Стратегическое развитие железнодорожного транспорта в РФ до 2030 г. включает два этапа: Первый этап (2008 … 2015 г.г.) - модернизация железнодорожного транспорта. В течение этого этапа будут обеспечены необходимые пропускные способности на основных направлениях перевозок, коренная модернизация существующих объектов инфраструктуры, обеспечение перевозок подвижным составом при исключениии парков с истекшими сроками службы, будут разработаны новые технические требования к технике и технологии, начаты проектно-изыскательские работы и строительство новых железнодорожных линий. В этот период планируется построить более 6400 км новых линий, в том числе линии для высокоскоростного пассажирского движения. Второй этап (2016 - 2030 г.г.) - динамичное расширение сети железных дорог. На данном этапе предусматривается расширение железнодорожной сети и создание инфраструктурных условий для развития новых «точек» экономического роста в стране, выход на мировой уровень технологического и технического развития железнодорожного транспорта и повышение глобальной конкурентоспособности российского железнодорожного транспорта. В это время должны быть построены важнейшие стратегические, социально - значимые и грузообразующие линии общей протяженностью
более 15 800 км.
Стратегией предусмотрены: ввод более 20 000 км новых железнодорожных линий и электрификация около 75 000 км путей; организация транспортного обеспечения 18 перспективных месторождений полезных ископаемых и промышленных зон; создание линий, обеспечивающих движение пассажирских поездов со скоростью до 350 км/ч (к 2030 г. протяженность таких линий составит 1 528 км); обновление подвижного состава (планируется закупить более 23 000 локомотивов, более 900 000 грузовых и около 295000 пассажирских вагонов); повысить плотность железнодорожной сети на 23,8% при полной ликвидации ограничений пропускной и провозной способности).
Объем инвестиций в развитие железнодорожного транспорта РФ до 2030 года составит более 13 трлн. руб. (в ценах 2007 г.). Для реализации Стратегии развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 г. планируется активно использовать механизм государственно-частного партнерства при следующем распределение инвестиций: 40% – строительство новых железнодорожных линий; 31% – развитие существующих объектов инфраструктуры; 29% – обновление подвижного состава.
В качестве дополнительной информации приведем протяжённость сети железных дорог некоторых стран. (Для нашей страны указана общая протяженность железных дорог, включая ведомственные).
Т а б л и ц а 13.1 Протяженность сети железных дорог крупных стран
| Страна | Протяженность сети, тыс. км | Страна | Протяженность сети, тыс. км |
| США | 225,7 | Мексика | 31,0 |
| Россия | 149,0 | Бразилия | 30,5 |
| Китай | 67,5 | Япония | 23,7 |
| Индия | 62,9 | Польша | 23,4 |
| Германия | 40,8 | Украина | 23,4 |
| Канада | 36,1 | ЮАР | 21,4 |
| Австралия | 33,8 | Италия | 19,4 |
| Аргентина | 33,7 | Великобритания | 16,9 |
| Франция | 31,9 | Казахстан | 14,4 |
Опыт Германии
В настоящее время, на высокоскоростных линиях акционерного общества «Германские железные дороги» (DВ АG) приобретают все большее признание рамные бесшарнирные мостовые сооружения со статически неопределимыми схемами пролетных строений (рис. 13.1). Такие конструкции обладают хорошими эксплуатационными качествами и долговечностью, в то же время они не требуют высоких расходов на содержание и эксплуатацию при сохранении эстетической привлекательности.
Одним из примеров здесь может служить путепровод Шеркондеталь через долину Шерконде, общей длиной 576,5м имеющий рамное пролётное строение с одной точкой фиксации на устое (рис. 13.2).
Рисунок 13.1 Рамные статически неопределимые пролётные строения с различными точками анкеровки
Рисунок 13.2 Общий вид путепровода
Очень важным для несущей способности сооружения, а также для выбора технологии бетонирования пролетного строения и опор является сведение к минимуму деформаций от усадки и ползучести бетона, вызываемых последствиями предварительного напряжения и изменения температуры пролетного строения.
Удачными техническими решениями характеризуется конструкция путепровода Унструтталь полной длиной 2668м с путями, расположенными на высоте 50м над уровнем земли в долине. Путепровод является крупнейшим железнодорожным железобетонным предварительно напряженным мостовым сооружением в Европе. Конструкция состоит из четырех неразрезных десятипролетных секций. Длина секции 580м; на этой длине отсутствуют какие-либо стыки и опорные части. В середине каждой секции находится арочный анкерный пролет, в замковом сечении которого арка жестко объединена с коробчатым пролетным строением, что гарантирует его закрепление от перемещений в продольном направлении (рис. 13.3). Расстояния между арками по длине путепровода определяли в зависимости от величины деформации рельса и от конструкции рельсовых скреплений.
Рисунок 13.3 Арочный анкерный (тормозной) пролет путепровода Унструтталь. Разделительная промежуточная опора
Все промежуточные опоры (общим числом 41 шт.) выполнены в виде очень гибких стенок, которые придают балке пролетного строения жесткость в поперечном направлении, однако в продольном направлении они остаются достаточно гибкими при температурных деформациях пролета.
Пролетное строение представляет собой коробчатую железобетонную предварительно напряженную балку. Такую конструкцию до этого уже широко применяли на большом числе мостовых сооружений DB.
Оригинальным примером проектирования и строительства многопролётного сооружения может служить путепровод Гензебахталь, который представляет собой рамную статически неопределимую конструкцию, в которой продольные деформации отдельных секций путепровода ограничили установкой специального анкерного пролета, располагающегося по центру каждой секции (рис. 13.4). Длина путепровода составляет 1012м, высота над землей от 9 до 19м. Рамные секции путепровода имеют длину до 112м, что объясняется желанием уменьшить нагрузку на промежуточные опоры и полностью исключить постановку уравнительных приборов. Возведение конструкции с неразрезной железобетонной плитой под мостовое полотно, непрерывно проходящее над всеми опорами, явилось большим достоинством как в отношении безопасности движения, так и в связи с сокращением объема работ по обслуживанию пути.
Рисунок 13.4 Конструктивная концепция рамного моста, состоящего из нескольких стандартных модулей
Напряжения в рельсах, возникающие от нагрузок при торможении или от силы тяги, в основном зависят от продольной жесткости пролетного строения. Продольная жесткость анкерного (тормозного) пролета обеспечена с учетом специфики работы железобетона в виде тонкостенной диафрагмы, забетонированной между соседними стойками. При этом, стремясь подчеркнуть ажурность конструкции, толщину диафрагмы сделали меньшей, чем диаметр стойки, благодаря чему при взгляде вдоль моста на тормозную опору зритель не видит диафрагму. Вследствие существенных колебаний высоты путепровода над землей тормозные силы, действующие на конструкцию, меняются в широком диапазоне. Для того чтобы попытаться выровнять их воздействие на элементы конструкции, проектировщики регулировали тормозные усилия, меняя расстояния между стойками, которые объединены диафрагмами, в пределах от 10 до 12м (рис. 13.5).
Рисунок 13.5 Объединение стоек промежуточных опор диафрагмами для восприятия поперечных и продольных деформаций пролетного строения
Пролетное строение путепровода выполнено в виде двухбалочной предварительно напряженной железобетонной конструкции для пропуска двух железнодорожных путей. Высота Т-образных балок постоянна и равна 2,08м. Балки монолитно объединены с круглыми железобетонными стойками диаметром 1м на концах неразрезных секций и диаметром 1,1м – в середине секции (рис. 13.6).
Рисунок 13.6 Характерные поперечные сечения путепровода
Опытом применения описанных выше конструкций было доказано, что рамные сооружения со статически неопределимыми пролетными строениями демонстрируют надежную работу даже при сильно изменяемых значениях исходных данных.
Особое значение для железнодорожного моста, предназначенного под высокоскоростную нагрузку, имеет уточнение параметров динамических нагрузок. Для мостов с пролетами длиной более 40м динамическая нагрузка оказывает довольно малое воздействие из-за большой массы и значительной жесткости пролетного строения. Когда же на длине одного большого пролета может разместиться более одного состава, ясно выраженного гармоничного воздействия динамической нагрузки не происходит. С другой стороны, малые пролеты длиной до 25м требуют очень внимательного расчета и проектирования параметров конструкции, чтобы исключить возникновение резонанса при проходе поезда.
Европейские модели высокоскоростных железнодорожных составов, начиная от HSLM А1 и до А10, отличаются одна от другой, в основном, расстоянием между колесными парами. Это приводит к широкому разбросу критических частот возбуждения, необходимых для динамических расчетов. При скоростях, превышающих 250км/ч, этот широкий разброс частот приводит к возникновению опасности резонанса, выходящего из-под контроля, что при меньших скоростях удавалось регулировать, в основном, посредством повышения первой резонансной частоты и неэкономичного и нежелательного увеличения высоты пролетного строения.
Рамные и бесшарнирные мостовые конструкции, в принципе, не представляют собой ничего нового, однако следует признать, что их экономичность, эстетическая привлекательность, функциональность, надежность, живучесть и долговечность очевидны. Такие сооружения не требуют сложных мероприятий по обслуживанию. Несмотря на скромные размеры поперечных сечений их элементов, указанные сооружения имеют высокую жесткость.
На скоростных железных дорогах Германии нашли применение и сооружения других систем. Так, интересным техническим решением является конструкция трехпролетного неразрезного пролетного строения моста через р. Майн в Нантенбахе на двухпутной скоростной линии Ганновер – Вюрцбург по схеме 83,2+208,0+83,2м (рис. 13.7 и 13.8). Пролётное строение моста выполнено с использованием сталежелезобетонной решетчатой системы с ездой поверху, так как здесь намного проще включить плиту в работу пояса, чем при езде понизу.
Интерес к применению решетчатых балок вызван тем, что в отличие от сплошностенчатых стенка здесь представляет собой набор дискретных элементов, работающих на осевые силы, что дает экономию стали. Эффективное включение плиты проезжей части в работу сжатых поясов дает дополнительную экономию; кроме того, железобетонная плита может полностью заменить собой пояса фермы. Такая система более жесткая, чем цельнометаллическая ферма, что позволяет уменьшить расстояния между осями верхнего и нижнего пояса.
Неразрезное пролетное строение моста в Нантенбахе имеет простую треугольную решетку с криволинейным нижним поясом ферм. Помимо устройства в верхнем поясе железобетонной плиты, включенной с ним в совместную работу, в приопорных зонах ферм устроены сталежелезобетонные плиты, усиливающие нижние сжатые пояса главных ферм.
Рисунок 13.7 Общие виды моста через Майн в Нантенбахе (Германия)
Рисунок 13.8 Мост через Майн
а – общая схема; б, в – поперечные сечения в пролете и на средней опоре; г – фрагмент нижнего пояса главной фермы в зоне среднего опорного узла; д – разрез А – А
Опыт Испании
Мост через реку Арройо-Лас-Пьедрас – первый сталежелезобетонный мост, предназначенный для пропуска составов ВСМ в Испании. Пролетное строение представляет собой неразрезную многопролетную балку по схеме: 50,4+17×63,5+44+35м (рис. 13.9). На момент окончания строительства в 2008 году он был рекордным по длине пролетов такого типа. Высота промежуточных опор моста превышает 93м.
В основу проекта пролетного строения сталежелезобетонного виадука под скоростную железную дорогу в Испании положена традиционная конструкция из двух сплошностенчатых балок с приданием им характеристик, близких к тем, которыми обладает стальная коробчатая балка. Эффект объединения металлических балок сборно-монолитной плитой в зонах действия отрицательных изгибающих моментов в данном случае имеет место на всей длине балок пролетного строения, увеличивая его крутильную жесткость, необходимую для восприятия динамических нагрузок конструкцией при проходе по ней подвижного состава, эксцентрично расположенного на одном пути.
Рисунок 13.9 Общие виды и схема моста
Поперечное сечение пролетного строения составляют две сплошностенчатые балки, объединённые сверху железобетонной плитой. На рис. 13.10 показано поперечное сечение пролетного строения в зоне положительного изгибающего момента. Ферма нижних горизонтальных связей отсутствует, она заменена нижней железобетонной плитой в виде сборных плит, уложенных в стык одна к другой по всей длине пролетного строения. Поперечные балки устроены с шагом 2м. Они участвуют в образовании клетки сталежелезобетонной конструкции и способствуют уменьшению собственного веса в результате уменьшения пролета плиты.
Главные несущие элементы металлоконструкций изготовлены из атмосферостойкой стали марки. Данная сталь пригодна для специфических атмосферных условий объекта. Использование углеродистой стали для изготовления элементов поперечных связей позволило снизить стоимость конструкции.
Рисунок 13.10 Поперечное сечение пролетного строения в середине пролета (размеры в метрах):1 – гибкие штыревые упоры; 2 – верхняя монолитная плита; 3 – верхняя сборная плита; 4 – наружные наклонные стальные полосы; 5 – ребро жесткости; 6 – железобетон монолитной продольной полосы; 7 – нижняя сборная плита
Поперечное сечение пролетного строения в зоне действия отрицательного изгибающего момента (рис. 13.11) отличается тем, что поверх тонкой сборной нижней плиты забетонирована дополнительная монолитная плита, которая создает второй ярус объединения в сталежелезобетонную конструкцию. В пролетах длиной 63,5м указанная нижняя монолитная плита имеет длину 13,9м от оси опоры по обе стороны вдоль моста. Толщина нижней плиты меняется в пределах от 0,25 до 0,50м. Монолитная плита объединена с главными балками с помощью штыревых гибких упоров и армирована конструктивной арматурой. Такое решение позволило уменьшить толщину листа нижнего пояса главных балок, в зоне действия отрицательного изгибающего момента до 40мм, что значительно меньше размеров, характерных для классических двухбалочных пролетных строений.
Рисунок 13.11 Поперечное сечение пролетного строения в зоне действия отрицательного изгибающего момента (размеры в метрах): 1 – гибкие штыревые упоры; 2 – верхняя монолитная плита; 3 – верхняя сборная плита; 4 – нижняя монолитная плита; 5 – ребро жесткости; 6 – переменный размер; 7 – нижняя сборная плита
Опыт Южной Кореи
Мостовой переход Кумган расположен на скоростной железнодорожной магистрали Хоман в Южной Корее. Арочная часть моста имеет длину 300м и состоит из центрального пролета 130м и двух боковых по 85м (рис. 13.12).
Рисунок 13.12 Общий вид (визуализация) моста
Балка проезжей части арочных пролетных строений – сталежелезобетонная, промежуточные опоры высотой до 40м – железобетонные.
Арочные пролётные строения запроектированы с использованием арок Нильсена с элементами подвески из канатов. Пролетные строения имеют две плоскости арок, характеризующихся динамической устойчивостью и повышенной жесткостью. Кроме того, благодаря специальной схеме размещения канатов подвески уменьшились прогибы балки проезжей части от подвижной нагрузки. Используя дополнительное решение, состоящее в небольшом сближении плоскостей арок в поперечном сечении по мере их приближения к замку по схеме, напоминающей «ручки корзины», удалось оптимизировать толщину металлического листа коробчатых сечений арки и улучшить обзор для пассажиров поезда, проходящего по мосту.
В проекте предусмотрено пассивное шарнирное закрепление канатов подвески в нижнем поясе арки. Активные анкеры размещены в уровне плиты проезжей части, внутри фасадной коробчатой балки. Это оказалось выигрышным решением в отношении удобства обслуживания и эстетики (рис. 13.12). В качестве подвесок использовали канаты (PWS) из параллельных витых прядей в защитной оболочке, что способствует их лучшему эстетическому восприятию и долговечности.
Рисунок 13.13. Анкеровка подвесок
Железнодорожный мост Конпхо в Южной Корее наряду с железобетонными предварительно напряженными коробчатыми пролётными строениями, в основном пролёте имеет арку с двойной затяжкой, что является новинкой в практике мостостроения (рис. 13.14). Схема пролетных строений арочной части моста 51,20+130,00+51,20=232,40м, при ширине 9,10м (один железнодорожный путь).
Затяжки арочного пролетного строения представляют собой металлическую балочную коробчатую конструкцию. Арки выполнены из монолитного железобетона сплошного сечения и соединены между собой в замковом сечении. Малая ширина балки основной затяжки не может обеспечить пролетному строению достаточную поперечную жесткость, поэтому решение о соединении ребер арки в замке имело целью значительно повысить указанную жесткость.
Рисунок 13.14 Общий вид (визуализация) и схема моста 1 – железобетонное предварительно напряженное коробчатое пролетное строение; 2 – железобетонное предварительно напряженное коробчатое пролетное строение, возводимое методом уравновешенного бетонирования; 3 – арка с двойной затяжкой; 4 – вид сверху; 5 – разрез по оси балки главной затяжки; 6 – железобетонное шпунтовое ограждение; 7 – железобетонный сборный опускной колодец; 8 – продольная ось пролетного строения
Поскольку в традиционной арке с затяжкой отсутствуют горизонтальные реакции от распора, подобную конструкцию в общем случае целесообразно применять для перекрытия больших пролетов с опиранием на слабые грунты. Однако в арочных пролетных строениях с ездой по низу и по середине и с неразрезной балкой проезжей части необходимо учитывать возможное появление отрицательных изгибающих моментов над промежуточными опорами. Введение вторичной затяжки, как это показано на рис. 13.15, б, усложняя конструкцию, позволяет в то же время повысить жесткость системы пролетного строения и сэкономить некоторое количество материалов.
«Арка с двойной затяжкой» обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционной аркой с затяжкой (рис. 13.15, а): конструкция более пригодна для сооружения больших пролетов, потому что повышается жесткость арки; благодаря совершенствованию конструкции улучшается работа боковых пролетов и эффективность всей схемы моста.
а б
Рисунок 13.15 Концепция системы «арка с двойной затяжкой»
С точки зрения статической работы арка с двойной затяжкой дает возможность перекрывать большие пролеты по сравнению с традиционными арками (рис. 13.15). Одновременно эта конструкция обладает новыми эстетическими качествами.
Рисунок 13.16 Конструктивная работа арки с двойной затяжкой
Эффективность пролетного строения в виде арки с двойной затяжкой, в сравнении с традиционной, количественно выражается в следующем:
- сжатие в ребрах арки (1) сокращается на 12%;
- растягивающие усилия в главной затяжке (2) сокращаются на 12%;
- изгибающий момент в боковых пролетах (3) сокращается на 38%;
- прогибы бокового пролета (3) уменьшается на 28%.
Частота собственных колебаний арки с двойной затяжкой увеличивается по сравнению с аркой с одной затяжкой. Благодаря такому повышению динамических характеристик арка с двойной затяжкой начинает удовлетворять требованиям по несущей способности, необходимой для пропуска динамической нагрузки от подвижного состава.
Опыт Китая
Одним из единичных примеров сооружений вантовой системы под высокоскоростное движение является мост Тянксинджоу, расположенный в городе Ухань. По нему через реку Янцзы следует автомобильный транспорт и проложены четыре пути железной дороги. Полная длина железнодорожной части перехода составляет 4657м, а длина автодорожного проезда – 2639м. В составе мостового перехода северная эстакада длиной 2956м, центральная вантовая секция длиной 1092м и южная эстакада подходов длиной 609м.
Для моста были запроектированы двухъярусные пролетные строения в виде сталежелезобетонных балочных ферм (рис. 13.17). Верхний ярус предназначен под автомобильное движение по три полосы в каждом направлении, а на нижнем уложены четыре железнодорожных пути – два для грузовых и два для высокоскоростной линии. С целью снизить величину внутренних напряжений в элементах фермы от многопутной железнодорожной и многополосной автомобильной нагрузок в поперечном сечении пролетного строения разместили три фермы (рисунок 13.17).
Рисунок 13.17 Общий вид моста во время строительства
Рисунок 13.18 Компоновка пролетного строения моста
Вантовая секция моста состоит из пяти пролетов по схеме 98+196+504+196+98м (рис. 13.19). Балка вантового пролетного строения выполнена в виде металлической фермы Гау шириной 31м и высотой 17м.
Рисунок 13.19 Схема вантовой части мостового перехода
Вантовые канаты (общим числом 192), поддерживающие фермы, также размещены в трех плоскостях с рисунком по фасаду в виде веера.
Для исключения отрицательных опорных реакций на крайних и промежуточных капитальных опорах на длине 168м в каждом крайнем пролете устроена железобетонная плита проезжей части, в то время как на центральной части пролетного строения длиной 756м проезд осуществляется по металлической ортотропной плите.
Дата: 2019-11-01, просмотров: 359.
