Для железной дороги, вертикальное давление от подвижного состава принимается равным –
, где v – эквивалентная нагрузка, принимаема по таблице Таблица 5 для λ = a + h, α = 0,5, но не более 19,6К, кН/м;
a – диаметр (ширина) звена по внешнему контуру, м;
h – расстояние от подошвы рельса до верха звена;
2,7 – длина шпалы.
Схема к определению интенсивности вертикального давления дана на рисунке Рисунок 138.
Как видно из сопоставления формул для определения нагрузки от веса засыпки и от временной нагрузки, усилия от веса грунта будут расти с увеличением засыпки, а от временной же нагрузки уменьшаться. Временные нагрузки на железной дороге обычно превосходят нагрузки от грунта, поэтому увеличение высоты насыпи может уменьшить усилие в трубе.
Рисунок 138. Схема к определению интенсивности вертикального давления для железной дороги.
Давление собирается на 1 погонный метр трубы, так что если длина звена (t на рисунке Рисунок 138) не равна 1,0, то найденное давление необходимо умножить на t (в метрах), либо рассчитывать сечение конструкции на длине одного метра.
Горизонтальное давление равно –
Вертикальное давление в этой формуле уменьшается с глубиной и горизонтальное давление тоже будет меняться таким образом.
, где h’ меняется от h до h + a.
Для упрощения расчётов гиперболическую зависимость в предыдущей формуле заменяют линейной, найдя интенсивность давления по низу и по верху трубы или считают его постоянным, приняв h’ = h + a/2.
Приведём расчёт для трубы, приведённой выше –
λ = a + h = 3,17 + 1,5 = 4,67
v = 254,88 кН/м
Горизонтальное давление найдём для верха звена и для низа.
Коэффициент надёжности к вертикальной нагрузке С14 для расчёта звеньев труб равен 1,3 вне зависимости от длины загружения, для горизонтальной – 1,2.
Расчётная и деформированная схема, а также эпюры усилий от таких нагрузок даны на рисунках Рисунок 139-Рисунок 140.
Усилия в сечениях, полученные в этом расчёте, складываются с усилиями от грунта, найденными выше и другими нагрузками (собственный вес трубы), после чего производится расчёт сечений на найденные усилия по модели внецентренно сжатого стержня.
Рисунок 139. Расчётная и деформированная схемы к расчёту звена трубы.
Рисунок 140. Эпюры нормальных сил и моментов в сечениях трубы от железнодорожной нагрузки.
Для автодороги расчёт ведётся только на одиночную нагрузку Н-14. Для вертикального давления –
, где h – расстояние от верха дорожного покрытия до верха звена;
ψ – линейная нагрузка, кН/м. ψ = 186 для Н11 и ψ = 233 для Н14;
a0 – длина участка распределения, м. a0 = 3 м.
Значения ψ и a0, приведённые выше можно использовать только для засыпок толщиной ≥ 1,0м. В противном случае величину давления следует определять с учётом распределения давления в грунте под углом к вертикали arctg 1/2. При ширине колеса Н14 b = 0,8м и нагрузке на колесо (нормативной) P = 9∙K, формула примет вид –
В остальном расчёт проводится аналогично рассмотренному выше. Горизонтальное давление определяется также –
Пример определения усилий для автодороги дан в следующей главе применительно к круглым трубам.