Нагрузки на автодорожные мосты: схемы АК и НК по ГОСТ 33390

1. Нормативная база и модели нагрузок

Проектирование мостовых сооружений на автомобильных дорогах общего пользования в части временных нагрузок от транспортных средств регламентируется двумя взаимосвязанными нормативными документами: ГОСТ 33390-2015 «Дороги автомобильные общего пользования. Мосты. Нагрузки и воздействия» и ГОСТ 32960-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчётные схемы нагружения». Правила расчёта конструкций мостов по предельным состояниям установлены в СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы» (актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*, с изменениями N 1–5).

Согласно ГОСТ 33390-2015 (п. 5.1.1), предусмотрены три модели временных вертикальных нагрузок от транспортных средств:

Нагрузка СН-1800/200 учитывается при проектировании только в случаях, когда это прямо установлено заданием на проектирование. Основными расчётными моделями для подавляющего большинства мостовых сооружений являются нагрузки АК и НК.

2. Нагрузка АК: схема и параметры

Нагрузка АК моделирует свободный транспортный поток на мосту. Согласно ГОСТ 32960-2014 (п. 3.2), нормативная нагрузка АК включает два компонента:

• Тележка — одна двухосная тележка с нагрузкой на ось P = 10K (кН), где К — класс нагрузки.
• Распределённая нагрузка — равномерно распределённая вдоль полосы движения нагрузка интенсивностью q = K (кН/м).

2.1. Геометрические параметры

2.2. Правила размещения нагрузки АК

Тележка устанавливается в пределах одной полосы нагружения в положение, вызывающее наибольшие усилия в рассчитываемом элементе. Равномерно распределённая нагрузка q размещается по длине загружаемого участка линии влияния с перерывами в местах, где она уменьшает усилие рассматриваемого знака. Число полос нагрузки АК, размещаемых на мосту, не должно превышать установленного числа полос движения.

Расстояния между осями смежных полос нагрузки — не менее 3,0 м. Ось крайней полосы нагрузки — не ближе 1,5 м от края проезжей части или ограждения.

3. Нагрузка НК: схема и параметры

Нагрузка НК моделирует одиночное тяжёлое транспортное средство, следующее по мосту в особом режиме при отсутствии других временных нагрузок. Согласно ГОСТ 32960-2014 (п. 3.6), нормативная нагрузка НК представлена в виде одиночной четырёхосной тележки с нагрузкой на каждую ось P = 18K (кН).

3.1. Геометрические параметры НК

3.2. Ограничения при применении нагрузки НК

ГОСТ 33390-2015 (п. 5.1.5) устанавливает следующие ограничения:

• Нагрузку НК не учитывают совместно с временной нагрузкой на тротуарах.
• Нагрузку НК не учитывают совместно с сейсмическими нагрузками.
• Нагрузку НК не применяют при расчётах конструкций на выносливость.
• При расчётах по второму предельному состоянию (деформации, трещиностойкость) нагрузка НК принимается с понижающим коэффициентом 0,8.

4. Класс нагрузки К и числовые значения для мостов

Класс нагрузки К — безразмерный множитель, определяющий интенсивность нормативных нагрузок АК и НК. Значения класса К установлены ГОСТ 32960-2014 (пп. 3.3 и 3.7).

4.1. Класс нагрузки АК

4.2. Класс нагрузки НК

4.3. Нормативные значения нагрузок при К = 14

Для основного расчётного случая (мостовые сооружения на дорогах всех категорий, К = 14) нормативные значения составляют:

5. Схемы нагружения мостовых сооружений

ГОСТ 32960-2014 (п. 4.4) устанавливает три варианта загружения мостовых сооружений:

При наличии разделительной полосы шириной 3 м и более без ограждений следует учитывать возможность использования разделительной полосы для движения при загружении моста временными нагрузками.

6. Коэффициенты полосности

При многополосном нагружении нагрузкой АК (тележка и распределённая составляющая) учитываются коэффициенты полосности s, отражающие убывание вероятности одновременного полного загружения всех полос (ГОСТ 32960-2014, п. 4.4.3):

Полоса, для которой нагрузка приводит к наиболее неблагоприятным результатам для рассчитываемого элемента, считается первой по значимости и принимается с коэффициентом s₁ = 1,0. Это не обязательно крайняя полоса — для каждого элемента определяется индивидуально.

7. Динамический коэффициент (1+mu)

Временные нагрузки от транспортных средств вводятся в расчёт с динамическим коэффициентом (1+μ), учитывающим динамическое воздействие движущихся транспортных средств на мостовую конструкцию. Величина динамического коэффициента зависит от длины загружения λ и типа конструктивного элемента.

7.1. Определение длины загружения λ

Длина загружения λ — это длина загруженного участка линии влияния, определяющего участие элемента в работе:

• Для разрезных балок — длина пролёта.
• Для неразрезных конструкций — длина положительного (или определяющего) участка линии влияния.
• Для опор — сумма длин загружаемых участков линии влияния опорной реакции.
• Для звеньев труб — ширина звена.

7.2. Динамический коэффициент к нагрузке АК

Для элементов стальных и сталежелезобетонных пролётных строений автодорожных мостов динамический коэффициент к тележке нагрузки АК определяется по формуле (СП 35.13330.2011, п. 6.22):

К равномерно распределённой составляющей нагрузки АК динамический коэффициент принимается равным 1,0 (без динамической добавки).

7.3. Значения динамического коэффициента для характерных длин загружения

7.4. Динамический коэффициент к нагрузке НК

Динамический коэффициент к нагрузке НК существенно ниже, чем к АК, поскольку НК моделирует тяжёлое одиночное транспортное средство, движущееся с ограниченной скоростью. Для основных элементов пролётных строений (1+μ) к НК, как правило, принимается близким к 1,0.

Для элементов деформационных швов, расположенных в уровне проезжей части, ГОСТ 33390-2015 (п. 5.1, формулы 5.4 и 5.5) устанавливает повышенные значения динамического коэффициента.

8. Коэффициенты надёжности по нагрузке

Коэффициенты надёжности по нагрузке γ_f установлены в ГОСТ 32960-2014 (приложение А, п. А.1.1) и применяются при расчётах мостовых конструкций по первому предельному состоянию (прочность, устойчивость):

9. Сочетания нагрузок

Расчёт несущих конструкций мостов выполняется на неблагоприятные сочетания нагрузок по предельным состояниям в соответствии с СП 35.13330.2011 (п. 5.37) и ГОСТ 27751. При одновременном учёте двух или более временных нагрузок расчётные значения умножаются на коэффициенты сочетаний η.

9.1. Коэффициенты сочетаний η

9.2. Нагрузки на тротуары

Нормативная вертикальная нагрузка на тротуарах мостовых сооружений на автомобильных дорогах принимается:

• При отсутствии нагрузки АК: 4,0 кПа.
• При учёте совместно с нагрузкой АК: 3,0 кПа (ГОСТ 32960-2014, п. 3.5).
• Для пешеходных мостов: 4,0 кПа.
• Для служебных проходов: 2,0 кПа.

10. Горизонтальные нагрузки от транспортных средств

Помимо вертикальных нагрузок, ГОСТ 33390-2015 устанавливает горизонтальные воздействия от транспортных средств:

10.1. Поперечная горизонтальная нагрузка (удар)

При К = 14: поперечная распределённая — 5,46 кН/м, сосредоточенная — 82,6 кН. Центробежная сила от нагрузки НК не учитывается.

10.2. Продольная тормозная нагрузка

Нормативная продольная тормозная сила от нагрузки АК принимается равной половине веса тележки, приложенной в уровне верха покрытия. Тормозная нагрузка передаётся на опоры через опорные части и учитывается при расчёте опор и фундаментов.

11. Расчётные значения для балочных пролётных строений

В таблице ниже приведены расчётные значения нагрузок АК и НК при К = 14 для типовых пролётов разрезных балочных мостов с учётом динамических коэффициентов и коэффициентов надёжности (одна полоса, s₁ = 1,0):

Примечание: к нагрузке НК в данной таблице динамический коэффициент принят равным 1,0 (для основных элементов пролётных строений). Для элементов деформационных швов значения будут иные.

12. Пример определения расчётных нагрузок

Рассмотрим определение расчётных нагрузок для разрезного железобетонного балочного пролётного строения L = 24 м, двухполосная проезжая часть.

Шаг 1. Нормативные нагрузки

Шаг 2. Динамический коэффициент (λ = 24 м)

Шаг 3. Коэффициенты надёжности

Шаг 4. Коэффициенты полосности (2 полосы)

Шаг 5. Расчётные нагрузки (АК, 1 предельное состояние)

Шаг 6. Расчётные нагрузки (НК, 1 предельное состояние)

Расчёт выполняется для обоих вариантов загружения (случай 1 — АК, случай 3 — НК), и в проектирование принимается вариант, создающий наибольшие усилия в рассчитываемом элементе.

13. Вопросы и ответы (FAQ)

Чем отличается нагрузка АК от НК?

Нагрузка АК моделирует транспортный поток из автомобилей разного типа и состоит из двухосной тележки (10К кН/ось) и равномерно распределённой нагрузки (К кН/м). Нагрузка НК моделирует одиночное тяжёлое транспортное средство — четырёхосную тележку (18К кН/ось) без распределённой составляющей. НК действует на мосту при отсутствии других временных нагрузок.

Какой класс нагрузки К применяется для мостов?

Для мостовых сооружений и труб на автомобильных дорогах всех категорий класс нагрузки К принимается равным 14 как для АК, так и для НК (ГОСТ 32960-2014, пп. 3.3 и 3.7). Для деревянных мостов К = 11. Для реконструируемых мостов — не менее 11.

Почему база тележки АК для мостов меньше, чем для дорог?

База тележки АК для мостов принята 1,5 м (вместо 2,5 м для дорог), поскольку при расчёте мостовых конструкций необходимо получить наиболее неблагоприятное (сосредоточенное) воздействие, создающее максимальные изгибающие моменты и поперечные силы в элементах конструкции. Меньшая база даёт более сконцентрированную нагрузку.

Как определить динамический коэффициент для конкретного пролёта?

Динамический коэффициент к тележке нагрузки АК для стальных и сталежелезобетонных пролётных строений определяется по формуле: (1+μ) = 1 + 15/(37,5 + λ), где λ — длина загружения линии влияния (для разрезных балок равна пролёту). К распределённой составляющей нагрузки АК динамический коэффициент равен 1,0. К нагрузке НК для основных элементов динамический коэффициент, как правило, близок к 1,0.

Можно ли учитывать нагрузку НК совместно с пешеходной?

Нет. Согласно ГОСТ 33390-2015 (п. 5.1.5), нагрузку НК не учитывают совместно с временной нагрузкой на тротуарах, с сейсмическими нагрузками и при расчётах на выносливость. НК действует при отсутствии на мостовом сооружении других временных нагрузок.

Что такое коэффициенты полосности s и как их применять?

Коэффициенты полосности s учитывают уменьшение вероятности одновременного полного загружения всех полос движения. Для первой (наиболее неблагоприятной) полосы s₁ = 1,0, для второй s₂ = 0,6, для третьей и последующих s₃ = 0,3. Коэффициенты применяются и к тележке, и к распределённой составляющей нагрузки АК.

Какие коэффициенты надёжности применяются к нагрузкам АК и НК?

Согласно ГОСТ 32960-2014 (приложение А): к тележке АК — γ_f = 1,5; к распределённой составляющей АК — γ_f = 1,25; к нагрузке НК — γ_f = 1,1. Различие обусловлено разной изменчивостью нагрузок: тележка АК имеет наибольшую вариабельность (коэффициент вариации около 0,3), НК — наименьшую (контролируемый пропуск).

Нужно ли проверять мост на сдвоенную нагрузку НК?

Да. Согласно примечанию к п. 3.6 ГОСТ 32960-2014, при расчёте мостовых конструкций следует проводить проверку на воздействие двух тележек НК, установленных на расстоянии 12 м между крайними осями соседних тележек, с понижающим коэффициентом 0,75 к нормативной нагрузке каждой тележки.

Какие горизонтальные нагрузки учитываются от транспортных средств?

Учитываются: поперечная горизонтальная нагрузка от ударов транспортных средств (0,39К кН/м распределённая или 5,9К кН сосредоточенная), продольная тормозная нагрузка и центробежная сила (только от АК). Все горизонтальные нагрузки прикладываются в уровне верха покрытия проезжей части. Центробежная сила от нагрузки НК не учитывается.

В чём отличие СП 35.13330 от ГОСТ 33390 в части нагрузок?

ГОСТ 33390-2015 устанавливает требования к нагрузкам и воздействиям на мосты (виды нагрузок, их значения, правила учёта динамических коэффициентов, ветровые и температурные воздействия). ГОСТ 32960-2014 определяет нормативные нагрузки и схемы нагружения. СП 35.13330.2011 — основной свод правил по проектированию мостов и труб, содержащий требования к расчётам по предельным состояниям, конструктивные требования, материалы и конкретные расчётные формулы.

14. Заключение

Нормативные нагрузки АК и НК составляют основу расчёта несущих конструкций автодорожных мостов на действие временных вертикальных нагрузок от транспортных средств. Нагрузка АК (транспортный поток) определяет усилия в элементах при нормальной эксплуатации моста и является основной при расчётах на выносливость и трещиностойкость. Нагрузка НК (одиночное тяжёлое транспортное средство) создаёт наибольшие сосредоточенные усилия и часто определяет расчёт коротких пролётов и элементов плиты проезжей части.

Корректное применение класса нагрузки К = 14, динамических коэффициентов, коэффициентов полосности и надёжности по нагрузке, а также правильный выбор схемы загружения обеспечивают безопасность и долговечность мостовых конструкций при эксплуатации.

Источники

1. ГОСТ 33390-2015 «Дороги автомобильные общего пользования. Мосты. Нагрузки и воздействия».
2. ГОСТ 32960-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчётные схемы нагружения».
3. СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*» (с изменениями N 1–5).
4. СП 46.13330.2012 «Мосты и трубы. Обследование и испытание» (с изменениями N 1–3).
5. ГОСТ 27751-2014 «Надёжность строительных конструкций и оснований. Основные положения» (с изменением N 1).
6. Богданов Г.И. и др. Мосты и сооружения на дорогах: Учебник для вузов. — М.: Транспорт.
7. Лившиц Я.Д. Проектирование железобетонных автодорожных мостов: Учебное пособие. — Киев: Вища школа.
8. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications, 9th Edition, 2020.
9. EN 1991-2:2023 «Eurocode 1: Actions on structures — Part 2: Traffic loads on bridges».