Федеральное агентство железнодорожного транспорта
|
Федеральное государственное унитарное предприятие
«Научно- исследовательский институт
мостов и дефектоскопии Федерального агентства железнодорожного транспорта»
|
 
|
|
|
СОГЛАСОВАНО:
|
|
Договор № 149/364
|
|
Заместитель начальника
Департамента пути и сооружений ОАО «РЖД»
|
|
Этап 2
|
|
|
______________ И.Ю. Малинин
|
|
«___»____________ 2009 г.
|
|
Методические указания по устройству прокладного слоя безбалластного мостового полотна на железобетонных плитах на металлических пролетных строениях железнодорожных мостов для различных условий эксплуатации
(Первая редакция)
УТВЕРЖДАЮ:
|
|
|
Директор НИИ мостов
|
|
______________В.В. Кондратов
|
|
|
«___»____________ 2009 г.
|
Санкт-Петербург
2009
Список исполнителей
-
Зав. отделом Испытаний мостов и конструкций
|
подпись, дата
|
С.А. Клюкин
|
|
|
|
Ведущий научный сотрудник
|
подпись, дата
|
А.М. Уздин
|
|
|
|
Научный сотрудник
|
подпись, дата
|
А.И. Орешкин
|
|
|
|
Научный сотрудник
|
|
Н.М. Малахова
|
|
подпись, дата
|
|
Реферат
Отчет 36 с., 16 рис., 7 табл.
Безбалластное мостовое полотно на железобетонных плитах, конструкция прокладного слоя, технология устройства прокладного слоя; преимущества и недостатки различных прокладных слоев
Объектом исследования является прокладной слой для укладки железобетонных плит безбалластного мостового полотна.
Цель работы – разработка первой редакции методических указаний по устройству прокладного слоя безбалластного мостового полотна на железобетонных плитах на металлических пролетных строениях железнодорожных мостов для различных условий эксплуатации.
В процессе работы обобщен опыт устройства различных типов прокладных слоев в практике строительства и ранее проведенных научных исследований в этой области.
Степень внедрения – разработаны рекомендации по применению различных типов прокладных слоев.
Ожидаемая эффективность – повышение срока службы плит БМП, сокращение времени укладки плит.
Содержание
|
Стр.
|
Область применения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
5
|
Нормативные ссылки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
5
|
1
|
Общие сведения о работе прокладных слоев . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
7
|
2
|
Основные варианты устройства прокладных слоев сплошного типа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
15
|
|
2.1 Устройство прокладного слоя из цементно-песчаного раствора или мелкофракционного бетона . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
15
|
|
2.2 Устройство комбинированного прокладного слоя из антисептированной древесины и резины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
21
|
|
2.3 Устройство комбинированного прокладного слоя из композитной прокладки и резины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
23
|
3
|
Основные варианты устройства прокладных слоев с дискретным опиранием . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
25
|
|
3.1 Устройство прокладного слоя из цементно-песчаного раствора в обоймах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
25
|
|
3.2 Устройство прокладного слоя из быстротвердеющего раствора в обойме с резиновой прокладкой . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
29
|
4
|
Рекомендации по выбору типа устройства прокладного слоя . . .
|
35
|
5
|
Требования по безопасности работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
|
36
|
Область применения
Методические указания распространяются на технологию устройства прокладного слоя при новом строительстве, капитальном ремонте, текущем содержании металлических пролетных строений железнодорожных мостов с безбалластным мостовым полотном, находящихся на балансе ОАО «РЖД».
Укладка прокладного слоя безбалластного мостового полотна производится при строительстве, капитальном ремонте мостов, при замене мостовых брусьев безбалластными железобетонными плитами на эксплуатируемых мостах и на мостах на участках усиленного капитального ремонта пути на железобетонных шпалах, независимо от состояния мостовых брусьев на мосту. Устройство безбалластного мостового полотна производится по проектной документации, утвержденной в установленном порядке.
Безбалластное мостовое полотно на железобетонных плитах укладывается на пролетных строениях мостов, расположенных на прямых участках пути с уклоном 8 ‰ и менее в районах с расчетной сейсмичностью не более 8 баллов при расстояниях между главными или продольными балками от 1700 до 2200 мм.
По согласованию с Департаментом пути и сооружений ОАО «Российские железные дороги» укладка полотна, изготовленного по индивидуальным проектам, допускается на мостах, расположенных на уклонах более 8 ‰, на кривых участках пути и в районах с сейсмичностью более 8 баллов.
Нормативные ссылки
В настоящем отчете о научно-исследовательской работе использованы ссылки на следующие стандарты:
СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы. Правила производства работ. / Госстрой СССР. – М.: АПП ЦИТП
СНиП 12-03-2001*. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования
СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство
ГОСТ 12.1.004-91*. Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.1.007-76*. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 12.1.012-90. Вибрационная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.1.019-79*. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты
ГОСТ 12.1.030-81*. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление
ГОСТ 12.3.003-91. Оборудование производственное. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.2.061-81. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам
ГОСТ 12.3.002-75*. Процессы производственные. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.3.020-80*. Процессы перемещения грузов на предприятиях. Общие требования безопасности
ГОСТ 103-76. Полоса стальная горячекатаная. Сортамент
ГОСТ 380-94. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
ГОСТ 2770-74 Масло каменноугольное для пропитки древесины. Технические условия
ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний
ГОСТ 8486-86. Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия
ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний
ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия
ГОСТ 9462-88. Лесоматериалы круглые лиственных пород. Технические условия
ГОСТ 9463-88. Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия
ГОСТ 10178-85*. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия
ГОСТ 10835-85 Масло сланцевое для пропитки древесины. Технические условия
ГОСТ 19904-90. Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент
ГОСТ 20022.5-93. Защита древесины. Автоклавная пропитка маслянистыми защитными средствами
ГОСТ 22236-85*. Цементы. Правила приемки
ГОСТ 22266-94. Цементы сульфатостойкие. Технические условия
ГОСТ 23732-79. Вода для бетонов и растворов. Технические условия
ГОСТ 24211-91 Добавки для бетонов. Общие технические требования
ГОСТ 24454-80. Пиломатериалы хвойных пород. Размеры
ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 28013-98. Растворы строительные. Общие технические условия
ГОСТ 30515-97. Цементы. Общие технические условия
ГОСТ Р12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля
СП 82-101-98. Приготовление и применение растворов строительных
ТУ 2296-005-93660864-2007.
Инструкция по применению и проектированию безбалластного мостового полотна на железобетонных плитах на металлических пролетных строениях железнодорожных мостов
1 Общие сведения о работе прокладных слоев
Прокладной слой в составе безбалластного мостового полотна является важным элементом.
Через прокладной слой обеспечивается передача всех временных нагрузок на балки пролетного строения. За счет варьирования толщины прокладного слоя обеспечивается необходимый проектный профиль пути на мосту и ликвидируются различного рода неплотности опирания плит на балки
С начала применения БМП на железнодорожных мостах в России и странах ближнего зарубежья были опробованы и применены в массовом порядке различные способы устройства прокладных слоев. Наиболее массовыми способами сопряжения являются устройство армированного цементно-песчаного раствора и сплошного слоя из антисептированной древесины и резины.
Большое значение в работе БМП играет жесткость прокладного слоя. Влияние жесткости прокладного слоя сказывается на работе железобетонных плит БМП, элементов крепления плит, самого прокладного слоя.
При проектировании прокладных слоев для БМП следует стремиться к тому, чтобы срок службы прокладного слоя был не меньше срока службы остальных элементов мостового полотна.
Влияние жесткости прокладного слоя на его работу
Расчеты показывают, что чем более податливее прокладной слой, тем более равномернее он обжимается.
Для анализа работы прокладного слоя рассмотрена конечно-элементная расчетная схема, в которой на абсолютно жестком основании (верхний пояс главной балки) расположен прокладной слой, состоящий из двух слоев (для имитации слоев древесины и резины) различной толщины, на который через железобетонную плиту толщиной 15 см передается нагрузка от натяжения шпильки. При этом толщина прокладного слоя варьировалась от 4 до 11 см. Поскольку расстояние между шпильками в конструкции БМП составляет 50 см, рассмотрен участок длиной 100 см, в середине которого приложена нагрузка от натяжения шпильки. Рассматривается плоское напряженное состояние. В качестве основного элемента расчетной схемы используется элемент балка-стенка размером 1х1 см. Пример расчетной схемы показан на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Пример расчетной схемы для анализа работы
прокладного слоя
Рассматривались прокладные слои различных жесткостей и оценивались контактные напряжения между прокладным слоем и железобетонной плитой.
Результаты показывают, что жесткие прокладные слои (из цементно-песчаного раствора или мелкофракционного бетона) работают неравномерно. Обжатой оказывается только область вокруг шпильки. На рисунке 1.2 показана эпюра вертикальных напряжений в уровне сопряжения прокладного слоя с плитой для цементно-песчаного прокладного слоя толщиной 5 см.
Рисунок 1.2 – Эпюра вертикальных напряжений в уровне сопряжения прокладного слоя с плитой для жесткого прокладного слоя
Прокладные слои с такой жесткостью целесообразно делать с дискретным опиранием, т.к. сплошная подливка не будет полностью обжиматься при любом усилии натяжения шпилек.
Для улучшения работы такого слоя, обеспечения его полного и равномерного обжатия необходимо уменьшать площадь слоя и переходить к дискретному опиранию плит или использовать двухслойную систему опирания совместно с упругим слоем.
Для мягких прокладных слоев, используя аналогичную расчетную схему, наблюдается равномерное обжатие всего прокладного слоя. Пример распределения вертикальных напряжений в уровне сопряжения прокладного слоя с плитой для податливого прокладного слоя показан на рисунке 1.3. В качестве примера взят прокладной слой из древесины толщиной 4 см и материал Silomer c модулем упругости 2.5 МПа.
м
Р исунок 1.3 – Эпюра вертикальных напряжений в уровне сопряжения прокладного слоя с плитой для податливого прокладного слоя
(силомер с модулем упругости Е = 2,5 МПа, толщиной 1 см и слой древесины толщиной 4 см)
Приведенный результат говорит о том, что мягкие прокладные слои работают достаточно равномерно.
Тем не менее, неравномерность обжатия податливых прокладных слоев может возникать из-за дефектов заводского изготовления, в частности, пропеллерности плит.
При устройстве прокладных слоев с высокой податливостью задача надежной герметизации стыков между плитами усложняется. От прохождения временной нагрузки прокладной слой сильно деформируется, что вызывает значительные сдвиговые напряжения в материале гидроизоляции. При применении прокладных слоев из древесины в случаях разгерметизации щелей между плитами древесина неравномерно увлажняется, что приводит к перераспределению усилий в прокладном слое и изменению усилия натяжения шпилек.
Поэтому не следует проектировать прокладные слои с применением слишком податливых материалов.
Влияние податливости прокладного слоя на работу шпилек
Жесткость прокладного слоя влияет на его деформацию под временной нагрузкой и соответствующую разгрузку шпилек. Для оценки величины такой разгрузки была рассмотрена расчетная схема, фрагмент которой показан на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Фрагмент расчетной схемы
В представленной схеме рассматривается типовое пролетное строение lp=18,2 м, на котором уложены железобетонные плиты различных длин (по плану раскладки в типовом проекте). На плиту через элемент рельсового скрепления уложен рельс, на который прикладывалась единичная нагрузка. Прокладной слой и шпильки моделируются расположенными рядом (между одними и теми же узлами) стержнями соответствующей жесткости. Для оценки разгружающего усилия в шпильке построены линии влияния этого усилия (рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 – Линии влияний усилий в шпильках для различных жесткостей прокладного слоя
Из рисунка 1.5 видно, что для мягких прокладных слоев (2,5…10,0 МПа) шпилька не только разгружается при проходе поезда, но и предварительно дозатягивается за счет выдергивающей реакции рельса, когда нагрузка находится перед плитой.
На основе проведенных расчетов построена зависимость размаха усилия N в шпильке от модуля упругости материала прокладного слоя (рисунок 1.6).
 Рисунок 1.6 – Зависимость ослабления усилия натяжения в шпильке
от модуля упругости прокладного слоя
Как видно из рисунка 1.6, на податливых прокладных слоях возможно заметное ослабление шпилек до 5,5 тс, которое может приводить к угону плит БМП, самораскрутке шпилек и их усталостному разрушению. На бетонных прокладных слоях ослабление усилия натяжения шпилек не превышает 50 кгс.
Для оценки долговечности шпилек крепления плит безбалластного мостового полотна в НИИ мостов были проведены вибрационные испытания шпилек с различными размахами напряжений циклов. Испытания проводились как новых высокопрочных шпилек, изготовленных Воронежским тепловозоремонтным заводом, так и высокопрочных шпилек М22 из стали 40Х, с коррозионными повреждениями поверхности, снятых с эксплуатируемых мостов.
Результаты вибрационных испытаний приведены в таблице 1.1. Сравнительно низкое сопротивление усталостным нагрузкам шпилек объясняется наличием у них резких концентраторов напряжений (резьбы).
|
