирающееся на опору и определяемый по табл. 1.1.

При загружении подвижным составом пролетных строений, опирающихся на промежуточную опору с обеих ее сторон, класс нагрузки определяют с учетом приведенного воздействия на опору классифицируемого подвижного состава. Приведенная эквивалентная нагрузка  определяется по формуле аналогичной (1.2), в которой k_н1 и k_н2 заменяются на k₀₁ и k₀₂, а (1 + m)₁ и (1 + m)₂ на (1 + m₀)₁ и (1 + m₀)₂.

Приведенный класс подвижного состава  определяют по формуле аналогичной (1.3), заменив в ней k₀(1 + m₀) на  и k_н(1 + m) на .

1.7. При определении грузоподъемности устоев используется треугольно-прямоугольная линия влияния (рис. 1.1). Эквивалентную и единичную  нагрузки для треугольно-прямоугольных линий влияния вычисляют по формуле:

                                                                                        (1.4)

где k₀ и k_0np - табличные значения эквивалентных нагрузок треугольных линий влияния соответственно длиной l и l_пр при коэффициенте a, определяющем положение вершины линий влияния, равном 0; k_н и  - табличные значения единичных (табл. 1 приложения 1) эквивалентных нагрузок соответственно на длине l и l_пр при a = 0.

Значения единичных и эквивалентных нагрузок k₀ и k_н;  и  необходимо определять для той же линии влияния, по которой находится и допускаемая нагрузка k. Эквивалентные нагрузки для треугольно-прямоугольных линий влияния  от эталонной единичной нагрузки H1, подсчитанные по формуле (1.4), приведены в табл. 2 приложения 1.

Рис. 1.1. Треугольно-прямоугольная линия влияния

1.8. Грузоподъемность опор в расчетных сечениях определяется с учетом постоянных и временных нагрузок, перечисленных в табл. 3.3 настоящего Руководства, включая прочие воздействия в виде ветровой и ледовой нагрузки и нагрузки от навала судов. Горизонтальные удары подвижного состава, так же как и при классификации пролетных строений мостов, не учитываются.

1.9. Расчетные сечения назначаются по обрезу и по подошве фундамента, а также в сечениях с резким изменением конфигурации или площади поперечного сечения. Промежуточные опоры рассчитываются в двух расчетных плоскостях: в плоскости продольной оси моста и в плоскости перпендикулярной к ней (поперечной фасаду моста); грузоподъемность устоев проверяют только в плоскости продольной оси моста.

1.10. Для определения грузоподъемности опор используют следующие исходные уравнения предельных состояний:

по среднему давлению (на прочность кладки и несущую способность грунта):

SN_П + SN_К = mnRA;                                                                                                   (1.5)

по максимальному давлению (для наиболее загруженной грани):

(SN_П + SN_К)r + SM_П + SM_К = mnRW;                                                                      (1.6)

по положению равнодействующей относительно центра тяжести сечения с учетом ограничений эксцентриситета равнодействующей нагрузок (определяется только по подошве фундамента):

(SN_П + SN_К)r'e = SM_П + SM_К;                                                                                  (1.7)

по устойчивости положения против опрокидывания:

 или                                             (1.8)

по устойчивости опоры против сдвига по грунту:

 или                                                         (1.9)

В приведенных и последующих формулах:

N_П, N_К - вертикальные усилия соответственно от постоянных и временных (допускаемых) нагрузок;

M_П, M_К - моменты в сечениях соответственно от постоянных нагрузок и временных вертикальных и горизонтальных воздействий;

nRA - несущая способность сечения;

m - коэффициент условий работы (см. п. 3.19);

n - коэффициент надежности по назначению (см. п. 3.18);

R - расчетное сопротивление кладки или несущая способность грунта (см. гл. 2);

А - рабочая площадь поперечного сечения;

W - момент сопротивления для наиболее нагруженной грани;

 - радиус ядра сечения;

 - радиус ядра сечения для определения положения равнодействующей;

W¢ - момент сопротивления для наименее нагруженной грани;

 - относительный эксцентриситет;

е₀ - эксцентриситет приложения равнодействующей относительно центра тяжести;

М^o; М^у - моменты соответственно опрокидывающих и удерживающих сил относительно оси возможного поворота опоры;

т_у - коэффициент условий работы при проверке устойчивости на сдвиг и опрокидывание (см. п. 3.20);

n_у - коэффициент надежности при проверке устойчивости (см. п. 3.18);

N^c; N^у - соответственно сдвигающие горизонтальные нагрузки и удерживающие силы при расчете опор на сдвиг по грунту основания;

f - коэффициент трения кладки по поверхности грунта (см. п. 2.5).

1.11. Используя исходные уравнения предельных состояний, вычисляют допускаемые временные вертикальные нагрузки k;

по среднему давлению

                                                                                                      (1.10)

по максимальному давлению

                                                                                   (1.11)

по устойчивости против опрокидывания

                                                                                 (1.12)

по устойчивости против сдвига

                                                                                              (1.13)

по положению равнодействующей находят относительный эксцентриситет

                                                                                      (1.14)

В формулах (1.10-1.14):

e_k - доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, передающаяся на многопутную опору (см. п. 3.11);

п_k - коэффициент надежности к временным нагрузкам (см. табл. 3.3);

h_k - коэффициент сочетания временных нагрузок (см. табл. 3.4);

W - площадь линии влияния усилий.

На основании приведенных общих формул в соответствующих разделах Руководства используются частные формулы, учитывающие конкретные условия расчета промежуточных опор и устоев.

Геометрические характеристики сечений опор

1.12. Геометрические характеристики рассматриваемых сечений опор принимаются по фактическим размерам поперечных сечений с учетом ослабления их трещинами, вывалами камней и другими разрушениями и повреждениями.

1.13. При облицовке опор камнем твердых пород геометрические характеристики сечений следует определять по наружным контурам облицовки, а расчетные сопротивления кладки принимать по материалу ядра кладки без учета разницы модулей упругости камней облицовки и ядра кладки.

Формулы для подсчета геометрических характеристик (площадей поперечного сечения, моментов инерции, моментов сопротивления, положения центров тяжести сечения) для наиболее характерных сечений устоев и промежуточных опор приведены в приложении 2.

1.14. Грузоподъемность опор, пораженных сквозными вертикальными трещинами) следует определять с учетом наличия таких трещин, при этом геометрические характеристики расчетных сечений необходимо рассчитывать для отдельных столбчатых массивов (см. п. 7 - Учет дефектов опор).

2. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ КЛАДКИ И УСЛОВНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ ФУНДАМЕНТОВ МОСТОВЫХ ОПОР

2.1. Расчетные сопротивления кладки мостовых опор, расположенных в умеренной климатической зоне принимаются по табл. 2.1 при удовлетворительном состоянии кладки без выщелачивания, шелушения, размораживания и др. дефектов. Значения расчетных сопротивлений и коэффициентов условий работы, приведенные в табл. 2.1, соответствуют надземным частям опор; для подземных частей опор расчетные сопротивления кладки принимаются с повышающим коэффициентом 1,1, а для зоны переменного уровня воды - с понижающим коэффициентом 0,9.

Таблица 2.1. Расчетные сопротивления кладки мостовых опор по прочности на сжатие и коэффициенты условий ее работы

Примечание. Прочность растворов приведена в 28-дневном возрасте, а прочность бутовой кладки - в трехмесячном возрасте.

2.2. Снижение прочностных характеристик кладки в результате многолетнего воздействия климатических факторов учитывается понижающим климатическим коэффициентом k_K, зависящим от суровости климатической зоны и продолжительности эксплуатации (табл. 2.2).

Таблица 2.2. Значения климатических коэффициентов k_K в зависимости от продолжительности эксплуатации мостовых опор

2.3. При неудовлетворительном состоянии кладки, отсутствии архивно-исполнительной документации или при наличии сомнительных противоречивых исходных данных расчетные сопротивления кладки следует определять по результатам лабораторных испытаний керновых проб, желательно в комплексе с ультразвуковыми исследованиями прочности кладки приборами и по методике НИИ Мостов. Ориентировочные данные о прочности кладки мостовых опор можно получить по показаниям отскока ударной массы склерометра Шмидта, однако для повышения достоверности ударных испытаний проводить их следует также при одновременном контрольном взятии и испытании керновых проб.

Выбуривание кернов, как в надводной, так и в подводной части мостовых опор, рекомендуется осуществлять с помощью компактной буровой установки, разработанной и изготовленной в НИИ Мостов. Рабочий орган установки комплектуется кольцевыми алмазными сверлами диаметром 60-100 мм. Размеры кернов и методика их испытаний должны соответствовать требованиям ГОСТ 10180-78* "Бетоны. Методы определения прочности на сжатие и растяжение".

2.4. Расчетные сопротивления грунтов в основании мостовых опор определяются по приложению 3. Для мостовых опор, заложенных на глинистых грунтах и эксплуатируемых свыше 20 лет, а для опор, заложенных на песчаных грунтах и эксплуатируемых свыше 10 лет (время полной стабилизации, уплотнения и упрочнения грунтов основания) при отсутствии в опорах осадок, кренов, сдвигов и других дефектов расчетные сопротивления грунтов могут быть повышены, но не более чем на 50 %, по сравнению с подсчитанными по формулам приложения 3. Если фундамент опоры заключен в сплошное шпунтовое ограждение, то расчетное сопротивление грунта может быть повышено до 75 %.

2.5. При расчетах на устойчивость мостовых опор против плоского сдвига (скольжения) по грунту в расчет принимают следующие значения коэффициента трения f кладки по поверхности:

Глины во влажном состоянии..................... 0,25;

Глины в сухом состоянии........................... 0,30;

Суглинки и супеси....................................... 0,30;

Пески............................................................ 0,40;

Гравелистые и галечниковые грунты.......... 0,50;

Скальные грунты.......................................... 0,60.

2.6. При наличии проселочных грунтов, плавунов и других слабых отложений, а также при нарастающих (незатухающих) осадках или кренах опор расчетные сопротивления следует принимать по данным лабораторных испытаний образцов грунтов, результатам штамповых и других испытаний.

2.7. При отсутствии архивно-исполнительной документации и затруднениях с выполнением инженерно-геологических обследований ориентировочные условные сопротивления песчаных грунтов средней плотности можно принять по табл. 2.3, а пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов - по табл. 2.4, при этом для глинистых грунтов учтено уплотнение в процессе эксплуатации (коэффициент пористости принят равным 0,6-0,7); условное сопротивление всех глинистых грунтов в текуче-пластичном состоянии следует принимать равным 98 кПа (10 тс/м²).

Для получения расчетных сопротивлений необходимо условные сопротивления, приведенные в табл. 2.3 и 2.4, подставить в формулу (1) приложения 3 и произвести вычисления.

Таблица 2.3. Условное сопротивление песчаных грунтов средней плотности под фундаментами мостовых опор R₀, кПа (тс/м²)

Таблица 2.4. Условные сопротивления пылевато-глинистых грунтов под фундаментами мостовых опор R₀, кПа (тс/м²)

2.8. Расчетные сопротивления осевому сжатию скальных грунтов определяют по формуле (2) приложения 3 на основании предельной прочности на сжатие образцов скального грунта. При отсутствии лабораторных данных о прочности образцов скального основания ориентировочно можно принять следующие расчетные сопротивления:

Скала твердая сплошная.........………….... 2000 кПа (200 тс/м²)

Песчаники и известняки среднетвердые .. 1200 кПа (120 тс/м²)

Песчаники и известняки слаботвердые …. 800 кПа (80 тс/м²)

3. НАГРУЗКИ, ИХ СОЧЕТАНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТЫ

Постоянные нагрузки и воздействия

3.1. Постоянными нагрузками для мостовых опор являются:

собственный вес опоры, включающий вес фундамента, надфундаментной части и подферменной площадки;

вес пролетных строений (включая опорные части), опирающихся на опору, мостового полотна, смотровых приспособлений, коммуникаций и других обустройств, расположенных на пролетном строении;

вес балласта с частями пути в пределах длины устоя;

вертикальное давление от собственного веса грунта, расположенного на уступах фундамента и в пазухах между обратными стенками устоя;

горизонтальная составляющая от веса грунта, расположенного в пределах призмы обрушения, а также грунта, лежащего ниже естественной поверхности земли (до подошвы фундамента).

3.2. Собственный вес опор и опирающихся на них пролетных строений определяют по исполнительной документации или архивным чертежам, а при их отсутствии по натурным обмерам. Справочные данные по конструкции и объему кладки мостовых опор старых лет постройки приведены в приложении 4. Вес наиболее распространенных металлических и железобетонных пролетных строений можно принять по данным приложений 5 и 6. Объемный вес материалов, используемых при сооружении опор, приведен в приложении 7, а вес различных типов мостового полотна в приложении 8. Вес балласта с частями верхнего строения пути на железобетонных пролетных строениях и устоях во всех случаях следует определять по фактическим размерам балластной призмы со средней плотностью балласта (объемным весом) не менее 20 кН/м³ (2,0 тс/м³).

3.3. Нормативное вертикальное давление от веса насыпанного на уступы опор и в пазухи устоев грунта p_v, кПа (тс/м²), определяется по формуле:

p_v = g_nh.                                                                                                                       (3.1)

где g_n - нормативный удельный вес грунта, кН/м³ (тс/м³); h - высота засыпки, м, определяемая для устоев относительно уровня подошвы рельсов.

3.4. Нормативное горизонтальное (боковое) давление от собственного веса грунта примыкающей к опоре насыпи (призмы обрушения) определяется по формуле:

p_n = g_nht_n                                                                                                                     (3.2)

где t_n - коэффициент нормативного бокового давления грунта засыпки береговых опор.

В свою очередь,

                                                                                                     (3.3)

где j_n - нормативный угол внутреннего трения грунта, град.

Значения нормативного удельного веса и нормативного утла внутреннего трения насыпного грунта следует принимать по лабораторным исследованиям образцов грунтов, взятых из насыпи. При отсутствии таких исследований допускается принимать удельный вес засыпки g_n - 17,7 кН/м³ (1,80 тс/м³), нормативный угол внутреннего трения j_n = 35° (при засыпке песчаным - дренирующим - грунтом).

Методика определения равнодействующей нормативного горизонтального (бокового) давления от собственного веса насыпного грунта, а также грунта, лежащего ниже естественной поверхности земли, на опоры мостов приведена в приложении 9. При наличии характеристик грунтов, полученных по данным лабораторных исследований, расчетные значения угла внутреннего трения, средней плотности и др. можно принимать по приложению 10.

Временные нагрузки от подвижного состава

3.5. Временная вертикальная допускаемая нагрузка должна быть определена в результате классификации мостовой опоры. Эта нагрузка является равномерно распределенной и выражается в т/м длины линии влияния. Основные формулы вычисления допускаемых временных вертикальных нагрузок приведены в пп. 1.11, более подробная методика расчетов рассмотрена в п. 4-6 настоящего Руководства.

3.6. При воздействии временной подвижной нагрузки на опоры мостов учитывается также горизонтальная продольная нагрузка от торможения или тягового усилия t, принимаемая в виде равномерно распределенной продольной нагрузки на всей длине пролета L в размере 10 % от временной нагрузки k или

t = 0,1kL.                                                                                                                    (3.4)

Считается, что приложена тормозная сила в центре шарниров опорных частей. При расчете устоев горизонтальную тормозную нагрузку от движущегося подвижного состава допускается прикладывать в уровне проезжей части.

При расположении над опорой двух железнодорожных путей тормозную нагрузку на опору принимают с одного из них (1t), а при расположении трех и более путей - с двух путей (2t). От подвижной нагрузки на призме обрушения продольное тормозное (тяговое) усилие в расчетах не учитывается.

3.7. Продольные усилия, передаваемые с пролетных строений на неподвижные опорные части, следует принимать в размере 100 % полного продольного усилия (b = 1), собираемого на длине пролетного строения или устоя; при этом не учитывается продольное усилие от установленных на той же опоре подвижных опорных частей соседнего пролета, кроме случая расположения неподвижных опорных частей со стороны меньшего из примыкающих к опоре пролетов. Усилие на опору в указанном случае следует принимать равным сумме продольных усилий, передаваемых через опорные части обоих пролетов, но не более усилия, передаваемого со стороны большего пролета при неподвижном его опирают. При расположении на одной промежуточной опоре подвижных опорных частей двух соседних пролетов или подвижной опорной части неразрезного пролетного строения необходимо производить проверки на случай передачи скользящими опорными частями 50 % (b = 0,5), а Катковыми, секторными или валковыми - 25 % (b = 0,25) всего продольного усилия.

3.8. Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от центробежной силы учитывают при расположении мостов на кривых участках пути в виде равномерно распределенной поперечной нагрузки, приложенной на высоте 2,2 м от головки рельса и направленной по радиусу от центра кривой. Нагрузка от центробежной силы c₀ учитывается при радиусе кривой равном 3000 м и менее, величина ее определяется по формуле (3.5), но в любом случае она не должна превышать 15 % от искомой допускаемой нагрузки k или

                                                                                                (3.5)

где v - расчетная скорость движения поездов на участке.

3.9. При классификации опор тормозную и центробежную нагрузки вводят в расчет без учета динамического воздействия, поэтому нормативные нагрузки t и c₀ необходимо умножить на понижающий коэффициент x, приведенный в табл. 3.1.

Таблице 3.1. Значения коэффициента x, учитывающего снятие динамических добавок к тормозным и центробежным силам

Примечание. Значения коэффициента  подсчитаны для тепловозной и электровозной тяги с учетом минимально допустимого динамического коэффициента 1 + m₀ = 1,15.

3.10. Нормативное горизонтальное продольное давление грунта на устои мостов (и промежуточные опоры, расположенные внутри конусов насыпи) от допускаемой временной вертикальной нагрузки, находящейся на призме обрушения, следует определять согласно приложению 11.

3.11. Во всех расчетах однопутных или многопутных опор временную вертикальную нагрузку с одного пути следует принимать с коэффициентом e_k = 1,0, а нагрузку с остальных путей многопутной опоры с коэффициентом e_k равным 1,0 при длине загружения 15 м и менее и равным 0,7 при длине загружения 25 м и более; для промежуточных длин загружения - по интерполяции.

Прочие временные нагрузки

3.12. Нормативную интенсивность ветровой нагрузки в соответствии с измененным в 1991 г. СНиП 2.05.03-84, следует определять, как сумму нормативных значений средней (w_m) и пульсационной (w_p) составляющих:

w_П = w_m + w_p                                                                                                               (3.6)

Методические указания по определению интенсивности временной нормативной ветровой нагрузки приведены в приложении 12. Ориентировочно нормативную интенсивность полной ветровой нагрузки (w_П) для железных дорог Российской Федерации, в большинстве своем проходящих по средне-умеренным ветровым районам (не выше IV по карте 3 приложения 5 к СНиП 2.01.07-85 "Районирование территории СССР по давлению ветра"), можно принять в размере 0,59 кПа (60 кгс/см²).

3.13. Горизонтальную поперечную ветровую нагрузку (s_g) на мостовые опоры, пролетные строения и на подвижной состав, находящийся на мосту, следует принимать равной произведению нормативной интенсивности ветровой нагрузки на рабочую площадь конструкций моста и подвижного состава (F_paб) или

s_g = w_ПF_paб.                                                                                                                  (3.7)

Рабочую ветровую поверхность для элементов моста и подвижного состава следует принимать равной:

для главных ферм сквозных пролетных строений и сквозных опор в размере 20 % площади, ограниченной контурами фермы или опоры;

для пролетных строений со сплошными балками - боковой поверхности наветренной главной балки;

для сплошных опор - площади проекции тела опоры от уровня грунта или воды на плоскость перпендикулярную направлению ветра;

для железнодорожного подвижного состава - площади сплошной полосы высотой 3 м с центром давления на высоте 2 м от головки рельса.

Распределение ветровой нагрузки по длине пролета следует принимать равномерным.

3.14. Нормативную горизонтальную продольную ветровую нагрузку на опоры мостов выше уровня грунта или межени принимают равной поперечной ветровой нагрузке.

Продольная нормативная горизонтальная ветровая нагрузка для сквозных пролетных строений принимается в размере 60 %, а для пролетных строений со сплошными балками - в размере 20 % составляющей полной нормативной поперечной ветровой нагрузки. Продольная ветровая нагрузка на транспортные средства, находящиеся на мосту, не учитывается.

Горизонтальное усилие от продольной ветровой нагрузки, действующей на пролетное строение, следует принимать передающимся на опоры в уровне центра опорных частей.

Распределение усилий между опорами принимают (с учетом подвижности опорных частей) таким же, как и горизонтального усилия от торможения, в соответствии с п. 3.7.

3.15. Нормативная ледовая нагрузка от давления льда на опоры мостов принимается в виде сил, определяемых согласно приложению 14.

3.16. Нормативную нагрузку от навала судов на опоры мостов принимают в виде сосредоточенной продольной или поперечной силы и ограничивают в зависимости от класса внутреннего водного пути значениями, установленными СНиП 2.05.03-84 и приведенными в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Нормативные нагрузки от навала судов

Нагрузка от навала судов должна прикладываться к опоре на высоте 2 м от расчетного судоходного уровня, за исключением случаев, когда опора имеет выступы, фиксирующие уровень действия этой нагрузки. Для опор, защищенных от навала судов (штунтовым ограждением или островком с пологим откосом) нагрузку от навала судов не учитывают.

Коэффициенты надежности по нагрузкам, назначению сооружений и условиям работы

3.17. В соответствии с общими принципами обеспечения надежности строительных конструкций все нагрузки при расчетах грузоподъемности опор принимаются с коэффициентами надежности по нагрузкам, приведенными в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Нагрузки, воздействия и коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые при классификации опор

Примечание. Значения, большие или меньшие единицы (в скобках), принимаются в расчет в зависимости от того, какое из них повышает абсолютную величину суммарного воздействия.

* При определении веса пролетного строения по ведомостям исчисления металла принимают п_р = 1,05 (0,95).

** Независимо от длины загружения.

*** Промежуточные значения п_k и п_T принимают по интерполяции.

3.18. Коэффициент надежности по назначению п в расчетах по среднему и максимальному давлению (формулы 1.10 и 1.11) принимается равным 0,72 для сечения по подошве фундамента и равным 1,0 - для сечений по кладке опор.

В расчетах на сдвиг и опрокидывание (формулы 1.13 и 1.12) коэффициент надежности по назначению n_у принимается равным 1,1.

3.19. Коэффициенты условий работы т при расчетах по максимальному и среднему давлению (формулы 1.10 и 1.11) принимаются:

для сечений по кладке опор по табл. 2.1;

для сечений по подошве фундамента т = 1,0 при определении несущей способности нескальных оснований в случае действия, кроме постоянных, только временных нагрузок №№ 6 - 8 (см. табл. 3.3) и для всех грунтов по среднему давлению; т = 1,2 при скальных основаниях во всех случаях и при нескальных основаниях в случае действия, кроме постоянных и временных нагрузок №№ 6 - 8, одной или нескольких временных нагрузок №№ 9 - 12.

3.20. При расчете опор на устойчивость против опрокидывания (формула 1.12) коэффициент условий работы т_у принимается равным 0,9 на скальном основании и 0,8 на нескальном.

При расчете устоев на устойчивость против сдвига (формула 1.13) коэффициент т_у = 0,9; при этом сдвигающие силы следует принимать с коэффициентами надежности по нагрузке (см. табл. 3.3) большими единицы, а удерживающие силы - с коэффициентами меньшими единицы.

Сочетания нагрузок

3.21. Грузоподъемность опор проверяется на различные сочетания нагрузок и воздействий, принимаемых с коэффициентами сочетаний h_k, учитывающими уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок.

3.22. Коэффициенты сочетаний к постоянным нагрузкам во всех расчетах следует принимать равным 1,0; при действии только одной поездной нагрузки (нагрузки 6 - 8, см. табл. 3.3) коэффициент сочетаний также принимают равным 1,0. При действии двух или более временных нагрузок к одной из них принимают h_k = 0,8, а к остальным - h_k = 0,7. Значения коэффициентов h_k для различных видов расчетов и вариантов сочетаний временных нагрузок приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4. Коэффициенты сочетаний h_k временных нагрузок и воздействии

Примечание. Номера нагрузок без скобок соответствуют табл. 3.3, в скобках - СНиП 2.05.03-84.

3.23. Ветровая нагрузка (10) в сочетании с вертикальной поездной (6) учитывается с коэффициентом h_k = 0,5. Во всех сочетаниях нагрузок коэффициент h_k к нагрузкам 6-8 необходимо принимать одинаковым, а к нагрузке 9 - не более, чем к нагрузке 6. Нагрузки ледовая (11) и от навала судов (12) совместно не учитываются.

3.24. Приведенные в табл. 3.4 расчетные сочетания нагрузок предусматривают проверку грузоподъемности промежуточных опор и устоев против опрокидывания и сдвига по подошве фундамента, а все остальные виды расчета, кроме оценки прочности грунтового основания в уровне подошвы фундамента, включают проверку прочности кладки в поперечных сечениях с резким изменением конфигурации и площади.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ОПОР

Общие положения

Грузоподъемность промежуточных опор определяют:

по среднему давлению;

по максимальному давлению;

по эксцентриситету приложения равнодействующей нагрузок с нахождением относительного эксцентриситета;

по устойчивости против опрокидывания.

Максимальное давление (у наиболее загруженной грани) определяют как в продольном, так и в поперечном направлении к оси моста, а эксцентриситет приложения равнодействующей в поперечном направлении к оси моста - только для двухпутных и многопутных опор, а также для опор с ледорезами. Все опоры по среднему давлению и симметричные однопутные опоры по эксцентриситету приложения равнодействующей рассчитывают только в продольном относительно оси моста направлении.

Расчетные сопротивления кладки мостовых опор на порядок больше расчетных сопротивлений грунтов основания, поэтому при небольшой разнице площадей сечений по подошве и по обрезу фундамента классы по кладке можно не определять. Проверять грузоподъемность опор по прочности кладки необходимо лишь при значительном снижении расчетного сопротивления материала кладки и при наличии дефектов в виде вывалов камней, трещин и других разрушений, уменьшающих площадь сечения и изменяющих другие геометрические характеристики проверяемых поперечных сечений.

Расчет опор со среднему давлению

4.1. Расчетная схема промежуточной опоры (быка) по среднему давлению (рис. 4.1) предусматривает загружение временной вертикальной нагрузкой обоих опирающихся на нее пролетных строений. В расчет по среднему давлению вводят только вертикальные постоянные нагрузки и искомую временную нагрузку 6 (см. табл. 3.4), величину которой находят по формуле (1.10), в которой применительно к расчету промежуточной опоры,

                                                                                 (4.1)

                                         (4.2)

где  - собственный вес частей тела опоры выше расчетного сечения с соответствующим коэффициентом надежности по назначению; р₁, р₂ - суммарная интенсивность постоянных нагрузок от веса пролетных строений (соответственно 1 и 2), смотровых приспособлений, коммуникаций и др. (приложения 5 и 6);  - интенсивность нагрузки от веса мостового полотна, распределенной по длине пролетного строения (приложение 8);  - коэффициенты надежности по нагрузкам, принимаемые по табл. 3.3.

Рис. 4.1. Схема загружения промежуточной опоры для расчета по среднему давлению:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальной (нормальной) нагрузки N_k

В свою очередь

l_l = l_p1 + e_к1; l₂ = l_p2 + e_к2,

где e_к1; e_к2 - длина консолей продольных балок; l_p1; l_p2 - расчетный пролет пролетных строений, опирающихся на опору.

Определение допускаемой нагрузки по прочности кладки

Вычисляя допускаемую эквивалентную нагрузку по прочности кладки принимают:

m - по табл. 2.1; п = 1,0 по п. 3.18;

R - по табл. 2.1 с учетом климатического коэффициента по табл. 2.2;

А - вычисляют по формулам приложения 2;

e_k – по п. 3.11.

Определение допускаемой временной нагрузки по несущей способности основания (по подошве фундамента)

При оценке несущей способности грунтового основания принимают: п = 0,72; m = 1,0 в соответствии с пп. 3.18 и 3.19; R - по табл. 2.3, 2.4 и приложению 3.

Остальные величины принимаются такими же, как и в расчетах на прочность кладки.

Расчет опор по максимальному давлению

4.2. Грузоподъемность промежуточных опор по максимальному давлению определяют как в продольном, так и в поперечном направлении.

Расчет в продольном направлении

На максимальное давление промежуточную опору следует проверять по двум расчетным схемам, загружая временной нагрузкой оба пролета (см. рис. 4.1) или один (больший) пролет (рис. 4.2). Допускаемую временную нагрузку определяют по формуле (1.11) в которой, применительно к расчету промежуточной опоры: W - момент сопротивления сечения для наиболее сжатой грани; А - площадь поперечного сечения по формулам приложения 2;  - радиус ядра сечения; SN_П - определяется по формуле (4.2).

Рис. 4.2. Схема загружения промежуточной опоры на максимальную нагрузку в продольном направлении:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; Ц.Т. - центр тяжести сечения по подошве фундамента

Площади линий влияния нормальных сил и изгибающих моментов определяют по формулам:

при загружении одного пролета

                                                                    (4.3)

при загружении двух пролетов

                                      (4.4)

При расположении на промежуточной опоре неподвижных опорных частей обоих опирающихся на нее пролетов или при неподвижном опирании на опору неразрезного пролетного строения тормозное усилие необходимо учитывать с обоих примыкающих пролетов и определять  по формуле:

                                                                      (4.5)

Сумма моментов от постоянных нагрузок вычисляется с учетом действия прочих временных нагрузок по формуле

                                  (4.6)

В формулах (4.3 - 4.6):

e₁, e₂,  - горизонтальные расстояния (плечи) от центра тяжести сечения до соответствующих нагрузок;

 - вертикальные плечи нагрузок до уровня рассматриваемого сечения;

 - продольные ветровые нагрузки на пролетное строение и на опору, определяемые по пп. 3.13 и 3.14;

s_l - ледовая нагрузка, подсчитываемая по приложению 14;

s_s - нагрузка от навала судов по п. 3.16;

 - коэффициенты надежности по соответствующим нагрузкам принимаются по табл. 3.3;

b - коэффициент передачи продольного усилия через опорные части по п. 3.7;

 - коэффициенты сочетаний временных нагрузок по табл. 3.4.;

L₁, L₂ - полные длины пролетных строений.

Остальные буквенные обозначения те же, что и в расчетах по среднему давлению (см. п. 4.1).

Грузоподъемность опор по максимальному давлению следует определять при трех комбинациях временных нагрузок, приведенных в табл. 3.4, принимая их с соответствующими коэффициентами сочетаний h_k. В формулу (4.6) вводят только те нагрузки, которые входят в рассматриваемую комбинацию.

В расчетах на прочность кладки и по несущей способности грунтов основания коэффициент надежности по назначению п принимают таким же, как и в расчетах по среднему давлению (см. п. 4.1). Коэффициент условий работы кладки т берут по табл. 2.1, а по грунту основания принимают в соответствии с п. 3.19.

Расчет в поперечном направлении

Временной вертикальной нагрузкой по схеме загружения промежуточной опоры в поперечном направлении загружают оба пролета (рис. 4.3). Величину допускаемой временной вертикальной нагрузки вычисляют по той же формуле (1.11), что и для расчета в продольном направлении. Применительно к расчету опоры в поперечном направлении значения моментов и площадей линии влияния подсчитывают по следующим формулам:

                                                                                 (4.7)

где z_c - плечо центробежной силы с₀.

Рис. 4.3. Схема загружения промежуточной опоры на максимальную нагрузку в поперечном направлении:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; Ц.Т. - центр тяжести сечения по подошве фундамента

Сумму вертикальных усилий SN_П определяют по формуле (4.2); а сумму моментов от постоянных сил по формуле:

                           (4.8)

где  - соответственно поперечная ветровая нагрузка на подвижной состав, находящийся на пролетном строении, и плечо этой нагрузки.

Остальные буквенные обозначения те же, что и в формулах (4.5) и (4.6), только нагрузки действуют в поперечном направлении к оси моста. Комбинации сочетаний временных нагрузок с соответствующими коэффициентами (h_k) принимают по табл. 3.4, а коэффициенты надежности по назначению (п) и по условиям работы (m) берут те же, что и в расчетах в продольном направлении.

Проверка положения равнодействующей нагрузок

4.3. Проверку положения равнодействующей постоянных и временных нагрузок производят для эксцентрично загруженных опор с целью выяснения попадания равнодействующей в ядро сечения.

Фактический эксцентриситет положения равнодействующей определяется только в сечении по подошве фундамента, как в продольном, так и в поперечном направлении по тем же схемам загружения (см. рис. 4.1-4.3), что и в расчетах по максимальному давлению. Величина эксцентриситета определяется по общей формуле (1.14), в которой  - радиус ядра сечения, определяемый по моменту сопротивления для наименее загруженной грани; k - допускаемая нагрузка, рассчитанная по максимальному давлению. Все остальные значения величин, входящих в формулу (1.14), определяют по формулам, приведенным в п. 4.2.

Если подсчитанный эксцентриситет е < 1, т.е. равнодействующая не выходит за пределы ядра сечения, то растяжения у наименее загруженной грани не возникает, а в сечении по подошве не происходит ''отлипания'' грунта и все сечение работает на сжатие (верхняя эпюра на рис. 4.4). В этом случае уточнять класс по максимальному давлению не требуется.

Если же эксцентриситет е > 1, т.е. равнодействующая выходит за пределы ядра сечения, то у менее загруженной грани возникает растяжение, а на сжатие работает только часть сечения на длине у_с (нижняя эпюра на рис. 4.4). В этом случае класс по максимальному давлению необходимо уточнить, пересчитав его с учетом только сжатой части площади поперечного сечения основания. Размер сжимаемой части основания

                                                                                                       (4.9)

Рис. 4.4. Положение равнодействующей нагрузок и эпюры напряжений по подошве фундамента:
1 - ядро сечения; 2 - эпюра нормальных напряжений по подошве фундамента при эксцентриситете равнодействующей нагрузок е < 1,0; 3 - эпюра нормальных напряжений по подошве фундамента при эксцентриситете равнодействующей нагрузок е > 1,0

Зная размер сжатой части основания, определяют площадь сжатого поперечного сечения А_c и соответствующий ему радиус ядра сечения:

                                                                                                                      (4.10)

Значение откорректированной допускаемой нагрузки по максимальному давлению по подошве фундамента с учетом выхода равнодействующей всех нагрузок за пределы ядра сечения определяют по формуле (1.11), подставляя в нее значение r, определенное по формуле (4.10).

Расчет опор на опрокидывание

4.4. Расчет на опрокидывание производится на одну комбинацию временных нагрузок в продольном направлении (см. табл. 3.4) и на две комбинации в поперечном; допускаемая нагрузка в этом расчете определяется по общей формуле (1.12). Числитель в формуле (1.12) должен быть положительным, в противном случае у опоры не обеспечена устойчивость на опрокидывание от действия только постоянных сил и, следовательно, пропуск временных нагрузок не возможен.

Расчет в продольном направлении

Применительно к расчету на опрокидывание в продольном направлении (рис. 4.5) имеем в формуле (1.12):

т_у - коэффициент условий работы, принимаемый по п. 3.20 равным 0,8 для нескальных грунтов и 0,9 - для скальных;

n_у - коэффициент надежности по назначению, равный 1,1 по п. 3.18;

Рис. 4.5. Расчетная схема загружаем промежуточной опоры на опрокидывание в продольном направлении:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; точка D - центр опрокидывания (вращения) опоры; d_i - расстояния от центра вращения до соответствующих сил

                                                                    (4.11)

                                                                                      (4.12)

                            (4.13)

В формуле (4.13) коэффициенты надежности к удерживающим нагрузкам  принимают по табл. 3.3 меньше единицы (значения в скобках), остальные буквенные обозначения пояснены ранее. Центр опрокидывания опоры - точка d - показан на рис. 4.5; расстояния от центра опрокидывания до соответствующих вертикальных сил обозначены через d_i. Расчет на опрокидывание в продольном направлении рекомендуется производить при z_t равном или более 12 м; для массивных опор меньшей высоты опрокидывание мало вероятно.

Расчет в поперечном направлении

В этом случае (рис. 4.6) в общую расчетную формулу (1.12) для оценки грузоподъемности в поперечном направлении подставляют:

                                                                        (4.14)

                                            (4.15)

                             (4.16)

Рис. 4.6. Расчетная схема загружения промежуточной опоры на опрокидывание в поперечном направлении:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; точка D - центр опрокидывания (вращения) опоры; d_i - расстояния от центра вращения до соответствующих сил; Ц.Т. - центр тяжести сечения по подошве фундамента

Здесь, так же как и в расчете на продольное опрокидывание, коэффициенты надежности к удерживающим нагрузкам  принимают по табл. 3.3 меньшими единицы, а коэффициенты надежности к опрокидывающим нагрузкам (n_y; n_l; n_s) берут большими единицы. Коэффициенты сочетаний (h_k) для соответствующих комбинаций временных нагрузок принимают по табл. 3.4. Значения и источники получения величин, входящих в формулы (4.14-4.16), пояснены выше в разделах 4.1-4.4.

Проверку опор на опрокидывание в поперечном направлении рекомендуется производить при z_c более 10 м для опор под пролетные строения с ездой поверху и z_c более 18 м для опор под пролетные строения с ездой понизу.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ УСТОЕВ

Общие положения

Устои моста рассчитывают только в продольном к оси моста направлении, при этом грузоподъемность определяют:

по среднему давлению;

по максимальному давлению;

по эксцентриситету приложения равнодействующей с нахождением относительного эксцентриситета от максимально допустимой нагрузки;

по устойчивости против опрокидывания;

на сдвиг по грунту основания.

Расчет устоев по среднему давлении

5.1. Допускаемая временная вертикальная нагрузка при этом расчете (рис. 5.1) определяется по общей формуле (1.10). Применительно к устою в формуле (1.10).

                                                                                           (5.1)

                                                            (5.2)

где  - сумма собственных весов частей тела устоя, расположенных выше рассматриваемого сечения с коэффициентами надежности по нагрузкам ; при заполнении дренирующим грунтом или бутовым камнем пазухи между обратными стенками устоя эту нагрузку также необходимо учитывать для сечений по обрезу и подошве фундамента; объемные веса кладки и заполнения рекомендуется принимать по приложению 7, а коэффициенты надежности выбирать из табл. 3.3; р₁, р_p, р_б - интенсивность постоянных распределенных по длине нагрузок соответственно от веса пролетного строения (опирающегося на устой) со смотровыми приспособлениями и коммуникациями (приложение 5 или 6), от веса мостового полотна (приложение 8) и от веса балласта с частями верхнего строения пути на устое (приложение 7); - коэффициенты надежности по нагрузкам из табл. 3.3.

Рис. 5.1. Схема загружения устоя для расчета по среднему давлению:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k

Коэффициент надежности по назначению (п) принимают по п. 3.18, а коэффициент условий работы (т) - по п. 3.19.

Расчет устоев на прочность по максимальному давлению

5.2. Максимальное давление определяется по наиболее загруженной грани устоя. Для передней грани оно возникает при загружении временной нагрузкой пролетного строения, самого устоя и призмы обрушения (рис. 5.2). Допускаемая временная нагрузка на устой по максимальному давлению определяется по формуле (1.11), в которой плечи нормальных сил для определения моментов от временной и постоянных нагрузок определяются относительно оси, проходящей через центр тяжести (ц.т.) рассчитываемого сечения. Моменты сил (относительно ц.т.) вводят в формулу с учетом принятого правила знаков: "Моменты сил, вращающие устой в пролет (против часовой стрелки) берутся со знаком "плюс", а моменты сил, вращающие устой в сторону насыпи (по часовой стрелке) - со знаком "минус". Для устоя, показанного на рис. 5.2, имеем:

SN_П определяют так же, как и в расчете по среднему давлению, по формуле (5.2);

                                                     (5.3)

Рис. 5.2. Схема загружения устоя для расчета по максимальному давлению:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - эпюра горизонтального (бокового) давления на устой от транспортных средств на призме обрушения; 3 - эпюра бокового давления от собственного веса грунта; 4 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; Ц.Т. - центр тяжести сечения по подошве фундамента

             (5.4)

где F_h, z_h - равнодействующая и плечо действия горизонтального (бокового давления от собственного веса грунта, примыкающей к устою насыпи, определяемые по приложению 9;  - суммарная площадь приведенной линии влияния горизонтального (бокового) давления на устой от подвижного состава на призме обрушения и плечо равнодействующей этого давления, подсчитываемые по приложению 11;  - продольная ветровая нагрузка на пролетное строение и плечо ее действия, определяемые по пп. 3.12-3.14 или по приложению 12; b - коэффициент распределения продольного усилия между опорными частями пролетного строения, определяемый по п. 3.7; - коэффициенты надежности по соответствующим нагрузкам, принимаемые по табл. 3.3; n - в формуле (1.11) коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый, в соответствии с п. 3.18, равным для сечения по подошве фундамента 0,72 и 1,0 - для сечений по кладке устоя и фундамента; m - коэффициент условий работы, принимаемый по п. 3.19;  - радиус ядра сечения; W - момент сопротивления сечения для наиболее сжатой грани.

Остальные буквенные обозначения показаны на рис. 5.2 или пояснены выше в разделе 5.1.

В расчетах устоев на максимальное давление при высоте насыпи свыше 12 м следует учитывать дополнительное вертикальное давление на грунтовое основание от веса примыкающей части подходной насыпи, определяемое согласно приложения 27 к СНиП 2.05.03-84; величину этого давления следует вычитать из расчетного сопротивления R₁, определяемого по приложению 4.

Расчет устоев по эксцентриситету положения равнодействующей нагрузок

5.3. Схема загружения устоя по положению равнодействующей та же, что и при расчете по максимальному давлению (см. рис. 5.2). Эксцентриситет вычисляется по общей формуле (1.14), в которой k - допускаемая нагрузка по максимальному давлению, подсчитанная в предыдущем п. 5.2 по формуле (1.11); r' - радиус ядра сечения, вычисляемый по моменту сопротивления W' для наименее напряженной грани:  . Остальные величины подставляются в формулу (1.14) по результатам расчетов, выполненных в п. 5.2, а именно:  - по формуле (5.1); SN_П - по формуле (5.2);  - по формуле (5.3); SM_П - по формуле (5.4).

Если величина эксцентриситета приложения равнодействующей нагрузок, вычисленная по формуле (1.14), окажется больше единицы (е > 1), т.е. равнодействующая выходит за пределы ядра сечения, то допускаемую нагрузку на устой по максимальному давлению следует откорректировать по методике, изложенной в п. 4.3.

Расчет устоя на опрокидывание

5.4. Устой на опрокидывание загружают невыгоднейшим образом, располагая, например, временную нагрузку только на призме обрушения (рис. 5.3), при этом в соответствии с п. 2.16 и табл. 2 приложения 5 к СНиП 2.05.03-84, длину загружения призмы обрушения принимают равной половине, высоты от подошвы шпал до рассматриваемого сечения опоры. Линия влияния подвижной временной нагрузки имеет треугольное очертание с вершиной в середине (a = 0,5). Допускаемая нагрузка по опрокидыванию устоя определяется по общей формуле (1.12), в которой, применительно к устою:

                                  (5.5)

                                                                                         (5.6)

Рис. 5.3. Расчетная схема загружения устоя для расчета на опрокидывание:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - эпюра бокового давления на устой от нагрузки на призме обрушения; 3 - эпюра бокового давления от собственного веса грунта; 4 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k;  5 - эпюра отпора грунта засыпки; точка D - центр опрокидывания (вращения) устоя; d_i - расстояния от центра вращения до соответствующих сил

                                                                                                     (5.7)

В формулах (5.5) - (5.7):

m_y - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,8 для нескальных оснований и 0,9 - для скальных;

n_y - коэффициент надежности по назначению, равный 1,1;

- коэффициенты надежности к удерживающим нагрузкам, принимаемые по табл. 3.3 меньше единицы (значения в скобках);

п_F, п_г, п_g - коэффициенты надежности к опрокидывающим нагрузкам, принимаются по табл. 3.3 больше единицы (значения без скобок);

 - равнодействующая и плечо действия горизонтального давления от веса грунта, лежащего ниже естественной поверхности земли, определяемые по приложению 9.

Остальные буквенные обозначения пояснены в разделе 5.2 и на рис. 5.3.

Расчет устоя на сдвиг

5.5. Схема загружения устоя на сдвиг по грунту та же, что и на опрокидывание (см. рис. 5.3). Допускаемая временная нагрузка определяется по преобразованной (расшифрованной) формуле (1.13), получившей для расчета устоя следующее выражение:

                                                                                    (5.8)

где m_y  - коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,9; n_y - коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным 1,1; f - коэффициент трения по поверхности грунта, определяемый по п. 2.5; F_h, s_g - горизонтальное боковое давление и ветровая нагрузка, определяемые так же, как и в расчете на опрокидывание по приложениям 9 и 12;  - суммарная площадь линии влияния временной вертикальной нагрузки, приравниваемая к приведенной площади линии влияния горизонтальной (боковой) нагрузки на торец устоя от подвижного состава на призме обрушения, т.е.

                                                                                                               (5.9)

Приведенная площадь линии влияния  определяется по приложению 11.

6. определение грузоподъемности по грунту фундаментов из свай или опускных колодцев, как условного фундамента мелкого заложения

Общие положения

Несущую способность основания в уровне низа свай или низа (ножа) опускного колодца требуется проверять как для условного фундамента согласно приложению 15. Грузоподъемность опор по грунту основания условного фундамента проверяют:

по среднему давлению подошвы условного фундамента, при этом

p_cp £ Rn;                                                                                                                      (6.1)

по максимальному давлению, с соблюдением условия

p_тах £ Rпт.                                                                                                                  (6.2)

В формулах (6.1) и (6.2):

p_cp, p_тах - соответственно среднее и максимальное давление подошвы условного фундамента на основание;

n - коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый по п. 3.18  равным 0,72;

т - коэффициент условий работы, определяемый по п. 3.19;

R - расчетное сопротивление грунтового основания осевому сжатию, определяемое по приложению 3 или ориентировочно по табл. 2.3 и 2.4 и пп. 2.7 и 2.8

Расчет промежуточных опор по среднему давлению

6.1. Расчетная схема загружения промежуточной опоры на свайном основании по среднему давлению (рис. 6.1) теоретически не отличается от схемы, приведенной на рис. 4.1 для расчета опор на естественном основании. Детальная схема условного грунтового фундамента с буквенными обозначениями приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.1. Схема загружения промежуточной опоры на свайном основании для расчета по среднему давлению как условного фундамента мелкого заложения:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k;  1' - 2' - 3' - 4' - контур условного грунтового массива

Рис. 6.2. Схема условного грунтового фундамента:
1' - 2' - 3' - 4'  - контур условного грунтового массива

В расчет по среднему давлению вводят только вертикальные нагрузки, допускаемую временную нагрузку к вычисляют по общей формуле (1.10), в которой, применительно к расчету условного грунтового фундамента, принимают:

А = a×b,                                                                                                                        (6.3)

где а, b - размеры в плане условного фундамента в направлении соответственно параллельном плоскости действия временной нагрузки и перпендикулярном к ней.

В свою очередь

                                                                                                         (6.4)

                                                                                                          (6.5)

где  - среднее значение расчетных углов трения грунтов, прорезанных сваями; j_i - расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах погружения свай в грунт; h_i - толщина i-го слоя грунта, м; d - глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности; за расчетную поверхность грунта следует принимать; для фундаментов устоев - естественную поверхность грунта; для фундаментов промежуточных опор - поверхность грунта у опор на уровне срезки (планировки) или имеющегося местного размыва. Для устоев и береговых промежуточных опор на сваях, погруженных сквозь отсыпанную или намытую часть насыпи, расчетную поверхность грунта допускается принимать с учетом заделки свай в этой части насыпи.

Значения  и SN_П для формулы (1.10) определяют соответственно по формулам (4.1 и 4.2), при этом величина SQ_i; в формуле (4.2) включает в себя вес частей опоры с учетом веса грунтового массива 1' - 2' - 3' - 4'  вместе с заключенными в нем ростверком и сваями или опускным колодцем. Источники определения остальных значений, входящих в формулу (1.10), пояснены выше в общей части раздела 6.

Расчет опор по максимальному давлению

6.2. Промежуточные опоры по максимальному давлению рассчитывают как в продольном, так и в поперечном направлении.

Расчет в продольном направлении

Величину допускаемой временной нагрузки для схемы загружения опоры по максимальному давлению (рис. 6.3) можно получить из формулы (4) приложения 15, выделив в ней предварительно отдельно воздействия от постоянных и временных нагрузок:

Рис. 6.3. Расчетная схема загружения промежуточной опоры на свайном основании для расчета на максимальное давление в продольном направлении как условного фундамента мелкого заложения:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; 1' - 2' - 3' - 4'  - контур условного грунтового массива

                                                                                      (6.6)

В формуле (6.6):

                                                                                                          (6.7)

с - коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента; k' - коэффициент, определяющий нарастание с с глубиной по табл. приложения 15; SN_П - определяется по формуле (4.2)

Площадь линии влияния нормальных сил  в зависимости от количества загружаемых пролетов определяют по формулам (4.3) или (4.4).

Площадь линии влияния изгибающих моментов при загружении двух пролетов вычисляют по формуле:

                                                                          (6.8)

                                                                                                    (6.9)

                                (6.10)

                                                                                                  (6.11)

                                                                                                 (6.12)

                                                                                                    (6.13)

                                                                                                    (6.14)

где e_i - горизонтальные расстояния (плечи) от центра тяжести сечения до соответствующих нагрузок (см. пояснения к обозначениям e₁, e₂,   в формулах 4.3-4.6).

Остальные буквенные обозначения пояснены ранее в разделах 4-6 и на черт. 6.1-6.3. Грузоподъемность опор по максимальному давлению на грунт основания следует определять при трех комбинациях временных нагрузок, приведенных в табл. 3.4, принимая их с соответствующими коэффициентами сочетаний h в формулы (6.6-6.10) вводят только те нагрузки, которые входят в рассматриваемую комбинацию.

Расчет в поперечном направлении

По расчетной схеме загружения промежуточной опоры на максимальное давление в поперечном направлении (рис. 6.4) к временным нагрузкам, рассмотренным в плоскости продольной оси моста, добавляется усилие от центробежной сипы s_c при расположении моста на кривой радиусом менее 3000 м. Величину допускаемой временной нагрузки определяют по той же формуле (6.6), что и при расчете в продольном направлении, однако в этом случае:

                                                                                  (6.15)

Рис. 6.4. Расчетная схема загружения промежуточной опоры на свайном основании для расчета на максимальное давление в поперечном направлении как условного фундамента мелкого заложения:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k; 1' - 2' - 3' - 4', 1' - 4' - 5' - 6'  - контуры условного грунтового массива

                                                                      (6.16)

                                                                                                    (6.17)

Суммарный момент от постоянных и прочих временных нагрузок дополнительно к нагрузкам, перечисленным в формуле (6.10), учитывает ветровую нагрузку на подвижной состав, находящийся на пролетных строениях:  При этом

                                                                                              (6.18)

В приведенных формулах буквенные обозначения пояснены выше в разделе 4.2. Комбинации сочетаний временных нагрузок принимают по табл. 3.4, а коэффициенты надежности по назначению и по условиям работы берут те же, что и при расчетах в продольном направлении.

Расчет устоя по среднему давлению

6.3. Схема загружения устоя по среднему давлению показана на рис. 5.1; допускаемая временная вертикальная нагрузка на грунт свайного основания определяется по общей формуле (1.10). Методика расчета условного грунто-свайного фундамента по среднему давлению приведена в разделе 6.1 формулы (6.3-6.5).

Расчет устоя по максимальному давлению

6.4. Схема загружения устоя по максимальному давлению та же, что и в п. 5.2 (см. рис. 5.2); допускаемая временная нагрузка по максимальному давлению на грунт определяется по формуле (6.6), в которой:

                                                                   (6.19)

                                                                                                    (6.20)

F_h, п_г - пояснены в п. 5.2;

                                       (6.21)

                                                                                                 (6.22)

 - вычисляют по формуле (5.1);

SN_П - подсчитывают по формуле (5.2).

Остальные обозначения в формуле (6.6) те же, что и в п. 6.2.

7. УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ДЕФЕКТОВ ОПОР

7.1. Все дефекты мостовых опор, включая отслоение поверхностного слоя, выколы, вывалы облицовочных камней и др. должны быть учтены при определении расчетных геометрических характеристик рассматриваемого сечения. В каждом ослабленном сечении необходимо определить расчетную рабочую площадь за вычетом дефектов, положение центра тяжести и моменты сопротивления.

7.2. При наличии на боковых гранях опор вертикальных сквозных трещин, проходящих по всей высоте опоры, расчетную рабочую площадь ограничивают трещиной и наиболее сжатой гранью опоры (заштрихованная часть сечения на рис. 7.1). Для этой части сечения, кроме площади, определяют положение центра тяжести и момент сопротивления для наиболее сжатой (передней) грани.

Рис. 7.1. Расчетная схема загружения устоя со сквозной вертикальной трещиной на боковой поверхности:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - сквозная трещина; 3 - рабочая площадь (заштрихована); 4 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k

7.3. При сквозных трещинах, проходящих не на всю высоту опоры, необходимо проверять сечение по низу сквозной трещины (сечение II-II на рис. 7.2), учитывая ослабление так же, как и в п. 7.2.

7.4. При наличии вертикальных не сквозных трещин на боковой поверхности опор ослабление учитывается определением геометрических характеристик для заштрихованной части сечения III-III.

7.5. Загружение устоя при определении максимального давления по п. 7.2 и 7.3 производится без учета постоянных и временных нагрузок, находящихся за трещиной на устое и призме обрушения (см. рис. 7.1), а по п. 7.4 не учитываются постоянные и временные нагрузки, действующие на незаштрихованную часть сечения III-III (см. рис. 7.2).

При загружении на максимальное давление промежуточной опоры с вертикальной трещиной на фасаде, по аналогии с устоем, не учитывают постоянные и временные нагрузки со стороны меньшего пролета, включая ветровую, ледовую и нагрузку от навала судов, действующие на незаштрихованную часть сечения.

7.6. Наличие трещин в теле опоры приводит к выщелачиванию цементного раствора, разрыхлению кладки и снижению расчетного сопротивления материала тела опоры. В этих случаях необходимо брать керны для определения фактического снижения расчетного сопротивления кладки, учитывая тем самым влияние на грузоподъемность неудовлетворительного состояния кладки опоры.

7.7. При затруднениях с взятием керна для ориентировочной оценки грузоподъемности опоры можно понижать расчетное сопротивление кладки на основании имеющегося опыта обследования и статистических данных.

Рис. 7.2. Расчетная схема устоя с трещиной, распространяющейся не на всю высоту боковой грани:
1 - допускаемая временная вертикальная нагрузка интенсивностью k; 2 - трещина; 3 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k для сечения с несквозной трещиной; 4 - рабочая площадь в сечении III-III, где трещина несквозная, не выходящая на противоположную грань опоры; 5 - линия влияния вертикальных (нормальных) сил N_k для сечения со сквозной трещиной; 6 - рабочая площадь в сечении II-II, где трещина сквозная, выходящая на противоположную грань опоры

7.8. При наличии других дефектов, не упомянутых выше, но снижающих грузоподъемность опор, применяется осмысленный субъективный подход к оценке грузоподъемности, заключающийся в снижении геометрических характеристик, с учетом ослабления сечений, выявленными дефектами и (или) в понижении расчетных сопротивлений материала кладки опор.

7.9. Горизонтальные трещины по передней стенке устоя и на боковой поверхности промежуточной опоры, расположенные в уровне концов вертикальных сквозных трещин по фасаду моста, являются наиболее опасными и, наряду с косыми трещинами на выкол, требуют незамедлительного принятия мер по усилению опоры.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ЭТАЛОННАЯ НАГРУЗКА

В качестве эталонной временной вертикальной нагрузки при классификации мостов принята нагрузка H1, схема которой показана на рисунке. Нагрузки, эквивалентные эталонной для треугольных линий влияния, приведены в табл. 1, а для треугольно-прямоугольных - в табл. 2.

Рис. Схема эталонной временной вертикальной нагрузки H1:
р_КП - нагрузка от оси колесной пары на рельсы, кН (тс); р_в - нагрузка от вагонного подвижного состава, распределенная по длине пути, кН/м (тс/м)

Таблица 1. Эквивалентные нагрузки k_н для треугольных линий влияния (без учета динамики) и динамические коэффициенты этой нагрузки

*Коэффициент a, определяющий положение вершины линии влияния, вычисляется по формуле: a = a₀/l, где a₀ - расстояние от вершины до ближайшего конца линии влияния. Табл. 1 справедлива для загружаемых на всей длине однозначных линий влияния. Для промежуточных значений a нужно принимать большие значения эквивалентных нагрузок.

**Динамические коэффициенты эталонной нагрузки определены по формуле  при условии, что они не могут быть менее 1,150.

Таблица 2. Эквивалентные нагрузки  для треугольно-прямоугольных линий влияния (без учета динамического коэффициента)

Продолжение табл. 2

Окончание табл. 2