автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Влияние конструкции мостового полотна на действительную нагруженность спломностенчатых сварных пролетных строений железнодорожных мостов и ее учет в расчетах на усталость

всесовмш нйичнз-исшдавчшьшй институт

яелезнсдорояного транспорта

На правах рукописи

доровйевнч антон андреевич

удк 624.21 .014-1у2:625.1 :о20.170.3с043.3)

влияние конструкции постового полотна на деисштсльную нагрувенность шоаностшстнх сварных пролетных строении шезнодор'лш «остов и ее учет ь расчетах на усталость

О5.22.1'6 - Зелезродорсг.шй пцгь

Автореферат диссертации на соискание ученой степечь кандидата технических наук

йискпа -1332

Рг.бото выполнена и Всессизном научнс-исследовательскпм институте «глвзнсдоеыного транспорта .

Научный руководитель - дпктор технических наук.член корреспондент «калении "иль'к крайни Трдфьков Ь.К.

ОФициоаьнне оппоненты - докгор.технических наук.профессор

Кликов С.И. кандидат технических наук, Трошка С.Н.

йедуцая организация - Гипратраксмост

Зачита диссертации состоится " ¿'-{¿Ч^ 1932 г. в но заседании следоализириванного совета К 3(ииФр Д 114,01.03 при Всесиезнсы надчно-исследовательском институте жедезнидородншо транспорта пл адре.сд: 129327,НвскРа,приезд Русанова д.32 (ьетрс " Свьблова")

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.-

йвторвферат разослан " " ЛЬё-'Я • 1292 г.

Отзыв на реферат,^»«зеренньй печатьи,ираснм направлять но адреса 123Вё 1 .Косква.уя.З Иыгщинская д.10 ученоиу евкоетарв ВШШВТ

■■» ■ I ■■ IB I I

»'»■"ток!; j

i. ОБЦОУ XP.FftKTEI'MCTP.A Р1Ш0ТВ.

ктцальчасть. Гваркно спловнсстенчпгшз мролетныб строения наиболее часто прииенязтся в хелезнодороачь'Я исстаз на сети сорог СНГ . Пни испояьздйтся ди пролетов от 18,2 до 53 ч и в качество проезяей части реяетчэтвх лрслетних строения.Но данним костообслсдовзтёяьскйх организаций Ж около 1200 или более половина всех спарянх спловностенчатих пролетчых строений на сети ииеот д'сталостчне поврп.едьнйя. Как правило тщичч появляется через iet зпсплнагачпи о узлах сварках ^единения эл«урнтов. Известии слцчаи, когда.по втой прйчинв требопал^сь занана отдельны!'; нройепшх. строений, не троолушванх 102 кораотивного срока.

о--этой связи бнл разработан кооришационкий план иаучно-исс-ледовательскпх прсектио~констру;«торгтких и опит mux работ по проь-леке" Новнйенио стойкости ссарнах прилетных строений яелезкоди-pojiiax »осов против ис.га.посппгх и хрупких разруаечир.'.ут.зсрхден-нкй KRC (Ч И - ?.5315). Шт. Транспорт йог й стуоктельстиа к директории ЯЗС ик.Е.О.Натока.акакеиикоы fill Украины 1>.Е.!!атс'!си .Так как псездизя нагрузка относится к категорий ярко вираяечних динамических нагрузок и достоверность расчетое зависит от полнотн учета динамических явления. то одной из Фкнцаяенталышх задач координационного плана является определение дейстоительного папркген-но-Яефоршфовйнкого состояния (НЛО зломенто* эксплдэтирцзких пролетим* строений.В зз раякак в работе исследовано (НДС) узлов сеагних сп.чоанистенчэтих пролят.чих строений при ах динамиче^ко* нагрузепки однородным подвижки гостйпоы. йзненягникк факторами яилялпс'ь коцптруктйрнке резегшя узлгп пролетних строений и мостового полотна, которые еклзчзли зго наиболее раггространеннно типа: па балласт« по ортлтрспиой плите, па дярегшг<их поперкчтмх, зелезобетошшх бсзбапластнкх плитзх.

Црль исследований -разработать предложения по учета действительной нагруженноеги элементов сварных спяояностенчатых пролетных итрсемй в расчетах на устеллпеть и соаерменствовании их уз-лоз на основании рэменкя комплекса задач, включающего:

-исследование действительного напряженно-деформированного состояния (НЛС) элементов типовых и экспериментальных пролетных строений я получение закономерности изменении его компонент в зависимости от конструктивного решения их узлоз:

-исследование закономерностей изменений НДС уздпв Оалки и ■вибрьмчоньых параметров их элементов в зависимости от конструкции кос гоном полотна;

- определение влияния компонент напряженного состояния на долговечность свариах соединений элементов балок. экспериментальная проверка к разработка предложений для развития матсдики расчета на усталость по накоплении усталостных повреждений (НШ1) сварных соединений.пролетных строений и конструкций узлов.

Методика исследования - вкличает экспериментальное определение величины, характера изменения и повторяемости НДС элементов сварных сплямностенчатых пролетных строений и действительной дол-гопечнастк сварных соединений их узлов, полученное на основании натурных динамических и полигонных испытаний этих конструкций ;Ьолее 40 узлои 9 вариантов конструкций при наработки 500-900 илн. т.км.бр./км.)

-пероятяостно-статистическув обработку и корреляционный анализ на зек 1ВН РС-256 результатов измерений относительных деформаций в йслсе чем 2,5 тыс. точек по 4 тыс. реализаций процессов погружения различных элементов:

- сопо-тавителький анализ экспериментально установленной характеристики и величины НДС з.яемантпв пролетных строений в зависимости от конструкции соответстеувщих узлов и мостового полотна;

- математическое моделирование процессов кагружений элемен-

таз пролетных строений и накопления усталостного поврездепкя в ш сварных соединениях. ноьейзис теоретические разработки liüiC иц. t'.ûЛатона. ilí-íiít. ниш.

Наччиая новигна. Установлено, что в узлах пролетных строений возиикаят дополнительные (к основным расчетный) напряжения. ооцс-ловлениые влиянием элементов постового полотна (в той числе и вибрационные). При нагрузке 270+3 i;H :ia ось у вырезов поперечных ребер разнахи переменной составлявшей от воздействий телегки вагона достигает 25 и 35 И1!а соответственно в области растягениа и сгатия в зависимости от местного распора мостового полотна. От вибраций они составлдвт .35-40 lilla. Дополнительные напряжения яв-ляотся основной причиной появления усталостных треции в сварных узлах.

Дополнительные напряжения при ьдной и той se обрацавщейся нагрузке зависят от конструкции нзлов. Установлена корреляционная взаииосвязь мсгэд напряжениями d различных эленеитлх и аналитическая зависиаость частот обертонов вибраций от хесткостиой характеристики отсека стснкн. Показано, .что в ребрах без вя,рпз<оз разаахи местных напраштА cimsarnca до 10-13 lilla, прл цееяьяект. вибраций - в 2-S раза. При недоведешшх до поясов ра&рак ¡виСрзчга возрастают, й узлах огшрання продольных ребер ортогролней яяиги KOiiMSiiue напряшшя от грибовидпости поясов достигает +160 alla, оОуславливазт знакопеременный цикл нлгрцтши н появление там усталостних трещш.

Установлена фактическая наработка до появления усталостных тревин я узлах сопрягешш поперечных ребер с верхний поясом главных палок и у?лах ортатропиой плиты. Доказано, чти нетод расчета долговечности этих узлов по накоплении усталостных nuBpesttetmfl '.ll'JII) с учетом няпряаеннй от нестных воздействий повывает точ-KJCTi. оценок по сравнении.с нериативниы. но дает завывеннне зна-

- о -

чэния. Учет при итом дополнительных вибраций позволяет нолучкть консервативные оценки, которые удовлетворительно отратпт факти- . чеснув -олговецность. Метод расчета по НУ11 с учетом дзухчастотно-гс нагрузения иохно рекомендовать при проектировании.

Практическое значение и внедрение результатов. Ко основании полученных данных разработаны конструкции спловностенчатых пролетных строений и двухъярусной ортотропной плиты, обладапзие по-вывенной стойкостьи против усталостных разрушений. 1'азработан подход к конструировании элементов и узлов спловностенчатых балок по параметру долговечности, учитывающий их действительную кагру-женность, в том числе и вибрационные воздей:твм, использованный институтом Гипротрансмост.Разработаны предложения по применения прогрессивных конструкций мостоеого полотна для усиления эксплуатируемых пролетных строений.

На защиту выносятся:

- закономерности формирования местных дополнительных напря- • яений в узлах пролетных строений, их взаимосвязь с конструктивный оформлением узлов к иеравноыерностьп воздействия вагонных тележек на главные бплки. параметры распределения переменных напряжений от этих воздействий и их взаимосвязь с типом мостового полотна:

- величина, повторяемость и характер изменения напряаеннй в уь-ах крепления поперечных ребер к поясам опирания продольных ребер ортотропной плктн. Роль связи поперечных ребер с поасон и стенкой главных балок в сниаении дополнительных напряаеннй от местных воздействий и вибраций. Зависимость обертонов колебаний от весткостных'параметров отсека стенки:

- методика расчета пролетных строений зелезнодорозних «остов на усталость по накоплении усталостных нап?»зений от местных воздействий и явухчастотности нагруссния.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы долоаепи на конференциях молодых специалистов ВНИИ1Т в 1ЗОВ и

!J¡¡8 г., на совещании участников координационного плана научно-исследовательских, проектио-конструктооских и опытных работ пи пооолеие "Повтение стойкости пролстпих строений хедеэноророишх ыостов против усталостных и хрупких разрувепий" в НИИ ыостов при ЛИИ5Т в 138/ г., на заседаниях научно-технического совета'отделений Путевого хозяйства ШИШТ в 198У и 19У0 г., на семинаре отдела прочности сварных конструкция ИЭС иы. Е.О.Иатона в 1УЬУ и 1У90 годах. По натериалаи диссертации опубликовано tí печатных работ.

Структура и объем работа. Диссертация cocí опт из введения, четырех глав, ооаих выводов, списка литературы из 131 наименования, в таи числе 21 иностранного . и одного прилоюниа. Диссертация содервит 149 страниц кавинописного текста (из них основной текст - IjB стр.), ЯЗ рисунка и 5 таблиц.

осношюк сидермник pflbúiu.

lio введении обосновывается актуальность тены, дается краткая характеристика работы.

Й первой главе содераится краткий обзор работ последнего периода, посвяаешшх классификации видов усталостных трещин и анализу причин их возникновения в сварных соединениях узлов сплсв-ностгнчатих пролетных строений.

b подкрановых валках проблема появления усталостных тредин возникла раньае, чем в иалках пролетных строений, II» данным Ь'.Й.Ьалдина, В.У.Горпинченко. И.Н.Ыалиекшшй, П.ВЛ'едоссева. ft.Hat.SBura. 3.fisher, S.topo и;др., которые привадили зкепериыен-тально-теоретические исследования процессов оиразииани^ цсталсст-них трецин в сварных соединениях спловностенчатнх палии пролетных строений и подкрановых балок, появление усталостных трсвин связано с действием таких конпинент НДС стенки (¡алии, как ызстно-го давления и местного кручения. В рапотах Ь.И.Дворецкого они

названо дополнительными напряжениями к основный расчетным,т.к. не совпадают с ними по направлений и вызывавт деформации элемента из его плоскости.В работах И.Ф.Цериг'о.О.И.Ь'рвкова и П.Я.Когана показано.что воздействие подвиеного состава на путь мохет рассматриваться. как Еирокепслоснай случайный процесс, характерй-зуяцийся значительный разбросом величин вертикальных и горизонтальных сил. Но особенности их передачи через мостовое полотно на балки пролетного строения в виде местной : нагрузки практически нигде не исследовалась. Ь балках пролетного строения периодическому кручению верхнего пояса способствует внецентренное олкрачие чостсвого полотна. При этой уровень напряжений костного давления и кручения значительно нихе, чей в 'подкрановых балках. й.С.И'апиро показал, что возникновении усталостных трещин в точке окончания ввов прикрепления ребра к стенке и вдоль поясных ввоз способствует концентрация этих напряжений, связанная с зацеплением стенки ребром. .

Для балок я ортотрошшх плит пролетных строений ыистов волн- ■' чини компонент НДС от несших воздействий а значительной мере оп-ркдс'дзстск; nt'yufl■ оактораыи. Во-первых, динамически;! озаинпдейс-тtswiîJггядтптзтюго' состава с пролетным строегшен, которое, как по-»Mramw I? йсслеотваниях II.Г.Бондаря, Й.Г.Йозьнши, li.fi.Кондратов«*, ГА .Казея, п основной форш ругт ысстпыо воздействия. Ио-вторнх, процессов передачи цветная воздействий червз ыостовое полотно на р&сполошшие >1«20 à55HciiTH,noTopuft расгкзтривался С.И.Клиновых.

lloaHvo уиазашшх ф.иторои допалиителышо иапрмсииа в стенках Оаасв вызапйЕт вибрации. Иссдсдовашши« Б.И.Труфякова. В.С.Кок.тчука, В.Оатвеепа и др. устлипг^ено* что Ррн наложении дошШптелышх штрсшшй от вибротюшшх ь*. («ейстппй нэ основные (расчетные) долговечность сварных соединений значительно снижается.

ilpn проектирования settonux конструкций отрицательное р.лия-

нио перечислении»: Факторов не учитиьается. В этой спази рассмотрен« методики оценки долговечности сварных соединений, принятие в мааиностроении и строительстве, й большинстве принятнх норм считается, что элементы строителышх конструкций или детали иавин обладаит достаточной усталостной прочкостьп, если расчетное воздействие от внеяних переиенпих нагрузок ииньсе расчетной характе-

t

. ркстики сварного соединения кногоцикловой усталости (ХСУ). (i настоящее время получили развитие методики, позволявшие непосредственно перейти к определении велачшш накопления усталостного повревдения и долговечности сварного соединения. Они позволяет нормировать возаоаиоп количество циклов нагругепия сварного соединения на основе цодсли. грузопотока, проходяцего по мосту за назначешшй период эксплуатации. Именно таи построен расчет на усталостнув прочность в-нерках Англии, СИЛ. 01'Г и Других стран. В-нашей страна на основании исследований К.Н.Солмакова. В.И.'Груфя-кова, В.И.Лвврецкого, О.О.Ослпоза, К.Н.Нобилсва н др. также разработан аналогичный иетод. Этот подход позволяет учитивать влиа-ние всех компонент НДС сварного узла, a такие, внбрацношшх нап-рагеиий на его долговечность,

('НИР"!ТШШ1! ПК(ï/ÏИ3 райЯТ ЭЗК"""¡¡!т!: '¡ТО £Ji5i CG22[Î-

псистнопапиа конструкций узлов сплоиностсичатнх пролетпцх строений необходим в условиях натурного эксперимента определить влияние компонент'||Д(, на долговечность их сварных соединений н экспериментально оцепить достоверность методики расчета их усталостной прочности с учетом действительной нагруаенности.

Во второй главе .приведена характеристики объектов исследования il нзлсзека.иетоднка 'экспериментального определения их действительной нагрцзпшюстн. Пдннн из . преинупесть данной иотодики является неизменность факторов, определявших условия нагрушшя конструкций з процессе исследования, и варьирование конструктивно-технологических характеристик их узлов, ь связи с этим вер из-

мерения производились на сварных сплопностенчатых пролетных строениях. установленных на Эстакаде Экспериментального кольца Ш1ИИ8Т: ТИП0В01 (ТИС) но проекту инв.N821/2 и двух экспериментальных (ПС) длиной по 23 а, а также коробчатом (КИС) с двухъярусной ортотроп-ной плитой. Динамическое нагругение пролетных строений осужест-влялосй испытательным поездом, который обращается по кольцу с постоянной скоростью 70 км/час и состоит из локомотива марки ВЛ80-С и 110 груженых полувагонов со статической нагрузкой 270±5кН на ось.

1!а первом этапе проводится проверка соответствия работы йс-пвтываемых конструкций расчетной схеме, а таме исследование йх взаимодействия с подвижным составом. На втором этапе измеряются компоненты тензора в узлах рассматриваемых конструкций, с

учетом особенностей взаимодействия балок с испытательным поездом. В процессе работы рассмотрены следувяие конструктивные варианта узлов:

- на ТИС ребро жесткости с вырезом около верхнего пояса, приваренное по контуру примыкания к стенке и подпиравшее верхний пояс через сухарик, приваренный к его концу;

- на ЗПС по следующим вариантам:Ш - ребро без вырезов, обваренное по контуру примыкания к стенке и к верхнему поясу; Н2 -рси|10 но доведено до верхнего пояса, имеет на конце скос, выкружки и участки с полным проваром, обработанные образивным кругом дв получения плавного перехода к стенке в соответствии с требованиями ЗСК 188-78; N3 - ребро по варианту Н2 в створе с поперечными диагональными связями, соединенное фасонкой с верхним поясом:

- на. коробчатом пролетном строении в узлах двухъярусной ор-тотропной плиты: базовом, в котором продольные ребра нижним окаймлавцим листом опирается непосредственно на верхний пояс поперечной балки к прикреплены к нему высокопрочными болтами:

N1 - со снятыми болтами при цеплений и постановкой под гайки бел-

- 11 -

тое упругих наиб, а такхе затягкой болтов цсилиев 60 кН.

КЗ - с прикреплением через толстув резиноиеталлическуи прлкладку,

с постановкой упругих кайй и затяхкой болтов усилием СО кН,

1М - с прикреплением через толстуз иеталлическус прокладку, с

постановкой упругих пайб и затяхкой болтов усилием 130 .ч11,

N5 - с постановкой дополнительных ребер хесткости па поперечной

I

балке, приваренных по контуру привыкания к обоим поясак и стенке поперечной балки по оси стенок продольных ребер н затязкой болтов прикрепления усилиеи 60 кН через упругие вайбы.

В третьей главе выполнен анализ НДС типовых сплошюстенчатых пролетных строений при динамической нагрузении однородным подвия-ш/м составом. Полученные экспериментальные данные поззолиян заключить, что колебания нагрузки и пролетного строения оказывав? взаимное влияние друг на друга неснотоя на то. что коэффициент связности исследуемых систем относительно невысок и находится в пределах от 0.91» до 13,2. Давление кахдого колеса на головку рельса ыовет рассматриваться как суаиа вертикальной и горизонтальной составлявших, величины которых существенно меняется дахе при движении одпороднсго спстаяа. Характер изменения напряжений в иТ ТИПЛ -ОСТЗЗиГО ПиЛОТН^ Н ми^НТ ха-

рактер.

Измерения показали, что хотя нагрузка ка рельсы передается неравномерно, ее распределение происходит пропорционально как ые2ду обоими рельсаии, так и между составлявшими вертикального и горизонтального давления на кахдый рельс. При это* в поясах балок возиикапт обцие воздействия, на которые наклпдиваптся местные, ебусловлешше проходом кахдой тележки с коэффициентом корреляции по аодулв не нихе 0,9 и коэффициентов динамики не превосходящий 1,35. Неравномерная.нагрухенность рельсов не передается на пояса балок; т.к. при больвой длине линии влияния этих элементов происходит перераспределзние давления по высоте .ечения и по длине

пролета постовым полотном и поперечными связями, а танзс самими балкаии. Величина, характер изменения и повторяемость напряжений в полег- правой и левой балок пролетных строений совпадавт.

В элементах, имевших более короткую линии влияния чей пояса, напряжения определяются исключительно местными воздействиями. Это справедливо как для балок, так и для продольных ребер ортотропной плиты.

Для главных балок зависимости изменения этих напряжений по высоте стенкн по направлению от верхнего пояса к нейтральной оси балки в середине отсека и около ребра жесткости, а так же по горизонтали от ребра жесткости к середине отсчка приведены на р:1с.1,

Эти данные показывает, что в результате_взаимного нагрухения поперечного ребра и стенки в ней появляптся растягивавшие напряжения местного давления бум и местного кручения бу«^ < в ти время как на свободных участках эти напряжения сжимавшие. Напряжения ТЩчбун) и' бунч. вызывают деформаций стенки из ее плоскости и не совпадавт по направлении с основными расчетными Лриве- ■

денныз результаты подтверждается измерениями деформаций стенки из ' ее плоскости с поиоцью элсктропрогибоиеров.

Б середине панели (1ДС стенки продольного ребра ортотропной плиты совпадает с приведенными на рнс.1 для с.-нки главной балки Т..., В узле опирания продольного ребра на поперечнув балку происходит резкое изнеяеиис НДС их элементов. Типичная зависимость из-иеяешш напряжений ¿(В¿«-.бу», а стенке продольного ребра в

зоне опирания, приведенная на рнс.2, является яркой чллвстрацией. взаимного нагругенкя злеаентов узла. Если на «.¿ободном участке продольного ребра в стенке около нижнего окайншпаего листа эти ■ снимавшие напряжения не превосходят 2Ь.НИй. то в точке пересечения со стенкой поперечной балкп они достигавт ВО ИПа. Кроме нап- ■ ряжений от врейеиной нагрузки в элементах узла постоянно действу-пт высокие растягивающие монтажные напряжения. Они возникают при

Распределение -напряженка ¿(бу*,^*) и б^мк,? в стенке левой балки около ребра в середине отсека

I ч__ '-■■.■■■•

3-1

с

а;

ч

- "1 1 1 1

/

—Г

V

1 1 1 г

II I III 1

1 111 I »»I ^

гЧ ?

и

I I ' I

Г| бкпхяМПл £ бцч.РикНИа

• 10 | | ' ■ Тг—Г-'т—7--Г—

С Ю 2 бии^п.МЪ О /ОвГк?,МПа О ¿0 О 20 6.uf.up

' ' ' - Ли о

ч ^

«

,1, i и.

^ьмхрХПо лвщбуыШа

о) ■ 1 ' 1Л~ Згт-гт-

0 ¡02 Бгдум,НПа О /ОбипуМЛа ИПл-'Ю-20 ОЩч МПл "20 Обуху

Примечание: . - датчик вертикально на стенкг: а .6 . в - над сечением распояогена толегка. сцепка .середина вагона соответственно

Рис.«"'

_ 14-

Зависиыисть изменения напряжений в стенке продольного ребра узла опирания базовой конструкции по высоте

Примечании: - датчик на поверхности листа: 1 .2 ,3 - над узлом сцепка, телеака, середина вагона соответственно

рес.2

натяжении писокопрсчных болтов прикрепления нигнего окайиляяцего листа продольного ребра к верхнеиу поясу поперечной балки .из-за випразки грибовидности этих элеиентос и закрытия зазора кехду ними, обусловленного допусками при изготовлении. Их величина изменяется в вироком диапазоне (приблизительно от 4 до 150.ЙПа). -Ляа пояноти картини о табл.! приведена средние значения цикла иапра-гений в некоторых элементах рассмотренных узлов.

Компоненты НДС стенки обцего кручения . а так зе

сонапрзплены с расчетными капрязенияш; 6хи и по абсолпг-ной величине не превосходят 10 1Ша и - Ь Н!1а, поэтому ими

1Ю5И0 пренебречь.

Такии образом,.. НДС стенки балки в зоне около верхнего пояса или ребер ортотропной плиты определяется компонентами 6Г*,«,6у«,6у„,

Величины местных напрязений хорово коррелкрованы с воздействиями от кахдой телехки вагона. Размах слшавцнх напряжений 2Сбу«,буч,6у«1.)К01£-'т Достигать 35 Ш!а при коэффициенте ассиммет-рии цикла, близкой к 0. Динамическое влияние местных воздействий от однородного состава с вероятность!) О.УЬ не превосходит |15 типовых конструкциях бакки и ортотропной плиты на гра(щдх |<КЦР-иых ивой. соединяЕ5ИХ стенку с подкреплявшими эледантам«|«.оаш(«а-ет концентрация напряхений .коздаициидхц» ¡до ,2.3.

Б зависимости от конструкции узла их амплитуда, в оснооцол, изменяется в диапазонах до 41У Ш1а и до -30 ЯПа с коэффициентами ас-симметрии близкими к нуле.

В четвертей главе в ранках развитой схемы формирования нац рялений в стенках главной балок и продольных ребер орТотропной плиты приводится данные измерений, которые позволили осувествить коиплнкснуа оценку различных вариантов экспериментальных узлов по параметру увеличения их долговечности. При чтом принимается во внимание н; только влияние элементов иосюоого полотна на НДС этих узлев, но и вибрации стенки. Такой подход позволяет сделать

Напряжения в элементах типових узлов сопряюния поперечного ребра с верхним поясом главной балки н двух'ярусной ортотропной плити

(Напряженное состояние [Вид напрязе- (Саза нагруяениа над узлом)

I в точке ¡ний 1 »

1 (сцепка • |теленка ( 1 (середина (

|вагона | I вагона ¡вагона |

|на стенке главной балки 1

|на уровне окончания вва 1 - \

(прикрепления поперечно- >

го ребра около верхнего

1 пояса

(около поперечного ребра | 10 1 14 1 0 |

1 13 ( -12 1 0 ' |

¡в середине атсека 1 ( -25 ! 45 \ -15 i

, »15 1 î

(на стенке продольного I

(ребра около сварного *

|жва прикрепления инане-

|го окаймлявяого листа 1

|п створе со стенкой по-. zcG^G^.) | -20 | -44 1 3 1

(перечной балки Gj/Htr 1 41ц. I ¿17 1 1

(на неиодкроплрннои --_ 1 - 3 ( - 7 1 о 1

(участке | »15 1 =17 1 *s 1

расчетиуп проверку долговечности этих узлов различными методами и определить их эффективность. сравнивая с экспериментальна«!! значениями.

Для репениа этой задачи были выполнены измерения деформаций в элементах экспериментальных узлов, причем их напряженное состояние оценивалось для всех выделенных ранее фаз тн'ужения. Нагру--генпость вертикальной с-, енки балок в узлах привыкания поперечных ребер к верхний поясам зависит от того, как происходит передача впевпей нагрузки от элементов мостового полотна на элементы узла и прнлегагщие-участки стенки. Для этого па участке от верхней/ пояса-до начала вса прикрепления поперечного.ребра рассмотрено НДС з узла* типовой конструкции и по вариантам HI,2.3 на пролетных строениях с ездой по деревянным поперечинам. железобетонный плитам безбалластного настового полотна И двухъярусной ортотроп-ной плите безбалластного корыта. Из схемы деформации участка стенки в области выреза поперечного ребра гесткости около верхнего попса, показанной.на рис.3 видно, что в ряде случаев она под-' вергаетса местном*! крученип направленному наружи• несмотря на то, что вертикальное давление рельса вызывает ее кручение внутрь про- ' летного строения. .

Это позволяет заключить, что при изгиблой деформации глемен-точ мостового полотна гш верхние пояса помимо вертикального давления :i ■крутящего момента передастся ropiMonfajtiioe давление от распора tот расгаг'Сикя их нняш волокон). В стенке вознийапт1 напряжения местного давления и местного кручения, причем распор полностьп или частично компенсирует напряжения местного кручения в зависимости от еознозностл проскальзывания э/. лентов мостозого . п ютка по верхним поясни.

В узлах сопрязения поперечных ребер с верхним поясом НДС Стенки в больвеП степени определяется конструкцией самого узла.

Величины ыакпшалыгах по модула папряявш'й

I.

а,

г.-

И

Форма изгиба стенки балки в области выреза поперечного ребра

П

)

г

i 4

весткости около верхнего поаса

< Т

-V

\

I

»-I

со

Примечания: а .6 - типовое пролетное строение.полотно с ездой на деревянных поперечинах; в ,г - экспериментальные пролетные строения.полотно с ездой на балласте по ортотропной плите соответственно; 1 .2 .3 - над узлом расположена сцепка, тележка, середина вагона .

Рис.З

в стечках балок ЭГ1С !, 2 в узлах прихыкания вертикальных ребер к верхнему попсу по вариантам 1, 2, 3 и в стенках продольного ребра и поперечних балок двухъярусной ортотрониой плиты в узлах их сопряжения по зариантан 1-Ь' приведены в табл.2.

Приведенные данные иллсстрирупт зависимость величины Н характера изменения честных напряжений в стенке ^алки и элементах ортотрониой плиты от конструкции узлов. Закономерности формирования НДС стенки балки и продольного ребра ортотропной плиты в узлах весьма близки. Поперечное ребро, кедопедепное до верхнего пояса балки, или поперечная балка ортотропной плити создаст в стенке концентрации напряжений местного давления и местного кручнкия за счет резкого увеличения ее жесткости ЕР и £Ь' на поперечное сжатие и поперечный изгиб. Следует отметить, что в стенке балки нарастание этих жесткостей от середины о<сека к поперечному реСру происходит более плав.чо, т.к. станку в отсеке можно рассматривать в виде некоторого условного упругого элемента, а в продольной ребре ортотропной плиты упругость этого элемента и середине отсека равна нуле. Рис.4.

При этой роль постоянно действующих растягивающих монталшх .напряжений, которые имеет иесто з узле ортотропной плиты, в узле балки выполняет остаточные сварочные напряхениз. Изложенный подход объясняет распределение напряжений в каздоа конкретном случае. Соотшзвение иехду напряжениями цветного давления и местного кручешгя зависит от «остового полотна,

(акиа образоа, закономерности соркирсвапия НДС стенга балки и элементов ортотропной плиты позволяпт проводить комплекснуа оцпгку конструкций узлов с точки зрения увеличения их долговеч-по( .41. Очевидно, что для увеличения долговечности узла необходимо добиться увеличения характеристики цикла путей снижения папрязе-ИЯЙ бук'л) " стойко балки или продольного ребра н попе-

оечной балки ортотропной плиты и уаеш.вепия (увеличения) вонтаз-

Напраззшюе состояние стенки а узлах экспериментальных конструкций

Напряжения в точке Вид нап-ряхенчй Положение нагру: над узлом К и Характеристика основного цикла

середина сцепки середина теле«ки середина вагона

На стенке главной балки на уровне окончания ява прикрепления поперечного ребра около верхнего пояса в узле •

по : варианту Л 1 . О^утр -5 0 -а о . -А 0

варианту 11 2 Сим 10 i '( -3 ♦30 -3 г 2 - Q.Q3 (Щ

варианту К 3 - 7 - 2 -п i 7 - 5 - 5 Н- '

На стенке продольного ребра около сварного «ва прикрепления нижнего окаймлявшего листа в створе сс стенкой поперечной балки в узле по : варианту Н 1 G^KI« 0 0 . -fit! t41 ■ 0 0 0 ' i-

варианту Н 2 (эч Ц>яГ 30 -40 *20 30 -G5 135 ■зо 0 0 0 ■ -щг

варианту N 3 30 30 -15 i 5 зе ■5 ■ 15

• ■ варианту Н 4 Ъл'ЛГиГ 50. 50 115 .50 0 0 о оТг

варианту К 5 . 60. 60 -25 îl5 60 I!' m

пых напряжений. Этии требованиям удовлетворяет конструкции узлов-примыкания поперечных ребер к'верхнему поясу по вариантам N1, 3 и' узлов ортотропной плиты по вариантам НЗ, 4, 5.

Продольная балка

С

Продольное ребро ортотропной пли Л)

о

_Попст1б"ное рабдо[ г росизонтальное ребро | =! £

рга^ез-г-*-^

! \у;лорный упругий зяаменг

риа.4

поперечная бал хя

При оценке ' долговечности сварные соединений элементов возникла необходимость учитывать вибрационные напразения. Поэтому при анализе влияния конструктивного фактора на напрягенно-дефор-иированное состоят« исследуемых узлов установлены причины и роз-когние источники вибраций, их взаимосвязь в различных элементах. Сопоставление данных по вибрациям в различных точках стенки балки по многим реализациям позволило установить, что частоты колебаний отсела стенки подчиняется следувцену закону.

V ) /ЖЕГ

Jhf.l1 а у и V 5

где

в ь п - целое число периодов колебаний по длине и иирине пластины с обозначает нокер топа) . А/- частота колебаний пластины первого тона С,.лет быть определена нетодоа Рзлоа-Рлтца) ' . Частоты колебаний листа ннзней част» отсека совпали с часто-таки колебаний листа стенки'в узлах приаикаиия поперечных ребер к поясам и с часто*ти колебаний поперечных связей. Причем уголки

- гг -

'.'поперечных связей соееряавт колебания растяжения-сжатия, а не нз-. ги(шые. Таким образок, вибрации листа нижней части отсека стснки .передается прилегавши» элементам. В качестве примера НДС листа отсека на рис.5 показана эппра иоментоз и форма его изгиба при .частоте колебаний 66 Гц.

Выявлено влияние конструкции мостового полотна на спектр колебаний отсека стенки.

' Принимая з области спектра 20-10 Гц коэффициент демпфирования мостового полотна из брусьев за 1, его величина для мостового 'полотна из железобетонных плит на 25% убывает, а для балластного на 35% возрастает. Область спектра выве 150 Гц с мостовым пилотном из плит почти полностьв срезается.

.Поднг чипе испытания экспериментальных пролетпчх строений , позволили установить дол.овечиость узлов примыкания поперечных ребер к верхнему поясу по варианту ti'¿ и аналогичных типовой канст ■трукции. a также узлов опирания продольных ребер,на поперечные балки сртотропиой плиты. На основании полученных дашшх о". действительной нагругешшсти этих узлов выполнялась оценка долговечности их сварных соединений по действующим нормам 1:НиП 2.05,03—Ü4 и на основании метода вероятностного расчета на усталость сварных соединений узлов пролетных строений (методика 112). который разрабатывается ИЭС им. Е.О.ПатоИа, НИИ1Т, ИйИТ .ч НИМ. При этой во второй случае использовались кривые усталости для данных сварных соединений ИЗС им. Е.О.Натона, а также методики учета действительной нагрцяешшсти рассчитываемых сварных соединений. Данные по действительной долговечности сварных соединений узлов и полу-, чешше в результате расчета представлены в табя.З,

Проверка на выносливость э.их узлов по СПиП 2.0b.ü3-t¡4 показала, что напряжения в их элементах ниже пр тела выносливости. Причем расчетные значения эксплуатационных напряжений брались такие, что при вероятности дейс.твущие напряжения будут мень-

- 23 -

Згсира изгибащих моментов н форма изгиба из плоскости листа п нижней части отсека 6-7 вертикальной стрики эпс 2 - 3 при колебаниях с частотой 2.2 - 66 Гц ,

Примечания: а - горизонтальная волна по середина нижней части отсека. б - вертикальная волна по оси отсека.

Рис. 5

Экспериментальные и расчетные данные по долговечности некоторых узлсв

Несто образова- дейст- Процент Провер- Долго- КозМн- Долго-

ния усталостной витель- новреж- ка на веч- цизнт веч-

трещины ная дешшх вынос- ность сыие- ность с

долго- узлов ливость по пето ння учетоы

веч- лике долго- вибра-

ность ¡1 2 Е вечнос- ционных

или. . .111. ЦИК ти но воздей-

циклов лов для вероятности неразрушения в */. вибрациям ствий

Окончание два

прикрепления

попереч зго 2.2- 3,1/50 2.37 1,3

ребра к стенке около удов-

в узле его при- 2.4 50 летво-

выкания к верх- ряет

нему поясч по

варианту и 2

Сварной шов

прикрепления

стенки продоль- 5.0-

ного ребра к около удов- 1.3- - -

нижнему окайм- 6.2 . 20 летво- 3,2/75

лящему листу ряет

в т.теорр со .

стенкой попе-

речной балки

ортбтролной

плиты

ае этой величины и расчетные значения иогут появиться не чзде од-""

' j,

ного раза за проход испытательного поезда. Таким образом, внпол-ношше .пповерки гарантирует, что указанные сварные соединения ко-, гут выдерхать 2 млн.поездов. Это в десятки раз вызе их реальной" долговечности.

По второй кетодикс значения расчетной долговечности иеста окончания пва прикрепления к стенке в узле по варианту ¡12 не учитывает вибрационной состзвлявдей наиря.тешю-дефсрчированного сос-, тоанил стенки в узле. С учетом коэффициента снизения долговечности цз-за двухчастного, нагрухения с переменной амплитудой по не-тодккзи В.И.Труфякова, В.С.Ковалъчука и В.К.Матвеева долговечность этого узла составит 1,3 или. циклов. Если учитывать, что;, НДС элементов зависит от случайных параметров процесса передачи нагрузки па верхние пояса костивии полотном, полученный результат; колю считать удовлетворительным.

Для узла двухъярусной ортотропной плиты расчетная долговом-:, иость варьирует 8 относительно емрокнх пределах в соответствии С диапазонам изменения «онтаишх напряжений и кипнауа в два раза mire действительной. Это яогст быть связано с выбором кривой усталости для свашшх ппог этого узла, поскольку подобный вид наг-рдяения углов'/х продольных сварных пвов редко встречается в практике. Иозтгну соответствие расчетного значения долговечности зке-перикеьталыюку sjbsho оценить как удовлетворительное,

GCilOGIlUE РШЛЬТЛТИ II ВНООДО.

1 .Установлено, что при дсивении однородного состава определение динамической нагрузки на рельс в данной точке во времени удовлетворительно описывается логари$ш«чески- норааяьннн законов и практически не зависит от типа «остового полотна. 8 одной сечении в один итог не ойент зрецени величина вертикальных и горизоп-

тальных компонент давления на оба рельса могут отличаться более чей в два раза. Частотный состав процесса нагрухениа пролетных строений распространяется, в основном, на область до 200 Гц.

2.Кзгиб1ше деформации элементов мостового полотнй передавтся на верхние пояса балок в виде горизонтального раснора, вертикального давления и крутяцего момента обратно пропорционально их .жесткости. Величина распора может существенно снижаться из-за проскальзывания элементов мостового полотна по верхним поясам и для деревянных поперечин является переменной во времени величиной. Отсутствие проскальзывания обеспечивает наимеиьвий уровень напряжении местного кручения в стенке около верхнего пояса.

3.НДП стенки балки в зоне около верхнего пояса или ребер ор-тотроппой ..литы определяит компоненты обцего изгиба, местного давления и местного кручения. Величину амплитуд местных напряхе-.

хорово киррелированы с воздействиями от каждой телехки ваггна и в сумме по направлении могут достигать 35 Hila: При характеристике цикла близкой к нули динамическое влияние местных воздействий от однородного состава с вероатностьа 0.У5 не превосходит 1.3S.

4.Установлены экспериментальные зависимости величин и характера изменения местных напряжений в узлах балки и ортотропной плиты от их конструкции, а также мостового полотна. Показано, что на границах сворных «вов, соединявших стенку с пгдкреплявщими элементами, напряхения «озраставт до 2,5 раз, а их размахи в основном изменяется до 25 Ulla и до -70 illa в области растения и в области сжатия при характеристиках цикла от 0 до -1 в зависимости от монтажных напряхений. Полученные закономерности позволяет.учитывать действитяльнув иагрухенность узло . в расчетах на усталость и . (бирать оптимальные параметры элементов пр.. их различных конструктивных сочетаниях и рекомендуется aaj использования в методике вероятностного расчета на усталость сварных соединений енлов-

- 2/ -

ностенчатых балок и ортотроппых плит.

5.Установлена существенная роль вибраций отсеков стенок п накоплении усталостных повреждений спарники соединениями узла сопряжения ребра с поясами, а такхе прикрепления элементов связей, в которых они возбугдавт продолыше колебания. Получены аналитические зависимости, связывавщие частоту вибраций с наиболее важными конструктивными факторам, которые применительно к различным пролетным строении вполне удовлетворительно опнсывавт экспериментальные денные и могут быть рекомендованы на этапе провктир-вания. При иедоведешшх до поясов ребрах и сопрягаемых через "сухарики" вибрации возрастаит, поскольку отсутствует или ослаблена связь ребра с поясом.

6.Сузествуятеми норнами обеспечивается усталостная прочность для сварных соединений элементов главных балбк, действительная

. напряженность которых близка к расчетной. Местные и дополнительные напряжения в сочетании с напряжениями от вибраций обуславли- • вапт поличастотное нагрухение. Они двляптся причиной образовании . усталостных трецин в -парных соеди1:ениях узлов валок и ортотроп-иых плит. Методику расчета на усталость сварных соединений моста необходимо совсряснстсовать с учетом этих Факторов. :

¿'.Методик• расчета на усталость сварных соединений по ипксп-лонпш усталостных повреждений с учетом напряжений от местных воздействии повивает точность оценок по сравнении с нормативной, но дает з^ызетше значения. Учет при этой влияния напряжений от внбр 1. поззоляет получать консервативные оценки, которые вполне удовлетворительно согласувтся с реалышги сроками возникновения отказов, . Нетодику расчета по 1ШП с учетом двуичастотности нагру-генпа аогио рекомендовать для проектирования цельносварных к коробчатых пролетных строений, а так ае ортотропнах плит зелезнодо-рогных мостов.

- 28 -

РПЬ'ОТи. ОНУБЛИКОВПШШЕ «О ГЕНЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. ^оровкевич Л.Й.. Александрия И.Г. Работа отсека вертикальной стенки продольной балки цельносварного коробчатого пролетного строения, искоренив научно-технического прогресса на к.д.

; транспорте - эиергиэ и творчество молодежи : Материалы н.-т. | конф./ВШШИТ. -Ц.: 1386. С Л 54-155.

2. Дорсшкевнч fl.il., 1штаев 11.П. Величина и характер изменения наприжепно-дефорыированеого состояния узлов примыкания вертикальных ребер жесткости к верхнему позсу сварного спловностенча-

того пролетного строения под действием однородного подвижного 'состава. !1 конференция молодых ученых и специалистов. Тез. докл., 16-20 мая 1981) г. - Киев: ИЭС. 1988. С. 118-119. :

3. Платонов ЯД., Орлов В.Г., Врук Л.II., Дороикевич. Р.й. Зк-,сплуатационные испытания коробчатого пролетного строения со

стальным балластный корытам, исследования стальных конструкций коробчатых мостов. Сб.научн.тр. к.: ЦНИИС, 1988; С.15-26.

4. Доровкевич А.П. Исследование напряженного состояния узла двухъярусной орютропной плиты моста Вестник В1ШИ8Т, 1389, 112. С.52-54.

5. Доровкевич Л.П. Определение возможных форы колебаний отсека вертикальной стснки цельносварного коробчатого пролетного строения длиной 33,бы. Эксплуатационная надежность искусственных сооружений. .Сб. научн. тр. 2}.: Транспорт, 1989, С..63-6?.

6. Заявка Н4'/097<5/23-33 (088Ш> кл.^01Д9/02 от 198Эг, Ре-вение о выдаче авт. свид. N1856038 от 15,02.91г. "Пролетное строение моста" (соавторы К.Н.Ьольваков В.¡.Орлов и др.].