Принципы оценки грузоподъемности методом классификации

Основные понятия грузоподъемности

4.1.1 Расчет грузоподъемности, как одной из характеристик технического состояния сооружения [2], выполняют для эксплуатируемых и вновь построенных мостов в соответствии с приведенными в настоящем методическом документе правилами определения воздействий от загружения конструкций постоянной и временными эталонными нагрузками, независимо от соответствующих положений действующих норм проектирования. При этом грузоподъемность устанавливают:

- для неконтролируемого режима движения транспортных средств - по допустимому классу эталонной нагрузки АК и по допустимой общей массе эталонного трехосного транспортного средства (грузовика) ЭН₃;

- для контролируемого режима движения транспортных средств – по допустимому классу одиночной эталонной нагрузки НК.

Для оценки возможности и условий пропуска по сооружению конкретного обращающегося транспортного средства грузоподъемность может быть определена и выражена в допустимой общей массе этого транспортного средства.

4.1.2 Грузоподъемность сооружения определяется несущей способностью его основных несущих конструкции (элементов конструкций). Расчет несущей способности элементов мостового сооружения следует производить с учетом их фактических геометрических размеров, прочностных и деформативных свойств материалов (бетона, арматуры, стали, древесины и др.), влияния имеющихся дефектов и повреждений.

4.1.3 Эталонную нагрузку АК принимают в виде равномерно распределенной нагрузки с интенсивностью К кН/м (0,1 К, тс/м) и одной двухосной тележки с нагрузкой на ось 10 К кН (1 К, тс) для каждой полосы движения (рисунок 4.1.1, а).

а)
б)
в)

Рисунок 4.1.1 – Схемы эталонных нагрузок:

а – нагрузка АК; б – нагрузка НК; в – трехосная нагрузка ЭН₃

Одиночную эталонную нагрузку НК принимают в виде четырехосного колесного транспортного средства с нагрузкой на ось 18К кН (1,8К тс/м), (рисунок 4.1.1 б).

При расчете элементов конструкций эталонные нагрузки, в единицах которых определяется грузоподъемность, устанавливают на ездовом полотне в наиболее невыгодное положение для рассчитываемого элемента:

1) Нагрузка АК:

- вдоль моста при поверхности (линии) влияния воздействия, имеющей три или более участков разных знаков, тележка устанавливается на участке, дающем для рассматриваемого знака наибольшее значение воздействия; равномерно распределенной нагрузкой (с необходимыми её перерывами по длине) загружаются все участки того же знака;

- расстояния между осями смежных полос нагрузки должны быть не менее 3,0 м;

Рассматривают два случая воздействия нагрузки АК:

первый – предусматривающий невыгодное размещение на ширине проезжей части (в которую не входят боковые полосы безопасности) числа полос нагрузки, не превышающего числа полос движения по сооружению. При многополосном движении и наличии на проезде разделительной полосы без ограждений безопасности полосы нагрузки могут размещаться в пределах ширины разделительной полосы без ограничений;

второй – предусматривающий при незагруженных тротуарах невыгодное размещение на всей ширине проезда (включая полосы безопасности) двух полос нагрузки (на однополосных мостах — одной полосы нагрузки).

Оси крайних полос нагрузки АК должны быть расположены не ближе 1,5 м от границы проезжей части – в первом и от границы проезда (бокового или разделительного ограждения безопасности ездового полотна) – во втором случаях.

Воздействие нагрузки АК с нескольких полос движения учитывают с коэффициентом полосности:

- равным 1,0 для тележки;

- равным 1,0 для равномерно распределенной части нагрузки с той полосы движения, где нагрузка вызывает наибольшее воздействие на рассчитываемый элемент;

- равным 0,6 для равномерно распределенной части нагрузки с остальных полос движения.

Коэффициенты надежности по нагрузке γ _f принимают:

- для тележки при расчете элементов проезжей части мостов 1,50;

              при расчете прочих несущих  элементов мостов  1,50 при l = 0;

                                                                                                       1,20 при l ³ 30 м;

для равномерно распределенной части                                     1,20

Для промежуточных значений l величину γ _f следует принимать по интерполяции.

Динамические коэффициенты 1+m к нагрузке АК принимают по таблице 4.1.1.

Таблица 4.1.1 – Динамические коэффициенты к нагрузке АК

Конструкции [3]	Динамический коэффициент (1+μ)
а) для элементов стальных и сталежелезобетонных пролетных строений, а также элементов стальных опор: основных элементов главных ферм совмещенных мостов всех систем под автомобильную и железнодорожную (включая поезда метрополитена) нагрузки элементов автодорожных мостов всех систем, кроме главных ферм (балок) и пилонов висячих и вантовых мостов элементов главных ферм и пилонов висячих и вантовых мостов	, но не менее 1,10
б) для железобетонных балочных пролетных строений, рамных конструкций (в том числе для сквозных надарочных строений), а также для железобетонных сквозных, тонкостенных и стоечных опор: совмещенных мостов   автодорожных мостов	но не менее 1,10;  но не менее 1,0
в) для железобетонных и бетонных арок со сплошным надсводным строением, для бетонных опор и грунтовых оснований и фундаментов	1 + m = 1,00;
г) для арок и сводов арочных железобетонных пролетных строений со сквозной надарочной конструкцией:	но не менее 1,00;
д) для деревянных конструкций	1 + m = 1,00

Динамический коэффициент к временным горизонтальным нагрузкам и давлению грунта на опоры принимают 1 + m = 1,00;

Примечание. Величину λ принимают равной:

а) для основных элементов несущих конструкций, а также для продольных и поперечных балок пролетных строений - длине расчетного пролета или длине загружения поверхности (линии) влияния, если эта длина больше величины пролета;

б) для основных элементов несущих конструкций неразрезных систем – сумме длин загружаемых участков поверхности (линии) влияния (вместе с разделяющими их участками);

в) при расчете на местную нагрузку (при загружении той части поверхности (линии) влияния, которая учитывает воздействие местной нагрузки):

продольных балок и продольных ребер ортотропных плит – равной длине их пролета;

поперечных балок и поперечных ребер ортотропных плит – равной суммарной длине продольных балок в примыкающих панелях;

подвесок, стоек и других элементов, работающих только на местную нагрузку, – равной длине загружения поверхности (линии) влияния;

железобетонных плит автодорожного проезда, укладываемых по металлическим балкам, при расчете плит поперек моста – равной расстоянию между балками, на которые опирается плита.

г) при загружении поверхностей (линий) влияния, учитывающих одновременно основную и местные нагрузки, – раздельно для каждой из этих нагрузок.

При загружении поверхности влияния λ определяют по секущему продольному створу той полосы нагрузки, которая создает наибольшее воздействие.

2) Нагрузку НК устанавливают вдоль направления движения в любое положение на проезжей части вне полос безопасности.

Коэффициент надежности по нагрузке принимают γ _f =1,0.

Динамический коэффициент принимают для пролетных строений, сквозных, тонкостенных и стоечных опор:

              1 + m = 1,30 при l £ 1,0 м;

              1 + m = 1,10 при l ³ 5,0 м;

для промежуточных значений l — по интерполяции.

При загружении поверхности влияния λ определяют по секущему продольному створу.

4.1.4 Эталонная трехосная нагрузка по схеме ЭН₃ представляет колонну эталонных грузовиков (рисунок 4.1.1, в), устанавливаемых вдоль моста на расстоянии 12 м друг от друга по ближайшим осям смежных автомобилей. По ширине ездового полотна колонны грузовиков размещают по правилам, предусмотренным для нагрузки АК.

Масса трехосного эталонного грузовика m _Э=30 т определяется суммой осевых нагрузок

 

m _Э = 2,6 Р,                                                   (4.1.1)

 

где Р – нагрузка на ось, кН (тс).

При многозначной поверхности (линии) влияния воздействия, имеющей три или более участков разных знаков, грузовики в колонне устанавливают вдоль движения (в том числе с разрывами по длине колонны на участках противоположного знака) таким образом, чтобы получить  наибольшее значение воздействия рассматриваемого знака.

Расстояния между смежными колоннами грузовиков, а также случаи рассматриваемого воздействия при размещении колонн по ширине проезда принимают как для эталонной нагрузки АК.

Коэффициенты полосности для различных колонн грузовиков принимают:

- равным 1,0 для всех полос движения при значении λ ≤ 25 м;

- равным 1,0 для той полосы движения, где нагрузка вызывает наибольшее воздействие на рассчитываемый элемент, и равным 0,6 с остальных учитываемых полос движения при λ > 25 м.

Величину λ определяют по секущему продольному створу той полосы нагрузки, которая создает наибольшее воздействие.

Коэффициент надежности по нагрузке принимают как для тележки эталонной нагрузки АК.

Динамический коэффициент принимают как для эталонной нагрузки АК.

4.1.5 При расчете грузоподъемности элементов мостового сооружения определяют:

- предельно допустимые воздействия (несущую способность) для рассчитываемых элементов (S _пред), в качестве значения допустимого воздействия могут рассматриваться предельные усилия, напряжения или деформации, соответствующие достижению предельного состояния первой группы;

- расчетные воздействия от постоянной нагрузки (S _пост), пешеходов на тротуарах (S _пеш), прочих нагрузок (S _пр), учитываемых совместно с временной вертикальной нагрузкой от транспортных средств;

- предельно допустимые расчетные воздействия от временной вертикальной нагрузки (S _врем);

- допустимые классы эталонных нагрузок по схемам АК (Как) и НК (Кнк) с точностью до 0,1 величины, допустимую массу эталонной трехосной нагрузки по схеме ЭН₃ с точностью до 0,1 тонн.

4.2 Способы определения грузоподъемности

4.2.1 Грузоподъемность конструктивного несущего элемента мостового сооружения определяют расчетом из сопоставления его несущей способности (доли несущей способности) с воздействием  от внешних нагрузок.

В зависимости от характера восприятия конструкцией (элементом конструкции) внешних воздействий и полноты необходимой расчетной информации классы по грузоподъемности могут быть получены тремя различными способами.  

4.2.2 Первый способ расчета применяют, если несущая способность рассчитываемого элемента конструкции является фиксированной величиной, и зависит от его геометрических характеристик, а также прочностных и деформативных свойств материалов, из которых данный элемент изготовлен. Интенсивность временных и постоянных нагрузок, действующих на такой элемент, влияния на его несущую способность не оказывают. К таким конструктивным элементам относятся, в частности, железобетонные балки при расчете на изгиб и при упрощенном расчете на поперечную силу, металлические и деревянные балки при расчете на изгиб и поперечную силу, элементы ферм при расчете на продольные усилия, и т.д. В этом случае производится сопоставление предельно допустимого воздействия для рассчитываемого элемента от временной нагрузки с аналогичным воздействием от той временной нагрузки (S _н), в единицах которой определяется класс грузоподъемности, исходя из выполнения следующего условия:

 

S _н ≤ S _врем.                                                    (4.2.1)

 

Допустимую величину воздействия от временной нагрузки определяют по формуле:

 

S _врем = S _пред - S _пост - S _пеш - S _пр                                   (4.2.2)

 

Необходимость учета в формуле (4.2.2) пешеходных и прочих нагрузок определяется конкретным случаем расчета в зависимости от рассчитываемой конструкции и в соответствии с указаниями действующих нормативных документов на проектирование мостовых сооружений.

Допустимый класс нагрузки (допустимую массу нагрузки) и, соответственно, класс грузоподъемности элемента определяют по формуле:

 

                                                          (4.2.3)

 

где K _э – класс эталонной нагрузки АК, НК, либо масса эталонного трехосного грузовика по схеме ЭН₃, либо масса транспортного средства из состава произвольной нагрузки, в единицах которой определяется класс грузоподъемности.

4.2.3 Второй способ расчета применяют, если несущая способность рассчитываемого элемента конструкции зависит от интенсивности временных нагрузок, или расчет выполняют с учетом нагрузок от торможения.

К конструкциям, несущая способность которых зависит от временных нагрузок, относятся, в частности, сталежелезобетонные пролетные строения при учете пластических деформаций, элементы, работающие на внецентренное сжатие, и т.д.

В этом случае допустимый класс (допустимую массу) временных нагрузок определяют итерационным расчетом (с последовательными приближениями), исходя из выполнения следующего условия:

S _действ ≤ S _пред                                       (4.2.4)

 

где S _действ – суммарное воздействие от постоянной, пешеходной, прочих нагрузок и временной нагрузки, выраженной через искомое значение класса нагрузки.

4.2.4 Третий способ расчета применяют, если фактическую несущую способность конструктивного элемента установить не представляется возможным, но имеются сведения о нормах проектирования и проектных нагрузках для сооружения. В этом случае, как и для первого способа, производится сопоставление предельно допустимого воздействия для рассчитываемого элемента от временной нагрузки с аналогичным воздействием от той временной нагрузки (S _н), в единицах которой определяется класс грузоподъемности, исходя из условия (4.2.1). В качестве предельно допустимого воздействия (S _пред) принимают «условную  несущую способность», выражаемую величиной максимального воздействия от тех временных проектных нагрузок, на которые конструкция была запроектирована, и определяемую в соответствии с указаниями этих норм проектирования.

Воздействия от постоянных нагрузок и пешеходных нагрузок в расчете условной несущей способности не учитываются. Однако, если в процессе эксплуатации появилась дополнительная сверхпроектная нагрузка (например, от дополнительного слоя покрытия проезжей части), то условная несущая способность должна быть уменьшена на величину воздействия от этой дополнительной нагрузки.

Этот способ может использоваться, если сохранилась проектная ширина ездового полотна моста. При наличии дефектов, снижающих изначальную несущую способность конструкции, такое снижение должно быть соответствующим образом учтено в величине условной несущей способности.

В случае переустройства сооружения с заменой или усилением несущих конструкций в качестве проектной нагрузки следует рассматривать нагрузку, под которую проектировалось усиление.

Сведения о схемах и параметрах вертикальных нагрузок от транспортных средств, правила их установки, коэффициенты полосности и динамические коэффициенты, принятые в нормах проектирования различных лет приведены в приложении А.

4.2.5 Несущая способность S _пред может быть получена:

- расчетом, произведенном в соответствии с настоящими Рекомендациями с учетом указаний действующих нормативных документов на проектирование мостовых сооружений, при известных параметрах сечения и материала;

- по расчетным листам проекта, если расчетные предпосылки и характеристики материалов конструкции соответствуют положениям действующих нормативных документов на проектирование мостовых сооружений;

- по результатам определения усилий, напряжений и деформаций от загружения проектными нагрузками года проектирования;

- итерационным расчетом, если несущая способность зависит от временной нагрузки.

4.2.6 Воздействия в элементах от нагрузок определяют по общим правилам строительной механики.

Как правило, следует использовать пространственные расчетные схемы и механизм загружения поверхностей влияния соответствующих воздействий.

Допускается использовать условно-пространственные расчетные схемы с механизмом загружения продольных линий влияния и линий влияния распределения поперечного давления.