ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

(Сам ГУПС)

 

 

Кафедра «Мосты и транспортные тоннели»

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЛОЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ

СО СПЛОШНОЙ СТЕНКОЙ

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование мостов и труб»

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………….……..4

1. Задание на проектирование и объём проекта….………………....……...5

2. Вариантное проектирование…………………..…..…………………………6

2.1. Технико-экономическое сравнение вариантов………………………...10

2.1.1.Экономический показатель ………………………………..................11

2.1.2. Эксплуатационный показатель …………………………..….............12

2.1.3. Технический показатель ………………………………………………..12

2.1.4. Производственный показатель…………………………………………12

2.1.5. Архитектурный показатель ……………………………….................12

3. Расчёт и конструирование настила (плиты) проезжей части………….13

4. Расчёт и конструирование элементов балочной клетки проезжей

части……………………………………………………………………………….14

5. Расчёт и конструирование несущих элементов пролётного строения.15

5.1. Расчет главной балки пролетного строения …………………………..18

5.1.1. Сбор постоянных нагрузок на балку жесткости…………………….18

5.1.2. Определение коэффициента поперечной установки (КПУ)……… 18

5.1.3. Определение нормативных и расчетных усилий от постоянных

нагрузок …………………………………………………………………………19

5.1.4. Определение нормативных и расчетных усилий от временных нагрузок ………………………………………………………………………………….19

5.1.5. Определение полных внутренних усилий в балке жёсткости от постоянной и временной нагрузок……………………………………………………20

5.2. Определение эффективной ширины поясов балки пролётного

строения…............................................................................................20

5.3. Определение геометрических характеристик приведённого

сечения.................................................................................................20

5.4. Проверка прочности главной балки пролетного строния……………20

5.4.1. Проверка прочности по нормальным напряжениям………………..20

Проверка прочности по касательным напряжениям……………………….21

Проверка прочности стенок балок по приведенным напряжения............22

5.5. Проверка местной устойчивости стенки балки………………………..22

5.5.1. Проверка сжатого отсека стенки балки на устойчивости………….22

5.5.2. Проверка общей устойчивости главной балки..............................24

5.5.3. Определение прогиба главной балки………………………………….25

5.6. Расчет элементов ортотропной плиты по прочности…………………25

5.6.1. Расчет листа настила…….. ……………………..…………………..…26

5.6.2. Расчет продольного ребра ……………………..………………………26

5.6.3. Проверка прочности поперечной балки ортотропной плиты…….26

5.7. Расчет монтажного стыка на высокопрочных болтах………………..27

5.7.1. Расчет монтажного стыка поперечной балки…….........................27

5.7.2. Расчет нижнего пояса монтажного стыка……………………………28

6. Расчёт и конструирование опорных частей……………………………….29

7. Составление пояснительной записки………………………………………………29

8. Выполнение чертежей………………………………………………………………30

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………………………32

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………….……….………… 43

ВВЕДЕНИЕ

 

Металл – наиболее совершенный из материалов, применяемый для постройки современных мостов. Относительно невысокая стоимость, прочность, однородность, качество и возможность использования в конструктивных различных формах сделали металл самым распространённым материалом при строительстве мостов. Благодаря высокой прочности современных строительных сталей, металлические мосты, не смотря на объёмный вес, стали, оказываются наиболее лёгкими, что позволяет использовать металл для перекрытия пролётов, значительно превосходящих пролёты мостов из других материалов.

Существенное преимущество металлических мостов заключается в индустриальности их изготовления и сборки. Все элементы металлических конструкций изготовляют на хорошо оборудованных специализированных заводах. Сборку металлических мостов осуществляют механизированным методом с применением современных кранов и другого оборудования, позволяющих вести монтажные работы быстрыми темпами.

Многие системы металлических мостов могут быть легко собраны навесным способом, установлены на место надвижкой или доставкой на плаву готовых пролетных строений. Это облегчает постройку мостов через глубокие горные лощины и многоводные реки с интенсивным судоходством.

В эксплуатационном отношении металлические мосты значительно лучше деревянных т.к. требуют меньше расходов по содержанию и ремонту, а также отличаются более продолжительным сроком службы. Однако металлические мосты уступают незначительно сроком службы железобетонным мостам.

Большой недостаток металлических мостов – это коррозия металла от действия влаги, сернистых газов и других вредных воздействий. Для защиты от коррозии элементы металлических мостов покрывают специальными стойкими красками. Необходим также постоянный надзор за состоянием металла конструкций в процессе службы моста.

Благодаря прекрасным качествам металла, как материала для строительных конструкций, металлические мосты получили широкое применение во многих странах. Для мостов больших пролетов металл является единственным пригодным материалом. Для мостов средних и даже малых пролетов металл зачастую успешно конкурирует с железобетоном.

Для выбранного варианта моста необходимо произвести:

- расчет главной балки;

- расчет ортотропной плиты проезжей части;

- расчет монтажного стыка поперечной балки.

Также, необходимо произвести сметно-финансовый расчет строительства моста, и наконец, необходимо разработать положения по безопасности технологического процесса и положения по охране окружающей среды при строительстве моста.

В практике сплошностенчатые пролётные строения под автодорожные нагрузки представлены разрезными сталежелезобетонными с полной длиной L_п = 15,0; 24,0 м и с расчётной длиной L_р = 33,0; 42,0 и 63,0 м, неразрезными с неравными пролётами со схемами L_р = (33+42+33) м, L_р = (42+63+42) м, L_р = (63+84+63) м и неразрезными с равными пролётами. Балочные металлические пролётные строения под железнодорожную нагрузку представлены расчётными пролётами L_р = 18,2; 23,0; 27,0 и 33,6 м с ездой по деревянным мостовым брусьям или плитам БМП (плоским железобетонным плитам безбалластного мостового полотна). Для пролётов L_р = 45,0; 55,0 м разработаны и широко применяются сталежелезобетонные пролётные строения с ездой на балласте, с прикреплением железобетонной плиты к балкам высокопрочными болтами с помощью закладных металлических деталей.

В ранжировке напряжённых состояний несущих металлических конструкций на первом месте стоит растяжение – по причине возможности достижения в любом волокне сечения расчётного сопротивления по пределу текучести, на втором – сжатие – из-за необходимости обеспечения устойчивости, далее – растяжение с изгибом и сжатие с изгибом, на последнем – изгиб, но пролётные строения мостов из металлических балок со сплошной стенкой работают именно на изгиб.

Балочные пролётные строения с элементами, работающими на растяжение и сжатие (фермы), в данных методических указаниях не рассматриваются. В мостах под автодорожные нагрузки на дорогах III категории и выше фермы выгоднее сплошностенчатых балок и по расходу стали и по трудоёмкости, начиная с пролётов более 90 м. В этой связи при вариантном проектировании металлического моста под автодорожные нагрузки не следует применять фермы, кроме мостов под железнодорожную нагрузку С14, для которых пролёты 33,0 и 44,0 м перекрывают фермами ввиду их большей жёсткости. По данным [2] вес типового железнодорожного решётчатого пролётного строения при пролёте 44,0 м на 10% меньше, чем с балками со сплошной стенкой, при несколько более высокой стоимости.

В соответствии с [5] сталежелезобетонные автодорожные пролётные строения целесообразно использовать до пролётов 120 ÷ 130 м, а для больших пролётов – стальные с ортотропной плитой проезжей части.

 

1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОБЪЁМ ПРОЕКТА

В соответствии с ФГОС ВПО подготовки специалистов специальности 271.501 (Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей) специализации «Мосты» по дисциплине «Проектирование мостов и труб» студенты выполняют курсовой проект – «Проект моста с металлическими балочными пролётными строениями со сплошной стенкой».

Цель проекта – практическое закрепление теоретических знаний по балочным металлическим мостам, развитие у студентов способности самостоятельного и творческого решения инженерных задач.

Задания на курсовой проект выдаются каждому студенту индивидуально. Заданием предусматривается выполнение проекта в 5 этапов. Исходная информация выдаётся перед вариантным проектированием (этап 1), расчётом и конструированием элементов проезжей части (этап 2), пролётного строения (этап 3), опорных частей (этап 4). При выполнении этапа 5 (составление чертежей элементов пролётного строения) используются расчётно-конструктивные данные этапов 2 ÷ 4. Исходная информация на этапы 2 ÷ 4 выдаётся по мере выполнения предыдущих этапов, после проверки и зачтения требуемых материалов.

Исходные данные к этапу 1, касающиеся поперечного профиля пересекаемой реки и геологических условий, принимаются по табл. 1.1. Уровни воды и ледохода, вертикальные и горизонтальные расстояния профилей принимаются в зависимости от последней цифры номера зачётной книжки.

Выполненный курсовой проект представляется пояснительной запиской объёмом 40÷50 страниц формата А4, двумя листами чертежей формата А1 (594×841 мм) и одним листом формата А2 (594×420 мм).

 

1.1. Исходные данные к построению профилей

Последняя цифра номера зачётной книжки	Вертикальные и горизонтальные расстояния, м	Уровни воды и ледохода, м
А	В	УМВ	УВВ	РСУ	УНЛ	УВЛ
		15,0	0,66	1,02	0,73	0,80	0,89
		14,5	0,65	1,01	0,72	0,79	0,89
		14,0	0,64	1,00	0,71	0,78	0,89
		13,5	0,53	0,98	0,70	0,77	0,90
		13,0	0,51	0,97	0,71	0,76	0,91
		12,5	0,62	0,96	0,72	0,75	0,91
		12,0	0,63	0,95	0,75	0,76	0,92
		11,5	0,64	0,94	0,74	0,77	0,92
		11,0	0,65	0,95	0,75	0,76	0,93
		10,5	0,66	0,96	0,76	0,78	0,92

Примечание: для УМВ, УВВ, РСУ, УНЛ, УВЛ – множитель В.

 

Пояснительная записка должна содержать следующие основные части:

Введение;

1. Природно-климатические условия;

2. Вариантное проектирование;

3. Расчёт и конструирование проезжей части;

4. Расчёт и конструирование пролётного строения;

5. Расчёт и конструирование опорных частей;

Библиографический список.

Основные рекомендации по составлению пояснительной записки приведены в седьмом разделе, а требования к выполнению чертежей и их содержанию изложены в восьмом разделе.

 

ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Цель проектирования – выбор экономически выгодной и технически целесообразной схемы и конструкции моста. С этой точки зрения вариантное проектирование является одной из важнейших частей проекта.

Прежде чем приступить к вариантному проектированию, следует глубоко проработать соответствующий материал по лекционному курсу и литературным источникам [2, 3, 4]. Необходимо хорошо знать различные конструкции балочных металлических мостов, способы их возведения, технико-экономические преимущества и недостатки той или иной конструкции. Только в этом случае можно правильно подойти к разработке вариантов, провести их полноценный критический анализ.

Оценку вариантов моста осуществляют по трём основным факторам: экономическому, техническому и эстетическому. Рассмотрение каждого варианта моста следует проводить с учётом всех факторов, однако, в зависимости от конкретных условий задания тот или иной фактор может выдвигаться на первое место. Так, для городских условий определяющим фактором, влияющим на выбор системы моста, являются эстетические требования. В остальных случаях определяющим фактором является приведённая стоимость моста и лишь в немногих случаях – технические требования.

Следует отметить, что вариантом моста, имеющим право на всестороннее рассмотрение, является не любое возможное решение, а только одно из конкурентоспособных. При выборе первого варианта следует принимать решение, которое проектировщику кажется наиболее приемлемым для рассматриваемого случая. Каждый последующий вариант моста составляется на основе всестороннего анализа предыдущего и разрабатывается с целью получения каких-либо преимуществ: экономических, технических, эксплуатационных и т.п.

Прежде чем приступить к разработке вариантов моста, необходимо тщательно проанализировать геологические и гидрогеологические условия места постройки моста, предъявляемые к нему требования.

Разрезные балочные системы следует применять при неблагоприятных грунтовых условиях, когда возможны значительные осадки опор, а также когда необходимо наиболее упростить возведение моста, применяя типовые пролётные строения и пользуясь простейшими способами их сборки и монтажа.

При благоприятных грунтовых условиях, когда возможно устройство опор на надёжных фундаментах, рационально применение неразрезных систем, обладающих рядом преимуществ по сравнению с разрезными системами, особенно при перекрытии больших пролётов. При неблагоприятных грунтовых условиях и при необходимости перекрытия больших пролётов может оказаться рациональным применение консольной системы.

При выборе схемы моста необходимо рассматривать варианты из различных материалов. Часто рациональным вариантом является такой, при котором в судоходной части перехода назначаются металлические пролётные строения, а на пойменных участках – железобетонные. При этом должны соблюдаться два правила рационального проектирования вариантов: первое – в каждом варианте следует применить не более двух типов пролётных строений; второе – при одном типе пролётного строения следует применить не более двух его типоразмеров.

При разработке вариантов не следует ограничиваться общепринятыми правилами, техническими традициями и известными проверенными решениями. Именно в процессе вариантного проектирования находят новые конструктивные решения, и не следует опасаться того, что они не проверены ни расчётом, ни пробным конструированием, ни практикой эксплуатации. В дальнейшем детальное проектирование выявит достоинства и недостатки нового решения, покажет, как избавиться от этих недостатков и сохранить преимущества.

При вариантном проектировании необходимо предусмотреть также прогрессивные приёмы конструирования, направленные на снижение трудоёмкости и расхода стали: использование сварных конструкций и соединений на высокопрочных болтах, применение сталей повышенной прочности, регулирование напряжений, применение облегчённых конструкций проезжей части и т.д.

Рекомендуется следующий порядок составления вариантов моста:

1. Поле чертежа формата А1 разбивается по высоте на четыре условные полосы: в первых трёх будут размещены чертежи вариантов моста, в четвёртой – план третьего варианта. Условно полагается, что направление течения реки – от проектировщика.

2. Посередине верхней условной полосы в масштабе 1:400 или 1:500 вычерчивается заданный профиль по оси проектируемого моста с нанесением уровней воды и ледохода, а также геологического разреза.

3. В пределах ширины реки по уровню меженных вод (УМВ) выбирается положение судоходных пролётов моста. Судоходные пролёты располагаются в наиболее глубокой части реки.

4. На уровне расчётного судоходного уровня вод (РСУ) назначаются и вычерчиваются контуры взводного и низового подмостовых судоходных габаритов, соответствующие заданному классу реки. Так как план мостового перехода и принято направление течения реки – от проектировщика, то, в соответствии с тем, что на судоходных реках РФ принято правостороннее движение и суда должны расходиться левыми бортами, низовой габарит следует разместить справа.

По размещённым судоходным габаритам намечаются расчётные пролёты конструкций, перекрывающие судоходные пролёты, которые примерно равны

L_р = L₀ + (1,5 ÷ 2,5), м, (1)

где L₀ – пролёт в свету, т.е. расстояние между гранями опор, принимаемое равным длине судоходного габарита либо более неё.

Пролётные строения, перекрывающие судоходные габариты, могут быть приняты такими, как в типовых проектах, с соответствующими расчётными пролётами.

Для низового и взводного направлений ГОСТ 26775-85 предусматривает различные величины пролётов, но по экономическим и производственным условиям судоходные пролёты могут быть приняты равными.

5. Назначаются отметки проезжей части моста в пределах судоходных пролётов (УПЧ), которые равны

УПЧ = РСУ + H + h_с, (2)

где H – высота судоходного габарита; h_с – строительная высота пролётного строения с ездой поверху (табл. 1) [6].

6. Выбирается тип и назначаются размеры опор для пролётных строений, перекрывающих судоходные пролёты.

Размеры верхней части оголовка опор назначаются из условия размещения опорных частей пролётных строений. Обрез фундамента располагается ниже УМВ на 50÷75 см. Размеры фундаментов назначаются в зависимости от опорной реакции с учётом геологических условий, глубины размыва, способов производства работ и других требований.

Ориентировкой в выборе промежуточных опор балочных мостов могут служить опоры, представленные в [6, рис. 12].

7. Вычерчиваются пролётные строения, перекрывающие судоходные пролёты.

Элементы пролётных строений, невыражаемые в принятом масштабе, изображаются линиями. Все остальные элементы должны быть изображены в соответствии с принятым масштабом.

8. Производится разбивка на пролёты пойменных участков отверстия моста. На пойменных участках реки следует применять пролётные строения с ездой поверху, что позволяет уменьшить объёмы кладки опор. С целью уменьшения высот насыпей на подходах к мосту пойменные участки моста можно располагать на уклонах до 2%. При этом подферменные площадки опор должны возвышаться над УВВ не менее чем на 0,25 м. В случае применения балочной разрезной системы на пойменных участках моста наивыгоднейшей длиной пролётных строений является такая, при которой стоимость одной опоры равняется стоимости одного пролётного строения без проезжей части.

Тип опор под пойменные пролётные строения назначается такой же, как и опор под пролётные строения судоходных пролётов.

9. Проектируются сопряжения моста с насыпями подходов. При этом особенное внимание уделяется выбору типов устоев, обсыпке устоев конусами, укреплению оснований конусов и их откосов.

Для сопряжения моста с насыпями применяют переходные плиты. Их длина – 4 м при высоте насыпи до 4 м, 6 м – при высоте насыпи от 4 до 7 м, и 8 м – при высоте насыпи более 7 м. Переходные плиты опираются одним концом на консоль шкафной стенки, другим – на лежень, и делаются горизонтальными при цементобетонной дорожной одежде насыпей подходов. В случае применения асфальтобетона для дорожной одежды расстояние от переходной плиты, в месте опирания её на лежень, до верха дорожной одежды должно составлять не менее 40 см.

При высоте насыпи до 12 м откосы конусов обсыпных устоев должны иметь уклоны не круче 1:1,5, а при высоте насыпей свыше 12 м должны определяться расчётом по устойчивости.

На устоях выбираются два типа шкафных стенок: 1 – прямые с откосными консолями; 2 – П-образные шкафные стенки с заглублением открылков в тело насыпи. В последнем случае открылки устоев должны входить в конус насыпи на 0,75 м при высоте насыпи до 6 м и на 1 м при высоте насыпи свыше 6 м. Земляное полотно на протяжении 10 м у моста устраивается в соответствии с п. 1.67 СНиП 2.05.03-84^* [1] уширенным на 1 м. Переход к нормальной ширине делается плавно на расстоянии 15÷25 м.

Сечение, которым показывается вариант моста, проходит для левой половины варианта перед мостом (фасад) и по продольной оси моста – для правой половины (разрез). На правой половине моста показывают показывают в разрезе и сопряжение моста с насыпью.

10. Под третьим вариантом моста вычерчивается его план. На плане показываются: план проезжей части с тротуарами, план сопряжения моста с насыпью с указанием границ укрепления откосов, план связей, опор и пр.

Для каждого варианта моста вычерчиваются необходимые поперечные разрезы. При двух типах пролётных строений даются поперечные разрезы каждого из них. На всех вариантах моста должны быть указаны длины пролётов и зазоры между ними, толщины опор вверху и на уровне обреза фундаментов, отметки бровки насыпи, низа пролётных строений, подферменных площадок и фундаментов.

На каждом варианте моста показывается сечение реки с уровнями вод, ледохода, судоходства и грунта с геологическими данными, проставляется пикетаж опор.

По каждому варианту с достаточной степенью приближения необходимо определить расход металла и оценить строительную стоимость моста. Материалы этих подсчётов приводятся в пояснительной записке в форме таблицы.

Для балочных металлических пролётных строений вес металла главных балок можно определить по формуле проф. Н.С. Стрелецкого [6]:

 

где – вес металла на 1 пог. м фермы или балки; – расчётный пролёт фермы или балки, м; γ – объёмный вес металла, кг/м³ (7850); – вес проезжей части и тротуаров на 1 пог. м фермы или балки; – эквивалентная нагрузка от всех видов временной нагрузки (автомобили плюс толпа) с учётом коэффициентов поперечной установки, многополосности и динамического коэффициента

= (1+µ) β₀η_авт + 0,4η_т,

где η_авт, η_т – коэффициенты поперечной установки; β₀ – коэффициент многополосности; – эквивалентная нагрузка от одного ряда автомобилей для треугольной линии влияния с вершиной в четверти пролёта; 0,4 – нагрузка от толпы на 1 м² тротуара, т; и – характеристики веса, различные для разных типов пролётных строений (табл. 2.1).

Эквивалентная нагрузка для железнодорожных мостов принимается согласно заданию по прил. 1 [10].

Вес металла складывается из веса балочной клетки, проезжей части и тротуаров, веса главных ферм или балок и веса связей.

2.1. Характеристики веса пролётных строений

Системы пролётных строений	Схема конструкции	Тип поперечного сечения	Основные размеры	Характеристики веса
1. Разрезные балки	Рис. 1, а	Рис. 1, д, г, ж   Рис. 1, д, г, ж	l = 40 ÷ 60 м h =	a b 4,5
2. Неразрезные балки	Двухпро -лётные	Рис. 1, б	l = 50 ÷ 70 м h =	a 4,8 b 3,7
Трёх- и многопролётные	Рис. 1, в,г	l = 40 ÷ 80 м l1 = [0,3 ÷ 1,0] l h = = 100 ÷ 160 м = [0,6 ÷ 0,8] H [1,5 ÷ 3,0]

 

Так как предложенные варианты моста в эксплуатационном отношении примерно равноценны, допустимо сравнить их не по приведённой, а по строительной стоимости. Необходимо учесть также прогрессивность конструкции, удобство эксплуатации и монтажа, долговечность и архитектурные особенности.

К детальному проектированию принимается вариант, имеющий наибольшее количество положительных показателей и утверждённый руководителем. В отдельных случаях руководителем может быть утверждён вариант, уступающий по некоторым показателям, но более интересный для разработки. К расчёту принимается одно из пролётных строений выбранного варианта моста.

Расчёт и конструирование пролётного строения проводится в порядке передачи давления нагрузки от одного элемента к другому, а именно: расчёт настила (плиты) проезжей части моста, расчёт и конструирование элементов балочной клетки проезжей части, расчёт и конструирование главных несущих элементов пролётного строения, расчёт и конструирование опорных частей.

Примеры вариантного проектирования приведены в прил. 4.

После разработки вариантов проектирования необходимо выполнить описание каждого варианта по примеру, приведённому в прил. 5.

2.1 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

В данном разделе проекта производится сравнение вариантов по следующим показателям:

- экономическому;

- эксплуатационному;

- техническому;

- производственному;

- архитектурному.

Сравнение вариантов по экономическому показателю заключается в выборе самого дешёвого. Стоимость вариантов определяется в табличной форме (табл. 2.2). Единичная стоимость в таблицах дана в ценах 1984 года и, чтобы перейти к стоимости текущего года, необходимо стоимость, указанную в таблицах, умножить на коэффициент пересчёта.

В эксплуатационном показателе учитываются: безопасный пропуск по мосту подвижной нагрузки и пешеходов, безопасный пропуск ледохода под мостом и удобства ремонта и осмотра конструкций пролетных строений и опор.

В техническом показателе учитываются: жёсткость, прочность и устойчивость конструкций моста.

В производственном показателе варианты оцениваются с точки зрения максимальной степени готовности, простоты и сокращение сроков сборки.

В архитектурном показателе основным критерием является эстетический вид моста, его вписываемость в окружающий ландшафт.

Экономический показатель

2.2. Объёмы и стоимость по варианту №1 Наименование Ед. изм Кол-во Расц . Стоимость Пролётное…   После определения стоимости всех трёх вариантов, заполняется табл. 2.3.

Эксплуатационный показатель

 

Прежде всего, следует отметить, что все три варианта должны удовлетворять требованию соблюдения габарита приближения конструкций. На удобство пропуска транспорта влияет как изменение типа пролетного строения, так и количество деформационных швов. Необходимо сравнить все три варианта с точки зрения безопасности движения транспорта и пешеходов и с точки зрения плавности проезда. Вариантыдолжны быть также идентичны и с точки зрения безопасного пропуска ледохода. При выборе оптимального варианта необходимо также руководствоваться степенью удобства при осуществлении осмотров всех узлов как главных балок так и ортотропных плит без использования вспомогательной техники и степенью простоты конструкции пролётного строения.

Технический показатель

 

По данному показателю проводится анализ конструктивных схем вариантов.

Производственный показатель

Определяется с точки зрения максимальной степени заводской готовности. Простота и сокращение сроков сборки в каком-либо варианте могут быть явно выражены. Дополнительное время на сборку пролетного строения в некоторых вариантах может затрачиваться на сооружение монолитной железобетонной плиты проезжей части. Так же менее предпочтительны варианты из-за разных конструкций пролетного строения.

Архитектурный показатель

 

Все варианты выполнены по нормам проектирования, являются симметричными, выдерживаются соотношение между размерами, но с точки зрения архитектурного показателя предпочтение отдаётся более эстетичному варианту.

На основании данных технико-экономического анализа составляется сводная таблица (табл. 2.4).

2.4. Сводная таблица результатов технико-экономического сравнения вариантов

Вариант	Экономич.	Эксплуат.	Технич.	Производ.	Архитек.
	- + +	+ - -	+ - +	+ - -	- + -

 

По результатам сравнений делается выбор в пользу одного из вариантов.

 

3. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НАСТИЛА (ПЛИТЫ)

ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ

В автодорожных мостах со сплошностенчатыми балками железобетонные плиты проезжей части при соотношении сторон контура опирания более двух… Кроме изгибающих моментов для середины пролёта плиты, необходимо определить… Определение усилий в плитах, опёртых по контуру, и в плитах, опёртых двумя сторонами, но работающих с пролётом вдоль…

БАЛОЧНОЙ КЛЕТКИ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ

В коробчатых автодорожных мостах конструкцию ортотропной плиты проезжей части следует проектировать одноярусной, состоящей из листа настила,… Стенки продольных и поперечных рёбер должны иметь толщину не менее 12 мм. При… Монтажные стыки листа настила верхней ортотропной плиты следует, как правило, проектировать сварными. Монтажные стыки…

От временных нагрузок

Ординаты под колёсами нагрузок с линий влияния от каждого вида нагрузки сводятся в таблицы (табл. 5.4, 5.5, 5.6). 5.4. Ординаты под колесами нагрузок с линий влияния Линии влияния Нагрузка Ординаты л.в. …

Определение полных внутренних усилий в балке жесткости

От постоянной и временной нагрузок

 

Полные внутренние усилия определяются:

S^н = S^н_пост+ S^н_врем – нормативное значение усилий в балке жесткости;

S^р = S^р_пост+ S^р_врем – расчетное значение усилий в балке жесткости.

Определённые суммарные нормальные и расчётные усилия сводятся в таблицу.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ШИРИНЫ ПОЯСОВ БАЛКИ

ПРОЛЁТНОГО СТРОЕНИЯ

 

Коробчатое сечение главной балки приводится к равновеликому двутавровому сечению, при этом эффективную ширину поясов определяем по формуле

b_ef = Σνb_i. (6)

Разбиваем коробку на характерные участки. Значение редукционных коэффициентов – ν принимают по [1] в зависимости от положения сечения, коэффициента ортотропности, ширины пояса и наибольшего значения расчётного пролёта.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРИВЕДЁННОГО СЕЧЕНИЯ

 

Для всех указанных сечений вычерчиваются приведённые сечения главной балки, для которых определяются следующие геометрические характеристики:

- площадь поперечного сечения А₀;

- расстояние от оси 0-0 до центра тяжести сечения Y_ц.т.;

- момент инерции главной балкив середине пролёта I_с;

- момент сопротивления для расчета верхнего растянутого пояса: где z_в – расстояние от нижней грани нижнего пояса до нейтральной оси приведённого сечения;

- момент сопротивления для расчета нижнего сжатого пояса: где z_н – расстояние от верхней грани верхнего пояса до нейтральной оси приведённого сечения;

- минимальный и максимальный статические моменты отсеченной части сечения.

ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ГЛАВНОЙ БАЛКИ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ

Производятся три проверки прочности: по нормальным, по касательным и по приведенным напряжениям.

Проверка прочности по нормальным напряжениям

, (6) где – наибольший расчетный изгибающий момент в сечении; – момент…

Проверка прочности по касательным напряжениям

  5.4.3. Проверка прочности стенок балки по приведённым напряжениям

ПРОВЕРКА БАЛКИ НА МЕСТНУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ

Проверка сжатого отсека стенки балки на устойчивость

Производим расчет на местную устойчивость верхнего отсека балки, расположенного в середине пролета между сжатым поясом и продольным ребром…    

Проверка общей устойчивости главной балки

Общая устойчивость балки зависит от соотношения между растянутыми узлами связи l_ef и ширины сжатого пояса b_f.

 

Рис. 5.4. Схема к расчету на общую устойчивость

Если , то считают, что устойчивость обеспечена;

Если , то требуется проверка на устойчивость.

Определение прогиба главной балки

Расчет производится по II-му предельному состоянию.

Прогиб определяется от временных нормативных по формуле:

 

где L_p – расчетный пролет, м; Е = 2.06·10⁵ МПа – модуль упругости стали; I – момент инерции приведённого сечения балки в середине пролёта, м⁴; р^ʹ – эквивалентная нагрузка в рассматриваемом пролёте; для железнодорожных мостов принимается по [11], для автодорожных мостов определяется по формуле:

 

 

 

кНм. (25)

Полученный фактический прогиб не должен превышать допустимого для неразрезного пролетного строения, который определяют по формуле:

 

 

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ОРТОТРОПНОЙ ПЛИТЫ ПО ПРОЧНОСТИ

Точный расчёт ортотропной плиты связан с решением дифференциальных уравнений и представляет значительную сложность, поэтому в инженерных расчётах используют упрощённую методику, разбивая весь расчёт на расчёт трёх элементов: листа настила, продольного ребра и поперечной балки.

Расчет листа настила

Толщину листа настила определяем исходя из 4-х факторов:

- из условия совместной работы листа и покрытия проезжей части;

- из условия прочности листа как неразрезной балки на жёстких опорах при её работе между двумя смежными продольными рёбрами;

- из условия прочности листа как неразрезной балки на упругих опорах при её работе между двумя смежными продольными рёбрами;

- учитываются требования технологии изготовления ортотропных плит.

Минимальная толщина настила по условиям технологии изготовления – 12 мм.

Расчет продольного ребра

  Рис. 5.5. Расчетная схема продольного ребра Проверку прочности растянутого при изгибе ортотропной плиты крайнего нижнего волокна продольного ребра выполняют в…

Проверка прочности поперечной балки ортотропной плиты

Проверку прочности крайнего нижнего волокна поперечной балки следует выполнять в сечении посредине ее пролета по формуле:

 

РАСЧЕТ МОНТАЖНОГО СТЫКА НА ВЫСОКОПРОЧНЫХ БОЛТАХ

5.7.1. Расчёт монтажного стыка поперечной балки

К расчёту принимаем поперечную балку, рассматривая её как разрезную балку на жёстких опорах.

Определяем опорные реакции, возникающие от загружения поперечной балки подвижными нагрузками.

Значения перерезывающей силы, возникающей от данных нагрузок в опорном сечении, определяется по формулам:

 

 

где ω – площадь линии влияния, q_св – вес поперечной балки с учётом покрытия.

Рис. 5.6. Схема к определению перерезывающей силы в стыке

поперечной балки автодорожного моста

Изгибающий момент M_d и перерезывающую силу Q_d принимаем, учитывая наиболее невыгодное сочетание нагрузок.

Определяем и по формулам:

 

где W^В, W^Н – статические моменты инерции верхней и нижней частей поперечной балки относительно нейтральной оси, м³; J_{п б.} – момент инерции поперечной балки, м⁴.

Изгибающий момент M_d распределяется между поясами и стенкой пропорционально их моментам инерции.

 

где A_w – площадь сечения стенки балки, м²; Δ² – расстояние между моментом инерции поперечной балки и моментом инерции стенки балки.

Момент, действующий в сечении, определяется по формуле:

кНм. (35)

Усилие натяжения болта определяется по формуле:

 

где R_вh = 0,7·R_вип – усилие болта растяжению, МПа; R_вип – наименьшее временное сопротивление ВПБ разрыву (1100 Мпа); А_вh – площадь сечения болта Ø22 мм – 254 мм²; М_вh – коэффициент условия работы (0,95).

Усилие, воспринимаемое одним болтоконтактом, определяется по формуле:

 

 

где μ – коэффициент трения для стали при пескоструйной обработке, μ = 0,58 (таблица 57 [1]); i_вh = 1,068 –коэффициент надёжности, принимаемый по таблице 83 [1].

Усилие от перерезывающей силы определяется по формуле:

 

где n-число болтов в полунакладке.

Усилие от изгибающего момента определяется по формуле:

 

 

где y_max – расстояние от нейтральной оси балки до наиболее удалённого ряда болтов, м; Σy_i – расстояние от каждого ряда болтов до нейтральной оси поперечной балки.

Общее усилие от действия момента M_w и перерезывающей силы Q_d определяется по формуле:

 

 

Проверка прочности монтажного стыка производится по формуле:

 

 

 

где n – число площадок трения, 2шт.

 

5.7.2. Расчёт нижнего пояса монтажного стыка

 

Усилие, возникающее в нижнем поясе поперечной балки, определяется по формуле:

 

где y_f – расстояние от центра тяжести нижнего листа поперечной балки до нейтральной оси, м; A_f – площадь сечения листа пояса, м².

Количество болтов в полунакладке нижнего пояса определяется по формуле:

 

 

6. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ ЧАСТЕЙ

 

В проекте необходима разработка конструкции и проверка расчётом опорных частей: подвижной и неподвижной. При расчёте подвижной опорной части необходимо определить радиус цилиндрической поверхности катков (секторов) при касании их с плоскими поверхностями опорных плит, высоту катков (секторов) по диаметральному сжатию, определить из расчёта на смятие диаметр цапфы, найти размеры опорных плит. При расчёте неподвижной опорной части достаточно определить размеры опорной площадки нижнего балансира.

Продольную нагрузку на неподвижные опорные части от торможения или сил тяги подвижного состава следует принимать согласно п. 2.20 [1], продольное усилие в подвижных опорных частях от трения оценивают по п. 2.28 [1], расчёт опорных частей осуществляют в соответствии с пп. 4.109…4.111 [1], а их конструирование ─ по пп. 4.187…4.190 [1]. В частности, балочные пролётные строения металлических мостов с пролётами более 25 м должны иметь подвижные опорные части шарнирно-каткового или секторного типа, а при расстоянии между крайними балками свыше 15 м необходимо обеспечивать поперечную подвижность опорных частей.

 

СОСТАВЛЕНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

В первом разделе пояснительной записки даётся характеристика природно-климатических условий района строительства. Для места строительства из СНиП… В первом разделе записки приводят также краткий анализ геологических и… Во втором разделе даётся описание принятой схемы и конструкций пролётных строений и опор моста по варианту 1.

СОСТАВЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На листах чертежей должно быть представлено следующее. На первом листе вычерчиваются в масштабе 1:400 или 1:500 три варианта моста с планом третьего… На втором листе вычерчиваются фасад или продольный разрез, план и поперечное… На третьем листе помещаются деталировочные чертежи элементов пролётного строения в зависимости от его типа:…

Вариант №1

Вариантом представлен металлический балочный мост с ортотропной плитой проезжей части. Система моста неразрезная. Схема разбивки на пролеты: 84+2×105+84 м. Полная длина моста равна 378 м.

 

Рис.1. Схема моста по варианту №1

Вариант №2

Вариантом представлен металлический балочный мост с ортотропной плитой проезжей части. Система моста разрезная. Схема разбивки на пролеты: 4×42+63+4×42 м. Полная длина моста равна 399 м.

 

Рис.2. Схема моста по варианту №2

Вариант №3

Вариантом представлен сталежелезобетонный мост, разрезной системы. Схема разбивки на пролеты: 42+5×63+42 м. Полная длина моста равна 399 м.

 

Рис.3. Схема моста по варианту №3

 

Вариант №4

Вариантом представлен разрезной мост комбинированной системы (металлическая ферма с жестким нижним поясом и СТЖБ балки пролетного строения). Схема разбивки на пролеты: 2×33+3×84+2×33 м. Полная длина моста равна 384 м.

 

Рис.4. Схема моста по варианту №4

 

Вариант №5

Вариантом представлен мост, конструкция которого представляет собой металлическую ферму с параллельными поясами. Система моста разрезная. Схема разбивки на пролеты: 84+2×105+84 м. Полная длина моста равна 378 м.

 

Рис.5. Схема моста по варианту №5

 

Вариант №6

Вариантом представлен железобетонный мост коробчатой системы. Система моста неразрезная. Схема разбивки на пролеты: 2×42+4×63+2×42 м. Полная длина моста равна 420 м.

 

 

Рис.6. Схема моста по варианту №6

Вариант №7

Вариантом представлен мост разрезной системы. Используются пролетные строения двух типов: СТЖБ и железобетонные балки. Схема разбивки на пролеты: 3×33+3×63+3×33 м. Полная длина моста равна 387 м.

 

Рис.7. Схема моста по варианту №7

 

Вариант №8

Вариантом представлен металлический балочный мост с ортотропной плитой проезжей части. Система моста неразрезная. Схема разбивки на пролеты: 126+147+126 м. Полная длина моста равна 399 м.

 

Рис.8. Схема моста по варианту №8

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 5.Пример описания одного из вариантов моста

 

Металлический мост с ортотропной плитой проезжей части, система моста неразрезная. Схема разбивки на пролеты: 84+2×105+84 м.

Отметка ездового полотна: ЕП = 115,5+9,5+0,5+3,6+0,07 = 129,17 м.

Полная длина моста (по концам открылков) – 388 м.

 

 

Рис. 1. Поперечное сечение пролетного строения по варианту №1

Конструкция пролётного строения

Пролётное строение представлено в виде цельнометаллической коробчатой балки высотой 3,6 м, состоящей из двух наклонных стенок, а также верхней и нижней ортотропной плиты. Марка стали для конструкции моста принимается 15ХСНД. Стенки главной балки имеют переменную толщину: в середине пролета - 14 мм; на опоре - 20 мм. Для обеспечения местной устойчивости стенок балок их усиливают тремя продольными рёбрами по всей длине моста, которые изготовляются из полосовой стали 200´14 мм. Также необходима установка поперечных ребер 400´14 мм вдоль пролёта через 1,5 м. Верхняя ортотропная плита состоит из покрывающего листа толщиной 12 мм, продольных и поперечных рёбер жесткости. Продольные рёбра проходят непрерывно по всей длине сооружения и имеют размеры 200´14 мм, шаг между продольными рёбрами 300 мм. Продольные рёбра представлены в виде полосовой стали, приваренной к листу настила. Поперечная балка имеет перевёрнутое тавровое сечение, высота балки 700 мм, толщина 14 мм и ширина полки 300 мм. Поперечные балки устанавливаются вдоль моста через 3 м. Нижняя ортотропная плита состоит из листа настила переменного по толщине: в пролёте - 20 мм, на опоре - 30 мм. Продольные рёбра выполняются из полосовой стали 200´20 мм с шагом рёбер 500 мм и поперечных рёбер 400´14 мм, с шагом 1,5 м. Пролётное строение собирается из блоков ортотропных плит длиной 10,5 м и шириной от 1250 - 2500 мм. Для обеспечения жёсткости и неизменяемости конструкции по длине пролёта, через 6 м устраиваются поперечные связи из сдвоенных элементов уголкового профиля 200´200´10 мм, а в опорном сечении устраивается диафрагма.

Бордюрное ограждение

Бордюрное ограждение принимается полужёсткое, состоит из стоек и горизонтального элемента.

Рис.2. Бордюрное ограждение полужёсткое: 1 - стойка, 2 - буферная подкладка, 3 - профилированная планка, 4 - опорная пластинка, 5 - закладная пластинка, 6 - поручень

Стойки выполняются из прокатного двутавра №14, шаг расстановки стоек 3 м. Горизонтальный элемент в виде профилированной стальной пластинки толщиной 3 мм и шириной 350 мм устанавливается непрерывно по всей длине моста.

 

Перильное ограждение

Перильное ограждение запроектировано металлическое и включает в себя: поручень, стойки, горизонтальное заполнение. Все элементы ограждения изготовлены из трубок прямоугольного очертания. Высота ограждения 1100 мм.

 

Рис.3. Перильное ограждение

Водоотвод

Отвод воды с покрытия проезжей части осуществляется приданием поперечного уклона проезжей части 20‰. Удаление воды с поверхности осуществляется через водоотводные трубки расположенные через 6 м вдоль моста и лотки.

 

Деформационный шов

Для металлических пролётных строений принимается деформационный шов MAURER-Swivel Joist (односторонний). Принимается два деформационных шва, установленные в начале и конце моста.

Температурное перемещение вдоль оси моста определяется по формуле

,

где м – длина моста; – изменение температуры за год, – коэффициент температурного расширения.

Следовательно, принимаются два деформационных шва типа DS240.

 

Таблица 1

Характеристика деформационного шва DS240

Тип	Раскрытие в мм	Вес, кг/м	Размеры в мм	Размеры шва мм
Ниши	Зазор между пролетами
h	t	fmin	fmax	b	amin	amax
DS 240

 

Опорные части

Применяются шаровые сегментные опорные части марки ШСОЧ-Н, изготовляемые ОАО «Волгомост».

Эти опорные части предназначены для применения в автодорожных и городских мостовых сооружениях в районах строительства с расчетными температурами не выше плюс 50°С и не ниже минус 50°С.

В качестве элементов скольжения в этих опорных частях используют фторопласт и полированную нержавеющую сталь, для сферической поверхности скольжения – фторопласт и полированное твёрдохромированное покрытие.

 

 

Рис.4. Конструкция сегментной шаровой неподвижной

опорной части ШСОЧ фирмы ОАО «Волгомост»

 

 

Рис.5. Конструкция сегментной шаровой подвижной опорной

части ШСОЧ фирмы ОАО «Волгомост»

 

 

Рис.6. Конструкция сегментной шаровой опорной части ШСОЧ-Н

фирмы ОАО «Волгомост»: 1 – нижний балансир; 2 – верхний балансир (шаровой сегмент);

3 – скользящая плита с кольцевым фиксатором; 4 – фторопластовый диск;

5 – ушки для транспортных болтов; 6 – транспортный болт;

7 – гнездо для крепления такелажных деталей; 8 – гнездо для визирной шпильки;

9 – футляр; 10 – проклодная плита; 11 – слезник;

12 – болты крепления нижнего балансира к прокладной плите.

Гидроизоляция и дорожное покрытие проезжей части

Толщина покрытия проезжей части - 7 см, тротуаров - 4 см.

Таблица 2

Дорожное покрытие проезжей части

Литой асфальтобетон 16/80 кг/м2 + черный щебень

Литой асфальтобетон 12/50 кг/м2 + черный щебень

Подгрунтовка и оклеичная гидроизоляция 50 кг/м2

Антикоррозийное покрытие, расход 3 кг/м2

Ортотропная плита

 

 

Таблица 3

Дорожное покрытие тротуаров

Литой асфальтобетон + черный щебень

Подгрунтовка и оклеичная гидроизоляция

Антикоррозийное покрытие Ортотропная плита

Конструкция промежуточных опор

Запроектирован свайный фундамент с высоким ростверком. В качестве свай принимается шесть буростолбов ø 1,5 м. Столбы имеют на конце уширенную пяту ø 3,0 м. Сваи жестко заделываются в плиту ростверка на 1,5 м. Буростолбы заглубляются в грунт на 25 м. Буровой столб состоит из арматурного каркаса (стержней периодического профиля: продольная арматура ø 30 мм, спираль ø 10 мм) и бетонной смеси (бетон В30). Ростверк сооружается монолитным (бетон В25) и имеет фигуру шестигранника с закругленными углами, основные размеры 15,9´8,9´3,5 м. Надростверковая часть имеет размеры 10´4,4´1,0 м. Тело опор представлено в виде двух сборно-монолитных столбов круглого очертания, бетон тела опоры В20. Расстояние между столбами в осях 4,55 м.

Конструкция береговых опор

Запроектирован обсыпной устой козлового типа со сплошными вертикальными стенками. В качестве фундамента принимаются восемь буростолбов. Сваи заглубляются в грунт на 20 м, диаметр каждой сваи 1,5 м. Буровой столб состоит из арматурного каркаса из стержней периодического профиля (продольная арматура ø 30 мм, спираль ø 10 мм) и бетонной смеси (бетон В30). Ростверк сооружается железобетонным (бетон В25) в виде прямоугольника 15,0´5,6´2,5 м, для армирования ростверка используется арматура ø 30 мм и ø16 мм, в плите ростверка устраиваются гнезда, в которые устанавливаются вертикальные стойки. Стойки сооружаются из монолитного железобетона (бетон В25) и арматурного каркаса (арматура ø 30 мм и ø16 мм.). Стойки по верху объединяются между собой с помощью ригеля, в котором предусмотрены технологические отверстия, где стойки объединяются арматурой и омоноличиваются бетоном.

Сопряжение моста с насыпью

Сопряжение осуществляется с помощью переходных плит, сооружаемых на подходной насыпи. Переходные плиты изготовляются из железобетона с размерами 7,0´0,98´0,15 м, в поперечном сечении устраивается восемь плит опертых на стенку промежуточной опоры.

 

 

Рис. 3.7. Сопряжение моста с насыпью

 

Укрепление откосов насыпи

В качестве укреплений принимаются железобетонные плиты омоноличенные по контуру. Плиты изготовляются из предварительно напряжённого железобетона (гидротехнический бетон марки В25 и стальная арматура в виде стальных сеток, и напрягаемых стержней из стали марки 35ГС). Размеры плит 3,0´2,5´0,15 м. Плиты укладываются на трехслойный ленточный фильтр (крупный щебень, мелкий щебень, крупный песок) толщиной 45 см. Укрепление сопрягается с неукрепленным дном с помощью рисбермы в виде каменной призмы с монолитным бетонным упором.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

2. Проектирование металлических мостов / А.А. Петропавловский [и др.]. – М.: Транспорт, 1982. – 320 с. 3. Гибшман Е.Е. Проектирование металлических мостов / Е.Е. Гибшман. – М.:… 4. Металлические мосты / К.Г. Протасов [и др.]. – М.: Транспорт, 1973. – 352 с.