Определение внутренних усилий в сечениях устоев

            3.3.4. Определение внутренних усилий в сечениях устоев.

На устои действуют вертикальные и горизонтальные продольные силы. Горизонтальные поперечные силы в расчетах устоев не учитывают, так как значительная часть устоя находится в грунте насыпи.

                  При определении внутренних усилий в сечениях устоев необходимо учитывать действие следующих вертикальных сил (рис. 3.27):

- собственный вес опоры;

- опорное давление V_g от веса пролетного строения с элементами мостового полотна с учетом имеющихся на нем приспособлений и обустройств (смотровых приспособлений, осветительных устройств, различных коммуникаций и т.п.);

            - вертикальное опорное давление V_v от временных нагрузок, находящихся на пролетном строении;

- временную нагрузку, находящуюся на устое, V_vy;

- вертикальное давление G_g от собственного веса грунта.

           На устои действуют горизонтальные силы:

- продольная сила, вызываемая торможением подвижного состава, Т;

- продольная сила от ветровой нагрузки, действующей на пролетное строение, W;

- боковое давление p_hgx от собственного веса грунта;

- боковое давление p_hqx от временной нагрузки, находящейся на насыпи.

           Для определения внутренних усилий в массивном устое от собственного веса его разбивают на отдельные блоки по возможности простой формы и определяют вес каждого блока (см. рис. 3.27). Так как расчет устоя связан с определением изгибающих моментов в его характерных сечениях, необходимо определить расстояние от каждой составляющей веса устоя силы G_i до вертикальной линии, проходящей через центр тяжести рассматриваемого сечения, а в расчетах на опрокидывание – расстояние от линии действия каждой силы G_i до оси, относительно которой определяют опрокидывающий и удерживающий моменты.

            Горизонтальное (боковое) давление грунта на единицу площади задней  грани устоя от его собственного веса определяют по формуле:

                                                                        ,                                                                                        (3.76)

где            h_x – высота засыпки, измеряемая от подошвы рельса до рассматриваемого сечения, м;

                   - нормативный удельный вес грунта, кН/м³;

                   - коэффициент нормативного бокового давления грунта засыпки устоев, определяемый по формуле:

                                                     ,                                                  (3.76,а)

где _n – нормативный угол внутреннего трения, град.

                  Значения  и _n  должны назначаться на основании лабораторных испытаний грунта, предназначенного для засыпки устоев. Устои следует засыпать дренирующим грунтом, для которого можно принять  и _n=35⁰.

                  Давление грунта на заднюю грань устоя изменяется по линейному закону. Оно может быть представлено в виде сосредоточенной силы F_hg, определяемой по формуле:

                                                                 ,                                                                         (3.77)

где – давление грунта на единицу площади сечения у образа фундамента,  b – ширина устоя; h – высота устоя.

       Задняя грань устоя может иметь наклон (рис. 3.28). В этом случае давление F_hg считают приложенным к вертикальной плоскости AB, которую можно рассматривать как условную (фиктивную) заднюю грань устоя. Силами трения, возникающими между кладкой устоя и грунтом конуса насыпи, как и между частицами грунта по плоскости AB, пренебрегают. Вес призмы грунта ABC по рис. 3.29 учитывают как постоянную нагрузку при расчете сечения по обрезу фундамента, а вес призмы  - как дополнительную постоянную нагрузку на фундамент.

Рис. 3.27. Силы, действующие на массивный устой железнодорожного моста

Рис. 3.28. Схема к определению давления грунта от собственного веса на наклонную заднюю грань тела устоя

           Горизонтальное давление грунта на обсыпной устой со стороны пролета можно учитывать лишь в том случае, когда проектом предусмотрены специальные меры, гарантирующие стабильность этого давления при строительстве и эксплуатации моста.

           На заднюю грань устоя действуют также горизонтальная распределенная нагрузка P_hqx,, вызываемая подвижным составом, находящимся на призме обрушения. На рис. 3.27 нагрузка  P_hqx  условно показана как равномерно распределенная. Фактическое её распределение показано на рис.3.30,а.

                  При опирании на устой разрезного балочного пролетного строения (рис. 3.29,а) для определения усилий в расчетах по прочности и трещиностойкости загружения его нагрузкой СК производят по схемам, приведенным на рис. 3.29,б с пояснениями, приведенными в табл.3.1.  Длину загружения призмы обрушения  принимают равной половине расстояния от подошвы шпал до рассматриваемого сечения. Эквивалентную нагрузку, находящуюся на призме обрушения, определяют при положении вершины линии влияния .

                

Рис. 3.29. Загружения железнодорожного моста разрезной балочной системы при расчетах устоя:

а – схема моста; б – расположение подвижного состава в расчетах по прочности, устойчивости формы, на трещиностойкость

Таблица 3.1

             Временные вертикальные  нагрузки  при загружениях  устоя по схеме рис.3.29

Загружаемая часть моста	Длина загружаемого участка	Ограничение	Принимаемое положение вершин линии влияния	Нагрузка, кН/м
Призма обрушения Устой Пролетное строение			0,5 - 0	0 v3
Призма обрушения Устой Пролетное строение			- - 0	0 v3
Призма обрушения Устой Пролетное строение			0,5 - -	v1 0
Устой Пролетное строение			0,5 0	v3
Устой Пролетное строение			- 0	v3
Устой Пролетное строение			0,5 -	v2

                  Примечание. Если при езде на балласте , принимают  независимо от положения вершины линии влияния.

            Коэффициент надежности по нагрузке определяют при длине загружения, равной сумме длин участков, на которых находится эквивалентная нагрузка или нагрузка от груженых вагонов.