Инструкция по диагностике металлических пролетных строений мостов с ортотропной плитой и металлическим балластным корытом

(утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 12.12.2012 № 2543р)

от 12 декабря 2012 г. № 2543р

ИНСТРУКЦИЯ ПО ДИАГНОСТИКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТОВ С ОРТОТРОПНОЙ ПЛИТОЙ И МЕТАЛЛИЧЕСКИМ БАЛЛАСТНЫМ КОРЫТОМ

1. Общие положения

1.1. Настоящая Инструкция регламентирует диагностику пролетных строений с ездой на балласте по металлической ортотропной плите балластного корыта, расположенных на железнодорожных линиях, независимо от класса железнодорожных путей и скоростей движения поездов. Инструкция дополняет надзор за состоянием металлических пролетных строений мостов с ортотропной плитой и металлическим балластным корытом, который должен осуществляться согласно положениям Инструкции по содержанию искусственных сооружений [1].

1.2. Диагностика пролетных строений включает в себя комплексную оценку состояния элементов пролетного строения и мостового полотна, защитных и охранных устройств, окраски и гидроизоляции, геометрических параметров элементов.

1.3. Диагностика пролетных строений направлена на выявление повреждений или неисправностей, снижающих прочность (устойчивость) их элементов. На ее основе в случае необходимости производится классификация пролетного строения по грузоподъемности.

1.4. Во всех случаях повреждения пролетных строений или возникновения неисправностей, снижающих прочность (устойчивость) их элементов, необходимо немедленно принимать меры, обеспечивающие безопасность движения поездов.

Такими мерами являются:

• устранение повреждений или неисправностей;
• временное усиление поврежденных элементов;
• введение ограничений для движения поездов, а при необходимости — закрытие сооружений для пропуска нагрузок.

1.5. Для единообразия записей во всей технической документации счет опор, пролетов, узлов ферм и поперечных балок ортотропной плиты необходимо вести по ходу километров, а продольных ребер, как и наименование сторон искусственных сооружений — слева направо по ходу километров. При этом счет узлов ферм и поперечных балок начинается с нуля. В фермах поперечные балки, расположенные между главными узлами, обозначаются двойным номером. К примеру, поперечные балки, расположенные за узлом Н0, имеют номер 0.1, 0.2 и т.д. Поперечные балки, расположенные за узлом Н1, имеют номер 1.1, 1.2 и т.д. В сплошностенчатых пролетных строениях счет поперечных балок производится подряд и начинается с нуля.

Следует применять сокращения:

ИССО — искусственное сооружение; ЗП — земляное полотно;

Оп — опора; ПС — пролетное строение; ГБ — главные балки;

ПЧ — проезжая часть; Б — продольные балки; П — поперечные балки;

Ф — ферма; В (Н) — верхние (нижние) узлы ферм;

ДШ — деформационные швы и т.д.

1.6. Металлические пролетные строения мостов с балластным корытом в случае необходимости следует классифицировать по грузоподъемности.

Классификации пролетных строений по грузоподъемности и их корректировка выполняются мостоиспытательными станциями или другими аккредитованными организациями на основании имеющейся технической документации и результатов диагностики сооружения.

Грузоподъемность пролетного строения, запроектированного под нагрузку С14, обеспечивает пропуск всех видов нагрузок и не требует проверки, если пролетное строение не имеет дефектов или повреждений.

1.7. При проведении диагностических работ работники обязаны соблюдать правила охраны труда, руководствуясь требованиями приложения 1 СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний [2] и Правил по охране труда при содержании и ремонте железнодорожного пути от 24.02.1999 ПОТ РО-32-ЦП-652-99 [7].

2. Ознакомление с технической документацией

2.1. Перед началом работ по обследованию и испытанию металлических пролетных строений мостов с металлическим балластным корытом необходимо провести ознакомление с технической документацией (проектными решениями, исполнительной документацией, учетными формами, материалами предыдущих обследований и испытаний и другими), имеющейся в эксплуатирующем подразделении инфраструктуры (дистанции пути, дистанции инженерных сооружений).

2.2. Применяемые пролетные строения с металлическим балластным корытом по типу конструкций подразделяются на балочные сплошностенчатые с ездой поверху, балочные сплошностенчатые с ездой понизу открытого типа (однопутные и двухпутные), фермы со сквозной решеткой и арочные. По конструкции пересечения продольных и поперечных ребер ортотропной плиты подразделяются на одноярусные и двухъярусные.

2.3. При ознакомлении с технической документацией необходимо учитывать конструктивные особенности пролетных строений, которые приведены в Приложении П1.

3. Обследование пролетных строений

Оценка состояния балластного слоя, водоотвода, гидроизоляции и окраски

3.1. Состояние гидроизоляции оценивается в тех случаях, если срок ее эксплуатации составил не менее 25 лет, либо имеются внешние признаки ее нарушения. Для гидроизоляции, имеющей срок эксплуатации более 25 лет, необходимо проводить оценку ее состояния не реже, чем один раз в 3 года.

3.2. Оценка исправности гидроизоляции производится по относительному изменению толщины листа днища балластного корыта.

Измерение толщины металла производится с нижней стороны днища ультразвуковым толщиномером типа А1209.

С нижней стороны наметить места контрольных замеров толщины листа балластного корыта размером не менее 50 x 50 мм и сделать их маркировку краской для долговременного использования. В местах резких изменений толщины — возле выборок или сварных швов контур площадки измерений следует соответственно скорректировать.

Места для контрольных замеров рекомендуется располагать равномерно по длине пролета возле внешней кромки листа днища, около водоотводных трубок, под боковыми и торцевыми бортовыми элементами, в зоне крепления деформационных швов и несколько посередине полотнищ.

Первичный замер толщины днища желательно сделать после установки пролетного строения, когда гидроизоляция еще не имеет нарушений. Далее замеры выполняются либо при наличии внешних признаков нарушения гидроизоляции (потеки ржавчины), либо в соответствии с п. 3.3.

Произвести замер толщины листа днища в намеченном месте — не менее 10 измерений. Толщину листа считать по средней величине. Значение измеренной толщины должно быть записано и нанесено на схему.

Признаком нарушения гидроизоляции балластного корыта является снижение толщины листа более 0,3 мм от первоначальной величины.

Результаты замеров занести в таблицу с указанием положения места замера, даты и измеренной толщины листа. Хранить вместе с документацией, относящейся к мосту (в книге моста).

3.3. При отсутствии ультразвукового толщиномера типа А1209 для определения состояния гидроизоляции следует в теплое время произвести откопку балласта в шпальном ящике ближе к борту, не менее двух мест на пролетном строении. Производится визуальная оценка состояния защитных слоев и самой гидроизоляции методом отрыва грибков. Допускается произвести ее локальное вскрытие на участке диаметром до 100 мм для проверки наличия ржавчины. В случае исправности гидроизоляции защиту вскрытого участка следует восстановить резино-битумным покрытием.

3.4. Оценка прочности окрасочного слоя производится адгезиометром, методом пластических деформаций, а ее толщина электронным толщиномером.

Требования к обследованию двухъярусной ортотропной плиты сплошностенчатых пролетных строений

3.5. Балочные сплошностенчатые пролетные строения с двухъярусной ортотропной плитой получают усталостные повреждения в узлах пересечения продольных ребер с поперечными балками, которые представлены на рисунке 3.1. При обследовании элементов двухъярусной ортотропной плиты следует осматривать все узлы пересечения продольных ребер с поперечными балками, расположенных между главными балками. На крайних продольных ребрах, установленных ближе к стенкам главных балок, вероятность возникновения усталостных трещин выше, поскольку они нагружены больше, чем средние.

ребрами таврового сечения

3.6. Усталостные трещины возникают в продольных ребрах над поперечными балками по границе углового сварного шва прикрепления нижнего окаймляющего листа продольного ребра. Эти трещины растут вдоль сварного шва, не поворачивая в стенку или в нижний окаймляющий лист. Необходимо проверять сверху нижний окаймляющий лист продольного ребра вдоль кромки угловых сварных швов между болтами прикрепления.

3.7. Усталостные трещины возникают в верхних поясах поперечных балок под продольными ребрами по границе углового сварного шва, прикрепляющего верхний пояс к стенке поперечной балки. Эти трещины начинают свой рост вдоль сварного шва между болтами прикрепления, а затем поворачивают в основной металл верхнего пояса под углом около 45° к шву.

Требования к обследованию одноярусной ортотропной плиты балочных пролетных строений

3.8. В элементах одноярусной ортотропной плиты с продольными ребрами, примыкающими к поперечной балке по всей высоте с «рукавчиком» (не пересекающими поперечные балки), возможно появление усталостных трещин в местах, показанных на рисунке 3.2. Трещины могут развиваться вдоль краев угловых сварных швов прикрепляющих торец продольного ребра к стенке поперечной балки. Кроме того, возможно появление усталостных трещин по основному металлу от кромки продольного ребра в зоне выкружки на примыкании к поперечной балке и от кромки листа в местах радиального перехода поперечной балки к вертикальному ребру (в случае отсутствия обечайки).

Продольное сечение ортотропной плиты

поперечные балки (при отсутствии обечайки)

3.9. В пролетных строениях с продольными балками в составе ребер ортотропной плиты продольная балка совпадает с поперечной балкой по высоте. В этом случае поперечная балка и продольное ребро имеют нижние окаймляющие листы, которые также соединяются сварным стыковым швом. Эта конструкция Усталостные трещины могут возникать по краю углового сварного шва, соединяющего стенки продольной и поперечной балок и в стыковом шве, соединяющем их нижние окаймляющие листы, как показано на рисунке 3.3.

ребра и поперечной балки

3.10. В элементах одноярусной ортотропной плиты, имеющей продольные ребра, пропущенные сквозь поперечную балку через вырез с деконцентрирующим отверстием, усталостные трещины могут развиваться в нескольких местах:

• по продольному ребру от свободной кромки по основному металлу и далее вдоль углового сварного шва, соединяющего ребро со стенкой поперечной балки;
• по стенке поперечной балки от конца углового сварного шва, присоединяющего стенку продольного ребра вдоль самого шва, иногда с ответвлением в основной металл стенки.

Необходимо осматривать узлы пересечения продольных ребер с поперечными балками во всех вышеуказанных местах, где возможно возникновение усталостных трещин.

пересекающимися через вырез с обваркой по контуру

Требования к обследованию одноярусной ортотропной плиты решетчатых пролетных строений

3.11. В решетчатых пролетных строениях в элементах одноярусной ортотропной плиты, имеющей продольные ребра, пропущенные сквозь поперечную балку через вырез с деконцентрирующим отверстием, усталостные трещины могут развиваться в тех же местах, что и в балочных пролетных строениях. Их обследование проводится аналогично вышеизложенному для балочных пролетных строений.

4. Контрольные измерения и инструментальные съемки

4.1. Контрольные измерения и инструментальные съемки должны осуществляться в соответствии с требованиями СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний [2].

4.2. Необходимо определить эксцентриситет пути и толщину балластного слоя под шпалой в подрельсовой зоне и его состояние с учетом требований Методических указаний по обследованию балластного слоя [3]. Эксцентриситет пути и толщина балласта определяется по результатам геодезической съемки пути в нескольких сечениях — на опорах, в четвертях и середине пролета. В качестве итогового значения принимается средняя величина толщины балластного слоя. Учет эксцентриситета производится в соответствии с п. 7.1 [6].

4.3. Для определения действительного напряженно-деформированного состояния элементов конструкций в натурных условиях рекомендуется применять механические тензометры, или электрические тензометрические системы, и электропрогибомеры.

Общие прогибы и линейные перемещения пролетных строений при испытаниях могут быть измерены с использованием геодезических инструментов, различного типа механических прогибомеров и клинометров, индикаторов часового типа, а также тензометрических прогибомеров.

Для длительного наблюдения за деформационными перемещениями элементов конструкции применяются измерители линейных деформаций и геодезические инструменты с закреплением специальных марок на сооружении и реперов на местности.

4.4. Для проверки размеров сооружения и его элементов используется мерный инструмент — лазерные дальномеры, тахеометры, нивелиры, рулетки со стальной лентой, штангенциркули, стальные линейки и пр.

4.5. Параметры применяемых приборов (точность, пределы измерений, частотные характеристики и др.), способы их установки и используемые установочные приспособления должны позволять получать стабильные показания измеряемых величин с возможно меньшими погрешностями и искажениями, в том числе температурными. При испытаниях используют стандартные приборы, прошедшие поверку. Допускается использование иных сертифицированных приборов, если по их применению имеются технологические инструкции.

4.6. Определение механических характеристик и качества материала элементов пролетного строения производится при помощи приборов неразрушающего контроля и отбора проб.

4.7. Для проведения испытаний пролетных строений следует применять специализированные аппаратно-программные комплексы. Комплексы предназначены для автоматизированного измерения физических параметров, сбора данных, а также обработки и представления информации, характеризующей статическое и динамическое состояние объектов в реальном масштабе времени в полевых условиях.

5. Испытания пролетных строений

5.1. Статические и динамические испытания пролетных строений должны осуществляться в соответствии с требованиями раздела 3 СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний [2]. Испытания проводятся, если в элементах пролетного строения обнаружены дефекты или повреждения и необходимо определить грузоподъемность такого элемента.

5.2. Испытание производится специальным испытательным поездом (поездная нагрузка с известными техническими характеристиками: осевое давление, база подвижного состава и база тележек). Возможно проведение испытаний под обращающимся подвижным составом, для которого необходимо фиксировать тип локомотива.

Класс подвижного состава, используемого для испытаний, должен быть известен на основании [4]. Для обращающегося подвижного состава это относится к локомотиву.

5.3. Элементы главных балок и главных ферм на основе результатов испытаний следует классифицировать в соответствии с [5] и [8].

5.4. Грузоподъемность элемента ортотропной плиты определяется в местах вероятного развития усталостных трещин (см. раздел 3 Инструкции).

Если в основном металле продольного ребра появилась усталостная трещина, следует определить нагруженность ближайших к нему ребер и поперечной балки на пересечении с ним.

Если трещина возникла по шву прикрепления продольного ребра к стенке поперечной балки, следует определить его нагруженность по нижней кромке в зоне примыкания к поперечной балке.

Для установки тензометрических датчиков в элементах ортотропной плиты следует руководствоваться схемами, приведенными на рисунках 5.1 и 5.2. Для контроля положения осей испытательной нагрузки по одному тензометрическому датчику устанавливается на подошве рельса в середине шпального ящика в начале пролета и над испытываемым сечением.

пролетного строения со сплошной стенкой

под продольное ребро

5.5. При испытаниях следует производить прокатку испытательной нагрузки в соответствии с длинами участков линий влияния напряжений в местах вероятного развития усталостных трещин.

Для мест установки тензорезисторов в одноярусных ортотропных плитах балочных пролетных строений со сплошной стенкой, показанных на рисунке 5.1, длина загружения линии влияния представлена на рисунке 5.3 и может приниматься треугольной. При установке статической нагрузки одна из осей средней тележки должна ставиться в вершине, а другая располагаться в панели испытываемого продольного ребра.

L_{\text{конс}} — длины панели и консоли ортотропной плиты

Для мест установки тензорезисторов в элементах одноярусной ортотропной плиты решетчатых пролетных строений, показанных на рисунке 5.2, длина загружения принимается в соответствии со схемой, показанной на рисунке 5.4.

L_{\text{пан}} — длина панели ортотропной плиты

При использовании для испытаний пролетов длиной более 44 м обращающейся нагрузки необходимо определять тип и осевую нагрузку не только локомотива, но и следующих за ним вагонов.

5.6. В случае обнаружения усталостных трещин в узлах двухъярусных ортотропных плит производить их испытания не требуется. Необходимо произвести усиление поврежденного узла в соответствии с п. 8.1 настоящей инструкции.

6. Классификация пролетных строений по грузоподъемности

Обработка результатов обследований и испытаний

6.1. По результатам испытаний необходимо определить максимальные величины растягивающих и сжимающих напряжений в опасных фибрах элементов. Тензометр или тензометрический датчик показывают изменение относительной деформации на базе их длины. При линейном напряженном состоянии, характерном для рассматриваемых элементов, величины напряжений определяются в виде:

где \sigma_{u} — напряжения в МПа (кгс/см2), в элементе определенные по результатам испытаний;

\epsilon_{u} — измеренная относительная деформация, получаемая по показаниям прибора в соответствии с паспортными данными или протоколом измерений;

E — модуль упругости стали, принимаемый равным 210000 МПа или 2100000 кгс/см2.

В фибрах, где проведены определения напряжений, требуется установить длины загружения их линий влияния. Для элементов решетки главных ферм, поясов главных балок и продольных ребер ортотропной плиты длины загружений принимаются по расчетным линиям влияния. Для поперечных балок ортотропной плиты длина загружения линии влияния принимается равной длине четырех панелей продольного ребра.

Длина загружения линии влияния может быть уточнена по результатам испытаний. Длины загружения определяются по графикам изменения напряжений в точке при движении испытательной нагрузки, как показано в Приложении Б на рисунке Б.1.

По показанию датчика на рельсе (см. п. 5.4) определяется скорость движения испытательной нагрузки как:

где B — расстояние между осями вагона (например в середине вагона),

t — время в секундах между проходом осей на базе B, как показано в Приложении Б на рисунке Б.2.

Требования по классификации пролетных строений

6.2. При определении грузоподъемности пролетных строений и условий их дальнейшей эксплуатации необходимо учитывать следующее:

• особенности конструкций пролетных строений и их отдельных элементов;
• вид и механические характеристики материала, из которого изготовлены пролетные строения;
• качество заводского изготовления и монтажа пролетных строений, а также их усиления или ремонта;
• результаты обследования пролетных строений;
• результаты статических и динамических испытаний пролетных строений.

6.3. Допускаемую временную нагрузку k, которую может выдержать элемент, выражают в единицах эталонной нагрузки k_{\text{н}} с учетом соответствующего динамического коэффициента (1 + \mu) .

Число единиц эталонной нагрузки является классом элемента пролетного строения и определяется по формуле:

где k — допускаемая временная нагрузка, кН/м (тс/м);

k_{\text{н}} — эталонная нагрузка (временная вертикальная нагрузка по схеме H1, определяемая согласно приложению 1 Руководства [6]), кН/м (тс/м);

(1 + \mu) — динамический коэффициент, который определяется как:

где \lambda — длина загружения линии влияния эталонной нагрузкой для соответствующего элемента, м.

Динамический коэффициент (1 + \mu) принимается в соответствии со значением, полученным по формуле (6.2), но не менее 1,15.

6.4. Грузоподъемность элементов металлических пролетных строений определяется с учетом постоянных нагрузок (веса пролетных строений, мостового полотна, кабельных и воздушных коммуникаций и т.д.), центробежной силы при расположении мостов на кривых участках пути, ветровой нагрузки и сил торможения (тяги) подвижного состава.

Если усталостные трещины возникли в узлах пересечения продольных ребер с поперечными балками по сварному шву или с выходом на основной металл элемента, следует произвести замену поврежденного элемента или его усиление и рассматривать его несущую способность с учетом усиления. В случаях применения стандартных способов усиления, изложенных в разделе 8 настоящей инструкции, проверка несущей способности не требуется.

6.5. При классификации пролетных строений с ортотропной плитой и металлическим балластным корытом может возникнуть необходимость выполнить следующие виды расчетов:

• для пролетных строений со сплошными главными балками:

а) расчет поясов на прочность совместно с ортотропной плитой;

б) расчет на прочность по касательным напряжениям;

в) расчет на прочность в зоне повреждения или дефекта;

• для пролетных строений со сквозными главными фермами:

а) расчет нижних поясов на прочность совместно с ортотропной плитой;

б) расчет на прочность поясных швов;

в) расчет на прочность в зоне повреждения или дефекта.

Учет постоянной нагрузки при определении грузоподъемности

6.6. Постоянная нагрузка от собственного веса металла балластного корыта и устройства мостового полотна (балласт, шпалы, скрепления, рельсы, охранные приспособления и обустройства) принята одинаковой для всех пролетных строений в зависимости от их типа — со сплошной стенкой или решетчатых.

Основным параметром, от которого зависит интенсивность постоянной нагрузки, является толщина балласта под шпалами. Толщину балласта необходимо определять перед началом расчета. Поскольку толщина балласта измеряется по факту, к ней введен коэффициент надежности, равный n_{p2} = 1,05 .

Интенсивности постоянных нагрузок при различных толщинах балласта представлены в таблице 6.1. Минимальная толщина балласта под шпалой принимается равной 400 мм. Максимальная толщина балласта принимается 600 мм — из условия обеспечения нормативной ширины плеча балластной призмы.

Таблица 6.1

при разной толщине балласта

Толщина балласта, см	40	60
Соотношение толщин	1,0	1,5
Коэффициент надежности к весу мостового полотна	1,05
Нагрузка для балочных пролетных строений, кН/м (тс/м)	57,8 (5,9)	86,7 (8,85)
Нагрузка для решетчатых пролетных строений, кН/м (тс/м)	65,66 (6,7)	98 (10)

Значения интенсивностей постоянных нагрузок для другой толщины балласта определяются путем интерполяции или экстраполяции.

\epsilon_{k} = 0,5 + \frac{e_{\text{ср}}}{b} , (6.3)

где e_{\text{ср}} — среднее смещение оси пути относительно оси пролетного строения (среднее значение от алгебраической суммы смещений по концам пролетного строения), м;

b — расстояние между осями главных ферм (главных балок) пролетного строения, м.

При отсутствии эксцентриситета оси пути относительно оси пролетного строения коэффициент \epsilon_{k} = 0,5 .

Расчет грузоподъемности элементов на основе результатов испытаний

6.7. Оценка грузоподъемности производится по данным испытания пролетного строения и последующего экстраполирования соотношения между замеренными напряжениями и величиной расчетного сопротивления материала элемента конструкции.

Допускаемая эквивалентная временная нагрузка, которую способен выдержать элемент по рассматриваемой фибре, определяется по формуле:

k = k_{u} \cdot \frac{m \cdot R}{\sigma_{u}} - n_{p} \cdot \epsilon_{p} \cdot p , (6.4)

где R — основное расчетное сопротивление металла, принимаемое в соответствии с пунктом 4.7* [2], МПа (кгс/см2);

k_{u} — эквивалентная временная нагрузка, которой производилось загружение;

m — коэффициент условия работы, принимается в соответствии с пунктом 2.11 [6];

\sigma_{u} — напряжения, в элементе определенные по результатам испытаний;

n_{k} , n_{p} — коэффициенты надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава и к постоянной нагрузке соответственно, принимаемые согласно пунктам 2.7, 2.8 [6];

p — суммарная расчетная интенсивность постоянных нагрузок, кН/м (тс/м).

Интенсивность эквивалентной временной нагрузки k_{u} зависит от длины загружения линии влияния. Правила загружения линий влияния принимаются в соответствии с [6]. Для линий влияния элементов ортотропной плиты, имеющих несколько участков разного знака, в случае если длина отдельного участка окажется короче 15 м, их следует загружать однородной нагрузкой последовательно по ее движению, принимая за длину загружения сумму длин участков. При этом крайние участки загружать порожняком следует, только если сумма их длин превосходит 15 м.

Расчет пролетных строений со сквозными главными фермами

Расчет нижних поясов на прочность с учетом совместной работы ортотропной плиты

6.8. Несущая способность нижних поясов решетчатого пролетного строения с ортотропной плитой, включенной в совместную работу с нижними поясами, при растяжении и местном изгибе определяется в местах обрыва поясных листов, наибольших ослаблений или других опасных сечениях.

Допускаемая временная нагрузка определяется по формуле:

k = \frac{\chi_{1} \cdot m \cdot R}{\epsilon_{k} \cdot n_{k} \cdot (\frac{\Omega_{k}}{G} + \frac{\Omega_{m}}{W_{0}})} - n_{p} \cdot \epsilon_{p} \cdot p , (6.5)

где \chi_{1} — коэффициент размерности, равный 0,001 при расчете в системе СИ и 0,01 при расчете в системе СГС;

R — основное расчетное сопротивление металла, принимаемое в соответствии с пунктом 4.7* [2], МПа (кгс/см2);

\epsilon_{k} — доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну часть конструкции с учетом смещения оси пути относительно оси пролетного строения, определяемая по формуле 6.4;

n_{k} , n_{p} — коэффициенты надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава и к постоянной нагрузке соответственно, принимаемые согласно пунктам 2.7, 2.8 [6];

\Omega_{k} — площадь линии влияния осевых усилий в элементах ферм, загружаемые соответственно вертикальной нагрузкой от подвижного состава и постоянной нагрузкой, м2;

\Omega_{m} — площадь линии влияния местного изгибающего момента, м2;

G — расчетная площадь элемента, см2;

W_{0} — расчетный момент сопротивления нижних поясов вместе с ортотропной плитой, см3;

\epsilon_{p} — доля постоянной нагрузки, приходящаяся на одну балку с учетом индивидуальных особенностей конструкции пролетного строения, принимается в соответствии с пунктом 2.2 [6];

p — суммарная расчетная интенсивность постоянных нагрузок кН/м (тс/м).

Расчет на прочность поясных швов

6.9. Несущая способность по прочности поясных швов нижних поясов главных ферм определяется на участке пояса средней длиной 1000 мм.

При расчете следует исходить из того, что продольная сила и местный изгибающий момент передаются на вертикальные листы коробчатого сечения пояса, а затем перераспределяются на горизонтальные листы сечения. К верхнему горизонтальному листу пояса прикрепляется по всей длине ортотропная плита (рисунок 6.2), которая тоже включается в работу. Таким образом, через сварные швы передается усилие и на лист настила балластного корыта (палубный лист) с ребрами жесткости.

класса по прочности поясных швов

Примечание: размеры на рисунке представлены в мм, применительно для пролетного строения длиной 55,0 м.

Сварные швы обеспечивают включение в работу элементов ортотропной плиты с вертикальными листами нижнего пояса, что значительно увеличивает геометрические характеристики рассчитываемого поперечного сечения.

Нижние пояса и ортотропная плита совместно работают на сопротивление продольной силе и местному изгибающему моменту. Поэтому допускаемая временная вертикальная нагрузка пути должна быть вычислена по формуле:

k = \frac{\chi_{2} \cdot m \cdot R_{wf} \cdot F_{0}^{\beta}}{100 \cdot a_{p} \cdot \epsilon_{k} \cdot (\frac{n_{kM} \cdot \Omega_{m} \cdot S_{\text{бр}}}{I_{\text{бр}}} + \frac{n_{kN} \cdot F_{\text{бр}}^{\text{вкл}} \cdot \Omega_{k}}{F_{\text{бр}}^{\text{сум}}})} - n_{p} \cdot \epsilon_{p} \cdot p , (6.6)

где \chi_{2} — коэффициент размерности, равный 0,001 при расчете в системе СИ и 0,01 при расчете в системе СГС;

m — коэффициент условия работы, принимается в соответствии с пунктом 2.11 [6];

R_{wf} — расчетное сопротивление металла сварного шва, определяемое в соответствии с пунктом 4.10 [2], МПа (кгс/см2);

F_{0}^{\beta} — приведенная расчетная площадь сварного шва по срезу, см2:

F_{0}^{\beta} = s \cdot F_{\text{ш}} , (6.7)

s — коэффициент, принимаемый = 0,75;

F_{\text{ш}} — суммарная площадь боковой поверхности по срезу всех сварных швов, прикрепляющих соответствующий горизонтальный лист коробчатого сечения пояса на длине 1 м;

a_{p} — коэффициент, учитывающий собственный вес пролетного строения, в зависимости от длины линии влияния, принимается:

a_{p} = 1,1 — при длине линии влияния менее или равной 20 м;

a_{p} = 1,1 \div 1,2 — при длине линии влияния от 20 м до 45 м;

a_{p} = 1,2 — при длине линии влияния более 45 м;

\epsilon_{k} — доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну часть конструкции с учетом смещения оси пути относительно оси пролетного строения, определяемая по формуле 6.4;

n_{kN} и n_{kM} — коэффициенты надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава для соответствующих длин линий влияния;

\Omega_{k} — площадь линии влияния осевых усилий в элементах ферм, загружаемые соответственно вертикальной нагрузкой от подвижного состава и постоянной нагрузкой, м2;

\Omega_{m} — площадь линии влияния местного изгибающего момента, м2;

S_{\text{бр}} — статический момент элементов общего сечения, включаемых в совместную работу через проверяемые сварные швы, см2;

I_{\text{бр}} — момент инерции всего сечения поясов вместе с ортотропной плитой относительно нейтральной оси, см4;

F_{\text{бр}}^{\text{вкл}} — площадь, включаемая в совместную работу с вертикальными листами нижнего пояса через проверяемые швы (следует проверять отдельно для верхнего листа и нижнего листа коробки пояса), см2;

F_{\text{бр}}^{\text{сум}} — суммарная площадь нижних поясов фермы и ортотропной плиты, см2;

n_{p} — коэффициент надежности к постоянной нагрузке, принимаемый согласно пункту 2.7 [6];

\epsilon_{p} — доля постоянной нагрузки, приходящаяся на одну балку с учетом индивидуальных особенностей конструкции пролетного строения, принимается в соответствии с пунктом 2.2 [6];

p — суммарная расчетная интенсивность постоянных нагрузок, кН/м (тс/м).

Расчет пролетных строений со сплошными главными балками

Расчет поясов на прочность с учетом совместной работы ортотропной плиты

6.10. Несущая способность балочного пролетного строения с ортотропной плитой и металлическим балластным корытом при изгибе определяется в середине пролета, в местах обрыва поясных листов, наибольших ослаблений и других опасных сечениях.

Допускаемая временная нагрузка определяется по формуле:

k = \frac{1}{\epsilon_{k} \cdot n_{k} \cdot \Omega_{k}} \cdot (\chi_{1} \cdot m \cdot R \cdot W_{0} - \epsilon_{p} \cdot p \cdot \Omega_{p}) , (6.8)

где \epsilon_{k} — доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну часть конструкции с учетом смещения оси пути относительно оси пролетного строения, определяемая по формуле 6.4;

n_{k} — коэффициент надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава, принимаемый согласно пункту 2.8 [6];

\Omega_{k} , \Omega_{p} — площади линий влияния изгибающего момента, загружаемые соответственно вертикальной нагрузкой от подвижного состава и постоянной нагрузкой, м2;

\chi_{1} — коэффициент размерности, равный 0,001 при расчете в системе СИ и 0,01 при расчете в системе СГС;

m — коэффициент условия работы, принимается в соответствии с пунктом 2.11 [2];

R — основное расчетное сопротивление металла, принимаемое в соответствии с пунктом 4.7* [2], МПа (кгс/см2);

W_{0} — расчетный момент сопротивления главных балок с частью ортотропной плиты, см3;

\epsilon_{p} — доля постоянной нагрузки, приходящаяся на одну балку с учетом индивидуальных особенностей конструкции пролетного строения, принимается в соответствии с пунктом 2.2 [6];

p — суммарная расчетная интенсивность постоянных нагрузок, кН/м (тс/м).

Пролетные строения с ортотропной плитой и металлическим балластным корытом запроектированы с возможностью укладки на них пути, располагаемого по круговой кривой. В этом случае одна сторона в середине пролета будет перегружена за счет смещения оси пути относительно оси пролетного строения. Чаще всего ось пути располагают таким образом, чтобы смещения в середине пролета и по его краям были примерно равны. В таком случае величина смещения будет численно равна половине стрелы хорды круговой кривой, где величина хорды есть полная длина пролетного строения. В этом случае стрела хорды будет определяться как:

f = R - \sqrt{R^{2} - 0,5 \cdot L^{2}} , (6.9)

где R — радиус кривой, м;

L — длина пролетного строения, м.

Расчет на прочность по касательным напряжениям

6.11. Грузоподъемность балочных пролетных строений по касательным напряжениям с верхним поясом в виде ортотропной плиты определяется по нейтральной оси главной балки у опоры, в местах изменения поперечного сечения и в середине пролета.

Допускаемая временная нагрузка в этом случае будет определяться по формуле:

k = \frac{1}{\epsilon_{k} \cdot n_{k} \cdot \Omega_{k}} \cdot (\frac{0,75 \cdot \chi_{2} \cdot m \cdot R \cdot I_{\text{бр}} \cdot \delta_{\text{ст}}}{S_{\text{бр}}} - \epsilon_{p} \cdot p \cdot \Omega_{p}) , (6.10)

где \epsilon_{k} — доля вертикальной нагрузки от подвижного состава, приходящаяся на одну часть конструкции, с учетом смещения оси пути относительно оси пролетного строения, определяемая по формуле 6.4;

n_{k} — коэффициент надежности к вертикальной нагрузке от подвижного состава, принимаемый согласно пункту 2.8 [6];

\Omega_{k} , \Omega_{p} — площади линий влияния поперечной силы, загружаемые соответственно вертикальной нагрузкой от подвижного состава и постоянной нагрузкой, м2;

0,75 — коэффициент перехода от основного расчетного сопротивления металла к расчетному сопротивлению металла на срез;

\chi_{2} — коэффициент размерности, равный 0,001 при расчете в системе СИ и 0,01 при расчете в системе СГС;

m — коэффициент условия работы, принимается в соответствии с пунктом 2.11 [6];

R — основное расчетное сопротивление металла, принимаемое в соответствии с пунктом 4.7* [2], МПа (кгс/см2);

I_{\text{бр}} — момент инерции брутто поперечного сечения относительно нейтральной оси главной балки, см4;

\delta_{\text{ст}} — толщина стенки главной балки, см;

S_{\text{бр}} — статический момент брутто отсеченной части поперечного сечения относительно нейтральной оси главной балки, см2;

\epsilon_{p} — доля постоянной нагрузки, приходящаяся на одну балку с учетом индивидуальных особенностей конструкции пролетного строения, принимается в соответствии с пунктом 2.2 [6];

p — суммарная расчетная интенсивность постоянных нагрузок, кН/м (тс/м).

При классификации пролетных строений по грузоподъемности необходимо получить минимальные классы элементов конструкции пролетных строений. Из приведенной формулы видно, что для определения параметров n_{k} , \Omega_{k} и \Omega_{p} следует выбирать наибольшие участки линии влияния поперечной силы.

Расчет устойчивости продольных ребер

6.12. Расчет устойчивости продольных ребер металлических пролетных строений с ортотропной плитой и металлическим балластным корытом следует выполнять по методике, изложенной в пунктах 4.45* — 4.47, приложении 16 и приложении 18* [2].

Данный расчет необходимо выполнять с учетом всех компонентов напряженного состояния — \sigma_{x} , \sigma_{y} и \tau_{xy} .

При определении минимальных и максимальных напряжений в одном сечении момент и момент инерции есть величины постоянные. В этом случае отношение \frac{\sigma_{x}^{min}}{\sigma_{x}^{max}} может быть заменено отношением координат "y_{0 - 0}" (расстояние от нейтральной оси до фибр, в которых определяется минимальное и максимальное напряжения).

Расчеты по устойчивости рекомендуется выполнять с применением лицензированных расчетных программных комплексов по численному моделированию конструкций.

7. Оформление результатов обследований и испытаний

7.1. Результаты обследований и испытаний пролетных строений мостов должны оформляться актами и протоколами испытаний и храниться в книге моста.

8. Способы усиления элементов пролетных строений, имеющих усталостные трещины

Усиление усталостных повреждений в элементах двухъярусной ортотропной плиты сплошностенчатых пролетных строений

8.1. При появлении усталостных трещин в элементах двухъярусной ортотропной плиты следует произвести усиление узла одним из способов, представленных в Приложении В:

• установка дополнительных ребер жесткости на поперечную балку в створе со стенкой продольного ребра, как показано в Приложении В на рисунке В.1;
• установка прокладки толщиной 80 — 100 мм между продольным ребром и поперечной балкой, как показано в Приложении В на рисунке В.2;
• сверление отверстий диаметром не менее 18 мм в концах трещины на продольном ребре, с последующей раззенковкой отверстия. Дополнительные ребра жесткости для установки на поперечной балке вырезаются из листа толщиной 8 — 10 мм так, чтобы оно примыкало к стенке и поясам по всему контуру. После этого производится его приварка на месте угловым швом с катетом 4 мм. Швы выводятся на кромки поясов.

8.2. Усталостные трещины в элементах одноярусной ортотропной плиты следует засверливать диаметром не менее 18 мм в концах трещины и перекрывать уголковыми или листовыми накладками на болтах. Возможны другие виды ремонта, которые требуют разработки специального проекта и должны быть утверждены Центральной дирекцией инфраструктуры — филиалом ОАО «РЖД».

Приложение А

Конструктивные особенности пролетных строений с двухъярусной ортотропной плитой

А.1. Пролетные строения выпускались двух типов — коробчатого сечения по типовому проекту инв. № 1298 пролетом 33,6 м и П-образного сечения по индивидуальным проектам с пролетами разных длин до 33,6 м, объединяемые из двух продольных блоков. Поперечное сечение главных балок по типовое проекту инв. № 1298 представлено на рисунке А.1.

лист главной балки

А.2. Верхний горизонтальный лист объединяется с вертикальными стенками главных балок на сварке или на односрезных болтах через продольное ребро. Продольные ребра ортотропной плиты высотой 200 мм этажно опираются на поперечные балки. В местах пересечения нижние окаймляющие листы продольных ребер толщиной 12 мм и верхние окаймляющие листы поперечных балок толщиной 12 мм объединяются высокопрочными болтами. Поперечные балки крепятся двойными накладками к поперечным ребрам жесткости стенок главных балок. Длина панели ортотропной плиты и поперечных ребер совпадает и равна 2500 мм. В опорных сечениях сделаны укороченные панели.

А.3. Поперечные ребра жесткости стенок главных балок не доведены до верхнего и нижнего горизонтальных листов, имеют на концах скосы и участки снятия усиления сварных швов — для уменьшения концентрации напряжений. Стенки главных балок через вертикальные ребра, поперечные балки и продольные ребра ортотропной плиты замкнуты с верхним горизонтальным листом в жесткий контур, который обеспечивает устойчивость стенок главных балок в сжатой зоне и распределяет по длине стенки местную нагрузку от проходящих осей.

А.4. Нижний пояс пролетного строения имеет продольное ребро жесткости, связанное через фасонку с поперечными наклонными связями из уголка сечением 80 + 80*10\text{мм} .

А.5. Поперечное сечение главных балок пролетного строения, имеющего продольное членение на блоки, представлено на рисунке А.2.

8 — вертикальный лист главной балки

Поперечные балки в этой конструкции выполнены в виде полудиафрагм и совмещены с поперечными ребрами жесткости. Продольные ребра ортотропной плиты опираются на поперечные балки-полудиафрагмы. Длина панели ортотропной плиты составляет 3000 мм. Между полудиафрагмами стенка главной балки подкреплена промежуточным поперечным ребром жесткости, концы которого не доведены до верхнего и нижнего поясов, имеет на концах скосы и участки плавного перехода к стенке главной балки. Длина панели вертикальных ребер жесткости составляет 1500 мм. На концах пролета приопорные панели могут иметь укороченную длину.

Конструктивные особенности пролетных строений с одноярусной ортотропной плитой

А.6. Балочные пролетные строения со сплошной стенкой главной балки с одноярусной ортотропной плитой балластного корыта запроектированы по типовому проекту инв. № 2210 (2230) расчетным пролетом 18,0 — 33,6 м. В типовом проекте инв. № 2210 главная балка — цельноперевозимая, а в типовом проекте инв. № 2230 главная балка имеет поперечные монтажные стыки.

А.7. Поперечное сечение главных балок пролетного строения представлено на рисунке А.3. Главная балка имеет П-образное сечение с расстоянием между стенками 2000 мм. Поверху к стенкам главных балок приварен средний участок ортотропной плиты, имеющей уклоны от середины к краям. Ортотропная плита между балками в продольном направлении поддерживается четырьмя продольными ребрами, установленными с шагом 400 мм, прикрепленными к ней сварными швами. Поперечные ребра одновременно являются полудиафрагмами, прикрепленными угловыми швами к верхнему горизонтальному листу, вертикальным стенкам главных балок и горизонтальным листам нижних поясов, с полной обваркой по контуру без вырезов для пропуска пересекаемых сварных швов. Полудиафрагмы установлены с шагом 3000 мм, а в приопорных панелях — с шагом 1500 мм. Этот размер определяет и длину панели ортотропной плиты. Торец продольного ребра приваривается к вертикальной стенке ригеля высотой 300 мм. При этом, высота стенки продольного ребра на стыке с ригелем равна высоте стенки ригеля. При удалении от ригеля высота стенки продольного ребра плавно уменьшается по радиусу 170 мм от 300 мм до величины 150 мм. Это постоянная высота стенки продольного ребра в панели.

4 — диафрагма, 5 — вертикальный лист главной балки, 6 — нижний пояс главной балки

Конструктивные особенности балочных пролетных строений с ездой понизу открытого типа 18,0 — 33,6

А.8. Балочные пролетные строения со сплошной стенкой главных балок с ездой понизу применяются в однопутном и двухпутном исполнении по индивидуальным проектам.

Ширина балластного корыта составляет не менее 4500 мм в свету. Верхнему горизонтальному листу придается подуклонка от краев к оси пролетного строения или от оси к краям, равная 0,03. Поперечные балки имеют переменную высоту. Поперечная балка состоит из двух монтажных блоков, соединение блоков — болтовое, через накладку.

Основанием балластного корыта является одноярусная ортотропная плита. Длина панели ортотропной плиты, поддерживающей горизонтальный настил, составляет от 2000 мм до 2750 мм. Она состоит из листов настила и продольных ребер, расставленных с шагом 350 — 400 мм в поперечном направлении, пересекающихся с поперечными балками в одном уровне с несколькими типами пересечений между продольными и поперечными ребрами.

Один из вариантов такой же, как в балочных пролетных строениях с ездой поверху. Торец продольного ребра приваривается к вертикальной стенке поперечной балки. При этом, высота стенки продольного ребра на стыке с поперечной балкой равна высоте ее стенки. Нижняя кромка продольного ребра приваривается к нижнему поясу поперечной балки с обваркой по контуру. Нижний край продольного ребра не доводится до края нижнего пояса на 20 — 25 мм. При удалении от ригеля высота стенки продольного ребра плавно уменьшается по радиусу до величины 150 — 200 мм. Это постоянная высота стенки продольного ребра в панели. Продольное сечение фрагмента ортотропной плиты этого типа представлено на рисунке А.4.

Продольное ребро (с «рукавчиком»), не пересекающее поперечную балку, с радиальным переходом к зоне прикрепления

Поперечное сечение двухпутного пролетного строения с ортотропной плитой с продольными ребрами, приваренными торцами к поперечной балке, показано на рисунке А.5.

1 — горизонтальный лист, включенный в совместную работу с нижними поясами главных ферм, 2 — нижний пояс поперечной балки, 3 — продольное ребро

А.9. В некоторых проектах помимо продольных ребер применяются продольные балки, равные по высоте поперечным. Нижняя кромка стенки продольной балки имеет окаймляющий лист, который стыкуется с нижним поясом поперечной балки стыковым сварным швом. В этом случае нижний пояс поперечной балки имеет выпуск с радиальным переходом к основной кромке. Конструкция балочной клетки этого типа представлена на рисунке А.6.

Рисунок А.6. Конструкция ортотропной плиты с продольными балками

А.10. Другой вариант конструкции сопряжения продольного ребра с поперечной балкой, который показан на рисунке А.7, представляет собой полосовое ребро, пропущенное через поперечную балку без разрыва в прорезь ее стенки. Нижняя часть прорези заканчивается деконцентрирующим овальным отверстием. Продольное ребро приваривается к стенке с обеих сторон по всему контуру примыкания непрерывными швами, которые замыкаются через отверстие в стенке поперечной балки и не затрагивают свободную кромку вертикала продольного ребра. Вертикал продольного ребра выходит в отверстие в стенке поперечной балки на 15 — 20 мм ниже окончания сварных швов. Вертикальные стенки поперечной балки и продольного ребра объединяются сверху листом настила, образуя единую конструкцию.

Рисунок А.7. Одноярусное пересечение продольного ребра с поперечной балкой через вырез с отверстием

Приложение Б

по графику изменения напряжений в точке

Рисунок Б.2. Определение скорости испытательного поезда по графику изменения напряжений в точке на подошве рельса, установленного посередине между шпалами

Приложение В

Рисунок В.1. Установка дополнительных ребер жесткости

Рисунок В.2. Установка прокладки толщиной 80 — 100 мм между продольным ребром и поперечной балкой

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Инструкция до содержанию искусственных сооружений, утвержденная МПС России от 28.12.1998 № ЦП-628

2. СНиП 3.06.07-86. Мосты и трубы. Правила обследований и испытаний

3. Методические указания по обследованию балластного слоя от 12.12.1977 № ЦПТ-16-77

---