СП 453.1325800.2019 Действует

Эксплуатационный мониторинг должен обеспечивать автоматизацию работ по обследованию сооружения в целях планирования эксплуатационных ремонтных мероприятий и предупреждения необратимых изменений состояния моста или тоннеля. При эксплуатационном мониторинге следует осуществлять наблюдения за длительными процессами, происходящими в сооружении, такими как:

- реологические процессы;

- релаксация;

- накопление дефектов и усталостных повреждений;

- вибродинамические воздействия;

- изменение характеристик материалов, вмещающего массива и др.

Эксплуатационной системой мониторинга оснащаются следующие сооружения:

- типовые пролетные строения и опоры каждого типоразмера в количестве, достаточном для получения объективной картины поведения таких конструкций на линии [рекомендуется эксплуатационной системой мониторинга оснастить каждое десятое пролетное строение (опору) каждого типоразмера];

- типовые конструкции обделок в пределах каждой литологической разности и каждого тектонического нарушения в количестве, достаточном для получения объективной картины работы обделки тоннеля;

- неразрезные пролетные строения;

- мостовые сооружения с пролетами более 100 м.

Исследовательский мониторинг следует выполнять для накопления данных о работе моста и тоннеля при воздействии реальных подвижных нагрузок и природных факторов (ветер, температура, геологическая обстановка, ледоход, сейсмика и др.) в целях совершенствования и оценки эффективности новых конструктивно-технологических решений, применяемых при проектировании, строительстве, эксплуатации, ремонте или реконструкции мостов и тоннелей, а также для изучения возможности повышения скорости движения поездов по искусственным сооружениям свыше 350 км/ч.

Оснащению средствами исследовательского мониторинга подлежат все уникальные сооружения и объекты – представители типовых конструкций в различных условиях применения.

5.12.8 В проектах с целью обеспечения сохранения окружающей среды и благополучной среды обитания населения следует предусматривать мониторинг за всеми компонентами окружающей среды. Контроль по выполнению требований экологической безопасности (мониторинг) следует осуществлять на всех стадиях строительства и последующей эксплуатации сооружения.

Особенности эксплуатации мостовых сооружений

5.13.1Для обеспечения безопасности высокоскоростного движения по мостовым сооружениям на ВСМ их эксплуатацию следует регламентировать отдельным нормативным документом – инструкцией по эксплуатации.

5.13.2Особое внимание должно быть уделено эксплуатации больших мостов. Для каждого из них должна быть разработана инструкция по эксплуатации, учитывающая конструктивные особенности сооружения.

5.13.3При эксплуатации мостовых сооружений не допускаются отклонения от проектной конструктивной формы как несущих, так и всех без исключения ограждающих конструкций на период подготовки и проведения ремонтно-восстановительных работ на пролетном строении и верхнем строении пути.

5.13.4Для исключения аэроупругой неустойчивости пролетных строений больших мостов и их отдельных элементов не допускается устройство не предусмотренных проектом специальных вспомогательных устройств и сооружений, устанавливаемых непосредственно на конструкциях или вблизи них, таких как ограждения, строительные леса, навесы, строительно-монтажная техника и др.

5.13.5Проекты подготовки и проведения ремонтно-восстановительных работ мостовых сооружений без ограничения движения высокоскоростных поездов подлежат согласованию с разработчиками проекта сооружений.

Расчеты несущих конструкций и оснований

Общие положения

Надежность

6.1.1Расчеты следует выполнять по предельным состояниям в соответствии с требованиями ГОСТ 27751. Требования к расчету по первой и второй группам предельных состояний следует принимать по СП 35.13330 с учетом настоящего свода правил.

6.1.2Основным критерием надежности является невозможность превышения предельных состояний при действии наиболее неблагоприятных сочетаний расчетных нагрузок в течение расчетного срока службы.

6.1.3Надежность должна быть обеспечена на стадии разработки общей концепции сооружения, при его проектировании, изготовлении его конструктивных элементов, в процессе строительства, при штатной эксплуатации, при особых воздействиях, а также при реконструкции, ремонте и обслуживании.

6.1.4При расчете должны быть рассмотрены следующие расчетные ситуации:

- установившаяся – эксплуатация;

- переходная – строительство, капитальный ремонт или реконструкция;

- аварийная – соответствующая исключительным условиям работы сооружения (в том числе и при особых воздействиях), которые могут привести к существенным социальным, экологическим и экономическим потерям.

6.1.5В соответствии с [1] и ГОСТ 27751 для несущих элементов мостов и труб следует устанавливать класс КС-3 (повышенный уровень ответственности). Для элементов пути, конструкций сопряжения пути с пролетным строением и уравнительных приборов следует устанавливать класс КС-2 (нормальный уровень ответственности).

6.1.6При выполнении проверок прочности и устойчивости несущих элементов конструкций по первой группе предельных состояний на основные сочетания нагрузок стадии эксплуатации следует учитывать коэффициент надежности по ответственности (назначению) n, который следует принимать не менее 1,1.

Примечания

1 На коэффициент n следует умножать левую часть условия надежности (6.1), как множитель к усилиям или напряжениям, вызываемым нагрузками и воздействиями, входящими в расчетные сочетания (или знаменатель правой части) только в том случае, если в условии отсутствует коэффициент, учитывающий ответственность сооружения. Если такой коэффициент присутствует, то его значение следует принимать не ниже приведенного в 6.1.6.

2 При выполнении проверок надежности элементов пути, конструкций сопряжения пути с пролетным строением и уравнительных приборов следует принимать коэффициент n = 1,0.

6.1.7Коэффициент надежности по ответственности несущих элементов сооружения n следует принимать равным 1,0 в следующих случаях:

- расчеты по первой группе предельных состояний на дополнительные сочетания нагрузок;

- расчеты на сочетания, включающие особые нагрузки и воздействия (сейсмика, сход поезда с рельсов, навал судов);

- расчеты по выносливости;

- проверки надежности по второй группе предельных состояний;

- расчеты надежности при строительных сочетаниях нагрузок.

6.1.8В расчетах на особые сочетания нагрузок необходимо учитывать допустимость локальных разрушений несущих конструкций. Эти разрушения согласно ГОСТ 27751 не должны приводить к прогрессирующему обрушению сооружения.

6.1.9При особых воздействиях надежность следует обеспечивать за счет проведения одного или нескольких специальных мероприятий:

- предотвращение или снижение возможности реализации подобных воздействий;

- использование конструктивных решений и материалов, которые при аварийном выходе из строя или локальном повреждении отдельных несущих элементов не приводят к прогрессирующему обрушению сооружения;

- использование комплекса специальных организационных мероприятий, обеспечивающих ограничение и контроль доступа к основным несущим конструкциям сооружения.

Долговечность

6.1.10Для обеспечения требуемой долговечности на стадии проектирования необходимо учитывать:

- условия эксплуатации;

- влияние окружающей среды;

- свойства применяемых материалов, возможные средства их защиты от негативных воздействий среды, а также возможность деградации их свойств.

6.1.11Расчетный срок службы основных конструкций мостов, труб и тоннелей на ВСМ принимается равным 100 лет.

Расчетный срок службы конструкций пути принимается из экономических соображений и менее сроков службы несущих конструкций.

Примечание – При соответствующем обосновании сроки службы других конструкций (ограждающих конструкций, смотровых приспособлений и т. п.) могут быть приняты отличными от сроков службы сооружения в целом.

Предельные состояния

6.1.12При проектировании строительных объектов необходимо учитывать следующие предельные состояния согласно таблице 6.1.

Т а б л и ц а 6.1 – Группы предельных состояний

Первая группа | Вторая группа Состояния, превышение которых ведет к потере несущей способности строительных конструкций: разрушение любого характера (например, пластическое, хрупкое, усталостное); потеря устойчивости; явления, при которых возникает необходимость прекращения эксплуатации (например, чрезмерные деформации в результате деградации свойств материала, пластичности, сдвига в соединениях, чрезмерные смещения в опорных частях, образование продольных трещин в бетоне); особые и аварийные ситуации, наступление которых может приводить к катастрофическим последствиям; прогрессирующее обрушение | Состояния, при превышении которых нарушается нормальная эксплуатация, исчерпывается ресурс долговечности или нарушаются условия комфортности: достижение предельных деформаций (например, предельных прогибов, углов поворота) или предельных деформаций оснований; достижение предельных уровней колебаний, вызывающих вредные для здоровья людей физиологические воздействия; образование трещин, не нарушающих нормальную эксплуатацию; достижение предельной ширины раскрытия трещин; другие явления, при которых возникает необходимость ограничения пропускной способности или снижение расчетного срока службы Примечание – Предельные состояния могут быть отнесены как к конструкции в целом, так и к отдельным элементам и их соединениям.

6.1.13 В соответствии с требованиями ГОСТ 27751 обоснование надежности элементов пути следует выполнять по второй группе предельных состояний, а критерии надежности – рассматривать как критерии эксплуатационной пригодности.

Примечания

1 Нарушение работоспособности пути прерывает нормальную эксплуатацию и не приводит к потере несущей способности сооружения и прекращению его эксплуатации.

2 При расчетах взаимодействия пути и сооружения рассматриваются только случаи стадии нормальной эксплуатации и этап строительства. Особые случаи (землетрясение или авария) не учитывают.

6.1.14Для каждого учитываемого предельного состояния устанавливают расчетные модели сооружения, его конструктивных элементов и оснований, описывают их поведение при наиболее неблагоприятных условиях их возведения и эксплуатации с обоснованными допущениями.

6.1.15Для каждого предельного состояния, которое необходимо учитывать при проектировании, должны быть установлены соответствующие расчетные значения нагрузок и воздействий, характеристик материалов и грунтов, а также геометрические параметры конструкций зданий и сооружений (с учетом их возможных наиболее неблагоприятных отклонений), коэффициенты надежности, предельно допустимые значения усилий, напряжений, прогибов, перемещений и осадки фундаментов.

6.1.16Расчет искусственных сооружений по предельным состояниям должен производиться с учетом:

- их расчетного срока службы;

- прочностных и деформационных характеристик материалов, устанавливаемых в нормах, а для грунтов – по результатам инженерно-геологических изысканий;

- наиболее неблагоприятных вариантов распределения нагрузок, воздействий и их сочетаний;

- неблагоприятных последствий в случае достижения строительным объектом предельных состояний;

- возможной деградации свойств материалов;

- условий изготовления, сооружения и особенностей эксплуатации.

6.1.17Условия обеспечения надежности конструкций или оснований состоят в том, чтобы расчетные значения усилий, напряжений, деформаций, перемещений, раскрытий трещин не превышали соответствующих им предельных значений, устанавливаемых нормативными документами на проектирование.

Условия предельного состояния принимаются в виде

, (6.1)

гдеS– действующий фактор (усилие, напряжение или деформация), вычисленный от сочетания нагрузок или воздействий по соответствующему предельному состоянию (нормативный или расчетный);

m – коэффициент(ы) условий работы;

γn– коэффициент надежности по ответственности (назначению) сооружения;

R – значение соответствующего предельного фактора с обеспеченностью, соответствующей данному предельному состоянию.

Компоненты действующего фактора, входящие в левую часть условия надежности, вычисляются с коэффициентами:

- сочетаний (таблицы 6.26–6.29);

- ответственности (6.1.5–6.1.7);

- надежности (6.4.2, 6.5.1.3);

- учитывающими число путей (таблица 6.25);

- динамики (6.3.17, 6.3.18).

Расчетные сочетания нагрузок

6.1.18Условие предельного состояния [см. формулу (6.1)] должно быть выполнено для каждого из элементов при всех возможных вариантах сочетаний учитываемых нагрузок и воздействий (левая часть условия).

6.1.19Для каждой расчетной ситуации учитывают все возможные неблагоприятные расчетные сочетания (комбинации) нагрузок, которые следует устанавливать на основе результатов анализа всех возможных реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок и с учетом возможности реализации различных схем приложения нагрузок.

6.1.20Вероятность одновременного достижения несколькими нагрузками их расчетных значений, соответствующая вероятности достижения одной нагрузкой ее расчетного значения, учитывается коэффициентами сочетаний нагрузок, значение которых не должно превышать 1,0.

Нормативные и расчетные нагрузки

6.1.21Основными характеристиками нагрузок являются их расчетные или нормативные значения. Расчетное значение нагрузки определяют умножением нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке, учитывающий возможное отклонение нагрузки в неблагоприятную (большую или меньшую) сторону от ее нормативного значения.

6.1.22Коэффициент надежности по нагрузке f устанавливают в зависимости от изменчивости ее значения, числа определений и доверительной вероятности. Доверительные вероятности расчетных значений принимают равными:

- при расчетах устойчивости формы первой группы предельных состояний – 0,98;

- во всех других расчетах по первой группе – 0,95;

- по второй группе – 0,90.

Примечание – При выполнении проверок надежности элементов пути, конструкций сопряжения пути с пролетным строением и уравнительных приборов следует принимать коэффициент f = 1,0.

6.1.23Расчетные значения температуры (воздействий, зависящих от территориальных климатических условий) допускается определять непосредственно по расчетному периоду их повторяемости в зависимости от расчетного срока службы сооружения.

6.1.24Расчетные значения особых нагрузок устанавливают в соответствии с ГОСТ 27751–2014 (пункт 6.2.6).

Нормативные и расчетные характеристики материалов

6.1.25Основными характеристиками прочности материалов и грунтов служат нормативные значения их прочностных характеристик.

6.1.26Расчетное значение характеристики материала или грунта определяют делением нормативного значения этой характеристики на коэффициент надежности по материалу.

6.1.27Коэффициент надежности по материалу γm при вычислении расчетного значения устанавливают в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и доверительной вероятности. Обеспеченность нормативных значений их деформативных и прочностных характеристик должна быть не ниже:

0,95 – для расчетов по первой группе предельных состояний;

0,85 – для расчетов по второй группе предельных состояний.

Примечание – При выполнении проверок надежности элементов пути, конструкций сопряжения пути с пролетным строением и уравнительных приборов следует принимать коэффициент m = 1,0.

6.1.28При соответствующем обосновании расчетные значения характеристик материалов допускается определять непосредственно по экспериментальным данным.

6.1.29При назначении расчетных характеристик материалов следует учитывать отличия свойств материала в образцах и реальных конструкциях (размерные эффекты, изменение свойств во времени, различия температурных условий и т. п).

6.1.30При расчете конструкций, работающих при повышенной влажности, в агрессивных средах, при повторных воздействиях, следует учитывать возможные изменения их свойств во времени, в первую очередь деградацию физических свойств материала (прочности, упругости, вязкости, ползучести, усадки).

6.1.31Указания по определению расчетных и нормативных физико-механических характеристик грунтов приведены в 6.6.1 и СП 22.13330.

Условия работы материалов, конструкций и грунтов оснований

6.1.32Возможные отклонения расчетной модели от условий реальной работы объекта или конструкции следует учитывать, используя коэффициенты условий работы. Их необходимо устанавливать:

- согласно действующим нормативным документам;

- на основании экспериментальных и теоретических данных;

- на основании данных о действительной работе материалов, конструкций и оснований в условиях производства работ и эксплуатации.

Геометрические параметры

6.1.33При расчетах следует учитывать возможные неточности в определении геометрических размеров (например, значительные эксцентриситеты, отклонения оси элемента от первоначальной формы, изменение размеров сечений вследствие воздействий агрессивных сред). Геометрические параметры конструкций, изменчивость которых незначительна (допуски на геометрию сечений, размеры проката и т. п.), допускается принимать по проектным значениям.

Общие требования к расчетным моделям

6.1.34Расчетные модели (расчетные схемы) искусственных сооружений должны отражать действительные условия их работы, соответствовать рассматриваемой расчетной ситуации и учитывать последовательность и технологию их возведения. При этом должны быть учтены конструктивные особенности сооружений, характер их поведения вплоть до достижения рассматриваемого предельного состояния, а также действующие нагрузки и воздействия, в том числе влияние на строительный объект внешней среды, а также, при необходимости, возможные геометрические и физические несовершенства.

6.1.35В зависимости от постановки задачи, цели расчета и искомых результатов расчетные модели сооружения или его частей могут быть плоскими и пространственными, стержневыми и континуальными, учитывать статическое или динамическое приложение нагрузок и воздействий. Результаты расчета по разным схемам могут суммироваться, могут уточнять друг друга. Результаты могут быть использованы для вычисления коэффициентов или других целей. Расчетные модели должны назначаться в каждом конкретном случае таким образом, чтобы результаты расчета наиболее полно соответствовали целям расчета, а искомые значения были максимально достоверны.

6.1.36Расчетная схема включает в себя:

- модели нагрузок и воздействий;

- модели конструкции, ее элементов и оснований, описывающие напряженно-деформированное состояние;

- модели сопротивления материалов и грунтов.

6.1.37Модели нагрузок должны включать их интенсивность (величину), место приложения, направление и продолжительность действия. Для динамических нагрузок, кроме этого, должны быть заданы зависимости их параметров от времени.

В некоторых случаях необходимо учитывать зависимость воздействий от реакции сооружения (например, при расчетах взаимодействия сооружения и высокоскоростного поезда или аэроупругие эффекты при взаимодействии ветрового потока с сооружением).

6.1.38Модели напряженно-деформированного состояния должны включать определяющие соотношения, описывающие:

- реакцию сооружений и их конструктивных элементов при динамических и статических нагрузках;

- условия взаимодействия конструктивных элементов между собой и с основанием.

При этом должны быть установлены:

- упругие или неупругие характеристики конструктивных элементов и основания;

- параметры, характеризующие геометрически линейную или нелинейную работу конструкций;

- физические и реологические свойства, эффекты деградации.

6.1.39Вероятностно-статистические методы используют для обоснования нормативных и расчетных характеристик материалов и оснований, нагрузок и коэффициентов сочетаний. Использование указанных методов допускается при наличии достаточных данных об изменчивости основных параметров в случае, если объем данных (длина ряда) позволяет проводить их статистический анализ (в частности, эти данные должны быть однородными и статистически независимыми).

Применение таких методов допускается при наличии эффективных вероятностных методик учета случайной изменчивости основных параметров, соответствующих принятой расчетной схеме.

Основные требования к расчетам

6.2.1Для искусственных сооружений должны быть рассмотрены два случая сочетания временных нагрузок от поездов на стадии нормальной эксплуатации, особый случай (землетрясение или авария), а также этап строительства.

Кроме того, динамические характеристики конструкции должны удовлетворять установленному набору требований.

При расчетах следует рассматривать две ситуации стадии эксплуатации: проезд по сооружению высокоскоростного поезда (основная нагрузка) и пропуск поезда, соответствующего нагрузке СК (альтернативная нагрузка).

6.2.2Для всех элементов конструкций мостов и труб должны быть выполнены расчеты и проверки надежности по первой и второй группам предельных состояний (см. таблицу 6.2).

Т а б л и ц а 6.2 – Перечень необходимых проверок и соответствующих пунктов настоящего свода правил

Проверки | Случаи сочетания | Нормальная эксплуатация | Этап строитель-ства | Земле-трясение или авария | Высоко-скоростные поезда | Поезда СК | | Ограничение динамических характеристик Ограничение частот колебаний пролетных строений по первой вертикальной форме1) | 6.3.13 | – Вторая группа предельных состояний (комфортность, безопасность и эксплуатационная пригодность) Предельные: прогибы в плане и профиле, смещения верха пролетных строений, углы перелома пути опор | 6.4.4–6.4.14 | 6.4.4–6.4.14 | – | – Предельные ускорения на уровне верхнего строения пути и в вагоне | 6.4.15 и 6.4.16 | – | – | Образование и раскрытие трещин в железобетоне | 6.4.2, 6.4.18 [см. также СП 35.13330.2011 (пункты 7.95–7.111)] | Предельные эксцентриситеты и давление на грунт2) | 6.4.2, 6.4.19, разделы 7, 10 | Осадки основания, ползучесть и усадка бетона пролетных строений1) | 6.4.2, 6.4.20, раздел 10 | Первая группа предельных состояний (устойчивость, прочность, выносливость) Устойчивость положения2) | 6.5.2 | – Требования прочности и устойчивости элементов | 6.5.1, 6.5.3, разделы 7–9 | Расчеты выносливости | 6.5.1, 6.5.4, разделы 7–9 | | 1)  Только от постоянных нагрузок. 2)   В том числе от постоянных нагрузок.

Динамические расчеты при движении высокоскоростных поездов. Параметры расчетных моделей

Общие положения

6.3.1При решении динамической задачи прохождения высокоскоростного поезда по сооружению следует определять законы изменения и пиковые значения факторов напряженно-деформированного состояния (деформации и напряжения в элементах сооружений), прогибов, переломов и смещений, а также ускорений на уровне верхнего строения пути и в вагоне поезда.

Должны быть учтены следующие динамические явления:

2) возможные резонансы, возникающие при кратности частот возбуждения (последовательное прохождение по сооружению тележек поезда) собственным частотам колебаний конструкции;

3) динамическое изменение нагрузок от колесных пар, возникающее вследствие дефектов рельсового пути и колес.

При выполнении динамических расчетов следует моделировать поведение конструкции в ситуациях реальной эксплуатации.

Примечание – Если при расчетах прочности рассматривают воздействия и их сочетания, которые могут происходить редко (как правило, один раз за срок службы), то в расчетах динамики при нормальной эксплуатации и при движении поездов на максимальных расчетных скоростях такие случаи рассматривать не следует.

Например, не следует рассматривать случаи ремонта, когда на соседнем пути находится поезд обслуживания или на проходах расположена дополнительная нагрузка. В этом случае скорость движения на участке может быть ограничена.