2.3. Види навантажень і впливів

Навантаження і впливи, що приймаються при розрахунку мостів, поділяють на постійні і тимчасові. До основних постійних навантажень відносять власну вагу пролітних будов і опор, сили попереднього натягу, тиск від ваги грунту на засади.

До основних тимчасових відносять навантаження від транспортних засобів, що проходять по мосту, і пішоходів: вертикальні рухомі навантаження, горизонтальні поперечні навантаження від відцентрової сили і бічних ударів рухомого навантаження, горизонтальні поздовжні навантаження від гальмування рухомого навантаження, тиск грунту від рухомого складу.

Окрім основних видів навантаження, на мости можуть діяти інші навантаження: вітрові, льодові, від навалювання судів, будівельні, сейсмічні, від дії температури середовища і морозного пучення грунтів.

При розрахунку мостів навантаження враховують в різних можливих їх поєднаннях. Основними поєднаннями вважають одночасну дію постійного навантаження, тимчасового рухомого вертикального навантаження, тиску грунту, викликаного тимчасовим навантаженням, відцентрової сили. Додатковими називають поєднання, при яких одночасно з однією або декількома навантаженнями основних поєднань діє також одна або декілька решти видів навантажень, окрім сейсмічних і будівельних. Особливими називають поєднання, що включають сейсмічні або будівельні навантаження, спільно з іншими навантаженнями.

Нормативні тимчасові вертикальні навантаження від рухомого складу на автомобільних дорогах змінюються в часі з тенденцією постійного їх зростання. Їх зміна в СРСР за період з 1931 по 1962 р. приведена на рис. 2.3. На початку як навантаження приймалися колони автомобілів зі встановлюваними в колоні відстанями між автомобілями і вказівкою положення осей автомобілів і навантажень на них в тс.

На рис. 2.3,а приведено навантаження типу Н-10 з двовісними вантажівками загальною масою 10 т, введене в 1931 р. У її складі була одна двовісна важка вантажівка із загальною масою 13 т.

У 1938 р. виникла необхідність введення навантаження Н-13 (рис. 2.3, б) з двовісних вантажівок загальною масою 13 т з однією важкою вантажівкою масою 16,9 т. Крім того, було введено гусеничне навантаження НГ-60. У 1953 р. було введено навантаження Н-18 (рис. 2.3, в) з двовісних вантажівок із загальною масою 18 і з однією тривісною важкою вантажівкою масою 30 т. Одночасно було введено одиничне навантаження НК-80. У 1962 р. було введено автомобільне навантаження Н-30 (рис. 2.3, г) з тривісними вантажівками загальною масою 30 т із збереженням одиничного колісного навантаження НК-100 і гусеничного НГ-60.

З січня 1986 р. з введенням в дію СНиП 2.05.03-84 «Мости і труби» встановлені нові навантаження на автодорожні мости. Відповідно до цих норм навантаження від автомобільних засобів за пропозицією А.І. Васильєва приймали у вигляді смуг навантаження АК (рис. 2.4, а), кожна з яких включає один двовісний візок з навантаженням на вісь Р, рівною 9,81К, кН, і рівномірно розподілене навантаження інтенсивністю ν (на обидві колії), рівною 0,98К, кН/м. Зусилля від колеса візка розподіляється по площадці із сторонами 0,2 м уздовж руху і 0,6 м упоперек руху візка. Кожна смуга рівномірно розподіленого навантаження має інтенсивність 0,5ν і в поперечному напрямі розподіляється на ширині 0,6 м.

Рис. 2.4. Схеми тимчасових навантажень для розрахунку автодорожніх і міських мостів:

а – автомобільне навантаження АК; б – одиночна вісь для перевірки елементів проїзної частини; в – НК-80;

г – НГ-60

З 2006 р. з введенням в дію ДБН В.2.3-14:2006 «Споруди транспорту. Мости та труби. Правила проектування» встановлені нові навантаження на автодорожні мости. Відповідно до цих норм навантаження від автомобільних засобів в даний час приймається у вигляді смуг навантаження АК (рис. 2.4, а), кожна з яких включає один двовісний візок з навантаженням на вісь Р, рівною 9,81К, кН, і рівномірно розподілене навантаження інтенсивністю ν (на обидві колії), рівною 0,98К, кН/м. Зусилля від колеса візка розподіляється по площадці із сторонами 0,2 м уздовж руху і 0,6 м упоперек руху візка. Кожна смуга рівномірно розподіленого навантаження має інтенсивність 0,5ν і в поперечному напрямі розподіляється на ширині 0,6 м.

Рис. 2.5. Сучасні схеми тимчасових навантажень для розрахунку автодорожніх і міських мостів:

а – автомобільне навантаження АК; б – одиночна вісь для перевірки елементів проїзної частини; в – НК-100

Для автомобільних доріг I, II і III категорій, міських автомагістралей і магістральних вулиць загальноміського значення, а також для мостах довжиною понад 200 м незалежно від їхнього розташування приймається навантаження НК-100, для всіх інших автомобільних доріг та вулиць населених пунктів – НК-80. Елементи проїзної частини мостів, що проектуються під навантаження А8, А11 перевіряють на зусилля від одиночної осі, рівне 150 кН (див. рис. 2.5, б).

На кожній смузі навантаження АК встановлюють тільки одну візок в найсприятливіше положення по довжині завантаження незалежно від кількості ділянок завантаження. Рівномірно розподілене навантаження встановлюють на всіх ділянках ліній впливу одного знаку. Кількість смуг навантаження, що розміщуються на проїзній частині, не повинна перевищувати встановленої кількості смуг руху. Відстань між осями суміжних смуг навантаження повинна бути не менша 3 м.

Передбачаються два випадки завантаження навантаженням АК. У першому з них на проїзній частині невигідно розміщуються всі передбачені проектом смуги руху і завантажуються тротуари пішохідним навантаженням. У другому випадку на їздовому полотні невигідно розміщуються тільки дві смуги руху, а на односмугових мостах – тільки одна смуга. При цьому тротуари пішохідним навантаженням не завантажуються.

Осі крайніх смуг навантаження АК при цьому повинні бути розташовані не ближче 1,5 м від кромки проїзної частини в першому випадку і від огорожі їздового полотна в другому випадку.

При розрахунку конструкцій мостів на дію декількох смуг навантаження АК розташовану найсприятливіше з них приймають з коефіцієнтом S₁ = 1. Решту смуг навантаження приймають з коефіцієнтами S₁ = 1 для візків і S₁ = 0,6 для рівномірно розподіленого навантаження. Коефіцієнт S₁ враховує зменшення ймовірності одночасного повного завантаження всіх смуг.

Окрім автомобільного навантаження, по мостах пропускають особливо важкі одиночні вантажі: трейлери, тягачі, трактори і спеціальні види техніки. Тому конструкції перевіряють на пропуск одиночних колісних навантажень. Мости, що розраховуються на навантаження А15, перевіряють на дію одного важкого трейлера НК-100 (рис. 2.5, в) вагою 1000 кН. У поперечному напрямі навантаження НК-100 розташовують на проїзній частині (у вузькому сенсі) в будь-якому найбільш несприятливому положенні, але край колеса або гусениці не повинен виступати за її межі.

Міські мости, що мають шляхи метрополітену або трамваю на спеціально виділеному полотні, перевіряють на дію нормативних навантажень від поїздів метро або трамваю. Мости, розташовані на дорогах промислових підприємств, перевіряють на спеціальні автомобільні навантаження, відповідні реальним вантажним автомобілям.

Вертикальне навантаження на тротуари і пішохідні мости приймають у вигляді натовпу людей. При розрахунку мостів, що мають тротуари, її враховують разом з навантаженням АК. При пропуску одиночних навантажень НК-100 тротуари не завантажують.

Нормативне навантаження від натовпу людей на пішохідних мостах приймають вертикальним рівномірно розподіленим по всій поверхні проходу з інтенсивністю Р, кПа:

а) на пішохідні мости та тротуари міських мостів – 3,92 кПа (400 кгс/м²);

б) на тротуари мостів (при розрахунках з урахуванням інших чинних навантажень) –

1,96 кПа (200 кгс/м²).

При розташуванні споруд на горизонтальних кривих радіусом 600 м і менш враховують горизонтальне поперечне навантаження, що виникає від відцентрових сил, викликаних рухом тимчасового навантаження по кривій. Значення відцентрової сили залежить від радіусу горизонтальної кривої, класу тимчасового вертикального навантаження, кількості смуг руху і довжини завантаження.

Всі розглянуті нормативні тимчасові вертикальні рухомі навантаження впливають на міст динамічно і викликають в ньому зусилля і деформації більші, ніж при статичній дії.

Особливості роботи пролітних будов мостів при дії рухомих навантажень з певними масами визначаються впливом чотирьох основних чинників:

1) швидкості руху транспортного засобу;

2) жорсткості ресор кузова транспортного засобу;

3) нерівності на поверхні їздового полотна і дефектів в колесах рухомого навантаження;

4) величини прольоту.

Швидкість руху транспортних засобів впливає на роботу пролітної будови навіть за відсутності будь-яких дефектів на проїзній частині і в самому навантаженні, оскільки при її зміні виникають інерційні сили, що збільшують прогини пролітної будови. Але при цьому відношення найбільшого динамічного прогину до статичного прогину, зване динамічним коефіцієнтом, при реальних швидкостях руху рухомих навантажень виявляється незначним.

Другий чинник має істотніший вплив. При русі автомобіля відбуваються коливання його кузова, що приводить до зміни навантаження на вісь з періодом, рівним періоду коливань кузова, залежним від жорсткості його ресор. Динамічна дія зростає при наближенні періоду коливань кузова до періоду коливань пролітної будови і може мати резонансний характер при їх збігу.

Третій чинник – ударні дії, що виникають із-за дефектів їздового полотна або в рухомому навантаженні. Дефекти в їздовому полотні викликають неперіодичну дію, дефекти на колесах транспортних засобів можуть викликати ритмічний характер дії, що приводить до виникнення коливань резонансного характеру.

Облік динамічної дії рухомих навантажень в мостах проводиться шляхом збільшення статичних навантажень на величину динамічних коефіцієнтів, що отримуються на основі аналізу масових динамічних випробувань експлуатованих мостів. Динамічний коефіцієнт зменшується при збільшенні прольоту.

Значення коефіцієнтів надійності та динамічних коефіцієнтів для мостів під автомобільний транспорт наведено в таблиці 2.1.

Таблиця 2.1