Приложение Б (обязательное). Расчетные силовые нагрузки и усилия

Приложение Б
(обязательное)

Расчетные силовые нагрузки и усилия

Б.1 Нагрузки и усилия для продольных водоотводных лотков за обочиной

Б.1.1 Давление грунта на стенку лотка

Расчет горизонтальной составляющей давления грунта на стенку лотка со стороны пути е _п, кПа, осуществляют по формуле

,

(Б.1)

где - удельный вес грунта, кН/м ³;

H - глубина лотка, м;

- угол внутреннего трения грунта, град.

Расчет горизонтальной составляющей давления грунта на стенку лотка со стороны откоса е _o, кПа, осуществляют по формуле

,

(Б.2)

где - угол откоса, град.

Принимаемые для расчета исходные данные приведены в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Характеристики грунта

Параметр	Значение
Удельный вес грунта , кН/м 3	18
Угол внутреннего трения грунта , град.	30
tg 2	0,333
Угол откоса , град.	30
cos 2	0,75

Полученные результаты расчета горизонтальных составляющих давления грунта в зависимости от глубины лотка представлены в таблице Б.2.

Таблица Б.2 - Горизонтальные составляющие давления грунта на стенку лотка

Глубина лотка, м	Со стороны пути е п, кПа	Со стороны откоса е o, кПа
0,0	0,0	0,00
0,1	0,6	1,35
0,2	1,2	2,70
0,3	1,8	4,05
0,4	2,4	5,40
0,5	3,0	6,75
0,6	3,6	8,10
0,7	4,2	9,45
0,8	4,8	10,80
0,9	5,4	12,15
1,0	6,0	13,50
1,1	6,6	14,85
1,2	7,2	16,20
1,3	7,8	17,55
1,4	8,4	18,90
1,5	9,0	20,25

Б.1.2 Давление веса частей верхнего строения пути

Величину полосовой нагрузки Р принимают равной 17 кПа.

Ширину нагрузки b принимают прямоугольной, равной 4,87 м.

Минимальное расстояние от оси пути до стенки лотка 2,5 м.

Расчет проводят по формуле Б.3 для разных расстояний от оси пути до ближайшей стенки лотка.

,

(Б.3)

где и - углы видимости, определяемые по расчетной схеме, приведенной на рисунке Б.1.

Рисунок Б.1 - Расчетная схема по определению горизонтальной составляющей давления

Результаты расчета приведены в таблице Б.3.

Таблица Б.3 - Давление веса частей верхнего строения пути, кПа

Глубина лотка, м	Расстояние от оси пути до стенки лотка, м
	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
0,1	7,5	1,7	0,8	0,5	0,4	0,3
0,2	7,9	3,1	1,6	1,0	0,7	0,5
0,3	7,8	4,3	2,3	1,5	1,1	0,8
0,4	7,6	5,1	3,0	2,0	1,4	1,1
0,5	7,4	5,6	3,5	2,4	1,7	1,3
0,6	7,2	5,9	4,0	2,8	2,0	1,6
0,7	7,0	6,1	4,3	3,1	2,3	1,8
0,8	6,8	6,1	4,6	3,4	2,6	2,0
0,9	6,6	6,1	4,8	3,7	2,8	2,2
1,0	6,4	6,1	5,0	3,9	3,0	2,4
1,1	6,2	6,0	5,1	4,0	3,2	2,6
1,2	6,0	5,9	5,1	4,2	3,4	2,7
1,3	5,8	5,8	5,1	4,3	3,5	2,9
1,4	5,6	5,6	5,1	4,3	3,6	3,0
1,5	5,4	5,5	5,1	4,4	3,7	3,1

Б.1.3 Давление от подвижного состава

Значение поездной нагрузки принимают равным Р _пс = 90 кПа.

Нагрузку принимают прямоугольной, шириной b _пс = 2,7 м.

Расчет производят по формуле (Б.3) для разных расстояний от оси пути до ближайшей стенки лотка.

Результаты расчета приведены в таблице Б.4.

Таблица Б.4 - Давление от подвижного состава, кПа

Глубина лотка, м	Расстояние от оси пути до стенки лотка, м
	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
0,1	3,5	2,1	1,5	1,1	0,8	0,7
0,2	6,8	4,2	2,9	2,2	1,7	1,3
0,3	9,9	6,3	4,4	3,2	2,5	2,0
0,4	12,6	8,1	5,7	4,3	3,3	2,6
0,5	14,9	9,9	7,0	5,2	4,1	3,3
0,6	16,7	11,4	8,2	6,2	4,8	3,9
0,7	18,2	12,7	9,3	7,1	5,5	4,5
0,8	19,3	13,9	10,3	7,9	6,2	5,0
0,9	20,0	14,8	11,2	8,6	6,9	5,6
1,0	20,4	15,6	11,9	9,3	7,5	6,1
1,1	20,6	16,2	12,6	10,0	8,0	6,6
1,2	20,6	16,6	13,1	10,5	8,5	7,0
1,3	20,5	16,9	13,6	11,0	9,0	7,4
1,4	20,2	17,0	14,0	11,4	9,4	7,8
1,5	19,8	17,1	14,2	11,8	9,8	8,2

Б.1.4 Суммарные горизонтальные составляющие давления

Суммарные горизонтальные составляющие давления от всех видов нагрузок, действующих со стороны пути, представлены в таблице Б.5 и на рисунке Б.2.

Таблица Б.5 - Суммарное давление, кПа

Глубина лотка, м	Расстояние от оси пути до стенки лотка, м
	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
0	0	0	0	0	0	0
0,1	11,6	4,4	2,9	2,2	1,8	1,5
0,2	15,9	8,6	5,8	4,4	3,6	3,1
0,3	19,5	12,3	8,5	6,5	5,4	4,6
0,4	22,6	15,6	11,1	8,6	7,1	6,1
0,5	25,3	18,4	13,5	10,6	8,8	7,6
0,6	27,5	20,9	15,8	12,5	10,5	9,0
0,7	29,4	23,0	17,8	14,4	12,1	10,5
0,8	30,8	24,8	19,7	16,1	13,6	11,8
0,9	32,0	26,3	21,4	17,7	15,1	13,2
1,0	32,8	27,6	22,9	19,2	16,5	14,5
1,1	33,4	28,7	24,3	20,6	17,8	15,7
1,2	33,8	29,7	25,5	21,9	19,1	16,9
1,3	34,0	30,4	26,5	23,1	20,3	18,1
1,4	34,1	31,0	27,5	24,1	21,4	19,2
1,5	34,1	31,5	28,3	25,1	22,5	20,3

Рисунок Б.2 - Суммарное горизонтальное давление

Б.1.5 Определение усилий в расчетном сечении

Для применения полученных данных при испытаниях лотков определяют равнодействующую суммарного горизонтального давления Е, ее плечо z и максимальный изгибающий момент М _В.

Е рассчитывается как площадь фигуры, ограниченной линиями соответствующей глубины лотка и напряжения, и может быть определена как Е = , где - площадь элементарной фигуры

,

(Б.4)

где е _А и е _В - значения горизонтального давления на уровне верхней и нижней границ элементарной фигуры, кПа;

- высота элементарной фигуры, м.

Плечо равнодействующей для каждой элементарной фигуры определяют из условия

.

(Б.5)

Максимальный изгибающий момент, действующий на стенку лотка, М _В, , определяемый по формуле

,

(Б.6)

равен сумме моментов элементарных фигур относительно оси поворота. Полученные значения для наиболее распространенных глубин лотков представлены в таблице Б.6.

Таблица Б.6 - Равнодействующие суммарного давления и максимальные изгибающие моменты для продольных лотков за обочиной

Глубина лотка, м	Расстояние от оси пути до стенки лотка, м
	2,5 м			3,0 м			3,5 м			4,0 м			4,5 м			5,0 м
	E, кН/пог. м	z, м	М В,	Е, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,
0,5	8,23	0,2	1,56	5,01	0,2	0,85	3,5	0,2	0,60	2,7	0,2	0,46	2,23	0,2	0,38	1,91	0,2	0,32
0,75	15,2	0,3	4,56	10,3	0,3	2,79	7,56	0,3	1,97	5,94	0,3	1,49	4,95	0,3	1,24	4,25	0,3	1,06
1,0	23,1	0,4	9,24	16,8	0,4	6,22	12,8	0,4	4,48	10,3	0,3	3,49	8,63	0,3	2,93	7,47	0,3	2,54
1,25	31,5	0,5	16,04	24,0	0,5	11,29	18,9	0,5	8,52	15,5	0,4	6,66	13,2	0,4	5,66	11,5	0,4	4,93
1,5	40,0	0,6	25,19	31,8	0,6	18,10	25,7	0,5	13,90	21,5	0,5	11,37	18,4	0,5	9,58	16,2	0,5	8,26

Б.2 Нагрузки и усилия для продольных междупутных лотков

Б.2.1 Горизонтальное давление постоянной нагрузки

Расчет горизонтальной составляющей давления грунта и веса балласта с частями пути на стенку лотка е _п, кПа, проводят по формуле (Б.1). Исходные данные принимают согласно таблице Б.1, но удельный вес балласта с частями пути принимают равным 19,6 кН/м ³. Результаты расчета - в таблице Б.7.

Б.2.2 Горизонтальное давление от временной (поездной) нагрузки

Величину поездной нагрузки принимают равной Р _пс = 90 кПа.

Ширину прямоугольной нагрузки принимают равной b _пс = 2,7 м.

Минимальное расстояние от оси пути 1,6 м.

Расчет проводят по формуле (Б.3) для разных расстояний от оси пути до ближайшей стенки лотка. Результаты расчета - в таблице Б.7.

Б.2.3 Суммарные горизонтальные составляющие давления

Результаты расчета суммарных горизонтальных составляющих давления, действующего на стенки междупутных лотков, представлены в таблице Б.7 и на рисунке Б.3.

Таблица Б.7 - Результаты расчета горизонтального давления для междупутных лотков, кПа

Глубина лотка, м	Расстояние от оси пути до стенки лотка, м
	1,6 м			2,0 м			2,5 м			3,0 м
	От постоянной нагрузки	От временной нагрузки	Суммарное давление	От постоянной нагрузки	От временной нагрузки	Суммарное давление	От постоянной нагрузки	От временной нагрузки	Суммарное давление	От постоянной нагрузки	От временной нагрузки	Суммарное давление
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
0,1	0,78	18,84	19,62	0,78	6,97	7,75	0,78	3,47	4,25	0,78	2,15	2,93
0,2	1,57	29,43	31,00	1,57	13,19	14,76	1,57	6,80	8,37	1,57	4,25	5,82
0,3	2,35	33,40	35,75	2,35	18,18	20,53	2,35	9,86	12,21	2,35	6,26	8,61
0,4	3,13	34,20	37,33	3,13	21,81	24,94	3,13	12,57	15,70	3,13	8,13	11,26
0,5	3,92	33,65	37,57	3,92	24,20	28,12	3,92	14,87	18,79	3,92	9,85	13,77
0,6	4,70	32,52	37,22	4,70	25,59	30,29	4,70	16,74	21,44	4,70	11,39	16,09
0,7	5,48	31,14	36,62	5,48	26,21	31,69	5,48	18,19	23,67	5,48	12,73	18,21
0,8	6,27	29,66	35,93	6,27	26,29	32,56	6,27	19,27	25,54	6,27	13,87	20,14
0,9	7,05	28,15	35,20	7,05	25,98	33,03	7,05	20,00	27,05	7,05	14,82	21,87
1,0	7,83	26,65	34,48	7,83	25,42	33,25	7,83	20,44	28,27	7,83	15,58	23,41
1,1	8,62	25,19	33,81	8,62	24,68	33,30	8,62	20,63	29,25	8,62	16,16	24,78
1,2	9,40	23,77	33,17	9,40	23,83	33,23	9,40	20,63	30,03	9,40	16,59	25,99
1,3	10,18	22,41	32,59	10,18	22,91	33,09	10,18	20,46	30,64	10,18	16,86	27,04
1,4	10,97	21,11	32,08	10,97	21,96	32,93	10,97	20,16	31,13	10,97	17,02	27,99
1,5	11,75	19,86	31,61	11,75	20,99	32,74	11,75	19,76	31,51	11,75	17,05	28,80

Рисунок Б.3 - Суммарное горизонтальное давление

Б.2.4 Определение усилий в расчетном сечении

Для применения полученных данных при испытаниях лотков определяют равнодействующую суммарного горизонтального давления Е, ее плечо z и максимальный изгибающий момент М _В по методике Б.1.5. Полученные значения представлены в таблице Б.8.

Таблица Б.8 - Равнодействующие суммарного горизонтального давления и максимальные изгибающие моменты для междупутных лотков

Глубина лотка, м	Расстояние от оси пути до стенки лотка, м
	1,6 м			2,0 м			2,5 м			3,0 м
	E, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,	E, кН/пог. м	z, м	М В,
0,50	14,24	0,20	2,85	8,20	0,18	1,48	4,99	0,17	0,85	3,55	0,17	0,60
0,75	23,50	0,32	7,52	15,82	0,28	4,43	10,47	0,26	2,72	7,69	0,26	2,00
1,00	32,35	0,45	14,56	24,03	0,39	9,37	17,12	0,36	6,16	13,04	0,35	4,56
1,25	40,76	0,58	23,64	32,34	0,51	16,49	24,47	0,47	11,50	19,30	0,44	8,49
1,50	48,82	0,72	35,15	40,58	0,63	25,57	32,16	0,57	18,33	26,23	0,54	14,16

Б.3 Нагрузки и усилия для поперечных водоотводных лотков

Б.3.1 Расчет вертикального давления

Схема распределения вертикального давления от временной нагрузки под шпалой приведена на рисунке Б.4.

Рисунок Б.4 - Распределение временного вертикального давления под шпалой

Расчетное вертикальное давление под шпалой q, кПа, вычисляют по формуле

,

(Б.7)

где Р _o - давление на ось от подвижного состава, равное 245 кН;

(1 + ) - динамический коэффициент, принимают равным 1,0;

n - коэффициент перегрузки, равный 1,3;

;

(Б.8)

.

(Б.9)

Результаты расчета приведены в таблице Б.9.

Эпюра нагрузки приведена на рисунке Б.5.

Рисунок Б.5 - Эпюра расчетного вертикального давления под шпалой

Б.3.2 Расчет горизонтального напряжения

Расчетная схема приведена на рисунке Б.6.

Рисунок Б.6 - Расчетная схема для определения горизонтального напряжения

Горизонтальное напряжение от засыпки грунта е _р, кПа, принимают по формуле

,

(Б.10)

где - удельный вес балласта с частями пути, равен 19,6 кН/м ³;

H ₁ - расчетное расстояние (рисунок Б.6);

- угол внутреннего трения грунта, равный 30°;

n - коэффициент перегрузки, равный 1,2.

Результаты расчета приведены в таблице Б.9.

Горизонтальное напряжение от поездной нагрузки е _q, кПа, вычисляют по формуле

.

(Б.11)

Результаты расчета приведены в таблице Б.9.

Таблица Б.9 - Горизонтальные напряжения на стенку лотка

Глубина лотка Н л, м	От засыпки грунта е р, кПа		От поездной нагрузки				Суммарное горизонтальное напряжение е, кПа
			Вертикальное давление q, кПа		Горизонтальное напряжение e q, кПа
	в точке А	в точке В	в точке А	в точке В	в точке А	в точке В	в точке А	в точке В
0,05	0	0,00	434,81	434,81	144,79	144,79	144,79	144,79
0,15	0	0,78	434,81	232,44	144,79	77,40	144,79	78,19
0,25	0	1,57	434,81	155,06	144,79	51,64	144,79	53,20
0,35	0	2,35	434,81	114,41	144,79	38,10	144,79	40,45
0,45	0	3,13	434,81	89,48	144,79	29,80	144,79	32,93
0,50	0	3,52	434,81	80,34	144,79	26,75	144,79	30,28
0,55	0	3,92	434,81	72,70	144,79	24,21	144,79	28,12
0,65	0	4,70	434,81	60,68	144,79	20,21	144,79	24,91
0,75	0	5,48	434,81	51,68	144,79	17,21	144,79	22,69
0,85	0	6,27	434,81	44,72	144,79	14,89	144,79	21,16
0,95	0	7,05	434,81	39,18	144,79	13,05	144,79	20,10
1,00	0	7,44	434,81	36,83	144,79	12,26	144,79	19,70
1,05	0	7,83	434,81	34,69	144,79	11,55	144,79	19,39
1,15	0	8,62	434,81	30,99	144,79	10,32	144,79	18,93
1,25	0	9,40	434,81	27,89	144,79	9,29	144,79	18,68

Б.3.3 Определение усилий в расчетном сечении

Равнодействующую горизонтального напряжения Е, кН/пог. м, вычисляют по формуле

.

(Б.12)

Плечо равнодействующей z _o, м, определяют по формуле

.

(Б.13)

Максимальный изгибающий момент М _В, , вычисляют по формуле

.

(Б.14)

Результаты расчетов и расчетные схемы для лотков глубиной 0,35, 0,5, 0,75, 1,0 и 1,25 м приведены в таблице Б.10.

Таблица Б.10 - Усилия в расчетном сечении

Глубина лотка Н л, м	Расчетная схема	Равнодействующая горизонтального напряжения Е, кн/пог.м	Плечо равнодействующей z o, м	Максимальный изгибающий момент М В,
0,35		22,40	0,16	4,09
0,5		27,65	0,28	7,87
0,75		34,15	0,47	16,07
1,0		39,40	0,65	25,67
1,25		44,18	0,83	40,35

Б.4 Транспортные, складские и монтажные нагрузки

При транспортировании и хранении расчетную нагрузку Р _расч, кН, определяют в зависимости от высоты складирования и массы лотков по формуле

,

(Б.15)

где т - количество рядов;

М - масса лотка данного типа;

K - динамический коэффициент (принимают равным 1,2 при складировании, 1,3 при перевозках железнодорожным транспортом и 1,6 при перевозках автомобильным транспортом).

Нормативная величина нагрузки при складировании лотков определяется из условия высоты штабеля 4,0 м и составляет:

- для лотков глубиной 0,35 м - 10М;

- для лотков глубиной 0,5 м - 6М;

- для лотков глубиной 0,7-0,75 м - 4М;

- для лотков глубиной 1,0 м - 3М;

- для лотков глубиной 1,25 м - 2М;

- для лотков глубиной 1,5 м - М.

При необеспечении необходимой прочности высота штабеля лотков при складировании или транспортировке должна быть уменьшена.

Монтажные нагрузки рассчитывают исходя из нормативной нагрузки АК по ГОСТ 32960, как для подпорных стен. Расчетное вертикальное давление принимают 20,74 кПа, горизонтальную составляющую - 6,91 кПа, коэффициент перегруза - 1,1. Расстояние от края проезжей части (колеса транспортного средства) до края лотка необходимо принимать не менее:

- для лотков глубиной от 1,0 до 1,5 м - 1,5 м;

- для лотков глубиной менее 1,0 м - 1,0 м.

Б.5 Нагрузки на крышки лотков

Крышка лотка должна выдерживать временную нагрузку 1200 кН, приложенную по ее центру на площади размером 200 x 300 мм, ориентированную длинной стороной вдоль оси водоотвода.