1. Date generale despre lucrările de artă metalice. Istoria dezvoltării construcțiilor podurilor metalice. Problemele și perspectivele construcțiilor de poduri. Noțiuni de bază. Tipuri de pod și elementele lor principale.

42-45 kg/mm2 – 1 MPa

TIPURI DE POD ȘI ELEMENELE LOR PRINCIPALE

Podurile cu suprastructura din oțel pot fi realizate pe grinzi metalice, și anume:

- Poduri pe grinzi metalice cu inimă plină- Grinzi metalice cu zăbrele- Grinzi cu secțiune semi-casetată- Grinzi cu secțiune casetată închisă- Suprastructuri pe arce metalice și cadre metalice

2. Suprastructura podurilor metalice. Alcătuirea și sarcinile de încărcare

1. Alcătuirea suprastructurilor metalice din grinzi cu inimă plină

Suprastructura podurilor metalice cu grinzi cu inimă plină se compune dintr-o rețea de grinzi metalice formată din grinzile căii (platelajul căii) care susțin calea și grinzile principale. În cazul podurilor de cale ferată, calea de rulare poate rezema direct pe elementele structurii de rezistență și indirect când ansamblul șină-traversă este înglobat într-un prismă de piatră spartă susținut fie de o cuvă din beton armat, sau metalică.

La podurile de șosea, calea alcătuită de sistemul rutier se reazeme pe elementele structurii de rezistență prin intermediul unei plăci din beton sau poate fi dispusă direct pe platelajul metalic cu platelaj metalic de tip ortotrop. Podurile metalice cu grinzi cu inimă plină se utilizează cu deschideri între 30 și 50 m pentru poduri de cale ferată și cu deschideri între 80 – 90 m pentru poduri de șosea, în deosebi cu structură mixtă.

Elementul principal de rezistență îl constituie grinzile metalice, a căror formă este de dublu T. Ele pot fi executate sub profile laminate, fig. a, sau pot fi alcătuite cu secțiuni compuse care sunt îmbinate prin nituri și elemente suprarezistente alcătuite din platbande, fig. b, sau prin sudare, fig. c. Pentru poduri se utilizează 2 grinzi principale cu inimă plină, dispuse de o parte și de alta a axei longitudinale a podurilor.

Dimensiunile grinzilor și distanțele la care acestea se dispun în plan sunt stabilite prin calcul, din condițiile de rezistență și stabilitate la răsturnare a suprastructurii. Din punct de vedere a poziționării căii, podurile cu grinzi cu inimă plină pot fi cu cale pe sus, sau cu cale pe jos. Podurile cu cale pe sus se utilizează atât la podurile de cale ferată cât și pentru susținerea comunicațiilor rutiere, acolo unde nu este limitată înălțimea de construcție.

În cazul podurilor rutiere, soluția cu cale pe sus, se adoptă mai ales acolo unde circulația se desfășoară în ambele sensuri și trebuie respectate condițiile de vizibilitate. În cazul podurilor de cale ferată cu cale pe

sus, calea formată de traverse de lemn și șine sunt rezemate direct pe grinzile principale metalice, transmiterea încărcărilor făcându-se direct pe elementele de rezistență.

2. Alcătuirea suprastructurilor metalice din grinzi cu zăbrelePodurile din grinzi cu zăbrele se utilizează pe scară largă, atât în cazul podurilor de cale ferată cât și la cele rutiere, deoarece se pot realiza deschideri mari în comparație cu cele cu inimă plină sau grinzi de beton. Deschiderile pot varia între 40 și 300 m, putând fi chiar și mai mari, atunci când pentru grinzi se adoptă forme speciale. Pentru suprastructura acestor poduri se utilizează ca material de construcție oțelul întrucât elementele structurale pot fi întinse spre comparație cu betonul care nu poate lua astfel de solicitări.

Ca și la podurile cu grinzi, înălțimea grinzilor principale poate fi constantă sau variabilă și se stabilește prin calcul. Există o mare diversitate de forme constructive care se adoptă grinzilor cu zăbrele: cu înălțime constantă și tălpi paralele, având forma trapezoidală (fig. a, b, f, h); dreptunghiulară (fig. c. d); parabolică sau poligonală (fig. e și fig. g). În elevație, grinzile cu zăbrele sunt realizate din element conectate între ele la noduri, barele dispuse pe orizontală formează tălpile superioare, respectiv inferioare ale grinzii; cele verticale se numesc montanți, iar cele înclinate – diagonale. Prinderile barelor la noduri se realizau în trecut cu nituri, dar în prezent se utilizează mijloace de îmbinare de înaltă rezistență sau respectiv sudura.

Sistemul de bare este de cel mai multe ori triunghiular. La deschideri mari, peste 90 m, pentru a menține lungimea panoului de longeroane, în limite rezonabile, se introduce un sistem orizontal de zăbrele suplimentar c în fig. h. Sistemele statice utilizate sunt aceleași ca și la podurile cu grinzi cu inimă plină, cum ar fi grinzi simplu rezemate, grinzi continue, grinzi cu console și articulații tip gherber.

Înălțimea grinzilor principale rezultă din criterii economice și constructive. În cazul grinzilor simplu rezemate cu înălțimea maximă va fi de L/10...L/6, iar în cazul grinzilor continue, înălțimea maximă va fi egală cu Lmax/18 ... Lmax/15. Corespunzător înălțimii grinzilor principale, rezultă și valoarea unghiului de înclinare a diagonalelor, valorile optime fiind cuprinse între 50 – 60 o. Distanța dintre 2 noduri constructive a grinzii se numește panou. Dimensiunea maximă a panoului se stabilește astfel încât să se respecte înclinarea optimă a diagonalelor ș să se obțină dimensiuni economice pentru secțiunile lonjeroanelor și a tălpilor inferioare.

3. Alcătuirea și sarcini de încărcare a podurilor metalice feroviare

3.1. Date normative de bază pentru proiectarea edificiilor. Noțiuni generale despre proiectare. Acțiuni și sarcini de încărcare a podurilor metalice și de cale ferată

Construcții metalice – ГОСТ 2777-88 – ”Construcții laminate pentru elemente metalice”ГОСТ 6713-91 – ”Oțeluri laminate, slab aliate pentru construcția podurilor”

Petru MOGA – ”PODURI METALICE. Ghid de proiectare. Suprastructura podurilor de cale ferată”

La proiectarea podurilor noi sau reconstrucția podurilor existente de cale ferată:

- de îndeplinit cerințele de asigurare a rezistenței de duritate și longitivitatea edificiilor exploatate, de asemenea siguranța și planeitatea mijloacelor de transport, siguranța pietonilor și a muncitorilor pe perioada de execuție și exploatare;

- de prevăzut simplicitatea, confortul și norme de timp înalte la execuția construcției, posibilități de industrializare a construcției pe baza resurselor moderne a mecanismelor și automatizarea industriei de construcție, folosirea deciziilor tipice după caz, folosirea elementelor prefabricate, detaliilor și materialelor ce corespund cerințelor standarde și tehnice;

- este necesar de prevăzut perspectivele dezvoltării transporturilor și rețelelor feroviare, reconstrucția celor existente și construcția edificiilor noi;

- de luat măsuri pentru protecția mediului înconjurător cu respectarea echilibrului ecologic și altor măsuri;

- toate deciziile tehnice primite la proiectarea podurilor noi sunt necesare de executat prin compararea tehnico economică a variantelor de proiectare.

Podurile feroviare cu amplasarea șinelor de cale ferată pot fi: pe cuvă de balast, cu amplasarea prin rezemarea directă a traverselor de suprastructură (fără cuvă de balast), prin rezemarea directă a șinelor de suprastructură. Pentru podurile amplasate fără cuvă de balast este necesar ca ele să fie proiectate în sectoare plane cu declivități nu mai mari de 0,4 %. Amplasarea a astfel de poduri pe declivități mai mare de 0,4% pot fi în stații, depozite sau în curbe, însă ele sunt însoțite de argumentări tehnico economică.

3.2. Cerințele de bază a construcțiilor de poduriMărimile și deschiderile principale ale podurilor și elementelor suprastructurii și ale pilelor le indicăm cu respectarea principiilor de modulare și unificare în construcție. La elaborarea proiectelor tipice la podurile și podețele feroviare este necesar de considerat posibilitatea utilizării lor la construcții capitale sau ca element de schimb pentru construcțiile exploatate.

La deciziile constructive primite pentru proiectarea podurilor mici cu trecerea pe balast, trebuie să fie prevăzută posibilitatea de ridicare a căii în condițiile de reparație și întreținere.

3.3. GabariteleGabaritele construcțiilor de poduri feroviare trebuie să satisfacă cerințele ГОСТ 9238-83. Amplasarea elementelor podurilor asupra nivelurilor apelor, gheții, ape navigabile și alte situații, sunt determinate în funcție de condițiile locale și schema aleasă de pod.

Dimensiunile și creșterile unor elemente a podurilor trebuie să fie executate nu mia mici de condițiiletab. 2 din СНиП 2.05.02-84. Calea la podurile feroviare, este necesar de amenajat pe balast, pe plăci de beton armat sau traverse de lemn, pe elemente cu structuri metalice și posibile structura de standarde a căii podului, însă toate trebuie să fie coordonate cu MINISTERUL DE RAMURĂ.

Pe podurile mici, dar și în celelalte cazuri, amplasate în limitele stațiilor, la curbele în plan și pe calea cu declivități de 0,4 %, de regulă este necesar de amenajat pe balast.

Șinele pe podurile de cale ferată sânt necesare să fie de tip greu nu mai ușoare de tipul R-50 sau nu mai ușoare de tipul șinelor amplasate pe accese. Pe podurile mari și accesele acestora, pe o lungime de cel puțin 200 m pe fiecare direcție este necesar de amplasat șine nu mai ușoare de tip R-65.

Construcția căii podurilor feroviare trebuie să asigure următoarele cerințe:

- Trecerea roților eșaloanelor sau convoaielor feroviare în caz de deraparea lor de pe șine;- Întreținerea și exploatarea căii ferate cu utilizarea elementelor mecanizate;

Cuva de balast a culeei în cazul podului cu balast și deschiderea cu trecerea pe balast trebuie să asigure distribuirea prismei de balast a profilului transversal tipic primit pentru construcția podurilor. Căile fără balast pe plăci sau traverse de beton armat sunt necesar să aibă dimensiuni a lățimii nu mai mici de3,20 m. Traversele podului de lemn trebuie să corespundă ГОСТ 8486-66 să fie cu secțiune de 24x20 cm și de lungime de 3,25 m.

Pe traversele din ambele părți se amenajează parapete de siguranță cu înălțimea nu mai mare de 1,1 m de la suprafața trotuarelor. Parapetele sunt amplasate la toate tipurile de poduri care au lungimi mai mari de 10 m. La podurile unde sunt mai multe căi ferate este necesar de prevăzut trotuare între liniile

de cale ferată. Trotuarele se execută din plăci de beton armat sau metal. La proiectarea căii la accesele de pod este necesar de prevăzut măsuri ce vor împiedica alunecarea căii de pe acces.

Pe căile întreprinderilor ce trec sub trecerile de pod este necesar de amplasat contrașine. Pe căile podurilor în curbe cu raza mai mică de 500 m este neapărat de prevăzut elemente speciale ce vor împiedica lărgirea căii în momentul rulării.

3.4. Sarcini și acțiuniA. SARCINI PERMANENTE

1. Masa proprie a construcției2. Curgerea lentă a betonului, armaturii și altor materiale3. Sarcini de pretensionare4. Presiunea rambleului de acces5. Presiuni hidrostatice6. Sarcini de tasare

B. SARCINI TEMPORARE7. Masa proprie a materialului rulant8. Sarcini provenite de accelerare/frânare9. Sarcini provenite de la forța centrifugă10. Sarcinile de șoc11. Tasarea de la trecerea materialului rulant

C. SARCINI TEMPORARE NATURALE12. Sarcinile provenite de la vânt13. Presiunea gheții14. Acțiunea de la traficul în aval15. Sarcini de temperatură16. Sarcini de construcție17. Sarcini provenite de la umflarea solului la îngheț18. Sarcini seismice

SARCINI PERMANENTE

În normativ, pentru proiectarea podurilor de cale ferată STAS 1489-78 – ”Poduri de cale ferată. Acțiuni” (2004) (EN 1991-2) sunt date relații pentru determinarea greutății căii și a structurii de rezistență a tablierului, pentru republica Moldova СНиП 2.05.03-84.

Greutatea căii La podurile metalice la care calea este așezată direct pe elementele structurii de rezistență fără pat de balast, dar cu traverse de lemn, greutatea căii se va lua de g = 9,00 kN/m. La podurile metalice pe grinzi gemene având șinele pe longrine de lemn fără contrașine, greutatea căii se consideră de g = 5 kN/m.

Greutatea structurii de rezistență Se evaluează la elaborarea proiectului în mod aproximativ, în comparație cu structurile similare existente sau cu ajutorul unor relații empirice, funcție de caracteristicile podului. Greutatea structurii de rezistență a podurilor de cale ferată nituită executate de oțel S235 cu grinzi principale simplu rezemate având calea pe traverse așezate direct pe lonjeron sau pe grinzile principale se poate estima cu ajutorul tab. 2.1-1, h = L/10 – pentru grinzi cu inima plină și h = L/6 – pentru grinzi cu zăbrele. Relațiile din tabel includ și greutatea elementelor de rezistență a trotuarelor de serviciu și sânt determinate pentru grinzi principale având înălțime constantă de mărime:

Tab. 2.1-1

Alcătuirea poduluiConvoi LM71

Lungime, L (m) Greutate, (kN/m)

Grinzi cu inimă plină

SusL≤30 0.44*L+6.5L>30 0.83*L-5.0

josL≤10 0.30*L+15L>10 0.55*L+12.5

Grinzi gemene --- 5<L≤15 0.70*L+8.0

Grinzi cu tablierSus L>30 0.35*L+14

Jos30≥L>20 0.41*L+12.5

L>30 0.26*L+17.0

Sarcinile temporare provenite de la convoiul feroviar și pietoni

Sarcina temporară verticală de la convoiul feroviar (CK) este necesar de considerat cu evidența

dezvoltării mijloacelor de transport feroviar. În formă de sarcini maximale ϑ ,kNm

( tfm

) a căii, primite de

la grupări aparte a încărcărilor concentrate cu masa până la 24,5 kN (2,5K tf) și egale cu sarcina distribuită cu intensitatea de 9,81K kN/m (K tf/m) de cale. Indicele K evidențiază clasa sarcinii determinate pentru care o avem egală:

Pentru construcții capitale K = 14 Pentru poduri din lemn K = 10

Tabelul intensității sarcinii normate ν și regula de încărcare a sarcinii indicate a liniei de influență sunt aduse în tab. 5 cu СНиП 2.05.03-84. Prin aceasta sunt primite indicii următori:

λ−¿ lungimea de încărcare a liniei de influență, m

α=aλ0,5≤19,62kN /m−¿ înălțimea de aplicare a liniei de influență

a – proiecția cea mai mică a distanței de la maximum și minimum liniei de influență, m

Masa sarcinii ce i se revine pentru 1 m de cale este necesar de primit a fi egal cu valoarea ν, însă nu mai mult decât 19,62 kN/m a căii.

Sarcina temporară verticală de la materialul rulant este necesar de primit cu 13,7 kN/m de cale. Sarcina normativă pentru calculul podului și podețelor tubulare de cale ferată a organizațiilor industriale unde este prevăzut trafic destul de greu a eșaloanelor de cale ferată este necesar de prevăzut și fluxul acestor eșaloane. În cazurile indicate mai jos, sarcina CK este necesară de calculat ϵ ≤1 care consideră existența în convoaie numai locomotive și vagoane de perspectivă, de asemenea și lipsa transportatoarelor grele. Sarcina ϵ (CK) este necesară de primit în calcule în felul următor:

- La rezistență construcțiile din beton armat pentru elementele suprastructurii sunt calcule a stărilor limită la fisurare, la acțiunile seismice, la încovoierea suprastructurilor, deplasarea pilelor, pe toate căile încărcate.

Mărimea coeficientului ϵ este necesar de determinat conform tab. 9 (CНиП 2.05.03-84)

Lungimea de încărcare, λ ,m

Mai mic sau egal ca 5 De la 10 la 25 Mai mare sau egal cu 50

Coeficientul ϵ 1,0 0,85 1,0

Dacă , în afară de coeficientul ϵ in calcule se consideră și coeficientul dinamic

1+μsau1+ 23 μ

=¿ϵ<1

În toate calculele pentru elementele sau unele construcții ale podurilor care preiau sarcinile temporare a mai multor căi, sarcina de la materialul rulant pe o singură cale (unde sarcina aduce la rezultate nefavorabile) este necesar de primit coeficientul S1 = 1, adică coeficientul care reglementează sarcina dusă de convoiul feroviar pentru a nu intra în acțiuni colopsabile. De la celelalte căi sarcina se primește cu coeficientul S1 egal pentru:

a. Sarcina ϵCK concomitent se încarcă pe nu mai mult de 3 căi. S1 = 1,0 pentru lungimea de încărcare de până la 15 m. S1 = 1,07 pentru 25 m și mai mult, pentru valorile intermediare rezultatele se iau prin interpolare.

b. Pentru podurile combinate la încărcarea tuturor căilor de cale ferată, sarcina verticală care acționează cel mai puțin de introdus în calcule cu coeficientul adăugător S2 care se determină după formula:

S2=1−0,01 λ ,≥0,75

Unde: λ−¿ lungimea de încărcare a deschiderii de construcții pe care sarcina acționează cel mai puțin.

c. Sarcinile normative orizontale de la presiunea pământului pentru culeele podului acționate de la materialul rulant ce se găsesc în prisma de distrugere se recomandă de primit cu evidența distribuirii ei în sol mai jos de talpa șinei și sub un unghi față de verticală arctg1 /2 și se determină conform anexei nr. 8 СНиП 2.05.03-84. Sarcina pământului de la sarcina materialului rulant al căii ferate va fi:

Pν=ν

2,7+h

ν – intensitatea sarcinii verticale temporare primită după tab. 1, anexa 5, pentru lungimea de încărcare λ=b+h și situația maximă a liniei de influență pentru care

α=0,5…19,6 kN /m

Unde: h – distanța de la talpa șinei până la suprafața acțiunii forței (suprafața elementului de rezistență);

b – lățimea culeei cu o singură cale.

Sarcina transversală orizontală normativă de la forța centrifugă pentru poduri amplasate în curbe este necesar de primit pentru fiecare cale în parte sub formă de sarcină uniform distribuită cu intensitatea ϑ hsau a forței unice concentrate Fh. Valorile acestea este necesar de primit în forma următoare:

a) De la materialul rulant pe podurile feroviare a întregii rețele proiectate pe podurile feroviare:

C14−ϑ h=180rϑ ≤0,15ϑ

r – raza curbei, m

ν – masa sarcinii

b) Pentru materialul rulant a podurilor feroviare destinat organizațiilor industriale:

ϑ h=0,008v tr∙ ϑ

Unde: v t – viteza maximă indicată a fluxului trenului a curbei în cauză.

Înălțimea de amplasare a sarcinilor Vh și Fh (de la capul șinei) este necesar de primit în m:

- Pentru materialul rulant a căii ferate – 2,2 m- Pentru metrou – 2,0 m

Îmbinarea elementelor metalice. Date constructive. Comportarea.