Разработка конструкции и расчет пролетного строения (на основе типовой железнодорожной фермы под один путь 2х127,26)

ГЛАВА 2.

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ.

2.1 Общие сведения.

За основу при разработке конструкции и расчете пролетного строения принята типовая железнодорожная ферма под один путь 2х127,26. Пролетное строение состоит из двадцати панелей по 11 метров и четырех, расположенных по две в середине каждого пролета, по 8,63 метра. Высота фермы 15 м, расстояние между главными фермами 5,8 м, расстояние между продольными балками проезжей части 2 м. Общая масса металла конструкции 1356 тонн. В качестве ездового полотна приняты железобетонные плиты.

Определение усилий в элементах главных ферм будем производить с использованием программы FERMA. Для расчета подготавливают: расчетную схему (рис.2.1), на которой производят нумерацию узлов и элементов; каждый элемент описывается двумя узлами (начала и конца элемента); задаются координаты узлов; площади поперечных сечений и моменты инерции элементов; указываются опорные закрепления; обозначаются элементы входящие в состав ездового пояса; задается коэффициент поперечной установки; постоянная нагрузка задается с тремя коэффициентами надежности >1, =1, <1; временная нагрузка принимается в соответствии с заданием  С14.

Расчет производится по прочности и выносливости, полученные при этом усилия, приведены в распечатке.

рис.2.1 Расчетная схема пролетного строения.

После определения усилий по программе FERMA, производим подбор поперечных сечений элементов. Для этого используем программу GIRDER. Чтобы произвести расчет сечения, необходимо: задать величину расчетного пролета, высоту главных ферм, длину панели, расстояние между фермами; продольные усилия на прочность и выносливость, расчетное сопротивление материала элементов;  подобрать его тип (коробчатое или н-образное) и задать размер листов металла составляющих сечение. Программа производит проверку на прочность, выносливость и устойчивость, определяет количество болтов необходимое для прикрепления элементов, она так же рассчитывает геометрические характеристики сечений: площади брутто и нетто, радиусы инерции относительно осей x и y.

2.2 Расчет элементов ферм.

При расчете прикреплений элементов решетки необходимо произвести проверку по прочности узловых фасонок «на выкалывание», т.е. на отсутствие в них опасных напряжений. Проверка производится по сечению, в котором наиболее вероятно возникновения максимальных напряжений. Это сечение, как правило, проходит по крайнему ряду болтов у конца прикрепленного элемента и по кратчайшим расстояниям от центров крайних болтов в это ряду до краев фасонки (рис.2.2).

рис.2.2 Схема выкалывания фасонки.

Расчетное сопротивление материала фасонки по площадкам опасного сечения определяется:

где, R_d – основное сопротивление материала фасонки;

α_i – угол в радианах между плоскостью разреза и осью прикрепляемого элемента (0≤ α_i ≤π/2).

Толщина фасонки t назначается из условия:

где, N₁ – расчетное максимальное усилие, приходящееся на одну фасонку от прикрепляемого элемента;

l₁ – длина площадки, нормальной к оси элемента, за вычетом отверстий для болтов;

l₂; l₃ – длины наклонных площадок за вычетом отверстий для болтов;

m = 0,9 – коэффициент условий работ;

Произведем расчет фасонки, которая прикрепляет опорный раскос Н0-В1. Максимальное усилие возникает в элементе Н0-В1 N=876 т. Необходимое количество болтов, полученное по программе GIRDER, составляет 92 шт.

l₁=0.59 м   α₁=1,575 рад  R_α1=30013 т/м²

l₂=0.61 м   α₂=0,935 рад  R_α2=26960 т/м²

l₃=0.82 м   α₂=0,640 рад  R_α3=25553 т/м²

, примем t=0.02м

Теперь рассчитаем фасонку нисходящего раскоса В1-Н2. Максимальное усилие возникает в элементе В1-Н2 N=674 т. Необходимое количество болтов, полученное по программе GIRDER, составляет 71 шт.

l₁=0.22 м   α₁=1,575 рад  R_α1=30013 т/м²

l₂=0.40 м   α₂=0,935 рад  R_α2=26960 т/м²

l₃=0.52 м   α₂=0,640 рад  R_α3=25553 т/м²

, примем t=0.025м

Произведем расчет стыков элементов поясов ферм. Перекрытие стыков осуществляется с помощью накладок. Расчет заключается в подборе сечения накладок и определения количества болтов для крепления накладок (рис.2.3).

рис.2.3 Схема стыка элемента.

Условие прочности стыка следующее:

где, R_d – расчетное сопротивление материала накладки;

ΣА_n,i – суммарная площадь сечений стыковых накладок;

m=0,9 – коэффициент условия работы;

N_max – расчетное максимальное усилие в более мощном из стыкуемых элементов;

Количество болтов в полунакладке определяется из выражения:

где, N_i – усилие воспринимаемое i-той накладкой, определяемое:

Стык элементов пояса в узле Н2, N_max=1207 т:

, принимаем три накладки 600х25 мм

- условие прочности стыка выполнено.

Усилие воспринимаемое i-той накладкой:

Количество болтов в соответствии с рис.2.3.:

Расчет стыка в узле Н4, N_max=1421т:

ΣА_n,i=0.53 м² – три накладки 650х28 мм;

- условие прочности стыка выполнено.

N_1,2,3 = 488 т; n₁=52, n₂=104, n₃=152,

Расчет стыка в узле В5, N_max=1376т:

ΣА_n,i=0.51 м² – три накладки 610х28 мм;

- условие прочности стыка выполнено.

N_1,2,3 = 461 т; n₁=50, n₂=99, n₃=147.

Расчет элементов ферм закончен.

2.3 Расчет проезжей части.

Расчет будем выполнять в соответствии с [6].

Определение расчетных усилий.

Расчет произведем, принимая продольные балки как разрезные конструкции длиной 11 м (длина панели) не включаемые в совместную работу с главными фермами.

Постоянная нагрузка на продольные балки складывается из веса продольных балок и мостового полотна:

 

Расчетная постоянная нагрузка на одну продольную балку составляет:

Определим расчетные усилия в продольной балке:

здесь, γ_f,q =1.267 – коэффициент надежности;

(1+μ) = 1.439 – динамический коэффициент при расчете на прочность;

(1+2/3μ)=1,293 - динамический коэффициент при расчете на выносливость;

q_0,5=10,695т/м и q₀=12,22т/м – 50% эквивалентной временной вертикальной нагрузки определенных при λ=d, α=0.5 и α=0 соответственно;

ε = 0,85 для λ=10-25 м коэффициент исключающий из расчетов на выносливость влияние тяжелых видов подвижных составов как нагрузок эпизодических;

Характеристика изменения цикла переменных напряжений равна:

Коэффициент понижения основного расчетного сопротивления стали определяется выражением:

Для расчетов на прочность определим геометрические характеристики сечения, по программе GEOMETR. Принимаем сечение балки: 2г.л. 350х22 мм, в.л. 1350х0,016. Полученные характеристики приведены в распечатке.

Расчет продольной балки на прочность.

по нормальным напряжениям

W_n – момент сопротивления сечения нетто;

χ – коэффициент учета ограниченного развития пластических деформаций;

по касательным напряжениям

Расчет продольной балки на выносливость.

Все проверки показали возможность применения принятых  параметров сечения продольных балок.

Расчет поперечной балки произведем в соответствии со схемой приведенной на рис. 2.4:

рис.2.4 Расчетная схема и эпюры усилий к расчету поперечной балки.

В формулах, γ_f,q = 1.234; (1+μ) =1.346; (1+2/3μ) =1.231; ε =0.85

ρ=0.135; γ_ω=0.751

Для упрощения прикрепления поперечной балки к продольной размеры поперечных сечений принимаем одинаковыми.

Расчет поперечной балки на прочность.

по нормальным напряжениям

W_n – момент сопротивления сечения нетто;

χ – коэффициент учета ограниченного развития пластических деформаций;

по касательным напряжениям

Расчет поперечной балки на выносливость.

Приведенные напряжения в точке действия нормальных и касательных напряжений составят:

Проверки поперечной балки выполнены.

Подбор сечений «рыбки».

Сечение выбираем 350х20 мм.

А_b=70 см²; A_n=70 – 2x2,5x2=60 см²

В «рыбке» возникает усилие, определяемое по формуле:

Количество болтов для крепления «рыбки» определяется по формуле:

Количество болтов для крепления продольной балки к поперечной, крепление осуществляется при помощи уголков: