Назад

О проектировании железнодорожных железобетонных мостов с уширенным балластным корытом

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,
м

Класс
бетона

Сейсмичность по шкале MSK-64, балл

Действующие внутренние 
усилия

Предельные
внутренние усилия

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:

  1. балки пролетных строений при сейсмичности 9 баллов перегружены по изгибающему моменту (отмечено жирным шрифтом, максимально для балки длиной 11,5 м – 2,19%);
  2. 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]);
  3. 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.

Ipit