1. Продольная балка
Продольные балки работают в сложных условиях. Их действительная статическая схема представляет собой многопролетную неразрезную балку на упругих опорах, подверженную, помимо изгиба вертикальной нагрузкой, также действию продольного усилия в результате вовлечения проезжей части в работу с главными фермами.
В целях упрощения ТУ (п. 401) разрешают рассчитывать продольную балку как разрезную с пролетом, равным расстоянию между осями поперечных балок. Балка загружается сплошной равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью (т/пог. м):
где р — расчетная постоянная нагрузка. Она складывается из веса мостового полотна, приходящегося на каждую продольную балку, и собственного веса балки с учетом веса связей между балками. При расчете на прочность каждое из слагаемых предварительно умножают на коэффициент перегрузки n; k — расчетная вертикальная переменная (поездная) статическая нагрузка, приходящаяся на одну продольную балку;
— динамический коэффициент (ТУ, п. 126).
Длина ? принимается равной d.
Коэффициент перегрузки n для постоянной нагрузки принимают (ТУ, п. 115) равным 1,3 для мостового полотна с ездой на балласте и 1,1 для безбалластного мостового полотна и веса самих балок. Расчетная вертикальная временная статическая нагрузка определяется по формуле:
Здесь к?, ? — нормативная эквивалентная нагрузка для К=1 т/м пути; К — заданный класс нагрузки; 2 — число продольных балок под один путь в поперечном сечении моста; n — коэффициент перегрузки.
При расчете продольной балки коэффициент перегрузки для поездной нагрузки принимается (ТУ, п. 127) n = 1,30—0,003 ?. Расчетные усилия М и Q (наибольшие изгибающий момент в середине пролета и поперечная сила на конце балки) определяют по известным формулам сопротивления материалов.
2. Связи между продольными балками
Парные продольные балки связывают между собой поперечными (вертикальными) и продольными (горизонтальными) связями. Поперечные связи (ТУ, п. 451) ставят на расстояниях, не превышающих 5 м.
Увязка поперечных и продольных связей состоит в том, что поперечные связи образуют общие пространственные узлы с диагоналями продольных связей (рис. 353).
Для надежного обеспечения общей устойчивости продольных балок при изгибе расстояние dc между узлами продольных связей должно быть не более 15-кратной ширины сжатого пояса при изготовлении балок из углеродистой стали и 13-кратной ширины в случае применения низколегированной стали (ТУ, п. 422). Стержни поперечных и продольных связей обычно устраивают из одиночных равнобоких уголков не менее 80+8,0х8 мм (ТУ, п. 455). Минимальный размер сечения определяется, как правило, требованием максимально допустимой гибкости:
Свободную длину lсв стержней связей принимают (ТУ, п. 412) равной:
- а) в плоскости связей — расстоянию между центрами прикреплений элементов;
- б) из плоскости связей — расстоянию между пересечениями оси элемента связей с линиями прикрепления фасонок связей к балкам.
3. Поперечная балка
Временная нагрузка должна быть определена заново, так как эквивалентная нагрузка к?, ?, коэффициент, перегрузки п и динамический коэффициент 1+? зависит от длины загружения ?2, которая при расчете поперечной балки (определении усилия S) в 2 раза больше, чем при расчете продольной балки.
Загрузив постоянной и временной нагрузками линию влияния для S, определяют S, а затем по формулам — усилия М и Q для расчета поперечной балки:
4. Подбор сечений продольной и поперечной балок
При подборе сечений балок проезжей части следует руководствоваться указаниями, приведенными в § 2.
В практике проектирования отношения высоты продольных балок к длине панели находятся в пределах 1/5—1/7. Высоту поперечных балок в пролетных строениях под однопутную железную дорогу при расположении продольных и поперечных балок в одном уровне удобно назначать одинаковой с высотой продольных балок, так как такое решение обеспечивает наиболее простую и жесткую связь продольных балок смежных панелей при помощи «рыбок».
Верхние пояса клепаных продольных балок должны обязательно иметь горизонтальный лист для улучшения условий работы внутренних поясных уголков при изгибе мостовых поперечин.
Момент инерции Iн клепаных балок можно определять приближенно по формуле:
Толщину поясных швов или шаг поясных заклепок в продольных балках определяют, как указано для главных балок (см. § 3).
При проверке прикрепления пояса к стенке поперечной балки следует иметь в виду, что на поперечные балки мостовое полотно обычно не опирается для предотвращения их быстрой коррозии. Поэтому при расчете прикрепления пояса к стенке вертикальное усилие V можно считать равным нулю.
На участке поясов поперечной балки между продольными балками поперечная сила Q, вызываемая временной нагрузкой, в однопутных пролетных строениях также равна нулю. Пренебрегая весьма небольшим, по сравнению с временной нагрузкой, собственным весом поперечной балки, можно предполагать, что и сдвигающее усилие Т равно нулю. Поэтому поясные заклепки на этом участке клепаной балки могут быть поставлены с максимальным шагом, а толщину сварных швов в сварных балках рассчитывают по усилию Т на участках между продольными балками и главными фермами.
Обязательная проверка прочности поперечных балок по приведенным напряжениям производится в пролетных строениях под однопутную железную дорогу в сечениях, находящихся в плоскости продольных балок, так как в этих сечениях одновременно достигают максимума и изгибающий момент и поперечная сила. Этой проверкой определяется обычно минимально необходимая толщина стенки поперечной балки.
5. Прикрепление балок проезжей части
- а) изгибающий момент Моп, являющийся следствием жесткого прикрепления. Величина его принимается равной 0,6 момента в середине пролета продольной балки (ТУ, п. 401);
- б) поперечная сила Q, равная опорной реакции продольной балки.
Усилие в рыбках (рис. 355):
здесь h — высота балок; ? — толщина рыбки (~2 см).
Напряжение рыбках:
здесь bн — (ширина «рыбки» нетто (за вычетом диаметров отверстий для заклепок).
Толщина «рыбки» не менее 10 мм и при устройстве мостового полотна на деревянных поперечинах не более 20 мм (по условиям врубки поперечин).
Количество заклепок или фрикционных болтов для прикрепления «рыбки» к продольной балке можно определить по общей формуле:
выражающей принцип равнопрочности прикрепляемого элемента и элементов соединительных (заклепок, болтов).
В этой формуле n = n1 — определяемое количество заклепок или болтов; Fp — рабочая площадь «рыбки»; ? — коэффициент сопротивления заклепок или болтов, равный необходимому числу тех или других для прикрепления 1 см2 рабочей площади; m2 — коэффициент условий работы, равный 1, при соединении на заклепках и 0,9 для соединения на болтах. Уголки прикрепления принимаются без расчета сечением не менее 100х100х12 (ТУ, п. 455).
При использовании для прикрепления фрикционных болтов количество их определяют по формулам:
Число двухсрезных заводских заклепок n2, связывающих уголки прикрепления и продольную балку,
где m2 = 0,9 (ТУ, п. 434).
Из двух коэффициентов ?дв.ср и ?см для заводских заклепок берут тот, который больше.
Монтажные заклепки, соединяющие уголки прикрепления с поперечной балкой, работают, кроме смятия, на одиночный или двойной срез в зависимости от того, находится поездная нагрузка в одной или. в обеих смежных панелях проезжей части. В первом случае расчетным усилием будет максимальная поперечная сила Q, определенная при расчете продольной балки; во втором случае Q', определенная при расчете поперечной балки. Так как Q'/Qод.ср=2?дв.ср, то расчет прикрепления на усилие Q' по двойному срезу потребует заведомо меньшего числа заклепок, чем расчет на усилие Q по одиночному срезу. Но может оказаться, что расчет на усилие, Q' по смятию потребует большего числа заклепок, чем расчет на усилие Q по одиночному срезу. Поэтому необходимы обе проверки указанных заклепок.
При расчете прикрепления поперечной балки к главной ферме (по рис. 356) на фрикционных болтах число болтов следует определять по формулам:
Число двухсрезных заводских заклепок n1, прикрепляющих стенку поперечной балки к уголкам прикрепления:
где m2 = 0,9.
Число монтажных односрезных заклепок n2, связывающих уголки прикрепления с главной фермой, определится по формуле:
где m2 = 0,85 (при конструкции по рис. 356) — ТУ, п. 436.
Если потребное по расчету число болтов или заклепок не размещается в полках обоих уголков прикрепления каждого конца поперечной балки в пределах ее высоты, то фронт прикрепления можно расширить устройством консольных листов (см. рис. 356) или использовать для прикрепления уголки с полками, достаточно широкими для двухрядного размещения заклепок.
Второе (из упомянутых) решение должно быть увязано с сечением стоек и подвесок главных ферм.
Заклепки, размещенные в пределах высоты пояса главных ферм, не следует включать в число необходимых по расчету, так как при отсутствии вертикальной диафрагмы между ветвями пояса (в плоскости поперечной балки) передача усилия заклепками от поперечной балки на главную ферму невозможна, а при наличии диафрагмы — сомнительна вследствие податливости клепаных соединений диафрагмы.
При этажном расположении балок проезжей части, при котором продольные балки опираются на поперечные сверху, передача опорного усилия Q' (поперечной силы, вычисленной для поперечной балки) осуществляется через опорные ребра жесткости, пригнанные нижними торцами к поясу продольной балки и проверенные на смятие торцовой поверхности и на устойчивость.
В клепаных балках опорные уголки жесткости ставят на прокладках, равных по толщине полкам поясных уголков балки, так как высадка (выгиб) этих уголков не разрешается. Если продольные балки в вертикальной плоскости опирания стыкуются, то опорные ребра жесткости ставят поверх накладок стыка.
Стенка поперечных балок в местах опирания на них продольных балок также должна быть укреплена опорными ребрами жесткости приторцованными к верхнему поясу поперечной балки и рассчитанными на торцовое смятие. Опорные давления, воспринятые торцами опорных ребер, передаются через заклепки или швы на стенки балок. Число необходимых заклепок определяют по усилию Q'. При передаче усилия через фланговые угловые швы в расчет вводится длина шва, не превышающая 50 катетов шва (ТУ, п. 437).