СП 453.1325800.2019 Действует

- от формы конструкции;

- от расстояния между поездом и конструкцией и ее расположения относительно поезда.

М.1.3Эти воздействия могут быть заменены эквивалентными нагрузками, которые следует использовать при расчетах указанных конструкций по первой и второй группам предельных состояний. Нормативные значения эквивалентных нагрузок приведены в М.2–М.6.

М.1.4Расчетную скорость V, км/ч, следует принимать равной максимальной скорости движения высокоскоростных поездов на данном участке (см. 6.3.5).

М.1.5В начале и конце конструкции, на участках длиной 5 м (считая вдоль оси пути) эквивалентные нагрузки, описанные в М.2–М.6, должны быть умножены на повышающий коэффициент динамики 2,0.

Примечание — Для динамически чувствительных конструкций или их элементов могут потребоваться специальные исследования для обоснования динамических составляющих интенсивностей вышеуказанных воздействий. При исследованиях необходимо учитывать динамические характеристики конструкции, включая условия опирания, граничные условия, скорость движения поезда и соответствующие аэродинамические воздействия, а также динамическую реакцию конструкции, включая скорость волны деформаций, возникающей в конструкции.

М.2 Вертикальные поверхности, параллельные рельсовым путям

К вертикальным поверхностям, расположенным параллельно рельсовым путям, относятся, например, шумозащитные экраны.

М.2.1Нормативные значения воздействий ±q1k приведены на рисунке М.1.

М.2.2Данные нормативные значения относятся к поездам с неблагоприятной аэродинамической формой. Для других поездов значения могут быть умножены на понижающий коэффициент k1, принимаемый равным:

0,85 – для подвижного состава с гладкими сторонами;

0,6 – для подвижного состава обтекаемой аэродинамической формы.

М.2.3Если рассматривается небольшая часть конструкции высотой ≤ 1,0 м и длиной ≤ 2,5 м (например, элемент шумозащитного экрана), воздействия q1k должны быть умножены на повышающий коэффициент k2 = 1,3.

Рисунок М.1 – Нормативные значения воздействий q1k для вертикальных поверхностей, параллельных рельсовому пути

М.3 Горизонтальные поверхности над рельсовыми путями

К горизонтальным поверхностям над рельсовыми путями относятся, например, верхние защитные конструкции.

М.3.1Нормативные значения воздействий ±q2k приведены на рисунке М.2.

М.3.2Расчетная ширина загружения исследуемого конструктивного элемента составляет до 10 м в любую сторону от оси пути.

М.3.3Воздействия на конструкцию от поездов, проходящих по соседним путям в противоположных направлениях, суммируются. Нагрузки следует учитывать только с двух путей.

М.3.4К воздействиям q2k применяют понижающий коэффициент k1, как в М.2.

М.3.5Воздействия на крайние участки широкой конструкции, пересекающей путь, на ширине ≤ 1,5 м от края могут быть умножены на коэффициент 0,75.

Рисунок М.2 – Нормативные значения воздействий q2k для горизонтальных поверхностей выше рельсовых путей

М.4 Горизонтальные поверхности, примыкающие к рельсовым путям

К горизонтальным поверхностям, примыкающим к рельсовым путям, относятся навесы платформы без вертикальных стен и подобные конструкции.

М.4.1Нормативные значения воздействий ±q3k приведены на рисунке М.3 и применяются независимо от аэродинамической формы поезда.

М.4.2Для каждого положения вдоль подлежащей расчету конструкции величина q3k зависит от расстояния ag до ближайшего рельсового пути. В случае, если рельсовые пути расположены с обеих сторон рассматриваемого элемента конструкции, воздействия должны складываться.

М.4.3Если расстояние hg от уровня головки рельса до низа конструкции превышает 3,8 м, то воздействие q3k может быть умножено на понижающий коэффициент k3 по формуле

для 3,8 < hg <7,5,. (М.1)

k3 = 0 для hg ≥ 7,5 м. (М.2)

Рисунок М.3 – Нормативные значения воздействий q3k для горизонтальных поверхностей, примыкающих к рельсовым путям

М.5 Конструкции из нескольких поверхностей (вертикальных, горизонтальных или наклонных), расположенные вдоль рельсовых путей

К конструкциям из нескольких поверхностей (вертикальных, горизонтальных или наклонных), расположенных вдоль рельсовых путей, относятся, например, наклонные шумозащитные барьеры, навесы платформы с вертикальными стенами и т. д.

М.5.1Нормативные значения воздействий ±q4k, приведенные на рисунке М.4, должны быть приложены по нормали к рассматриваемым поверхностям. Эти воздействия должны быть получены из графиков на рисунке М.1, причем расстояние от пути должно быть принято меньшим из значений:

a´g = 0,6 min ag + 0,4 max аg или a´g = 6 м, (М.3)

где min ag, max ag – расстояния, показанные на рисунке М.4.

М.5.2Если max ag > 6 м, то принимают значение max ag = 6 м.

М.5.3К воздействиям ±q4k применяются коэффициенты k1 и k2, определенные в М.2.

Рисунок М.4 – Определение расстояний min ag и max ag от осевой линии рельсового пути

М.6 Поверхности ограниченной длины (до 20 м)

К поверхностям ограниченной длины (до 20 м), ограждающим сверху габарит приближения строений (горизонтальная поверхность над путями и хотя бы одна вертикальная стена) относятся, например, подмости, временные сооружения.

М.6.1 Воздействия должны быть приложены независимо от аэродинамической формы поезда:

- к вертикальным поверхностям (по всей высоте):

±k4 q1k, (М.4)

где q1k – определяется согласно М.2;

k4 = 2;

- к горизонтальным поверхностям:

±k5 q2k, (М.5)

где q2k – определяется согласно М.3 только для одного рельсового пути;

k5 = 2,5 – если поверхность накрывает один рельсовый путь;

k5 = 3,5 – если поверхность накрывает два рельсовых пути.

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.

Рисунок Н.1 – Принципиальная схема модели для оценки взаимодействия конструкции пути и элементов моста

Рисунок Н.2 – Пример моделирования пролетного строения стержневыми элементами

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.

Рисунок Н.3 – Зависимость сдвиговой жесткости пути относительно пролетного строения от величины взаимного смещения

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.

Т а б л и ц а Н.1 – Характеристики функции зависимости сдвиговой жесткости от смещений

Путь | Путь на балласте | Безбалластный путь | нормальном | замерзшем | | Δτo, мм | Gτ, кН/пм | Δτo, мм | Gτ, кН/пм | Δτo, мм | Gτ, 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.

Т а б л и ц а Н.2

Наименование | Обозначение | Единица измерения | Характеристика Коэффициент линейного расширения | αR | °С–1 | 0,0000118 Модуль упругости материала рельса | ER | МПа | 2,1·105 Площадь двух рельсов | A2R | м2 | 0,01653

Приложение П

Расчетные модели фундаментов опор

П.1 Общие положения

П.1.1 При расчетах, в которых учитывается влияние основания, свай, в зависимости от группы предельных состояний, а также длительности действия нагрузки, следует принимать различные параметры элементов моделей, учитывающих работу грунта.

Следует различать расчеты:

- связанные с исследованием динамического поведения конструкции;

- исследующие состояние конструкции при нормальной эксплуатации при нормативных нагрузках (вторая группа предельных состояний и выносливость);

- проверок прочности и устойчивости конструкций и элементов.

П.1.2 Следует полагать, что при нормальной эксплуатации и при кратковременном действии нагрузок (подвижная нагрузка, торможение, ветер и т. д.) все элементы работают в упругой стадии и никаких остаточных деформаций не происходит.

При расчетах предельных состояний по первой группе следует учитывать, что в грунтах развиваются ограниченные пластические деформации согласно СП 22.13330 и СП 24.13330.

П.1.3 При динамических расчетах следует рассматривать два случая жесткости грунтов:

- повышение жесткостей грунтов при динамических воздействиях согласно положениям СП 26.13330;

- нормальная упругая работа грунтов.

П.1.4 При расчетах совместной работы пути и сооружения – обязательно, а при других расчетах по первой и второй группам предельных состояний – при необходимости, следует рассматривать различную жесткость фундамента, принимая к расчету два крайних консервативных значения жесткости.

П.2 Свайные фундаменты

П.2.1 Грунт, окружающий сваю, допускается рассматривать как упругую линейно-деформируемую среду, характеризуемую коэффициентом постели Cz, кН/м3.

П.2.2 Коэффициент постели грунта по боковой поверхности сваи Czi, глубину расположения сечения zi и коэффициент условий работы с следует принимать с учетом указаний таблицы П.1.

Т а б л и ц а П.1

1 Коэффициент постели грунта по боковой поверхности сваи: - при глубине срезки грунта ≤ 5 м или при величине полного размыва ≤ 5 м или при высоте подсыпки (высоте насыпи) ≤ 10 м и при горизонтальной поверхности грунта: - при глубине расположения i-го сечения ≥ 10 м ниже природной поверхности грунта или дна водотока без размыва, при любых планировках (размывах) | | Рисунок П.1 - то же, при глубине < 10 м, при планировке подсыпкой или для насыпи | | - то же, при глубине < 10 м, при планировке срезкой или при размыве1) | | - во всех других случаях | См. пункт П.2.3 2 Глубина расположения i-го слоя грунта zi : - в случае, если опора расположена в постоянном водотоке и грунт расчетного слоя или один из слоев грунта, расположенных выше, являются водоупором (глинистые грунты) | От условной поверхности, расположенной выше дна водоема или водотока, на величину zv, равную половине глубины воды в состоянии межени: zi + zv | Рисунок П.2 - во всех других случаях | От природной поверхности грунта или дна водотока или водоема | 3 В случае расположения низа плиты фундамента в грунте (низкий ростверк) следует учитывать разуплотнение грунта на глубине 3,0 м | Рисунок П.3 4 Коэффициент постели грунта под подошвой сваи следует принимать равным (кроме опирания на скальные грунты) | | Рисунок П.4 5 Для висячих свай следует учитывать коэффициент постели сдвига на контакте грунта и боковой поверхности сваи | | 6 При определении коэффициента постели грунта по боковой поверхности сваи следует учитывать группу предельных состояний, а также длительность действия нагрузки, принимая коэффициент условий работы с равным: - при расчетах по первой группе предельных состояний элементов фундамента и грунта (несущая способность свай, прочность сечений, напряжения в грунте) | с = 3,0 - при расчетах по второй группе предельных состояний (смещения и деформации, расчеты взаимодействия пути и сооружения и другие) нормальной упругой работы грунта: - при расчетах на вертикальные и горизонтальные воздействия подвижной нагрузки (кратковременная) | с = 1,0 - при расчетах образования и раскрытия трещин в бетоне на сочетания горизонтальных постоянных и (или) длительных нагрузок (давление грунта со стороны насыпи, предварительное напряжение, температурные воздействия) | с = 2,0 - при расчетах совместной работы пути и сооружения при комбинациях с вертикальными и горизонтальными компонентами временной нагрузки (кратковременными) | с = 0,75–1,5 - при расчетах совместной работы пути и сооружения при комбинациях с длительными нагрузками (температура) | с = 1,0–2,0 - при моделировании грунта в динамических расчетах в случаях повышенной жесткости грунта и нормальной упругой работы грунта | с = 0,1–1,02) 1) В случае, приведенном в позиции 2, глубину расчетного слоя zi следует увеличивать на zv. 2) При моделировании грунта в динамических расчетах допускается уточнять упругие характеристики грунта на основании специальных исследований. П р и м е ч а н и е – В настоящей таблице применены следующие обозначения: Cz10 – коэффициент постели, на глубине 10 м от поверхности грунта без учета планировки, кН/м3 1); zi – глубина i-го сечения сваи от уровня природной поверхности или дна водотока или водоема, м; zo – глубина расположения подошвы сваи, определяемая аналогично zi , м; с – коэффициент условий работы; hp – высота подсыпки, м; hs – глубина срезки, м; d – диаметр круглого, сторона квадратного или меньшая сторона прямоугольного сечения сваи, м.

Рисунок П.1 – Вычисление коэффициента постели при планировке грунта

Рисунок П.2 – Изменение отметки сечения при расположении опоры в воде

Рисунок П.3 – Учет разуплотнения грунта под плитой фундамента

Рисунок П.4 – Коэффициент постели сдвига и коэффициент постели под подошвой сваи

П.2.3 В сложных случаях (срезка или размыв превышают 5 м, подсыпка или высота насыпи превышает 10 м, поверхность грунта не горизонтальна и т. п.) коэффициенты постели Czi следует определять по формуле

, (П.1)

где C'zi, σ'zi – коэффициент постели и вертикальные напряжения в грунте, вычисленные на глубине zi от природной поверхности без учета всех особенностей, перечисленных выше, кН/м3 и кПа;

σzi – вертикальные напряжения в грунте, полученные в результате отдельных расчетов, в которых учтены особенности грунтовой обстановки и особенности данной опоры, кПа.

П.2.4 При вычислении погонных жесткостей основания (по высоте), моделирующих упругое взаимодействие сваи и грунта по боковой поверхности, следует учитывать условную ширину сваи bp, м:

- для свай d ≤ 0,8 м bр = (1,5d + 0,5) kf∙kr ,

- для свай d > 0,8 м bр = (d + 1,0) kf∙kr , (П.2)

где d – диаметр круглого, сторона квадратного или прямоугольного сечения свай в плоскости, перпендикулярной действию нагрузки, м;

kf – коэффициент формы, принимаемый:

- для свай круглого сечения – kf = 0,9;

- для других сечений свай – kf = 1,0;

kr – коэффициент, зависящий от числа и размера сечения свай:

- для свай-оболочек, свай-столбов или набивных свай – (П.3)

- свай других типов – kr = 1,0,

здесьk1– коэффициент, зависящий от числа свай пр в вертикальной плоскости, параллельной плоскости действия нагрузок (в одном ряду), принимаемый:

- при пр = 2 – k1 = 0,6;