15. Obciążenia obiektów budowlanych. Obciążenia ruchome mostów drogowych i kolejowych.

I./6. Rodzaje i wielkości obciążeń; ogólne warunki projektowania budowli ze względu na ich wytrzymałość, stateczność i trwałość.

Rodzaje obciążeń:

1. Obciążenia zasadnicze - działają na budowlę stale lub regularnie. Należą do nich: ciężar własny konstrukcji, spoczywających na niej części budowli, obciążenia użytkowe, obciążenie śniegiem i wiatrem, parcie ziemi i wody na mury fundamentów i ściany zbiorników.

2. Obciążenia dodatkowe - działają na budowlę sporadycznie np. parcie wiatru, obciążenia dynamiczne, wpływy działania podpór, skurcz betonu, siły wywołane zmianami temperatury.

3. Obciążenia wyjątkowe - odnoszą się do przypadków katastrofalnych i awaryjnych np. trzęsienia ziemi, szkody górnicze, parcie wody w czasie powodzi.

W obliczeniach rozpatruje się obciążenia w zależności od wywołujących je przyczyn:

1. Obciążenia od ciężaru własnego budowli ( ciężar własny konstrukcji nośnej oraz pozostałych elementów jak: wypełnienie, obudowa, podłogi itp.)

2. Obciążenia użytkowe ( ciężar i ruch ludzi, przedmiotów i maszyn )

3. Obciążenie śniegiem i wiatrem przyjmowane w zależności od strefy kraju, kształtu budowli wg obowiązujących norm i zarządzeń

W zależności od czasu trwania obciążenia dzieli się na:

1. Stałe ( ciężar własny i obciążenia użytkowe stałe np. parcie ziemi)

2. Zmienne ( śnieg, wiatr i większość obciążeń użytkowych )

W zależności od sposobu działania obciążeń rozróżniamy obciążenia:

1. Statyczne - charakteryzujące się powolnym przebiegiem zmian obciążenia od zera do wymaganej wartości przy niezmiennym położeniu

2. Dynamiczne - zmiana szybkości obciążenia jest gwałtowna

Przy obliczaniu konstrukcji należy również uwzględnić działanie obciążeń montażowych.

Rozróżnia się trzy klasy trwałości konstrukcji: I-powyżej 100 lat, II-od 50 do 100 lat, III-od 20 do 50 lat oraz budynki tymczasowe do 20 lat.

II. Wpływ temperatury

Zmiana temperatury w stosunku do temp. Montażu powoduje wydłużenie pręta w osi i/lub zginanie pręta momentami powstałymi na skutek gradientu temperatur

Siły wewnętrzne powstające pod wpływem tego rodzaju obciążenia można obliczyć za pomocą metody przemieszczeń, gdzie zadane przemieszczenie więzi wynosi α * t *l (α - wsp. rozszerzalności termicznej materiału, t - temperatura, l - długość pręta) lub metodą sił w której wpływ temperatury

uwzględnia się poprzez Δ_it

równomierne ogrzanie nierównomierne ogrzanie

h - wysokość przekroju.

III. WYMUSZONE PRZEMIESZCZENIE

Siły wewnętrzne, w układzie statycznie niewyznaczalnym, wynikłe z przemieszczenia podpór wylicza się za pomocą:

• metody przemieszczeń - przemieszczenie podpór f traktuje się jako obciążenie geometryczne, stanowi osiadanie podpór lub wymuszone przemieszczenie węzłów

• metody sił - przykładowy układ równań:

gdzie:
- brak obciążeń zewnętrznych

6. OBCIĄŻENIA RUCHOME DROGOWYCH OBIEKTÓW MOSTOWYCH

wg. PN-85/S-10030

• obciążenia taborem samochodowym wg 6.3, przy projektowaniu elementów głównych,

• obciążenia taborem samochodowym wg 6.4, przy projektowaniu pomostów,

• obciążenia wyjątkowe, wg 6.5,

• obciążenia tramwajami, wg 6.6,

• obciążenia chodników, kładek, schodów i poręczy, wg 6.7, _t

• obciążenia wywołane hamowaniem i przyspieszaniem pojazdów, wg 6.8,

• obciążenia siłami odśrodkowymi, wg 6.9,

• obciążenia wywołane uderzeniami pojazdów o elementy mostowe, wg 6.10.

Obiekty mostowe w ciągu dróg samochodowych należy projektować na jedną z klas obciążeń. O wyborze klasy obciążenia decyduje administracja, w gestii której znajduje się obiekt.

Tablica 3. Obciążenia taborem samochodowym K i q dla elementów głównych i pomostu (rys. 4 i 5)

Klasa	Mnożnik do	Obciążenie	Obciążenie	Nacisk na
obciążeń	klasy A	g kN/m^2	K kN	os kN
A	1.00	4,00	800	200
B	0,75	3,00	600	150
C	0,50	2,00	400	100
D	0,40	1,60	320	80
E	0,30	1,20	240	60

Na jezdniach bezkrawężnikowych i jezdniach z barierami ochronnymi należy pozostawić wolne od obciążeń pasy przy poręczach lub barierach, o szerokości po 0,50 m.

• Należy wyłączyć od obciążenia q oraz od obciążeń pojedynczymi siłami K odcinki lub obszary w przekroju poprzecznym lub podłużnym, jeśli to jest niekorzystne dla obliczanej wielkości.

• Obciążenie K należy stosować ze współczynnikiem dynamicznym φ

φ = 1,35 - 0.005L <=1,325 Dla L >=70,0 m, φ = 1,00

Nie należy stosować współczynników dynamicznych do obciążeń podpór masywnych i fundamentów, do obciążeń naziomu przy wyznaczaniu parcia gruntu, do obciążeń tłumem pieszych, do sił hamowania lub przyspieszania i sił odśrodkowych taboru samochodowego oraz tramwajowego wg 6.9.

• Obciążenia q należy stosować bez współczynnika dynamicznego.

• Obciążenie K składa się z ośmiu nacisków kół ustawionych w czterech osiach o rozstawie 1,2 m przy rozstawie kół w osi 2,70 m, jak na rys. 5. Obciążenie K może składać się z dowolnie wybranych sił skupionych ze schematu, jeśli jest to niekorzystne dla obliczonej wielkości.

• Na obiekcie może znajdować się jedno obciążenie K.

• Odległość osi obciążenia K od krawężnika me może być mniejsza niż 2,00 m, zaś od bariery ochronnej lub poręczy przy jezdniach bezkrawężnikowych niż 2,5 m.

• Przy obliczaniu elementów o L>=4,80 m obciążenie K może być zastąpione przez obciążenie równomiernie rozłożone na długości 4,80 m.

Elementy główne mniejszych długości należy sprawdzić na obciążenie samochodami S wg 6.4, z ustawie­niem wg rys. 6. W mostach bezkrawężnikowych

do poręczy min. 2,0

W jezdniach z krawężnikami min, 0,30

rys. 6

Tablica 4. Obciążenia pojazdami samochodowymi S elementów po­mostu (rys. 6)

Klasa	Ciężar łączny	Nacisk na oś kN			a
obciążenia	kN	Pi	P2 .	P)	m
A	300	60	120	120	1,00
B	300	60	120	120	'1,25
C	300	60.	120	120	1,50
D	200	80	120	—	1,50
E'	150	50	100	—	1,50

6.4. Obciążenie elementów pomostu. Elementy pomo­stu należy obliczać na obciążenie K wg rys. 5 lub na obciążenie dwoma samochodami S ustawionymi wg rys. 6 i tabl. 4 ze współczynnikiem dynamicznym wg wzoru (9) lub (10). Miarodajne jest obciążenie bardziej niekorzystne.

Wymiary pola nacisku kół obciążenia K lub samochodów S należy przyjąć 0,20 X 0,60 m niezależnie od klasy obciążenia K.

6.6.2. Schemat obciążenia taborem tramwajowym należy przyjmować wg rys. 7. Minimalne odstępy między skrajnymi osiami .tandemów sąsiednich wagonów w pociągu wynoszą 8,5 m, zaś między skrajnymi osiami tandemów sąsiednich pociągów — 10 m. Liczba pociągów może być dowolna. Nacisk tandemu wynosi 150 kN.

Pociągi tramwajowe należy ustawiać w takim położeniu wzdłuż i w poprzek* mostu, żeby uzyskać najniekorzystniejszą wartość poszukiwanej wielkości.

Obciążenie taborem tramwajowym może być przerwane zarówno między poszczególnymi pociągami jak i wagonami tego samego pociągu oraz naciskami osi wagonu, jeśli to jest niekorzystne dla wyznaczanej wiel­kości. Każdy tandem składa się z dwóch osi po 75 kN. Naciski pojedynczych osi tandemu należy uwzględniać przy obliczaniu elementów pomostu.

6.6.5. Inne obciążenia miejskim taborem szynowym. Inne obciążenia miejskim taborem szynowym powinny być ustalone każdorazowo przez właściwą administrację komunikacji miejskiej.

6.7. Obciążenie chodników, kładek, schodów, pomo­stów i poręczy

6.7.2. Obciążenia tłumem. Obciążenia tłumem pie­szych, chodników ogólnie dostępnych i kładek należy przyjmować, niezależnie od klasy obciążenia taborem samochodowym, jako równomiernie rozłożone bez współczynnika dynamicznego.

7. OBCIĄŻENIA RUCHOME MOSTÓW KOLEJOWYCH

7.1. Rodzaje obciążeń ruchomych mostów kolejowych.

Przy projektowaniu mostów kolejowych należy uwzględ­niać następujące obciążenia ruchome:

• obciążenie .taborem kolejowym, wg 7.2 i 7.3,

• obciążenie wyjątkowe, wg 7.4,

• obciążenie chodników, kładek, schodów i poręczy wg 6.7 oraz 7.5,

• obciążenie wywołane hamowaniem i przyspieszaniem, wg 7.6,

• obciążenie wywołane siłami odśrodkowymi, wg 7.7,

• obciążenie wywołane uderzeniami bocznymi, wg 7.8.

• obciążenia związane z wykolejeniem taboru, wg7.9.

7.2. Klasy obciążeń. Obiekty mostowe w ciągu nowych linii kolejowych należy projektować na tą samą klasę obciążeń.

Wszystkim klasom odpowiada ten sam schemat obciążeń taborem kolejowym.

Wartości obciążeń dla klasy podstawowej oznaczonej jako klasa k=O podano w 7.3 wg rys. 8. Mnożniki obciążeń klas wyższych od klasy O oznaczono symbolem α_+lc, zaś niższych α __k, gdzie k jest liczbą klasy. Zależności α _+k i α __k od k wyrażają się wzorami

a_+k = 1,1* (15)

a._k = 0,9* (16)

W tabK. 6 podano wartości współczynników a_+k i a__k

w zależności od A: 't

Tablica 6. Współczynniki a₊₄. i a _t

+k -	^a+k	-k	^a-A
0	1,00	0	1,00
+ 1	1,10	-1	0,90
+2	Ul	-2	0,81
+3	1,33	_3	0,73

O klasie obciążeń obiektów mostowych leżących w ciągu określonych linii decyduje administracja kolejowa. Miarą klasy dla istniejących obiektów jest współczynnik a_k i odpowiadająca jej wartość k.

7.3. Obciążenie taborem kolejowym

7.3.1. Schemat obciążenia taborem kolejowym. Dla mostów w ciągu linii normalnotorowych należy przyjmować obciążenia wg rys. 8, z uwzględnieniem współczynników klasy obciążeń wg 7.2 i tabl. 6.

• Obciążenie składa się z czterech nacisków osi o rozstawie 1,60 m, położonych symetrycznie na odcinku 6,40 m oraz obciążenia równomiernie rozłożonego p po obydwu stronach grupy sił skupionych na nieograniczonych długościach. Obciążenie p może być przerywane, jeśli to wpływa niekorzystnie na wyznaczoną wielkość.

7.3.2. Ustawianie obciążeń.

1. obciążenie naciskami osi P może wystąpić w niepełnej ich liczbie i z pominięciem dowolnej z nich, jeśli to wpłynie niekorzystnie na wartość wyznaczanej wielkości,

2. obciążenia naciskami osi P mogą wystąpić jednokrotnie na każdym torze w najniekorzystniejszym miejscu dla wyznaczanej wielkości,

3. oś toru na podsypce może ulec przesunięciu od położenia projektowanego o ±0,10 m,

4. przy obciążeniu mostów o przynajmniej dwóch torach należy przyjąć najniekorzystniejszy z wariantów dla wyznaczanej wielkości:

— obciążenie dwóch torów dowolnie wybranych pełnym obciążeniem wg 7.3.1,

— w przypadku liczby torów -większej niż 2, obcią­żenie wszystkich torów, wynoszące 75% obciążenia wg 7.3.1.

Należy sprawdzić każdy element na obciążenie wg poz. b).

7.3.3. Obciążenie zastępcze. Obciążenie zastępcze w stosunku do schematu wg 7.3.1 może być zastoso­wane pod warunkiem jego równoważności.

Można stosować następujące obciążenia zastępcze:

1. obciążenie równomierne zamiast czterech nacisków osi na odcinku 6,40 m (rys. 9),

2. obciążenie równomiernie rozłożone przy podsypce o grubości przynajmniej 0,5 m od wierzchu podkładu na szerokości 3,0 m,

3. przy ułożeniu bezpośrednim toru na dźwigarach luks mostownicach można rozłożyć nacisk osi lokomo­tywy na trzy siły działające na sąsiednie podkłady w rozstawie 0,6 m.

Naciski zastępcze wynoszą: 0,25P, 0,5P, 0,25P jak na rys. 10, gdzie P — nacisk osi.

7.3.4. Zasady stosowania klas obciążeń. Jeśli administracja kolejowa nie postanowi inaczej należy stosować:

— dla mostów na liniach magistralnych i pierwszo­rzędnych oraz wszystkich zelektryfikowanych k = +2,

— dla mostów na liniach drugorzędnych k = +1,

— dla mostów na liniach znaczenia miejscowego k = O,

— dla mostów prowizorycznych i tymczasowych k =O,

— dla bocznic k = -l,

7.9. Obciążenia związane z wykolejeniem pociągu należy uwzględniać dla mostów o rozpiętości większej niż 15 m. Należy rozpatrzyć dwa przypadki:

• przypadek I: należy założyć obciążenie dwoma siłami liniowo rozłożonymi w rozstawie 1,40 m, z tym, że odległość siły zewnętrznej w stosunku do osi toru nie może być większa niż 2,10 m. Wartość obciążenia na jedną linię powinna wynosić 50 kN/m przy długości obciążenia wynoszącej 6,40 m, na pozostałym nieograniczonym odcinku obciążenie liniowe powinno wynosić 25 kN/m.

Jeśli na moście znajduje się podsypka o grubości nie mniejszej niż 0,5 m obciążenia liniowe można rozłożyć na paśmie o szerokości 0,45 m symetrycznie względem obciążeń liniowych wg rys. 11,

• przypadek II: obciążenie pionowe, równolegle do osi toru, rozłożone równomiernie wzdłuż linii na odcinku 20 m i wartości 80 kN/m. Obciążenie to powinno być zaczepione wzdłuż krawędzi wewnętrznej koryta balastowego. Należy je uwzględniać również przy sprawdzaniu stateczności konstrukcji.

Należy przyjąć przypadek niekorzystniejszy.

Na mostach dwu- i wielotorowych należy uwzględniać wykolejenie tylko na jednym torze najniekorzystniej położonym. Należy założyć brak jednoczesnego obciążenia innych torów. Obciążenie należy traktować jako wyjątkowe.

---