-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 1 / 18
Cuprins
1. Introducere . 2 2. Structuri mixte oel-beton . 2 3. Tipuri de
poduri dalate n structur mixt oel-beton 2
a. Dale cu seciunea mixt la care structura metalic
este alctuit din platbande 2 b. Dale cutate avnd seciunea mixt
oel-beton 4 c. Dale cu seciunea mixt la care structura metalic
este
alctuit din evi de oel 7 4. Poduri de cale ferat. Aciuni din
trafic 10
a. Aciuni conform standardelor romneti 10 Coeficieni dinamici,
STAS 1489-78 11
b. Aciuni la podurile de cale ferat conform EN 1991-2 11
Coeficieni dinamici 12
5. Frecvena proprie a structurii 13 6. Modele de poduri dalate n
structur mixt oel-beton 15 7. Bibliografie 18
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 2 / 18
1. Introducere
Tendinele actuale de dezvoltare a transportului pe calea ferat
impun realizarea unor cerinte tehnice din punctul de vedere al
infrastructurii i suprastructurii cii care s asigure printre altele
o sporire a vitezei de circulaie a trenurilor. Pornind de la aceast
premis, o cerin primordial n reabilitarea sau construcia podurilor
mici i mijlocii este asigurarea continuitii prismei de balast.
Principalele avantaje ale acestor tipuri de structuri mixte fa
de cele convenionale sunt urmtoarele:
- posibilitatea modificrii traseului cii n plan i a niveletei
profilului longitudinal - deraierile pe podurile n structur mixt au
urmri mai puin grave dect pe cele
convenionale, - nlimea suprastructurii este mai mic la podurile
n structur mixt, n acelai timp
structura este mai uoar, mai rigid i mai favorabil din punctul
de vedere al aciunilor dinamice prin atenuarea fenomenului de
oboseal,
- construcia lor este mult mai rapid dect a podurilor
convenionale din beton armat, fiind necesar o cantitate mult mai
mic de cofraje,
- nlocuirea traverselor de lemn cu traverse din beton
precomprimat, - asigurarea ntreinerii cii pe poduri cu ajutorul
utilajelor de mare productivitate,
funcionnd n mod continuu, - elasticitatea cii este aceai ca i n
linia curent datorat prismului de balast.
2. Structuri mixte oel-beton
Pe traseele de cale ferat, n special n zonele de deal i munte,
unde necesitatea evacurii apelor apare mai des, se utilizeaz n mod
pregnant aa numitele poduri n structur mixt oel-beton, tip cuv cu
deschideri ntre 1,00 i 10,00m.
Aa cum am artat anterior, marele avantaj al acestor poduri este
faptul c se asigur continuitatea patului de balast pe pod, astfel
nefiind necesare modificri n ceea ce privete suprastructura cii
ferate.
Aceast cerin, de continuitate a patului de balast pe pod, este
posibil prin schimbarea soluiei tradiionale de realizare a cii de
tip deschis la care suprastructura cii ferate (traverse i ine)
reazem direct pe elementele de rezisten a suprastructurii podului
(lonjeroni, grinzi principale), cu cea de tip nchis la care
suprastructura cii ferate reazem prin intermediul unui strat de
balast susinut de o cuv.
3. Tipuri de poduri dalate n structur mixt oel-beton
a. Dale cu seciunea mixt la care structura metalic este alctuit
din platbande
Seciunea transversal a unei dale cu seciunea mixt oel beton se
poate vedea n figurile alturate.
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 3 / 18
Fig. 1
Fig. 2
Structura dalei este alctuit dintr-o platband orizontal continu
de 8-12 mm, pe care sunt sudate la distane egale de 400-600 mm
platbande de rigidizare de 12mm grosime a cror lungime coincide cu
lungimea platbandei orizontale. Pe de o parte i de alta a acestor
rigidizri verticale sunt sudai conectori, care asigur conlucrarea
dintre structura de oel i beton. (fig.3) La anumite distane, aceti
conectori prezint o seciune transversal mai mare i unesc
rigidizrile ntre ele.
Fig. 3
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 4 / 18
Conlucraea dintre oel i beton se poate asigura i prin trecerea
armturi transversale a dalei prin rigidizrile longitudinale, dup
cum se poate vedea n figura 4.
Fig. 4
Cele dou soluiile de asigurare a conlucrrii dintre oel i beton
prezentate anterior, se pot folosi i concomitent (fig.5). Pentru
asigurarea unei conlucrri mai bune, n zona de reazeme ale dalei se
pot prevede rigidizri longitudinale prevzute cu goluri la partea
inferioar.
Fig. 5
Pentru dimensionarea dalei folosim urmtorul model de calcul
(fig.6) iar dup stabilirea dimensiunilor dalei se verific prin
calcul eforturile unitare maxime.
dodb
nb
h
b/n
z
b
bhi o
h0h d
i TlTi
Co
Cb
M
Fig. 6
b. Dale cutate avnd seciunea mixt oel-beton
Dalele n structur mixt oel-beton de acest tip sunt alctuite din
platbenzi sudate ntre ele. Platbenzile orizontale inferioare i cele
verticale sunt mai groase (aprox. 12 mm) n timp ce platbenzile
orizontale superioare sunt mai subiri (aprox. 6-8 mm). Rolul
primordial al
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 5 / 18
platbenzilor orizontale superioare este de a permite sudarea
conectorilor pe ecestea, conectori care pot fi rigizi sau elastici
(fig. 7).
Fig. 7
Fig 9.a Conectori rigizi (profil U) Fig 9.b Conectori elastici
(form de spiral) Fig 9.c Conector continuu (platband continu prin
care este trecut armtura)
Seciunea transversal a unui pod dalat cutat cu seciune mixt oel
beton se poate observa n fig. 8. Conlucrarea la acest tip de pod
este asigurat cu conectori rigizi a cror aezare de-a lungul
structurii este exemplificat n figur 9.
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 6 / 18
Fig. 8
Fig. 9
Structura mixt prezentat aici are urmtorul model de calcul
(fig.10):
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 7 / 18
zh-h0II
o
Cbb Cb
Ti
nbb
z
nb
CiCi
Fig. 10
c. Dale cu seciunea mixt la care structura metalic este alctuit
din evi de oel
n anii 1970-1985 Prof. OTTO JUNGBLUTH din Germania a introdus n
practic dalele cu seciune mixt la care structura metalic este
alctuit din evi de oel.
Legend: 1 L 80X40X8 2 Conector tip Nelson 3 Beton
Fig. 11
Inginerii germani au legat evile metalice ntre ele cu rame
metalice transversale iar conlucrarea dintre beton i oel a fost
realizat cu conectori tip Nelson.
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 8 / 18
Fig. 12
n figura nr.13 se prezint dou soluii pentru dala din beton armat
i anume monolit sau prefabricat.
Sectiunea a-a Sectiunea a-a
Fig. 13
n varianta constructiv n care betonul este monolit, soluia de
legtur dintre elemente s-a realizat prin platbenzi aa cum se vede i
n figura 14. Platbenzile pot fi cu decupaj continuu erpuitor sau
poligonal (fig 14 b i c).
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 9 / 18
Fig 14/a Fig 14/b
Fig 14/c
Structura mixt la care structura metalic este alctuit din evi de
oel are urmtorul model de calcul (fig.15):
R-yo
XRXrXrXR
ttD=2R
h
IIa
Ta
yohb y
BA
C0
D
x
bi eCa
b
y n=Ea/Eb
bs
Cb
b
d=2r
Fig 15/c
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 10 / 18
4. Poduri de cale ferat. Aciuni din trafic
a. Aciuni conform standardelor romneti
Convoaie tip
Normativul STAS 3220-89. Poduri de cale ferat. Convoaie tip
stabilete convoaiele tip care trebuie luate n considerare la
calculul podurilor de cale ferat, aplicabile i pentru podurile
combinate, n ceea ce privete partea de cale ferat.
Convoiul P10 (fig 16) - este compus dintr-o locomotiv cu 5 osii
a 250 kN/osie (echivalent cu 139 kN/m) i din vagoane reprezentate
printr-o ncrcare uniform repartizat de 100 kN/m. Pentru deschideri
pn la 3.5 m, se consider n alternativ cu convoiul P10 (ca o a doua
ipotez de ncrcare), o ncrcare unic P=300 kN. Aceast ncrcare servete
numai pentru calculul efectului din ncrcrile verticale principale.
Convoiul P10 i ncrcarea izolat de 300 kN servesc la calculul
podurilor masive, a suprastructurii de zidrie, de beton sau de
beton armat a podurilor metalice, a aparatelor de reazem i la
calculul elementelor neconsolidabile ale suprastructurii
metalice.
Fig. 16
Convoiul T 8.5 (fig 17) - este compus dintr-o locomotiv cu 6
osii a 220 kN/osie (echivalent cu 125.7 kN/m) i din vagoane
reprezentate printr-o ncrcare uniform repartizat de 85 kN/m. Pentru
deschideri pn la 8 m se consider n alternativ cu convoiul T 8.5 un
grup de 4 ncrcri a 250 kN/osie, avnd distana de 1.60 m ntre ele
.Convoiul T 8.5 i grupul de 4 ncrcri servesc la calculul prilor
consolidabile ale suprastructurilor podurilor metalice i la
calculul consolidrii podurilor existente. Locomotivele pot s se
gseasc fie intercalate n convoiul de vagoane, limitat sau nelimitat
ca lungime, fie la una din extremitile convoiului de vagoane. Pe
poriunile favorabile ale liniilor de influen cuprinse ntre
poriunile defavorabile, se consider o ncrcare de 10 kN/m, dac
aceste poriuni sunt mai lungi de 10 m; n caz contrar, poriunile
favorabile nu se consider ncrcate.
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 11 / 18
Fig. 17 Coeficieni dinamici, STAS 1489-78
Eforturile din convoaiele de calcul, considerate static pe pod,
se multiplic cu coeficienii dinamici, determinai pentru poduri
metalice funcie de deschidere i de tipul de rosturi de in pe pod (L
este deschiderea elementului).
Pentru deschideri L > 10 m
20,1L40
2505,1 +
+= - rosturi in nesudate;
20,1L35
1710,1 +
+= - rosturi in sudate.
Pentru deschideri L 10 m
20L1055,1 +=
b. Aciuni la podurile de cale ferat conform EN 1991-2
n cele ce urmeaz se prezint aciunile la podurile de cale ferat n
conformitate cu EN 1991-2 Actions on structures - Part 2: Traffic
loads on bridges, seciunea 6.
Aciunile din trafic se definesc prin modele de ncrcri. Modelele
de ncrcri din euronorm nu descriu ncrcri reale; ele au fost
selectate astfel ca efectele lor, cu sporul dinamic luat n
considerare separat, s reprezinte efectele traficului din
exploatare i de perspectiv.
Modele de ncrcare
Se dau trei modele pentru ncrcrile din trafic feroviar:
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 12 / 18
LM 71 reprezint efectul static al traficului feroviar normal
Distribuia ncrcrilor verticale i valorile caracteristice sunt date
n figura 18:
(1) lungime nelimitat
Fig. 18 LM (Load Model) 71
SW/0 i SW/2 Modelul de ncrcare SW/0 reprezint efectul static al
traficului feroviar normal la
podurile cu grinzi continui. Modelul de ncrcare SW/2 reprezint
efectul static al ncrcrii verticale determinat
de traficul feroviar greu. Distribuia ncrcrilor verticale i
valorile caracteristice sunt date n figura 19 i
tabelul 1:
Fig. 18 . Modele de ncrcare SW/0 i SW/2
Tabelul 1 Model de ncrcare
vkq [kN/m]
a [m]
c [m]
SW/0 133 15,0 5,3 SW/2 150 25,0 7,0
Modelul de ncrcare tren nencrcat
Modelul se folosete pentru unele ncrcri specifice; aciunea este
vertical i uniform distribuit, cu o valoare nominal de
10,0kN/m.
Coeficieni dinamici
Coeficientul dinamic ia n considerare efectele amplificrii
dinamice a eforturilor i vibraiilor n structur, dar nu ia n
considerare efectele rezonanei i vibraiile excesive ale
tablierului.
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 13 / 18
Eforturile i deformaiile determinate din aciunea static a
convoaielor de calcul, vor fi afectate de un coeficient dinamic ( 2
sau 3 ), valoarea acestuia depinznd de urmtorii parametri:
frecvena proprie de vibraie a ntregii suprastructuri i
elementelor structurale relevante ale suprastructurii, i formele
proprii de vibraie asociate, n lungul cii;
numrul osiilor, ncrcarea pe osie, distana ntre osii; amortizarea
structural; deschiderea structurii (global), deschiderea
elementului (local); viteza de circulaie pe pod; imperfeciunile
vehiculelor (defecte la roi, la suspensie) i imperfeciunile
verticale ale
cii; caracteristicile dinamice ale cii (balast, traverse
etc).
Valorile coeficienilor dinamici 2 i 3 sunt valabile n urmtoarele
condiii:
viteza de circulaie maxim 220V km/h; frecvena proprie de
oscilaie a structurii se menine n limitele:
- valoarea limit superioar:
748,00 L76,94n =
- valoarea limit inferioar:
L/80n0 = - pentru 4 m
-
ALCTUIREA I CALCULUL PODURILOR DALATE CARE MENIN CONTINUU PRISMA
DE PIATRA SPARTA
Pag. 14 / 18
(1)limita superioar
(2)limita inferioar
Fig. 19 Limitele frecvenelor proprii de vibraie n0, n Hz,
funcie de mrimea deschiderii L, n m
Pentru trenurile reale aflate n exploatare, coeficienii dinamici
se calculeaz cu formulele:
''5.0'11 ++=+ , pentru o cale bine ntreinut; '''11 ++=+ , pentru
o cale cu ntreinere standard,
unde: ' - reprezint efectul podului:
4KK1K
'
+= ;
=
Ln2vK
0
'' - reprezint efectul cii:
+
=
2
10L
2
e180
Ln50e56100
''010
L
v - viteza de circulaie maxim permis a vehiculului [m/s]; 0n -
frecvena proprie a podului nencrcat [Hz]; L - lungimea
caracteristic [m]; - coeficientul vitezei:
>