Приложение Н. Расчетные модели взаимодействия пути и пролетных строений мостов

Приложение Н

Расчетные модели взаимодействия пути и пролетных строений мостов

Н.1 Общие положения

Н.1.1 Для исследования поведения элементов пути и искусственного сооружения и для контроля деформаций и напряжений могут быть использованы различные модели (расчетные схемы). В зависимости от сложности конструкций сооружений и (или) пути расчеты могут выполняться с разными уровнями детализации и точности.

Следует различать две категории таких расчетов:

1) Расчеты обоснования надежности конструктивных решений.

При выполнении этих расчетов должны быть выполнены все указания нормативных документов и настоящего свода правил. По каждой из проверок надежности должны быть использованы соответствующие топологии расчетных схем; характеристики материалов, грунтов и соединений; интенсивности и направления воздействий в указанных сочетаниях.

Расчеты обоснования надежности конструктивных решений должны выполняться в строгом соответствии с настоящим сводом правил.

2) Комплексные исследования.

Такие исследования выполняются: для оценки чувствительности напряженно-деформированного состояния элементов сооружения к изменению того или иного параметра системы путь-мост, выявления влияния параметров модели друг на друга, изучения характера поведения системы в процессе нарастания интенсивностей внешних воздействий, для вычисления поправочных коэффициентов и других подобных целей.

При выполнении таких расчетов следует руководствоваться общими положениями настоящего свода правил. Принимать конструктивные решения на основании таких расчетов допускается только после соответствующего обоснования.

Н.1.2 Расчетная модель для учета усилий и деформаций при взаимодействии конструкций пути и элементов моста должна содержать элементы, моделирующие работу:

- рельсовых плетей;

- пролетных строений моста;

- верхнего строения пути (скрепления, балласт, плиты);

- опорных частей, опор моста и оснований опор.

Следует учитывать следующие размеры и топологические особенности сооружения:

- схему моста (число и длину пролетов, по опорам и опорным частям, неразрезность пролетных строений, в том числе температурную);

- высотное положение рельсовых плетей, балластного основания, нейтральных осей пролетных строений, центров вращения опорных частей и характерные отметки опор;

- расположение устройств компенсации удлинения рельсов.

Должны быть учтены следующие характеристики элементов:

- изгибная жесткость пролетного строения;

- горизонтальная жесткость опор в уровне приложения горизонтальных нагрузок;

- сдвиговые характеристики рельсовых нитей относительно плиты пролетного строения или насыпи.

Следует учитывать следующие воздействия:

- вертикальные временные подвижные нагрузки;

- силы торможения (тяги);

- перепад температур;

- усадку и ползучесть в тех случаях, когда эти процессы на момент устройства верхнего строения пути реализовались менее чем на 80%.

Пример расчетной модели приведен на рисунках Н.1 и Н.2.

Число элементов (поперек моста), моделирующих рельсовые плети и упруго-фрикционные связи, должно соответствовать числу путей на пролетном строении.

Оси элементов, моделирующих рельсы и пролетные строения, рекомендуется располагать в расчетной модели с учетом фактического высотного положения их нейтральных осей.

Также следует уделять особое внимание корректному вертикальному и горизонтальному положениям центров поворота опорных частей (шарниров).

Связь между нейтральными осями рельсов и пролетных строений, а также между осями пролетных строений и центрами поворотов опорных частей может быть смоделирована с использованием бесконечно жестких элементов (или объединений соответствующих узлов по степеням свободы).

Моделирование пути и пролетного строения дискретными элементами (стержнями) должно обеспечивать оценку напряженно-деформированного состояния с точностью и достоверностью, достаточными для принятия инженерных решений (абсолютные и относительные смещения, напряжения в рельсах, реакции в опорных частях).

При моделировании пути и пролетных строений рекомендуется использовать элементы, максимальная длина которых не превышает 2,0 м.

При отсутствии уравнительных приборов на подходах модель также должна включать часть пути на примыкающей насыпи длиной не менее 100 м.

Н.2 Жесткость опорных частей и опор

Н.2.1 Жесткость опор и оснований может быть учтена в расчетной модели явно (см. рисунок Н.1). В случае применения опорной части, жестко закрепленной на опоре и допускающей поворот (традиционная неподвижная опорная часть), горизонтальная реакция соответствующей опоры на отметке центра поворота может быть учтена горизонтальной упругой связью, эквивалентной жесткости.

Н.2.2 При моделировании тела железобетонных опор следует полагать, что сечения работают в упругой стадии и раскрытия трещин не происходит.

Если короткий и невысокий элемент опоры (l / b < 2) моделируется стержнем, необходимо учитывать влияние на его жесткость поперечных сил.

Н.2.3 При моделировании свайных фундаментов следует руководствоваться указаниями СП 24.13330.2011 (приложение В) и приложения П настоящего свода правил.

Н.3 Функция зависимости сдвиговой жесткости пути от смещений

Н.3.1 Модель зависимости сдвиговой жесткости одного рельсового пути относительно плиты пролетного строения от величины взаимного смещения рельсов и пролетного строения представлена на рисунке Н.3.

Н.3.2 Сдвиговые характеристики пути относительно его основания указываются заказчиком в задании на проектирование.

При обосновании проектных решений допускается принимать следующие характеристики (с одного пути) по таблице Н.1.

Таблица Н.1 - Характеристики функции зависимости сдвиговой жесткости от смещений

Путь	Путь на балласте				Безбалластный путь
	нормальном		замерзшем
	, мм	, кН/пм	, мм	, кН/пм	, мм	, кН/пм
Ненагруженный	2,5	20	0,5	40	0,5	40
Нагруженный		60		60		60

Н.3.3 В случае использования податливых или жестких скреплений, конструкция которых не допускает смещений фрикционного типа (проскальзывания), расчетом должно контролироваться предельное сопротивление сдвигу этих скреплений. Предельное усилие на стадии эксплуатации (с обеспеченностью 0,95), которое допускается передавать на такие скрепления, должно быть указано заказчиком в задании на проектирование.

Н.3.4 При отсутствии уравнительного прибора за устоем (в непосредственной близости) расчетная модель должна учитывать продольное закрепление пути на насыпи подходов. В этом случае длину закрепления плети на насыпи следует принимать не менее 100 м от шкафной стенки устоя.

Н.4 Параметры рельсов

Физико-механические характеристики рельсов в расчетной модели следует принимать по ГОСТ Р 51685.

В случае применения рельсов Р65 в расчетной модели могут быть использованы характеристики, приведенные в таблице Н.2.

Таблица Н.2

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Характеристика
Коэффициент линейного расширения			0,0000118
Модуль упругости материала рельса		МПа
Площадь двух рельсов			0,01653