УСЛОВИЯ СЛУЖБЫ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ

Нагрузки

Мосты, как никакие другие искусственные сооружения, подвергаются действию наиболее значительных разнообразных нагрузок.

Помимо собственного веса, мосты воспринимают также большую нагрузку от проходящих поездов.

Полная нагрузка от поезда на пролетном строении моста, как указывалось, тем больше, чем больше длина загружения, которая связана с величиной пролета. Но для большей поездной нагрузки необходима и более мощная, а следовательно, и более тяжелая (при данных материалах и системе) конструкция пролетного строения.

Малые мосты и трубы соответственно меньшей длине загружения поездной нагрузкой имеют сравнительно легкие конструкции. Причем на трубы действие поезда передается грунтом насыпи, расположенным над трубой.

На подпорную стену, поддерживающую сбоку основание пути на косогоре (см. рис. 14), нагрузка от поезда действует тоже через грунт основания, которое под действием поезда давит не только вниз, но и в стороны, в том числе на стану сбоку.

В противоположность рассмотренным сооружениям обделка тоннелей, галерей практически не испытывает ни вертикального, ни бокового давления от поездной нагрузки и подвергается преимущественно горному давлению, если окружающие тоннель породы сами по себе неустойчивы. Собственный вес присущ всякой конструкции. В отличие от собственного веса, действующего в сооружении постоянно, нагрузку от поездов называют временной: она действует лишь в момент нахождения поезда на сооружении. К постоянным нагрузкам, кроме веса сооружения и других расположенных на нем устройств и конструкций, в частности, пути, относят и иные постоянно действующие на сооружение силы. Таково, например, давление грунта насыпи на трубы и устои мостов, горное давление на подпорные стены и тоннели и т. д.

Временная вертикальная и постоянная нагрузки самые существенные. Но на многие сооружения влияют еще и другие силы. Так, на мосты действуют продольные (вдоль пути) силы, развивающиеся при ускорении и торможении поезда, поперечные силы—давление ветра на конструкции моста и проходящий но ному состав, давление льда, а случается и навал судов на опоры. В соответствующих районах принимают в расчет и сейсмические силы.

Таким образом, в. эксплуатации, а также при строительстве сооружение подвергается разнообразным воздействиям. Многие из них совпадают во времени и более или менее продолжительны, иные — кратковременны. Поэтому при составлении проекта сооружения все воздействия учитываются в различных практически возможных сочетаниях (основных, дополнительных и особых). Па худшее сочетание нагрузок и рассчитывают сооружение.

Поездная нагрузкас развитием транспорта прогрессивно возрастает.

В прошлом поезда были легкими и по размерам малыми. Полвека назад масса паровоза не превышала 60—70 тс. Масса современного локомотива достигает 200 тс; при этом на одну колесную ось, например, тепловоза ТЭЗ приходится до 21 тс вместо 12—16 тс в прежних паровозах (рис. 20). Масса современного груженного большегрузного вагона составляет 82—125 и даже 179 тс (вместо 30— 40 тс у старых двухосных вагонов), которая распределяется соответственно на четыре, шесть или восемь осей его, т. е. также по 20—21 тс. Следовательно, на

длине 25 м пути временная нагрузка достигает 220 тс (по 8,8 тс на 1 м пути), а на длине 100 м приближается уже к 1000 те.

Специальный подвижной состав для перевозки особо тяжелых грузов — транспортеры подъемной силой до 500 тс — оказывает еще большее воздействие — до 12,5 тс на 1 пог. м (рис. 21). Однако обращение транспортеров по сравнению с вагонами весьма редкое, причем в составе поездов они размешаются всего по одному и с так называемым прикрытием из обычных вагонов (платформ) по обоим концам транспортера.

При происходящем утяжелении поездных нагрузок искусственным сооружениям в расчете на длительный срок их службы придают запас грузоподъемности исходя из ожидаемой в перспективе нагрузки. Ввиду разнообразия обращающихся локомотивов, вагонов и другого подвижного состава, а тем более из-за отсутствия данных о их будущих типах, для расчета сооружений принимают условную перспективную временную нагрузку. Ее выражают схемой (стр.252) или формулой и таблицами эквивалентных нагрузок, т. е. равнозначных действию условной нагрузки в тонна-силах на 1 м пути для различных длин и случаев загружения конструкций.

Такая нормативная перспективная нагрузка для расчета новых мостов с 1962 г. введена под названием СК, т. е. стандартная класса К. Класс К- 14 соответствует тяжелым вагонам 14 тс/м пути с восьмиосным электровозом давлением до 33 тс на ось. Для временных, в том числе деревянных мостов, указанные значения снижены в 1,4 раза. Нагрузке СК предшествовала нагрузка НК- 1930 (нормативная, введенная в 1930 г.), которую используют и теперь при определении грузоподъемности старых металлических мостов (стр. 251).

Нормативную подвижную нагрузку в необходимых случаях увеличивают вследствие так называемого динамического воздействия поездов. Известно, что дополнительно к указанному статическому давлению массой идущий поезд оказывает на путь и распо-

21900

ложенные под ним конструкции немалые ударные (динамические) воздействия. Они также направлены вниз, а частично и в стороны (боковые удары).

Динамическое воздействие возникает из-за боковой качки подрессоренной конструкции локомотива и вагонов, ударов колес на рельсовых стыках и имеющихся в профиле и плане неровностях рельсовых нитей. Для небольших легких-металлических пролетных строений дополнительное динамическое воздействие достигает 50—70% статической вертикальной нагрузки.

Воздействие боковых ударов подвижного состава составляет около 10% его массы. В кривых участках на путь и сооружение действует еще центробежная сила. Она тем больше, чем круче кривая и выше скорость движения.

Динамическое воздействие, а на кривых участках пути и центробежную силу, учитывают при основных сочетаниях нагрузок наравне с постоянной и временной нагрузками. При дополнительных сочетаниях принимают в расчет и торможение, поскольку оно действует нерегулярно, хотя воздействие торможения существенно.

Развивая большую силу инерции в процессе движения, поезд при торможении передает эту силу на путь. Заторможенные •нажатием тормозных колодок колеса, скользящие по рельсам, под действием силы инерции стремятся сдвинуть путь в направлении хода поезда. Этому противодействуют силы трения о балласт подошвы шпал или мостовые брусья, а вместе с ними и само сооружение. Аналогичное продольное воздействие на рельсы, но в сторону, обратную движению поезда, возникает от тягового усилия локомотива.

Давление ветра поперек моста принимают в размере 100 кгс на 1 м² боковой поверхности поезда и конструкции моста. Но так как ветер может быть и сильнее указанного, при котором движение поезда затруднено, то производят дополнительную проверку на давление ветра— 180 кгс/м², но при отсутствии поезда на мосту.

Габариты

В условиях бесперебойного движения поездов по взаимосвязанным железным дорогам очень важно единообразие в наружных поперечных размерах подвижного состава и соответственно этому во внутренних очертаниях искусственных сооружений — мостов, путепроводов, тоннелей. Единообразие размеров для дорог определенной рельсовой колеи регламентировано габаритами. Таковы габарит подвижного состава для поездов (рис. 22, а) и габарит приближения строений для сооружений (рис. 22, о) и устройств, внутри или подле которых проходят поезда.

Габарит подвижного состава — это предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться как груженый, так и порожний подвижной состав, установленный на прямом горизонтальном пути. Габарит приближения строений также предельное

(поперечное к пути)

очертание, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и устройств.

На дорогах эксплуатируются некоторые и негабаритные сооружения впредь до их переустройства. Допускается также загрузка вагонов негабаритными грузами и обращение специального подвижного состава. Но такие случаи ограничены строго определенными очертаниями пяти степеней негабаритности от минимальной (нулевой) до наибольшей (четвертой) степени. Для негабаритных грузов установлены особые условия перевозок. Подобно этому и по негабаритным сооружениям подвижной состав пропускают в ряде случаев с ограничением скорости движения.

Основным габаритом приближения строений на железных дорогах широкой колеи служит габарит С(см. рис. 22, б), установленный Государственным стандартом, он соответствует вводимому габариту подвижного состава Тдля вагонов, электровозов и тепловозов.(см. рис. 22, а).

Габариту С, введенному с 1 января 1960 г., предшествовал габарит 2- С и еще более ранний и более стесненный габарит 1-С (действовавший до 1926 г.), по которым построены многие из эксплуатируемых сооружений. Соотношение очертаний габаритов С, 2-С и 1-С и габарита обращающегося подвижного состава 1-Т видно из рис. 23. Там же показано очертание наибольшей негабаритности IV степени. Габариты (как следует из их определения) указываются для прямого пути. На кривых участках пути габарит уширяют,причем тем больше, чем круче кривая и длиннее подвижной состав или груз на нем, поскольку при прохождении состава на кривых его концы, а также середина отклоняются в плане от пути (рис. 24).

В прежние годы при строительстве по габариту 1-С не требовалось такого уширения. Кроме того, и междупутье на двухпут-

Рис. 23. Соотношение габаритов С, Рис. 24. Проход подвижного

1-С, 2-С, 1-Т и негабаритности IV состава в прямом и кривом степени участках пути

ных участках раньше составляло всего около 3,8 м (в то время как теперь 4,1 м и уширение на кривой в зависимости от величины радиуса кривой). В связи сэтим сооружения на кривых, построенные по габариту 1-С, теперь оказываются особо негабаритными.

Для классификации эксплуатируемых сооружений,построенных до 1 января 1960 г. в зависимости от степени их соответствия габариту С, установлены классы габаритной проходимости. Это — очертание минимально необходимого пространства для пропуска подвижного состава определенного габарита или негабаритного груза соответствующей степени негабаритности.

Таких классов несколько: по наименованию (положению) и размерам. В частности, восемь основных классов в пределах высоты от 1100 до 5450 мм над головкой рельса, два дополнительных класса поверху (в пределах выше 5450 мм) — для электрифицированных участков, пять дополнительных классов понизу в пределах от головки рельса до высоты 1100 мм. Аналогично железнодорожным имеются габариты автодорожные.

Для мостов через судоходные и сплавные рекиустановлен под-мостовой габарит (рис. 25). Для самых больших рек он равен по ширине 94 мвверху и 140 м внизу, а по высоте 13,5 м над расчетным судоходным уровнем и 2 м вниз от него.

В мостах через несудоходные рекиниз конструкции пролетных строений должен возвышаться обычно не менее чем па 0,25 м над уровнем воды и

Рис. 25. Подмостовой габарит

не менее чем на 0,75 м над наивысшим уровнем ледохода.

В трубахтакже оставляют просвет над водой (не менее 0,25 —0,75 м) в зависимости от формы и размеров поперечного сечения трубы.