4. Испытание пролетного строения на статическую нагрузку

Для оценки сохранности жесткостных параметров обследуемой балки было выполнено испытание пролетного строения № 3 на статическую нагрузку. В качестве испытательной нагрузки использовался маневровый тепловоз ТЭМ2УМ (наиболее тяжелая нагрузка, обращающаяся по данному сооружению) примерной массой 120 т (рис. 2). Таким образом, минимальная величина коэффициента загружения обеспечена [3].

Рис. 2. Испытание пролетного строения на статическую нагрузку

Нивелировка низа дефектной балки показала, что ее прогиб в середине пролета от действия испытательной нагрузки составил 4,0 мм. Прогиб неповрежденной балки оказался равным 4,1 мм, что в пределах точности измерений совпадает с прогибом обследуемой балки.

Так как пролетное строение состоит только из двух балок, рельсовый путь проходит по оси сооружения, то при нахождении расчетного прогиба каждую балку можно рассматривать как отдельную шарнирно опертую балку, испытывающую плоский изгиб под нагрузкой 60 т=588,6 кН. Расчетная схема приведена на рис. 3.

Рис. 3. Расчетная схема балки

Расчетные прогибы находятся из решения следующей краевой задачи для обыкновенного дифференциального уравнения:

(1)

где ось x направлена от точки A к точке B, V(x) – прогиб, M(x) – изгибающий момент в сечениях балки, – изгибная жесткость балки [1], =15,8 м – расчетный пролет. Величина расчетного прогиба в середине пролета, найденная из решения задачи (1), составляет 4,3 мм. Сравнение расчетного и опытного прогибов показывает, что поврежденная балка сохранила жесткостные параметры, заложенные при проектировании.

После снятия нагрузки балки приняли исходное положение, что свидетельствует о работе конструкций пролетного строения в упругой области.

5. Оценка несущей способности балки

Для оценки несущей способности балки найдем предельный изгибающий момент, который может воспринять балка с учетом имеющегося дефекта (разрыв одного пучка нижнего ряда рабочей арматуры), и сравним его с максимальным значением изгибающего момента от совместного действия постоянных и временных проектных нагрузок [4, 5, 7].

Расчет выполним по предельным состояниям первой группы (по условию прочности). Значения механических характеристик бетона и арматуры примем по [1, 4, 6], геометрические размеры поперечного сечения с расположением рабочей арматуры – по [1] (рис. 4), значения постоянных и временных нагрузок (класс нагрузки С14) – по [4,6], динамического коэффициента и коэффициентов надежности – по [4,6]. Соответствующие значения приведены в табл. 1, 2.

Рис. 4. Поперечное сечение балки в середине пролета

Таблица 1

Величины постоянных и временных нагрузок

Постоянные нагрузки [1,4,6]
	Интенсивность нагрузки, т/м (кН/м)	Коэффициент надежности
Собственный вес балки	2,6 (25,5)	1,1
Вес балласта с частями пути	2,0 (19,6)	1,3
Временная нагрузка (класс С14)
Нагрузка на одну балку	9,78 (95,94)	1,253
Коэффициент динамичности

Высота балки: h=140 см; ширина полки: b=208 см.

Таблица 2

Механические характеристики материалов

Класс бетона В40 [4,6]
Сжатие осевое, (МПа)	205 (20)
Растяжение осевое, (МПа)	13 (1,25)
Модуль упругости, (МПа)	367000 (36000)
Класс напрягаемой арматуры В-II [1]
Напряжение растяжения при эксплуатации, (МПа)	9800 (961)
Остаточное сжимающее напряжение, (МПа)	4100 (402,2)
Модуль упругости, (МПа)	1800000 (177000)