Введение и описание
Среди железнодорожных мостов, эксплуатирующихся на объектах транспортной инфраструктуры, большую часть составляют железобетонные мосты с небольшими (до 20 м) пролетами.
Мировые тенденции в области мостостроения предусматривают применение пролетных строений железнодорожных мостов на щебеночном балласте с уширенной конструкцией мостового полотна. Это связано с желанием эксплуатирующих организаций использовать средства механизации при содержании и ремонте пути на мостах. Например, в действующих с 2010 г. в Украине государственных строительных нормах [1], в п.7.1.2 записано: «Конструкція мостового полотна має забезпечувати … утримання і ремонт колії з використанням засобів механізації». Аналогичные требования имеются и в нормативных документах Российской Федерации (п. 5.51 Свода правил [2]).
Такие требования нормативов фактически запрещают применять типовые конструкции и решения с шириной балластного корыта 4,18 м (таких железобетонных мостов в странах бывшего СССР подавляющее большинство).
Далее в статье, в основном, будут рассматриваться мосты на железных дорогах Украины и России. В Еврокоде [3] прямого требования по запрещению балластных корыт мостов нормальной ширины не прописано, но, во-первых, ширина нормальной колеи в Европе меньше, во вторых, там «львиную долю» занимает не новое строительство железных дорог, а реконструкция и ремонт имеющейся транспортной инфраструктуры. Это же относится и к железнодорожным мостам США. Исключение – скоростные дороги Европы, где действуют другие стандарты и которые нужно рассматривать отдельно.
Учитывая выше описанные требования нормативов, продвигаются типовые конструкции и решения с увеличенной шириной балластного корыта. Так, на ООО «РЖД» фактически имеется запрет применения типовых строительных конструкций [4] с шириной балластного корыта 4,18 м. Вместо них предлагается применять более старые, но с шириной балластного корыта 4,9 м пролетные строения по [5] (рисунок 1).
В ЧАО «Укрзалізниця» все большее применение приобретают железобетонные пролетные строения с шириной балластного корыта 4,9 м [6, 7] для обеспечения прохода машин РМ-80. Выпуск таких пролетных строений налажен на заводе ЖБИ г. Коростень. Пролетные строения данного типа установлены, например, на некоторых мостах дороги Киев – Харьков. Строительство моста с пролетными строениями типа [6, 7] на ПК 237 на ст. Миргород показан на рисунке 2.
Постановка проблемы
Расширение применения мостов с уширенным балластным корытом логично и оправдано, но не всегда. Если в Украине балки под такие пролетные строения новые (2012-2015 г.г.) и рассчитаны по новым нормативам [8], то балки по типовым конструкциям [5] запроектированы по старым нормам [9], которые заменены в РФ на свод правил 2015 г. [2].
Рисунок 1. Балка с уширенным балластным корытом [5]
Рисунок 2. Строительство железнодорожного моста на ст. Миргород
Наиболее спорно применение пролетных строений с уширенным балластным корытом при реконструкции и строительстве вторых путей. В этих случаях возникает дополнительный эксцентриситет пути относительно пролетного строения и опоры моста, что приводит к их перегрузу. Например, на объектах западного и центрального участка БАМа мосты построены в 1976 – 1989 г.г. (опоры – под два пути, пролетные строения – под один путь), как правило, с расстоянием 4,2 – 4,5 м. Установка пролетных строений с уширенным балластным корытом в этом случае проблематична (требуется «привязка» внутренних балок пролетного строения по ширине, реконструкция устоев и т.д.).
При проектировании железобетонных мостов вторых путей на объектах Восточного полигона (БАМ) возникла необходимость в проверке ребристых балок северного исполнения (М1) по [5]. Осложнялись расчеты наличием сейсмической нагрузки, учет которой выполнялся с помощью программного комплекса SCAD OFFICE. В таблице 1 приведены результаты расчетов балок.
Таблица 1
|
Длина балки, |
Класс |
Сейсмичность по шкале MSK-64, балл |
Действующие внутренние |
Предельные |
|
9,3 |
В30 |
6 |
М=269,88 тм |
М=307,19 тм Q=150,37 т |
|
Q=134,73 т |
||||
|
7 |
М=216,64 тм |
|||
|
Q=103,74 т |
||||
|
8 |
М=243,06 тм |
|||
|
Q=113,25 т |
||||
|
9 |
М=295,89 тм |
|||
|
Q=132,26 т |
||||
|
11,5 |
B30 |
6 |
М=397,64 тм |
М=425,90 тм Q=190,86 т |
|
Q=159,77 т |
||||
|
7 |
М=320,12 тм |
|||
|
Q=123,49 т |
||||
|
8 |
М=358,48 тм |
|||
|
Q=134,63 т |
||||
|
9 |
М=435,19 тм |
|||
|
Q=156,92 т |
||||
|
13,5 |
B30 |
6 |
М=541,97 тм |
М=591,11 тм Q=192,10 т |
|
Q=183,55 т |
||||
|
7 |
М=440,63 тм |
|||
|
Q=143,13 т |
||||
|
8 |
М=494,07 тм |
|||
|
Q=156,23 т |
||||
|
9 |
М=600,94 тм |
|||
|
Q=182,45 т |
||||
|
16,5 |
B30 |
6 |
М=789,43 тм |
М=888,47 тм Q=237,38 т |
|
Q=216,23 т |
||||
|
7 |
М=649,52 тм |
|||
|
Q=170,51 т |
||||
|
8 |
М=729,63 тм |
|||
|
Q=186,44 т |
||||
|
9 |
М=889,86 тм |
|||
|
Q=218,31 т |
Анализ таблицы 1 и типовых конструкций [5] показывает:
- балки пролетных строений при сейсмичности 9 баллов перегружены по изгибающему моменту (отмечено жирным шрифтом, максимально для балки длиной 11,5 м – 2,19%);
- за счет учета суровых условий применен бетон класса В30, что увеличило предельные внутренние усилия (т.е., при применении [5] в обычных условиях перегруз может быть больше). Это учтено в новых нормах [2], где серьёзно ужесточены требования к материалам (таблица 7.4 [2]);
- видно, что при сейсмичности 7 и 8 баллов действующие внутренние усилия уменьшаются даже по отношению к расчету при 6-и баллах. Это получается за счет учета понижающих коэффициентов сочетаний при одновременном учете сейсмической и временной нагрузок.
Выводы и рекомендации
Применение пролетных строений железнодорожных железобетонных мостов малых пролетов с увеличенной шириной балластного корыта необходимо выполнять дифференцировано:
- на объектах нового строительства применение пролетных строений с уширенной плитой предпочтительно (рекомендации норм можно выполнить в полном объеме);
- при реконструкции, работах на вторых путях, в сложных условиях, где применение пролетных строений с уширенной плитой проблематично, рекомендуется в проекте рассмотреть вариант стандартного пролетного строения;
- на проектируемых мостах необходимо выполнять проверочные расчеты балок с уширенным балластным корытом с учетом новых нормативов, реальной толщины балласта (часто большей), эксцентриситета пути и пролетного строения, климатических, сейсмических условий и т.д.;
- при больших перегрузах от действующих нагрузок необходимо усиление балок, например, при помощи установки дополнительных рабочих стержней.
Литература
ДБН В.2.3-22:2009. Мости та труби. Основні вимоги проектування. Мінрегіонбуд України, Київ, 2009. -52 с.
СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. Министерство Регионального Развития РФ, -М.: 2011. -340 с.
EN1992-2:2005 Concrete bridges - Design and detailing rules.
Типовые строительные конструкции серии 3.501.1-175.93. Пролетные строения сборные железобетонные для железнодорожных мостов (балластное корыто шириной 4180 мм). АО «Трансмост», 1996.
Типовые конструкции серии 3.501.1-146. Пролетные строения сборные железобетонные длиной от 2,95 до 16,5 м для железнодорожных мостов. Ленгипротрансмост, 1989
«Альбом ескізних креслеників дослідних зразків залізобетонних балок типу БПС довжиною від 4,0 до 16,5 м для залізничних мостів». Державна адміністрація залізничного транспорту України. Головне управління колійного господарства. ДП «Науково-конструкторське технологічне бюро колійного господарство Укрзалізниці». Київ, 2012.
ВНД УЗ 32.2.04.050-2015 ЦП. Інструкція з проектування збірних залізобетонних прогонових будов для залізничних мостів з балок типу БПС (ЦП-289). Державна адміністрація залізничного транспорту України. Київ, 2015.
ДБН В.1.2-15:2009. Мости та труби. Навантаження і впливи. Київ, Мінрегіонбуд України, 2009. -66 с.
СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы/Госстрой России – М. ФГУП ЦПП, 2005. -239 с.
