РУКОВОДСТВО
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ ПОД РЕЛЬСОВЫЕ
ПУТИ КРАНОВ И ПЕРЕГРУЖАТЕЛЕЙ ИЗ СБОРНЫХ
БАЛОК, УЛОЖЕННЫХ НА ГРУНТ

РД 31.31.49-88

Москва 1988 г.

Разработано                  Союзморниипроектом

Директор института - Ф.Г. Аракелов

Начальник отдела стандартизации - М.И. Калашников

Ст. н. с. – руководитель и исполнитель разработка - А.Н. Котц

Главный специалист нормоконтроль - В.И. Ярошенко

Согласовано                 Главный инженер Главморречстроя

Минтранстроя - Д.Ф. Черевач

Срок введения в действие
установлен с 01.01.89

Настоящее Руководство распространяется на проектирование конструкций сборных железобетонных балок, уложенных непосредственно на песчаный грунт и являвшихся основанием рельсовых путей портовых портальных кранов и перегружателей.

Руководство рекомендуется для проектирования реконструкции существующих путей и опытного строительства новых.

1. Характеристики грунтового основания

1.1. При проектировании следует использовать нормативные характеристики вновь образованного при строительстве основания из песчаного грунта, приведенные в таблице приложения 1.

При строительстве крановых путей из сборных железобетонных балок, уложенных на грунтовое основание, полученное в результате засыпки пазухи причальных сооружений или образования территории порта, на момент устройства пути основание должно иметь относительную плотность сложения D > 0,6.

При D > 0,6 в зависимости от результатов технико-экономических расчетов необходимо провести уплотнение грунта или устраивать рельсовый путь по железобетонным балкам на свайном основании.

1.2. В случае реконструкции рельсовых путей характеристики грунтового основания и механические свойства его необходимо определять по результатам изысканий на объекте реконструкции.

При отсутствии данных изысканий, характеристики основания из песчаного грунта рекомендуется определять по формулам:

j_t = j_o + n×t, град.,                                                         (1)

C_t = C_o + К×t, ,                                                         (2)

где     t   - количество лет прошедших после образования грунтового основания;

j_о и С_о - угол внутреннего трения и удельное сцепление после образования грунтового основания (по данным таблицы приложения 1);

n и К - коэффициенты, значения которых принимают для песчаных грунтов средней крупности n = 0,06 и К = 0,004 и мелкой n = 0,04 и К = 0,005.

1.3. Механические характеристики грунтового основания следуем определять по результатам штамповых испытаний, а до образования грунтового основания механические характеристики определяют по зависимости осадки штампа от приложенной нагрузки к нему по формуле:

,                                                           (3)

где У - абсолютная осадка штампа, м;

[У] -   предельная осадка штампа в момент достижения предельной несущей способности основания, м;

R - давление, передаваемое на основание, Па;

[R] -   предельная несущая способность основания, Па;

 - относительное давление, равное ;

D -     относительная плотность сложения грунтового основания, определяемая  для вновь образованного основания принимают D = 0,5.

1.3.1. Осадку штампа в момент достижения предельной несущей способности грунтового основания определяют по формуле:

[У] = В(0,22 - 0,18D),                                                            (4)

где: В - ширина штампа, м.

1.3.2. Предельную несущую способность грунтового основания определяют в соответствии со СНиП 2.02.01-83 по формуле:

[R] = А×b× + В×q + L×C,                                                     (5)

где А, В и Д - коэффициенты, определяемые по формуле:

А = l_g×n_g; l_g = 0,9(l_q - 1)×tgj;

В = l_q×n_q; l_q = e^p×tgj×tg²j;

Д = l_c×n_c; l_c = (l_q - 1)×ctgj;

; ;

b - ширина подошвы балки, м;

l - длина одной балки, м;

g - удельный вес грунта, на глубину от подошвы балки до двойной ширины балки;

j - нормативный угол внутреннего трения грунта основания, град.;

С - нормативное удельное сцепление грунта основания, ;

q - нагрузка на уровне подошвы балки от грунта и покрытия, .

1.3.3. В соответствии с зависимостью (3) модуль упругости грунтового основания на уровне подошвы балки определяют по формуле

, Па,                         (6)

где     [К] - коэффициент жесткости основания в момент достижения предельной несущей способности основания, , ;

b -  ширина балки, м;

 -  относительная величина напряжения, при которой определяется модуль упругости Е_о. Принимают R_o равным напряжению, передаваемому на основание от собственной массы конструкции;

m - коэффициент Пуассона.

2. Расчет конструкций

2.1. Конструкции оснований рельсовых путей рассчитывают по первой и второй группам предельных состояний.

По первой группе рассчитывают железобетонные конструкции на наибольшие расчетные усилия, полученные в результате статических расчетов балки, лежащей на грунтовом основании, и возникающие в строительный период.

По второй группе определяют наибольшие уклоны рельсового пути, которые не должны превышать нормативных значений.

К этой группе также относятся расчеты по определению ширины раскрытия трещин в наиболее напряженном сечении железобетонной конструкции.

2.2. Нагрузка на рельсовые пути, уложенные по железобетонным балкам, состоит из постоянной нагрузки, от собственного веса конструкции и временной - от катков перегрузочных механизмов.

2.3. Временную нагрузку от кранов и перегружателей принимают в соответствии с Нормами технологического проектирования морских портов РД 31.31.37-78.

2.4. При относительной плотности сложения грунтового основания D < 0,85 в качестве расчетной модели основания рекомендуется принимать комбинированную модель, в которой учитываются упругие и остаточные деформации грунта (см. таблицы приложения 2).

2.5. При относительной плотности сложения грунтового основания D ³ 0,85 допускается использовать расчетные модели основания в виде упругого полупространства с определением Е_о по формуле (6) или по гипотезе коэффициента постели, при значении , .

Грунтовое основание в расчетах принимают однородным.

2.6. При расчетах по упругим моделям необратимым деформации основания допускается определять по формуле:

 = (n_к - 1), м,                                                       (8)

где  - необратимая информация основания в точке "К", м;

 -  упругая деформация по расчету в точке "К", м;

n_к - коэффициент, определяемый по формуле:

,                                                                (9)

 - относительное давление на основание в точке "К".

2.7. Наибольшие нормативные изгибающие моменты в балках кранового пути находят при двух схемах: расположении наибольшей нагрузки от ноги крана, посередине длины балки (схема № 1) и при расположении нагрузок по концам балки (схема 2, Рис. 1).

2.8. Расчетные значения изгибающих моментов, растягивающих нижнюю часть балки, определяют умножением нормативного значения на коэффициент условий работы m = 1,25, учитывающий неоднородность свойств грунтового основания под балкой.

Значения расчетных изгибающих моментов, растягивающих верхнюю часть балки, полученных по комбинированной модели с односторонней связью балки с основанием, умножаются на m =1,0, а по упругой модели - на m = 0,8.

2.9. Наибольший уклон рельсового пути получают при расположении нагрузки у стыка сборных балок, если жесткость стыка меньше жесткости балки.

Схема 1

Схема 2

Рис. 1. Схемы нагрузок от крана

l - расстояние меду осями ног крана, м;

А, Г -   нагрузки на ноги крана, определяемые по РД 31.31.37-78;

q -  собственный вес конструкции,

Рис. 2. График определения поправочного коэффициента К_у к прогибу балки в месте стыка

B_ст - жесткость стыка;

B_б -  жесткость балки, Па м⁴;

a - показатель гибкости системы "балка-основание"

;

У_ст - осадка балки в месте стыка, жесткость которого отличается от жесткости балки, м;

У_о -  осадка балки в месте стыка, жесткость которого равна жесткости балки, В_ст = В_б, м.

Допускается проводить расчет балок, у которых стык имеет жесткость, равной жесткости балки. Тогда полученный наибольший прогиб в месте стыка У_о следует умножить на величину К_у, определяемую по графику (рис. 2) по значениям отношения жесткости стыка к жесткости балки и показателю гибкости системы , где С_у - длина участка, на которые поделена балка при расчете по методу Б.Н. Жемочкина, м.

2.10. Наибольший уклон рельсового пути должен быть меньше или равен нормативному уклону или допускаемому уклону для конкретного крана или перегружателя. Нормативный уклон принимают по таблице 5 "Правил устройства и эксплуатации грузоподъемных кранов". Металлургия, 1976 г.

2.11. Нормативные изгибающие моменты, действующие в поперечном направлении балки, и перерезывающие силы определяют для сечения, в котором действует наибольшее реактивное давление при расчете в продольном направлении. Эпюра реактивного давления в поперечном направлении принимается равномерной с ординатой, равной давлению в этом сечении, полученному при расчете в продольном направлении.

2.12. Расчетные изгибающие моменты в поперечном направлении определяют по нормативным значениям, умноженным на коэффициент условия работы m:

для 0,1 > a ³ 0,01 - m = 0,9

для a < 0,01

m = 1,25 - 0,35,                                                        (10)

где  - относительное напряжение на грунтовое основание в месте определения изгибающих моментов в поперечном направлении.

2.13. Необратимые деформации грунтового основания после приложения нагрузки более 30 раз определяют по формуле:

 = 1,5, м,                                                          (11)

где  - необратимые деформации после первого загружения, определяемые расчетом, м;

 - необратимые деформации после многократного загружения, м.

3. Конструирование и подготовка основания

3.1. Длина сборных железобетонных конструкций основания рельсового пути должна быть равной длине рельса.

3.2. Высота сборных балок выбирается в диапазоне от 0,45 до 0,8 м. Высота балки определяется по необходимой жесткости, при которой наибольший уклон рельсового пути меньше или равен нормативному значению.

3.3. Для балок рекомендуется принимать наиболее экономичное тавровое сечение.

3.4. Ширину подошвы балки принимают в диапазоне от 1,0 до 1,8 м. Конкретные размеры назначают по результатам расчета по второй группе предельных состояний.

3.5. Полку тавра балки проектируют толщиной 0,2-0,25 м в месте примыкания к ребру и 0,1-0,15 м на конце полки.

Толщину ребра таврового сечения балки рекомендуется назначать от 0,3 до 0,5 м (Рис. 3).

3.6. В месте стыка балок проектируют соединения, которые должны обеспечить наименьшую разность деформации концов смежных балок. Возможные конструктивные решения приведены на рис. 4.

3.7. Конструктивные соединения балок должны обеспечивать быстрый монтаж и демонтаж для производства текущего ремонта и подбивки основания.

3.8. Крепления рельса к сборной железобетонной балке должны обеспечивать возможность монтажного перемещения рельса в сторону от оси на ±20 мм и по высоте +20 мм.

Проверенное в эксплуатации крепление приведено на рис. 5.

Рис. 3. Рекомендуемые размеры сечения балки

Рис. 4. Конструктивные решения соединения балок

1 - сборные балки; 2 - рельсы; 3 - рельсовые соединительные накладки; 4 - крепление рельса к балке; 5 - фланцевое соединение балок

Рис. 5. Крепление рельса к балке

1 - балка; 2 - рельс; 3 - клемма; 4 - гайка; 5 - болт; 6 - шайба; 7 - металлическая подкладка ; 8 - закладная деталь

3.10. До укладки балок на грунтовое основание с целью уменьшения накопления остаточных деформаций под концами балок рекомендуется произвести уплотнение грунта в местах стыка балок до D > 0,7.

3.11. До ввода в эксплуатацию рельсовых путей рекомендуется производить обкатку пути кранами при незаполненной грунтом траншеи, в которую вложены балки.

Количество проходов крана по балкам следует назначать не менее 30.

Приложение 1
(обязательное)

Нормативные характеристики грунтового основания, образованного при строительстве

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8

D = 0,8

E_c = 287 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,075                                                                  К-35 Схема 1

Пояснения к результатам расчета

Конструкция основания рельсовых путей состоит из сборных балок длиной 12,5 м, соединенных между собой рельсом.

Для расчета конструкции балок они условно разбиты на участки длиной 1 м. Каждый участок имеет жесткость, определенную для балки высотой 0,65 м. В месте стыка балок участок имеет жесткость рельса.

Грунтовое основание представлено комбинированной моделью, которая позволяет производить расчеты при нелинейной зависимости осадок, от нагрузки.

Связь между конструкцией и основанием односторонняя, т.е. учитывается влияние основания только для сжимающих усилий.

Программа для расчета балок на ЭВМ написана на языке Фортран и хранится в Союзморниипроекте.

Характеристики основания приняты для песчаных грунтов (мелких песков, песков средней крупности и крупных песков) с относительной плотностью сложения основания D > 0,6.

Нагрузка на рельсовые пути от крана принята в соответствии с Нормами технологического проектирования морских портов, РД 31.31.37-78 и относится к нагрузке К-35 при шести катках в ноге крана.

Эта схема дает наибольшие усилия в конструкции и деформации ее.

Расчеты проведены для балок, имеющих ширину плиты подошвы 1,2 и 1,8 м.

Исходные данные

j = 32°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,6

E_с = 104 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,027                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 32°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,8

E_c = 176 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,046                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 32°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,6

E_c = 128 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,034                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 32°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,8

E_c = 217 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,057                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,6

E_c = 136 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,036                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,8

E_c = 230 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,006                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,6

E_c = 170 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,044                                                                  К-35 Схема 1

Приложение 2
(рекомендуемое)

Примеры расчета сборных конструкций балок, выполненных по комбинированной модели основания

Исходные данные

j = 36°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,6

E_о = 180 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,047                                                                  К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 36°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,8

E_о = 305 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,08                                                                    К-35 Схема 1

Исходные данные

j = 32°                                                                     h_б = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,6

E_о = 104 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,027                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 32°                                                                     h_б = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,8

E_с = 176 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,046                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 32°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,6

E_с = 129 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,034                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 32°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,8

E_с = 217 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,057                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,6

E_с = 136 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,036                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,8

E_с = 230 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,06                                                                    К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,6

E_с = 170 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,044                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 34°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,8 м

D = 0,8

E_с = 287 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,075                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 36°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,6

E_с = 180 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,047                                                                  К-35 Схема 2

Исходные данные

j = 36°                                                                     h = 0,65 м

g = 17,5                                                             b = 1,2 м

D = 0,8

E_с = 305 МПа                                                          Нагрузка по

a = 0,08                                                                    К-35 Схема 2

Приложение 3
(справочное)

Пример расчета. Определение усилий в балках деформации

Необходимо на причальном сооружении из заанкерованного шпунта заменить шпально-балластное основание рельсового пути, воспринимавшего крановую нагрузку К-25, на основание из сборных железобетонные балок под нагрузку К-35.

Из архивных данных установлено, что засыпка пазухи и территория образованы из среднезернистого песка со средним углом внутреннего трения j = 32°35¢, сцеплением С = 1 кПа и g = 1,9 кН/м³.

Относительная плотность сложения песчаного грунта находилась в пределах от 0,6 до 0,85.

Уровень воды находится на 3,15 м ниже отметки территории.

Причал эксплуатируется 23 года.

Принимаем размеры балки: длина 12,5 м, ширина b = I,2 м и высота h = 0,65 м.

Нагрузка на грунтовое основание на уровне подошвы вдоль, балки от веса грунта и железобетонного покрытия территории составляет q = 15 кН/м.

Определяем характеристики грунтового основания после 23 лет эксплуатации причала.

Согласно п. 1.2. определяем

j_t = 32°35¢ + 0,06×23 = 34°13¢

C_t = 1 + 0,04×23 = 1,9 кН/м²

Определяем средневзвешенное значение gb₃b.

gb₃b =  = 17,5 кН/м³

Принимаем для расчета следующие значения характеристик основания грунта.

j = 34°; С = 2 кН/м² = 17,5 кН/м³

D = 0,6 и q = 15 кН/м²

Статический расчет балок на грунтовом основании проводим по программе (см. приложение 1) на принятие характеристики основания и размеры балки. Некоторые результаты расчетов приведены в табл. приложения.

В соответствии РД 31.31.37-78 принимает нагрузку на рельсовый путь по схеме К-35. Собственный погонный вес конструкции составляет 15 кН/м.

В соответствии с п. 3.7 наибольшие нормативные изгибающие моменты в балках находятся при расположении наибольшей нагрузки от ноги крана посередине длины балки и при расположении нагрузки по концам балки.

Наибольшие значения усилий, перерезывающих сил, давлений и деформаций выбираем из таблицы (приложение 2), в которых приведены результаты расчетов. Эпюры изгибающих моментов и деформаций приведены на рис. 6.

M_max = -783,5 кНм,                              M_max = + 481,4 кНм,

R_max = 300 кПа,                                    Q_max = 454,5 кН.

 = 0,076 м,  = 0,063 м

Рис. 8

Расчетное значение изгибающих моментов в балке определяют в соответствии с указанием п. 2.8.

Изгибающий момент растягивающей нижнюю грань балки

М_расч = -mМ_max = 1,25×783,6 = -979,5 кНм

Изгибающий момент, растягивающий верхнюю грань балки

М_расч = +mМ_max = 1,0×484,4 = +481,4 кНм

Определяем наибольший уклон рельсового пути

,

где  - наибольшая упругая осадка пути, м.

 - упругая осадка на расстоянии D от наибольшей осадки, м.

D - расстояние между осями ног крана вдоль пути, м.

Уклон меньше нормативного значения. Высоту балки можно уменьшить.

Определяем усилия, действующие в поперечном направлении балки в соответствии с п. 2.11.

Берем сечение балки, в котором действует наибольшее реактивное давление R_max, полученное при расчете балки вдоль ее длины.

Принимаем равномерное распределение реакции грунта в поперечном сечении балки с ординатой R_max кПа.

От этой эпюры определяем изгибающий момент и перерезывающую силу для сечения, в котором полка балки примыкает к ребру.

 = -300×1×0,45×0,5×0,45 = 30,4 кН×м на 1 пог. м

Q_max = 300×1×0,45 = 135 кН

Расчетный изгибающий момент М^р в соответствии с п. 2.13 определен по формуле:

 = m, кН×м,

где m = 1,25 - 0,35.

В соответствии с п. 1.3 определяем ,

 = A×b×g + B×q + Д×с = 890,4 кн/м²

 = 0,34

m = 1,25 - 0,35×0,34 = 1,13

 = (-1,13)×30,4 кН×м = -34,4 кН×м

Определение наибольших остаточных деформаций.

Перед сдачей путей в эксплуатацию проводят обкатку их кранами. Для этого случая остаточные деформации определяют от веса крана при отсутствии пригрузки основания около балок.

Расчетами определены остаточные деформации от первого загружения У_необр = 0,8 см.

После 30 проходов крана остаточные осадки составят

 = n× = 1,5×0,8 = 1,2 см

В процессе эксплуатации под нагрузкой К-35 остаточные деформации должны составить:

 = 1,5(У_общ - У_упр) = 1,5(7,6 - 6,3) = 1,95 см,

но из этого значения  необходимо вычесть осадки, проявившиеся при обкатке рельсовых путей.

Тогда при эксплуатации следует ожидать необратимые осадки равные

 = 1,95 см - 1,2 см = 0,75 см.

СОДЕРЖАНИЕ