3980
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Мосты и строительные конструкции»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВ И ТРУБ
(ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ МОСТЫ)
Методические указания к выполнению курсовой работы
для обучающихся по специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог,
мостов и транспортных тоннелей» специализации «Мосты»
очной и заочной форм обучения
Составитель: И.Е. Сеськин
Самара
2016
1
УДК 624.21
Проектирование мостов и труб (железобетонные железнодорожные мосты) :
методические указания к выполнению курсовой работы для обучающихся по
специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»
специализации «Мосты» очной и заочной форм обучения / составитель И.Е. Сеськин. –
Самара : СамГУПС, 2016. – 59 с.
Методические указания составлены в соответствии с программой курса
«Проектирование мостов и труб» и предназначены для студентов очной и заочной форм
обучения с целью закрепления знаний, полученных на лекциях и приобретения навыков
проектирования мостов.
Утверждены на заседании кафедры «Мосты и строительные конструкции»,
протокол №7 от 25 февраля 2016 г.
Печатаются по решению реакционно-издательского совета университета.
Составитель Иван Ефимович Сеськин
Рецензенты: д.т.н., профессор СамГАСУ Б.Г. Иванов;
к.т.н., доцент СамГУПС С. В. Соколова
Под редакцией составителя
Подписано в печать 13.04.2016. Формат 60х90 1/16.
Усл. печ. л. 3,69. Заказ 31.
© Самарский государственный университет путей сообщения, 2016
2
ВВЕДЕНИЕ
Освоению курса «Проектирование мостов и труб» предшествует изучение
дисциплин: «Сопротивление материалов», «Строительная механика», «Строительные
конструкции», «Архитектура транспортных сооружений», «Основания и фундаменты».
Таким образом, методические указания закрепляют знания, полученные на лекционном
курсе.
Цель освоения дисциплины состоит в подготовке специалистов путей сообщения в
соответствии с учебным планом специальности «Строительство железных дорог, мостов
и транспортных тоннелей» специализации «Мосты». При изучении формируется
компетенция обучающегося ПК-3.3: способность выполнить проект плана профиля
мостового перехода с учетом топографических, инженерно-геологических, инженерногидрологических условий, с обеспечением экологической безопасности.
В результате освоения дисциплины студент должен
знать: особенности проектирования плана и профиля мостов, путепроводов,
эстакад; особенности мостовых конструкций и способов их сооружения; современные
технологические схемы сооружения мостов;
уметь: запроектировать план и профиль мостового перехода; разрабатывать
отдельные узлы и конструкцию мостов в целом; разрабатывать технологические схемы
на строительство новых, капитальный ремонт и реконструкцию эксплуатируемых
мостовых сооружений;
владеть: методами работы с геодезическим оборудованием при проектировании
плана и профиля мостового сооружения на месте строительства; приемами выполнения
различных технологических операций по сооружению, ремонту и реконструкции мостов;
методикой определения грузоподъёмности мостов, приемами по обеспечения
технического обслуживания эксплуатируемых мостов.
Знания, полученные при изучении указанного курса, в последующем будут
использованы при освоении дисциплин: «Содержание и реконструкция мостов и
тоннелей», «Надежность мостов».
3
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
В курсовой работе следует составить проект железобетонного моста под
однопутную железную дорогу через несудоходную реку. Река имеет спокойное течение и
устойчивое русло. Первая подвижка льда происходит на уровне меженных вод.
Наивысший уровень ледохода совпадает с уровнем высоких вод. Мост расположен на
прямом и горизонтальном участке железной дороги.
Курсовая работа выполняется в соответствии с исходными данными,
приведенными в табл. 1, 2 и 3. При этом данные из таблицы 1 следует принимать по
последней цифре шифра, из второй – по предпоследней и из третьей по варианту
профиля, приведенного в табл.1.
Таблица 1
Исходные данные для составления вариантов моста
Наименование данных
Вариант профиля мостового перехода
Отверстие моста, м
Коэффициент размыва русла
Толщина льда, м
0
1
50
1,1
0,6
1
2
55
1,2
0,5
2
3
60
1,3
0,4
3
4
65
1,4
0,3
Данные по вариантам
4
5
6
7
5
6
7
8
67
70
72
73
1,25 1,15 1,18 1,23
0,65 0,55 0,45 0,35
8
9
66
1,13
0,7
9
10
68
1,123
0,75
Таблица 2
Характеристики грунта
Наименование грунта
верхнего слоя
Грунт
наименование
нижнего
слоя
показатель консистенции
Глубина промерзания грунта, м
Разность отметок между ПР и УМР, м
Данные по вариантам
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Песок средней плотности, насыщенный водой
пылеватый
мелкий
средней крупности
глина
супесь
суглинок
тугопластичная
пластичная
тугопластичный
0,3
0,4
0,5
0,3
0,4
0,5 0,3 0,4 0,5 0,6
1,4 1,65 1,5
1,4
1,6
1,5 1,6 1,4 1,3 1,5
6,0
6,3
6,8
6,2
7,0
6,5 6,6 6,7 6,0 4,5
4
Таблица 3
Данные профиля мостового перехода
Варианты Отметка
профиля УМВ, м
мостового
перехода
1
48,0
Отметка
УВВ, м
52,3
2
54,0
59,5
3
68,0
73,5
4
72,0
77,0
5
77,0
82,0
Расстояние
между точками
профиля аi, м
Отметки дневной
поверхности грунта
(верхнего слоя)
а1=10
а2=10
а3=12
а4=11
а5=14
а6=11
а7=15
а8=14
а9=12
b1=51,5
b2=49,8
b3=48,2
b4=47,8
b5=46,0
b6=48,0
b7=49,6
b8=50,3
b9=50,8
b10=51,0
b1=58,5
b2=56,8
b3=55,2
b4=53,8
b5=52,5
b6=54,0
b7=55,6
b8=56,3
b9=57,8
b10=59,0
b1=71,5
b2=70,8
b3=69,2
b4=66,8
b5=65,5
b6=66,6
b7=68 6
b8=69,3
b9=70,8
b10=72,0
b1=75,5
b2=74,8
b3=72,2
b4=71,8
b5=70,5
b6=71,0
b7=73,6
b8=74,3
b9=75,8
b10=76,0
b1=80,5
b2=79,8
b3=77,2
b4=76,8
b5=75,0
b6=76,0
b7=77,6
b8=78,3
b9=80,8
b10=81,0
а1=10
а2=14
а3=15
а4=14
а5=13
а6=11
а7=17
а8=12
а9=15
а1=11
а2=13
а3=17
а4=16
а5=15
а6=12
а7=18
а8=11
а9=13
a1=10
a2=14
a3=12
a4=16
a5=16
a6=12
a7=17
a8=12
a9=10
а1=11
а2=15
а3=14
а4=15
а5=15
а6=12
а7=13
а8=14
а9=11
5
Отметки
подстилающего слоя
(нижнего слоя)
Сi, м
c1=47,5
c5=41,5
c10=47,5
c1=54,5
c5=48,5
c10=55,0
c1=67,5
c5=61,5
c10=68,5
c1=71,5
c5=66,5
c10=72,5
c1=76,5
c5=70,5
c10=77,5
Варианты Отметка
профиля УМВ, м
мостового
перехода
6
Отметка
УВВ, м
Расстояние
между точками
профиля аi, м
а1=10
а2=14
а3=15
а4=14
а5=15
а6=14
а7=13
а8=12
а9=11
Отметки дневной
поверхности грунта
(верхнего слоя)
Окончание табл. 3
Отметки
подстилающего слоя
(нижнего слоя)
Сi, м
c1=79,5
b1=83,5
b2=82,8
b3=81,2
81,0
86,0
b4=80,8
b5=79,5
c5=75,5
b6=81,0
b7=82,6
b8=83,3
b9=84,8
b10=85,0
c10=81,0
7
а1=11
b1=88,5
c1=84,5
а2=13
b2=86,8
а3=15
b3=85,2
85,0
90,5
а4=16
b4=84,8
а5=15
b5=83,5
c5=79,5
а6=12
b6=84,6
а7=13
b7=85 6
а8=13
b8=86,3
а9=12
b9=87,8
b10=88,0
c10=84,5
8
a1=11
b1=93,5
c1=89,5
a2=12
b2=92,8
a3=14
b3=91,2
90,0
95,0
a4=15
b4=89,8
a5=15
b5=89,5
c5=87,5
a6=13
b6=90,0
a7=14
b7=91,6
a8=13
b8=92,0
a9=10
b9=94,8
b10=95,0
c10=92,5
9
а1=10
b1=99,5
c1=95,5
а2=12
b2=98,8
а3=13
b3=97,2
96,0
101,0
а4=14
b4=95,8
а5=17
b5=94,0
c5=90,5
а6=15
b6=95,0
а7=14
b7=96,6
а8=12
b8=97,3
а9=11
b9=98,8
b10=99,6
c10=95,5
0
а1=10
b1=105,5
c1=101,5,
а2=11
b2=104,8
а3=14
b3=103,2
102,0
107,0
а4=15
b4=101,8
а5=17
b5=100,5
c5=96,5
а6=16
b6=102,0
а7=14
b7=103,6
а8=12
b8=104,3
а9=12
b9=105,8
b10=106,6
c10=102,5
Примечание: В таблице приняты следующие обозначения: а1,2,3… – расстояния между точками профиля
1,2,3…,b1,2,3 и с1,2,3…– отметки верхнего и нижнего слоя грунта точек профиля 1, 2, 3..(см. рис. 1).
6
Рис. 1. Схема профиля мостового перехода
Содержание и оформление проекта
Пояснительная записка содержит следующие главы:
1) Исходные данные.
2) Составление и сравнение вариантов моста с выбором решения.
3) Расчет пролетного строения.
4) Расчет промежуточной опоры.
5) Составление проекта мостового перехода. Конструирование элементов моста.
Составление вариантов проекта моста
Наилучшее решение при проектировании моста находят путем сравнения трех
вариантов. Их следует разрабатывать в следующем порядке:
1) Изучить заданные местные условия проектирования моста.
2) Выбрать тип пролетных строений и опор.
3) Определить число и величину пролетов каждого варианта моста.
4) Составить эскиз промежуточной опоры.
5) Определить число и длину свай в фундаменте опоры.
6) Вычертить общий вид каждого варианта моста.
7) Определить объемы работ и стоимость каждого варианта моста.
7
1. ВЫБОР ТИПА ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ И ОПОРЫ
Для малых и средних железнодорожных мостов экономически целесообразно
использовать балочные типовые пролетные строения с ненапрягаемой арматурой
пролетом до 16,5 м и предварительно напряженной арматурой пролетом от 16,5 до 27,6 м.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА И ВЕЛИЧИНЫ ПРОЛЕТОВ МОСТА
Для выбора оптимальной схемы следует разработать и сравнить несколько
вариантов моста, отличающихся между собой величинами пролетов, конструкциями
опор и фундаментов.
Основной характеристикой, от которой зависит длина моста, – это длина его
отверстия L0. Она равна расстоянию в свету между передними стенками устоев или
конусами насыпей по уровню высоких вод (УВВ) за вычетом суммарной толщины
промежуточных опор. Для перекрытия указанного отверстия следует использовать
типовые конструкции пролетных строений и опор. Это позволяет увеличить сборность,
обеспечить индустриальность строительства и снизить стоимость сооружения.
Для несудоходных водотоков с ледоходом величина пролетов назначается из
условия беззаторного пропуска льда под мостом. Это может быть обеспечено
применением пролетных строений длиной:
- при слабом ледоходе (толщина льда hЛ < 0,5 м) принимается пролет от 10 до 15 м;
- при среднем ледоходе (0,5 ≤ hЛ < 1 м) принимается пролет от 15 до 20 м;
- при сильном ледоходе (hЛ > 1 м) принимается пролет от 20 до 30 м.
Разбивка моста на пролеты начинается с выбора типового пролетного строения.
Суммарная длина пролетных строений, которая соответствует заданному отверстию
моста, может ориентировочно подсчитана по формуле:
,
(1)
где L0 – величина отверстия моста;
n – количество опор;
А – ширина опоры.
Эта формула используется в том случае, если устои необсыпные, а высота
подходных насыпей не более 5–6 м.
Если же устои обсыпные и высота подходных насыпей более 5–6 м суммарная
длина пролетных строений определяется по выражению вида
,
где
отметка верха опоры, вычисляют
;
hпр.ст – строительная высота пролетного строения на опоре.
8
(2)
Длина пролетного строения ln считается подобрана правильно, если будет
выполняться условие:
.
(3)
Если условие (3) не выполняется, следует перейти к другому пролетному строению
или же принять пролеты разной длины, не более двух типоразмеров.
Пролетные строения следует располагать на профиле так, чтобы под мостом
обеспечивался наиболее благоприятный пропуск как меженных, так и высоких вод.
Между торцами балок следует предусмотреть температурные зазоры равные 0,05 м. При
пролетах до 30м после соблюдения указанных рекомендаций расстояние между
шкафными стенками устоев составит:
(4)
Положение середины моста на профиле (рис. 2) определяется по формуле:
.
(5)
На профиле перехода положительное значение расстояния а откладывают от
середины реки по УМВ вправо, а отрицательное – влево. От середины моста
откладывают в обе стороны по 0,5L, разбивают расстояние между шкафными стенками
устоев на пролеты ln + 0,05 м и проводят оси опор (рис. 2).
Рис. 2. Схема размещение моста на профиле перехода и его разбивка на пролеты
3. СОСТАВЛЕНИЕ ЭСКИЗА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЫ
Составление эскиза начинают с размещения на вертикальной проекции опоры
пролетных строений (фрагменты) и проставляются отметки (рис. 3):
- подошвы рельса (ПР);
- уровня меженных вод (УМВ);
9
- уровня верхних вод (УВВ);
- поверхность грунта до и после размыва;
- слоев грунта.
По приложению 3 принимаются размеры опорных частей:
- высоту hоч;
- размеры нижней подушки вдоль αоч (αпоч – для подвижных и αноч – неподвижных
опорных частей) и размер bоч – поперек моста.
Тогда с учетом указанных значений размер подферменной плиты вдоль моста
(определяется по большому пролетному строению) составит:
,
(6)
где lп – полная длина пролетного строения, м;
l – расчетный пролет, м;
∆ – зазор (0,05 м);
С1 – расстояние от нижней плиты опорной части до боковой грани подферменника,
принимаемое не менее 0,15 м;
С2 – расстояние от подферменника до грани оголовка, равное при пролетах до 30 м
С2 = 0,15 м; а свыше 30 м С2 = 0,25 м.
Рис. 3. Схема промежуточной опоры: 1 – подферменник; 2 – верхняя часть опоры;
3 – нижняя часть опоры; 4 – ростверк; 5 – сваи; 6 – пролетное строение
10
Размер подферменной плиты поперек моста составляет:
,
(7)
где В – расстояние между осями главных балок, м;
bоч – размер нижней плиты опорной части поперек моста, м;
С3 – расстояние от подферменника до грани оголовка принимаемое равным при
резиностальных опорных частях С3 = 0,2 м, тангенциональных опорных частях С3 = 0,3 м, а
при секторных и катковых С3 = 0,5 м.
Толщина подферменной плиты принимается от 0,4 до 0,6 м при опирании всей
плоскостью, а при опирании на столбы – от 0,8 до 1,2 м.
Тело опоры от низа подферменной плиты до отметки соответствующей УВВ плюс
не менее 0,5 м, может быть в виде прямоугольного или круглого в плане бетонного или
железобетонного сплошного, а при большой высоте-пустотелого столба (или нескольких
столбов) с вертикальными гранями. Размеры этих частей в плане принимаются меньше
размеров подферменной плиты на 0,2 м. Нижележащая же часть тела опоры до обреза
фундамента должна быть вертикальной и иметь закругления или заострения в плане
верховой и низовой сторон. В зависимости от интенсивности ледохода угол заострения
ледорезной грани в плане принимают в пределах 90÷1200. Эта часть тела опоры должна
иметь сплошное сечение.
Телу опоры высотой больше 4 м, считая от обреза фундамента, можно придавать
ступенчатую форму по фасаду моста. При небольшом возвышении опоры над уровнем высоких
вод (≤ 1,5 м) верхнюю часть тела опоры следует выполнить одинаковой формы с нижней.
4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ОПОРЫ
В первую очередь, следует определить положение обреза фундамента (
) опоры.
Если опора находится в пределах русла, то обычно обрез фундамента располагают ниже
уровня низкого ледостава (
) с учетом толщины льда:
,
(8)
где hл – толщина льда в метрах.
Если отметка
не задана, допускается использовать отметку
.
Для пойменных опор обрез фундамента должен быть расположен ниже линии
размыва на 0,3–0,5 м, но не ниже отметки, рассчитанной по формуле (8). Отметку обреза
фундамента необсыпных устоев назначают из тех же условий, обсыпных же – на любой
высоте, определяемой их конструкцией.
Наиболее рациональный тип фундаментов – высокий ростверк на железобетонных
сваях или оболочных. Массивные фундаменты следует устраивать тогда, когда по
грунтовым условиям свайные фундаменты невозможны.
11
Конструкцию массивных и свайных фундаментов следует разрабатывать в
соответствии с п. 3.174–3.181(СНиП 2,05,03-84).
Количество свай (оболочек) в ростверке или площадь подошвы фундамента
определяются в зависимости от расчетных нагрузок на фундамент, несущей способности
сваи (оболочки).
При конструировании свайного фундамента следует учитывать следующие
условия:
- длина сваи отчитывается от линии размыва;
- длина сваи должна быть не менее 4 м.
При конструировании массивного фундамента:
- подошва массивного фундамента должна быть ниже линии размыва не менее 1 м;
- подошва фундамента ниже глубины промерзания не менее 0,25 м.
5. СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ МОСТА
На поперечный профиль в масштабе 1:100 или 1:200 наносят геологическое
строение, линию дна размыва (пунктиром), линию подошвы рельса (ПР), бровку
земляного полотна (БЗП), а в пределах поймы – линию расчетной глубины промерзания.
Пролетные строения изображают с учетом их размеров, между торцами
показывают зазор 0,05 м. При выборе устоев следует учитывать высоту насыпи и длину
пролетных строений. Бровку насыпи земляного полотна следует распологать ниже
подошвы рельса на 0,9 м.
На фасаде указывают полную длину моста – это расстояние между задними
гранями устоя, длины пролетных строений и зазоры между ними. Кроме того,
необходимо показать основные отметки моста: низа пролетного строения, отметки
уровней воды (УМВ и УВВ), подошвы рельса (
), бровки земляного полотна (
,
отметки верха опоры
, обреза и подошвы фундамента (
начиная с левого берега.
Рис. 4. Образец чертежа варианта моста
12
), номера опор,
В одинаковом с фасадом масштабе вычерчивают поперечный разрез моста, на
котором показывают сечения пролетного строения и вид на промежуточную опору и
(или) устой.
На поперечном разрезе указывают строительную высоту пролетного строения,
расстояние между осями главных балок, внешними гранями наружных бортиках
балластного корыта, ширину тротуаров, высоту частей опоры.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ РАБОТ И СТОИМОСТИ МОСТА
По каждому варианту определяют принципиальную схему производства работ по
сооружению моста в соответствии с принятыми конструкциями пролетных строений и опор.
Таблица 4
Объем работ моста и стоимость по номеру варианта
№
Наименование работ
п/п
1 Устои 2 шт.
Установка и забивка ж.-б. свай с земли
Объем ж.-б. на сооружение устоя:
- сборного
- монолитного
2 Промежуточные опоры, шт.
Фундаменты
Устройство шпунтового ограждения:
-деревянного
-стального с изготовлением
Разработка грунта в котлованах:
- без водоотлива
-с водоотливом
Изготовление и забивка свай:
- с земли
- с воды
Устройство тампонажной подушки толщиной 0,5 м
Устройство ж.-б. ростверка
Монолитные или сборно-монолитные опоры
3 Пролетные строения
Изготовление и установка на опоры пролетных
строений:
-ненапряженных
-предварительно напряженных
-устройство мостового полотна на балласте с
железобетонными тротуарами
13
Объем работ
Стоимость, руб.
измеритель количество единич.
общая
3
м
шт.
м3
м3
м3 стенка
м3
м3
м3
м3
м3
м3
м3
м3
м3
м3
м длины
Стоимость
пролетных строений
Стоимость моста
Таблица 5
Технико-экономические показатели вариантов
Наименование показателей
Стоимость моста
Объем бетона и ж.-б.
Всего
полная
1 м длины моста
сборного
монолитного
всего
на 1 м длины
Единица
измерения
руб.
руб.
м3
м3
м3
м3
руб. (%)
Показатели вариантов
№1
№2
№3
Объемы бетона и железобетона пролетных строений и устоев принимают по
приложениям (смотри Приложения). Объемы промежуточных опор, устоев и
фундаментов определяют по запроектированным размерам.
Размер шпунтового ограждения в плане курсовой работы следует принять на 1 м
больше размеров фундамента (ростверка). Деревянный шпунт используют при глубине
воды до 3 м от уровня меженных вод, при большей высоте – металлические. Верх
шпунтового ограждения назначают на 0,7 м выше УМВ.
Ориентировочную стоимость моста определяют, используя укрупненные расценки,
приведенные в приложении 14. При этом части моста объединяются по группам
однородных конструкций: 1 – устой, 2 – промежуточные опоры, 3 – пролетные строения.
7. СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ
7.1. Расчет плиты балластного корыта
Расчетная схема. В курсовой работе применяют приближенные расчетные схемы,
по которым пролетное строение условно расчленяют на
плиту проезжей части и главную балку, рассматриваемые отдельно, но с частичным
учетом их совместной работы. Для расчета принимается участок плиты длиной 1 метр.
Расчетной схемой плиты проезжей части приняты две консоли, заделанные в стенку
главной балки, расчетным является сечение А–А или Б–Б (см. рис. 5).
14
Рис. 5. Схема к определению внутренних усилий в плите балластного корыта:
а – эскиз конструкции; б – расчетные схемы; в – эпюры М и Q
7.2. Нормативные нагрузки
На внешнюю консоль действуют следующие постоянные нагрузки (см. рис. 4):
– от собственного веса железобетона (кН/м);
– от веса балласта с частями пути (кН/м);
– нагрузка от веса тротуара с коммуникациями;
– нагрузка от веса металлических перил.
В приведенных формулах:
– удельный вес железобетона;
– удельный вес балласта с частями пути.
15
Дадим обозначения:
здесь d2 = 0,5м – стандартная толщина балласта;
d0 – толщина плиты балластного корыта в корне внешней консоли.
Нормативная временная нагрузка от подвижного состава (на 1 м длины) на
внешнюю и внутреннюю консоли плиты принимается равной:
где К – класс временной нагрузки.
7.3. Расчетные усилия
Изгибающие моменты в расчетных сечениях 1–1 и 2–2 (рис. 6) следует определять
по формулам:
для расчета на прочность:
(9)
;
(10)
для расчета на выносливость:
(11)
;
16
для расчета на трещиностойкость:
Рис. 6. Расчетные эпюры напряжений в плите балластного корыта
Поперечные силы для расчетов на прочность:
(15)
где
– коэффициент надежности для постоянных нагрузок, принимается
= 1,1.
– коэффициент надежности для веса балласта, принимается
= 1,3.
При расчете плиты балластного корыта условно принимают длину загружения
, тогда коэффициент надежности по временной нагрузке:
.
Величина динамического коэффициента для расчета на прочность:
.
17
Величина динамического коэффициента для расчета на выносливость:
.
Дальнейшие расчеты производят на наибольшие значения изгибающих моментов и
поперечных сил (M0 или M1 или M2 ; Q0 или Q1 , или Q2 ).
7.4. Определение расчетного сечения плиты
и назначение площади рабочей арматуры
В курсовой работе следует проверить прочность 2-х сечений 1–1 и 2–2, в которых
предварительно следует подобрать рабочую арматуру. За расчетное сечение плиты
принимается 1 м её длины. Высоту расчетного сечения принимают равной толщине
плиты с учетом вута. Исходя из этого, высоту h расчетного сечения принимают равной:
(17)
Требуемая площадь рабочей арматуры:
(18)
где М0 – изгибающий момент для расчета по прочности;
z – плечо внутренней пары сил равное
, здесь
,
;
h0 – полезная высота сечения.
Плита армируется сварными сетками из арматуры класса AI (А240) или AII(А300)
диаметром не менее 12 мм. Рабочая арматура устанавливается поперек оси моста, а
распределительная – вдоль моста (диаметром 6–8 мм AI). Максимальный шаг рабочей
арматуры 15 см, а минимальное расстояние между стержнями в свету 5 см.
Требуемое количество стержней на 1 метр плиты:
,
где
площадь одного стержня.
18
(19)
7.5. Проверка нормального сечения плиты по прочности
Следует выполнить расчет по прочности нормального сечения на действие
изгибающего момента и поперечной силы.
Условие прочность сечения по изгибающему моменту записывается в виде:
,
(20)
где Rb – призменная прочность бетона, принимается в зависимости от класса бетона
(В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35). Минимальный класс бетона принимается В20;
b = 100 см;
mb7 – коэффициент условия работы (равный 0,9).
Высота сжатой зоны определяется из равенства:
(21)
отсюда
,
– относительная высота сжатой зоны, принимается равной
.
(22)
Значения RS и Rb в формуле (22) принимаются в МПа.
Прочность сечения по поперечной силе:
b,
(23)
где Rbt – расчетное сопротивление бетона на осевое растяжение.
7.6. Расчет на выносливость
Расчет на выносливость сводится к ограничению напряжений в бетоне и арматуре.
Расчет заключается в проверке условий:
(24)
где M0 – максимальный момент на выносливость;
х/ – высота сжатой зоны, определяемая по формуле
.
19
(25)
Приведенное сечение:
.
(26)
Напряжения в арматуре:
здесь коэффициенты:
;
.
Значения
,
и
приведены в п. 3.26 и 3.39 СНиП,
hu – расстояние от крайнего ряда растянутой арматуры до сжатой грани бетона.
,
– характеристики циклов повторяющихся напряжений, которые
вычисляются по формуле:
(28)
;
(29)
;
(30)
(31)
;
(32)
,
(33)
В приведенных формулах Mf min и Mf maх – изгибающие моменты для расчетов на
выносливость.
Для определения Mf min и Mf maх использовать формулы (3) и (4), предполагая, что
минимальное значение изгибающего момента получается при отсутствии временной
нагрузки от подвижного состава на пролетном строении.
Условное отношение модуля упругости арматуры и бетона принимается с учетом
виброползучести и составляют значения, приведенные в таблице 6.
20
Таблица 6
Класс бетона
В20
В22,5–В25
В27,7
В30–В35
22,5
20
17
15
7.7. Расчет на трещиностойкость
При расчете на трещиностойкость проверяется выполнение условий по
образованию продольных трещин и раскрытие нормальных трещин:
- расчет на трещиностойкость по образованию продольных трещин сводится к
ограничению нормальных напряжений в бетоне, т.е. соблюдение условия:
b,
(34)
– расчетное сопротивление бетона по 2-й группе предельных состояний;
М0 – изгибающий момент для расчета на трещиностойкость;
Jred – момент инерции приведенного сечения (смотри расчет на выносливость);
Х1 – высота сжатой зоны (смотри расчет на прочность);
- расчет на трещиностойкость по раскрытию нормальных трещин сводится к
ограничению ширины раскрытия трещин
,
– напряжения в арматуре (смотри расчет на выносливость);
Rb,mc2 и
– призменная прочность бетона и модуль упругости арматуры;
коэффициент раскрытия трещин, составляющий:
- при гладкой арматуре
- при арматуре периодического профиля
здесь
см, =1;
n – количество стержней рабочей арматуры, на ширине b = 100 см;
d – диаметр арматуры, см;
21
(35)
– площадь взаимодействия бетона и арматуры, см2;
B – ширина балки;
aS – расстояние от центра тяжести арматуры до растянутой грани плиты.
8. РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
8.1. Определение нормативных постоянных нагрузок
Собственный вес конструкции пролетного строения одного метра длины
2-х балок, кН/м:
,
где Vж.б. – объем железобетонного пролетного строения, принимаемый по приложению;
плотность железобетона;
l – длина балки пролетного строения.
Другие постоянные нагрузки, используемые в расчете (см. рис. 6):
– вес двух тротуаров с перилами,
= 5,4 кН/м;
вес балласта с участками пути,
= 38,8 кН/м.
Расчетную схему разрезного пролетного строения для определения внутренних
усилий принимают в виде равномерно загруженных балок, имеющих шарнирное
опирание на опоры. Усилия определяются от постоянных и временных нагрузок. Для их
определения строят линии влияния М и Q. Обычно ограничивают тремя сечениями
балки: 0,25lp, 0,5lp и на опоре. Линия влияния усилий М0,25, М0,5 и Q0, Q0,25, Q0,5; их
площади и схемы загружения приведены на рис. 7.
8.2. Построение линии влияния изгибающих моментов
и поперечных сил. Определение нормативных временных нагрузок
Нормативная временная вертикальная нагрузка принимается в соответствии с
длинами загружений линий влияния (рис. 7) и данными приложения 5 СНиП.
22
Рис. 7. Линия влияния внутренних усилий в главной балке
8.3. Определение усилий для расчетов на прочность,
выносливость и трещиностойкость
Главную балку следует расчитывать по первой (прочности и выносливости) и
второй группе (трещиностойкости и жесткости) предельных состояний. Расчетная схема
главной балки представляет собой простую однопролетную балку с расчетным пролетом,
равным расстоянию между осями опорных частей.
Расчетные усилия определяют по формулам:
для расчета по прочности:
(36)
;
23
(37)
соответственно
(38)
;
;
(39)
;
(40)
для расчетов по выносливости:
;
(41)
для расчетов по трещиностойкости:
- по образованию продольных трещин:
(42)
- по раскрытию нормальных трещин:
;
(43)
- по ограничению касательных напряжений:
(44)
- по раскрытию наклонных трещин:
.
(45)
В приведенных формулах:
– коэффициент надежности по нагрузкам:
- для постоянных нагрузок
;
- для веса мостового полотна с ездой на балласте
;
коэффициент, учитывающий влияние транспортеров при
; при
–
Если кроме коэффициента
или
, при
;
–
в расчетах учитывается динамический коэффициент
, то их произведение не должно приниматься меньше 1.
v – эквивалентная объемлющая временная вертикальная нагрузка, v = 9,81⋅К;
где К – класс временной нагрузки;
или
– динамический коэффициент для расчета соответственно по
прочности и выносливости:
24
- для железнодорожных мостов
, но не менее 1,15;
- при расчете железнодорожных мостов на выносливость динамическую добавку
следует умножить на 2/3:
.
Величину
– пролет или длина загружения при определении динамического
коэффициента принимают для главных балок равной длине пролета.
8.4. Назначение расчетного сечения балки. Подбор продольной арматуры
в середине сечения
Основные размеры поперечного сечения главной балки в середине пролета
назначаются по приложению и дополняются студентом, исходя из принятых на практике
и рекомендованных в литературе данных. Для упрощения расчета сложное сечение балки
заменяют на простое тавровое (рис. 8). Так, толщина полки принимается:
,
а ширина полки
(46)
принимается равной расстоянию между внутренними гранями
наружного и внутреннего бортиков
,
,
R – радиус вута, равный 300 мм.
Рис. 8. Расчетные размеры плиты балластного корыта
25
Полезная высота сечения балки составляет
h0 = 0,85⋅h,
а её ширину назначают из расчета по ограничению касательных напряжений на уровне
нейтральной оси
,
где
(47)
– расчетное сопротивление бетона на скалывание при изгибе.
После назначения размеров поперечного сечения балки определяют требуемую
площадь продольной рабочей арматуры из расчета по прочности, на действие
изгибающего момента М0,5, принимая высоту сжатой зоны Х = hʹf.
.
(48)
По сортаменту (табл. 7) назначают диаметр и количество продольных стержней.
При этом следует иметь в виду, что диаметр арматурных стержней должен составлять в
пределах d = 20…40 мм.
Таблица 7
Сортамент арматуры
Диаметр d, мм
20
22
25
Площадь Аs1
3,142
3,801
4,909
Примечание: Аs1 – площадь одного стержня, см2.
28
6,156
32
8,042
36
10,18
40
12,56
Требуемое количество продольных стержней в нижнем поясе балки можно
определить по формуле:
.
(49)
После подсчета фактического количества продольных стержней составляют схему
их размещения в нижнем поясе. Арматурные стержни следует располагать симметрично
относительно вертикальной оси балки. Количество рядов можно вычислить по формуле:
.
(50)
Их должно быть не менее 2 и не более 6. Расстояние в свету между вертикальными
рядами арматуры Сn должно быть 5 см – при расположении арматуры в 2 ряда и 6 см –
в 3 ряда и более. Толщина защитного слоя бетона Сб должна быть не менее 3 см.
26
В вертикальных рядах арматуру рекомендуется размещать пучками по 2 или
3 стержня без просветов. Между пучками устраивают просветы равные 5 см при двух
стержнях в группе и 6 см – при трех.
После компоновки арматуры в нижнем поясе уточняют ширину нижнего пояса по
формуле:
,
(51)
и проверяют полную высоту вертикальных рядов арматурных стержней в нижнем поясе.
Она должна быть не более 1/3 высоты балки.
С учетом указанных конструкционных требований окончательно определяют
величину расчетной площадь арматуры в нижнем поясе балки:
(52)
ns – принятое количество стержней;
As1 – площадь одного стержня.
После установки продольной арматуры уточняют полезную (рабочую) высоту
сечения по формуле
h0 = h – as,
(53)
где as – расстояние от центра тяжести сечения растянутой арматуры до нижней грани
балки, которое определяется
,
здесь
(54)
– количество стержней в i-том ряду;
– расстояние от оси i-го ряда до нижней грани балки.
После назначения всех размеров поперечного сечения балки и расстановки
стержней арматуры необходимо выполнить проверку нормального сечения балки в
середине пролета на прочность, на выносливость сжатого бетона и растянутой арматуры,
а также на трещиностойкость нормального сечения.
8.5. Проверка балки на прочность нормального сечения
Проверка на прочность нормального сечения по изгибающему моменту начинается
с определения положения нейтральной оси (рис. 9).
27
Если
, то нейтральная ось проходит в пределах полки, а высота
сжатой зоны определяется из равенства:
(55)
откуда
.
Рис. 9. К расчету на прочность нормального сечения
Условие прочности запишется в виде:
.
(56)
, то нейтральная ось будет проходить в
пределах ребра. В этом случае высоту сжатой зоны определяют:
,
тогда условие прочности при соблюдении неравенства
,записывается в виде:
,
(57)
;
(58)
В формуле (58) значения
и
принимаются в МПа.
28
8.6. Проверка балки на выносливость нормальных сечений
Расчет на выносливость выполняется из предположения, что растянутый бетон
полностью выключается из работы и все растягивающие усилия воспринимаются
арматурой (см. рис. 10).
Напряжения в бетоне:
,
(59)
где Mf, max – момент для расчета на выносливость;
x /– высота сжатой зоны бетона, определяется по формулам упругого тела, без учета
растянутой зоны бетона;
Jred – момент инерции приведенного сечения относительно нейтральной оси без
учета растянутой зоны бетона с введением nʹ.
Рис. 10. К расчету балки на выносливость
Положение нейтральной оси может быть определено из условия равенства нулю
статического момента всего сечения:
,
(60)
где
– статический момент бетона;
статический момент арматуры.
;
.
Решая полученное уравнение относительно
обозначения, получим:
и приняв соответствующие
;
29
(61)
где
;
.
Тогда приведенный момент инерции сечения запишется в виде:
(62)
Наибольшее напряжение в арматуре определяют по формуле:
.
(63)
В результате расчета на выносливость должны быть проверены два условия:
;
(64)
.
(65)
В расчетах на выносливость значения:
,
где
– коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени, принимается по
таблице 25 СНиП;
– коэффициент, зависящий от асимметрии цикла повторяющихся напряжений
, принимается по таблице 26 СНиП;
– коэффициент условий работы арматуры, учитывающий многократно
повторяющуюся нагрузку:
,
здесь
арматуре
– коэффициент, зависящий от асимметрии цикла изменения напряжения в
(по таблице 32 СНиП);
– коэффициент, зависящий от влияния на условия работы арматурных
элементов наличия сварных стыков (принимается по таблице 33 СНиП).
Для определения расчетных сопротивлений бетона и арматуры на выносливость
необходимо знать характеристики цикла повторяющихся напряжений:
;
30
;
,
где
– расстояние от крайнего ряда растянутой арматуры до сжатой грани бетона.
Здесь возможны два случая: когда
и
имеют один или разные знаки.
В разрезной балке имеет место первый случай, т.е. максимальные и минимальные
напряжения как в бетоне, так и в арматуре будут одного и того же знака, а момент
инерции приведенного сечения
имеет одно и то же значение.
Таким образом,
.
(66)
8.7. Расчет балки на трещиностойкость нормального сечения в середине пролета
Расчет на трещиностойкость содержит два вида расчета:
- по образованию продольных трещин;
- по раскрытию трещин.
Трещины в балке не образуются, если соблюдается условие:
,
(67)
где M0 – изгибающий момент для расчета на трещиностойкость.
Значения x и Jred принять из расчета на выносливость;
– призменную прочность для расчетов по предотвращению образования в
конструкциях продольных трещин принимают по таблице 23 СНиП.
Ширина раскрытия трещин (см) не будет превышать допустимые значения, если
будет соблюдаться условие:
,
(68)
где
напряжения в арматуре, определяемые как
,
где
изгибающий момент из расчета на трещиностойкость.
31
(69)
Остальные значения принять из расчета на выносливость:
коэффициент раскрытия трещин:
- при гладкой арматуре
;
- при арматуре периодического профиля
,
,
=1;
n – количество стержней рабочей арматуры, приходящихся на 1 м длины;
d – диаметр арматуры, см;
– площадь взаимодействия арматуры и бетона, см2;
B – ширина балки;
aS – защитный слой.
– предельное значение ширины раскрытия трещин, принимается
8.8. Построение эпюры материалов с определением мест отгибов рабочей арматуры
В главной балке количество и диаметр продольной арматуры назначается по
величине максимального изгибающего момента. По мере уменьшения изгибающего
момента, часть стержней становятся лишними, их целесообразно отводить в сжатую
зону, образуя тем самым отгибы. Отгибы совместно с хомутами и сжатым бетоном будут
воспринимать поперечные силы в наклонных сечениях (рис. 11).
Рис. 11. Схема для расчетов наклонных стержней:
1 – огибающая эпюра; 2 – эпюра материалов
Места начала отгибов рабочей арматуры Аs определяют, используя огибающую
эпюру максимальных изгибающих моментов Mi , построенную по значению моментов
M0,5 и M0,25 или подсчитанную по приближенной формуле
32
,
(70)
где xi – расстояние от центра опирания пролетного строения на опорную часть.
Если предположить, что каждый арматурный стержень воспринимает изгибающий
момент, равный
, то на эпюре моментов Мi можно провести в принятом
масштабе параллельные линии с интервалом M1. Точки пересечения этих линий с
эпюрой Мi будут определять теоретически возможные места обрывов или отгибов
стержней.
При назначении фактических мест отгибов или обрывов арматуры следует
учитывать ряд конструктивных и технологических требований (рис. 12):
- за опорное сечение должно заходить не менее 1/3 всех и не менее двух стержней
продольной арматуры;
- заводимые за ось опорной части стержни должны иметь прямые участки длиной
не менее 8d (диаметров);
- длина анкеровки для арматурных стержней AII и АсII должно составлять не менее
22d, при классе бетона В30 и выше, и 25d – при классах бетона В20÷27,5;
- для арматурных стержней класса AIII– длина заделки –30d;
- расстояние от торца балки до оси опирания должно составить не менее 30 см, а до
края опорной плиты – не менее 15 см.
Рис. 12. Схема стыковки продольной отогнутой арматуры балки
Хомуты изготавливают из гладкой арматуры класса АI, их следует устанавливать с
шагом (рис. 13):
- 10 см – на концевых участках балки;
- 15 см – от концевого участкам до четверти пролета;
- 20 см – на среднем участке балки.
33
Рис. 13. Установка хомутов в главной балке: а – вид вдоль оси; б – поперечное сечение балки;
1 – арматура хомутов; 2 – монтажная арматура; 3 – противоусадочная арматура; 4 – рабочая арматура;
h – высота балки; b – ширина ребра; lp – расчетная длина пролетного строения
8.9. Расчет балки по прочности наклонного сечения
Прочность балки по сжатому бетону между наклонными трещинами будет
обеспечена, если будет соблюдаться условие:
,
где
Q
–
поперечная
сила
коэффициент
на
расстоянии
(71)
h0
от
оси
опоры;
;
– при хомутах, нормальных к оси сечений;
– то же, наклонных под углом 450.
– отношение модуля упругости;
площадь сечения хомутов, расположенных в одной плоскости;
расстояние между хомутами;
b – толщина стенки (ребра) главной балки;
, здесь
принимают в МПа;
рабочая высота сечения.
Проверка прочности наклонного сечения на действие поперечной силы следует
производить из условия (рис. 14):
(72)
34
где Q – поперечная сила, возникающая в конце наклонного сечения;
,
– суммы проекций усилий всей пересекающей арматуры на
длине проекции С, не превышающей 2h0;
Проекция наклонной трещины
0,
– поперечное усилие, передаваемое на бетон сжатой зоны над концом
наклонного сечения:
(73)
По чертежу определяется количество стержней отогнутой арматуры с усилием
, хомутов –
, пересекающих проекцию длины наклонного сечения «С».
Рис. 14. Схема для расчета наклонного сечения
8.10. Определение прогиба балки в середине пролета
Прогиб железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов, при
действии подвижной нагрузки вычисляют по формуле:
.
(74)
.
(75)
Величина прогиба не должна превышать значение
35
9. РАСЧЕТ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ОПОРЫ
9.1. Нагрузки, действующие на промежуточные опоры
Для сбора нагрузок, действующих на промежуточную опору необходимо в
масштабе 1:100 вычертить схему опоры (рис. 15) в двух вертикальных проекциях (вдоль
и поперек моста). На схеме указывают: ось опоры, оси пролетного строения, а также
отметки подошвы рельса (ПР), УМВ и УВВ, уровень грунта после размыва и
поверхности слоев грунта.
На схеме стрелками указываются точки приложения вертикальных и
горизонтальных сил, их плечи, а также изменения размеров тела опор.
На опору действуют постоянные вертикальные и временные нагрузки.
Постоянные нагрузки складываются от веса пролетного строения, мостового
полотна и веса самой опоры.
а)
б)
Рис. 15. Схемы к расчету промежуточной опоры: а – вдоль моста;
б – поперек моста
Нормальное вертикальное давление на опору от временной подвижной нагрузки
составляет:
,
(76)
площадь линии влияния;
интенсивность эквивалентной временной подвижной нагрузки, определяемая:
36
- при загружении одного пролета:
(если
) или
(если
);
- при загружении двух пролетов:
где l – расчетный пролет;
– расстояние между осями опорных частей;
ln – полная длина пролетного строения.
К опоре вдоль моста приложены горизонтальные нагрузки от торможения и
продольного ветра, а в поперечном направлении – нагрузки от поперечных ударов,
поперечного ветра (не учитываемые совместно) и ледовая нагрузка.
Нормативная сила торможения, приложенная к опоре в уровне опорных частей:
(77)
где
интенсивная (эквивалентная) нагрузка, определяемая при длине загружения
и коэффициенте
.
Нормативная сила от продольной ветровой нагрузки на пролетное строение
также приложена к опоре в уровне центра опорных частей:
(78)
нормативная интенсивность ветровой нагрузки;
строительная высота;
высота рельса.
Нормативная сила от продольной ветровой нагрузки, действующей выше уровня
воды (УМВ), приложенная в центре тяжести площади проекции Fоп.:
(79)
где
площадь опоры.
Нормативная сила от поперечных ударов, приложенная на уровне головки
рельса:
(80)
где К – класс нормативной временной нагрузки от подвижного состава, равной 14 кН.
37
Нормативная сила от поперечного ветра:
а) на подвижной состав:
(81)
считается приложенной на 2 метра выше головки рельса;
б) на пролетное строение:
(82)
приложенная посередине строительной высоты;
в) на опору:
,
приложеная в центре тяжести площади проекции
толщины льда;
г) сила давления льда :
(83)
на уровне УВЛ или УНЛ минус 0,3
,
(84)
где А – климатический коэффициент, равный 1,5;
hл – толщина льда в метрах;
b – ширина опоры на уровне действия льда;
предел прочности льда (750 при низком ледосплаве, 450 при верхнем
ледосплаве);
m – коэффициент ( равный 0,9÷0,59).
9.2. Определение расчетных усилий
Расчетные вертикальные усилия в горизонтальном сечении опоры от постоянных
нагрузок
,
(85)
вес опоры.
От временной подвижной вертикальной нагрузки, расположенной на одном или
на двух пролетах
.
(86)
Расчетная поперечная сила, направленная вдоль оси моста:
- от продольной ветровой нагрузки:
;
38
(87)
- от силы торможения:
.
(88)
Расчетный момент в продольной плоскости моста относительно центра тяжести
площади сечения:
- от временной вертикальной подвижной нагрузки на одном пролете:
(89)
- от продольной ветровой нагрузки:
;
(90)
- от силы торможения;
(91)
Расчетная поперечная сила, направленная поперек оси моста:
- от поперечных ударов временной подвижной нагрузки на двух пролетах:
;
(92)
- от поперечной ветровой нагрузки:
(93)
- от ледовой нагрузки:
.
(94)
Расчетный момент поперечной плоскости моста относительно центра тяжести
площади сечения:
- от поперечных ударов временной подвижной нагрузки на двух пролетах:
;
(95)
- от поперечной ветровой нагрузки:
;
(96)
- от ледовой нагрузки
,
в вышеприведенных формулах
(97)
коэффициент перегрузки для горизонтальных
нагрузок от подвижного состава при
;
39
– то же для вертикальной нагрузки от подвижного состава;
n = 1,5 и nл = 1,3 – то же соответственно для ветровой и ледовой нагрузки;
hʹ, hʹоп, hs, hпс, hпр, hоп, и hл – плечи относительно центра тяжести расчетного сечения
(см. рис. 15).
9.3. Расчетные сочетания усилий
В каждой из плоскостей вдоль и поперек оси моста возможны различные сочетания
усилий, установленные нормами по вероятности совпадении их максимальных значений.
В каждое сочетание входят усиления от постоянных нагрузок и возможные усиления от
временных нагрузок.
Сочетания нагрузок и коэффициенты сочетания
для расчета промежуточной
опоры приведены в таблице 8.
Таблица 8
Сочетания усилий и коэффициенты сочетаний
Направления
Соче- Постоянные
горизонтальных тания нагрузки
усилий
№
Вдоль моста
Поперек
моста
1
2
3
4
5
6
7
1
1
1
1
1
1
1
Усилия от
вертикальной
подвижной
нагрузки
на 1
пролет
1
–
0,8
–
–
–
–
для промежуточной опоры
Усилия
от
от
от ветра
поперечного торможения
удара
на 2
пролета
–
1
–
0,8
1
0,8
0,8
–
–
–
–
1
0,7
–
–
–
0,7
0,7
–
–
–
–
–
0,5
0,5
–
–
0,5
от льда
–
–
–
–
–
0,7
0,7
9.4. Расчет промежуточной опоры
Промежуточную опору рассчитывают на прочность и устойчивость как бетонный
столб под воздействием продольной сжимаемой силы, приложенной с расчетным
эксцентриситетом относительно центра тяжести сечения
.
(98)
Кроме того, учитывается случайный эксцентриситет ес.сл, принимаемый не менее
одного из следующих значений:
40
,
(99)
расчетная длина опоры для промежуточной опоры
;
Н – высота опоры от обреза фундамента до верха подферменной плиты,
,
(100)
где h – размер сечения опоры вдоль эксцентриситета.
Полный эксцентриситет продольной сжимающей силы относительно центра
тяжести площади сечения опоры:
с, сл
,
(101)
где M и N – соответственно изгибающий момент и продольная сила в рассматриваемом
сечении.
Для опор статически неопределимых систем
принимается равным
эксцентриситету, полученному из статического расчета, но не менее
. Расчет сечения
опор производят либо только по прочности, либо по прочности и устойчивости в
зависимости от величины эксцентриситета . Для установления вида расчета в начале
определяют ядровые расстояния:
,
(102)
где W – момент сопротивления рассчитываемого сечения;
Ab – площадь поперечного сечения опоры.
Для прямоугольного сечения имеем:
;
.
Если
(равнодействующее усилие находится в пределах ядра сечения),
выполняется расчет по прочности и устойчивости.
Проверку устойчивости выполняют по формуле
(103)
где
коэффициент продольного изгиба определяемый:
41
,
здесь
– коэффициент продольного изгиба, учитывающий временной нагрузкой;
– тоже, постоянных нагрузок;
– расчетное продольное усилие от постоянной нагрузки;
– расчетное продольное усилие от временной нагрузки;
– полное расчетное продольное усилие.
Значения коэффициентов
и
принимаются по таблице 37 СНиП.
– призменная прочность бетона.
Проверку прочности производят по формуле:
.
В случае, когда
(104)
, достаточно выполнить только проверку по прочности.
,
где
где
(105)
площадь сжатой зоны сечения.
Положение нейтральной оси сечения определяют по формуле
расстояние от оси, проходящей от центра тяжести сечения до сжатой грани.
– коэффициент, учитывающий влияние прогиба и определяемый по формуле
,
здесь
– условная критическая сила, для бетонных элементов определяется по
формуле:
;
но
:
.
42
10. КОНСТРУИРОВАНИЕ МОСТА
На основании принятых решений и проведенных расчетов выполняют
конструктивные чертежи моста. На этой стадии проектирования взаимно увязывают все
части и элементы моста, разрабатывают детали и узлы.
Графическая часть проекта дожна содержать следующие чертежи:
1. Общий вид моста;
2. План моста;
3. Пролетное строение (опалубочные чертежи и армирование);
4. Промежуточная опора.
Чертежи должны быть выполнены с учетом требований ЕСКД.
Библиографический список
1. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы / Госстрой СССР, 1985.
2. СП 35.13330-2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84.
3. Мосты и тоннели на железных дорогах : учеб. для вузов / В.О. Осипов, В.Г.
Храпов, Б.В. Бобриков и др. ; под ред. В.О. Осипова. – Транспорт, 1988.
4. Инженерные сооружения в транспортном строительстве. В 2 кн. : учебник для
студ. высш. учеб. заведений / под ред. П.М. Саламахина. – М.: Академия, 2007.
5. Власов Г.М. Расчет железобетонных мостов / Г.В. Власов, В.П. Устинов. – М.:
Транспорт, 1992.
6. Бобриков Б.В., Русаков И.М., Царьков А.А. Строительство мостов : учебник для
вузов. – М.: Транспорт, 1987.
43
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Сведения о пролетных строениях мостов
44
Приложение 2
Схемы конструкций железобетонных пролетных строений
а – плитное одноблочное; б – плитное двухблочное; в – ребристое с ненапрягаемой арматурой;
г – ребристое с напрягаемой арматурой
Приложение 3
45
Приложение 4
Пролетное строение из предварительно напряженного железобетона
Основные строительные показатели пролетных строений железнодорожных мостов
из предварительно напряженного железобетона
46
Приложение 5
Конструкции и размеры сборных устоев
а – устой на сваях-оболочках под пролетные строения длиной от 16,5 до 34,2 м; б – устой на сваях
под пролетные строения длиной до 16,5 м; в – поперечное сечение и план устоя на сваях-оболочках
Характеристики элементов сборного свайного устоя
47
Приложение 6
Конструкция и размеры сборно-монолитного устоя
: а – вид вдоль моста; б – вид поперек оси моста; в – поперечное сечение блока 1;
г – поперечное сечение блока 2
Объем элементов сборно-монолитного устоя
Примечание: в графах 2 и 3 приводится расход бетона и арматуры на подферменник.
48
Характеристики контурных блоков сборно-монолитных устоев
Схема сборно-монолитной промежуточной опоры
а – вид вдоль моста; б – вид поперек моста; в – поперечное сечение опоры над уровнем воды (РУВ);
г – поперечное сечение опоры ниже уровня воды (РУВ); РУВ – отметка расчетного уровня воды
49
Характеристики сборно-монолитных промежуточных опор
Приложение 7
Типовые сборно-монолитные промежуточные опоры под пролетные строения мостов
длиной от 7,3 м до 27,6 м
Расход материалов на сборно-монолитные промежуточные опоры
50
Приложение 8
Конструкция и размеры безростверкового устоя
а – вид вдоль моста; б – вид поперек моста
Характеристики элементов безростверкового устоя
Конструкция и размеры безростверковой промежуточной опоры
а – вид вдоль моста; б – вид поперек моста
51
Приложение 9
Конструкция и размеры рамного устоя
а – вид вдоль моста; б – вид поперек моста
52
Приложение 10
Конструкция и размеры промежуточной опоры на вертикальных сваях
для пролетных строений длиной 9,3–16,5 м
а – вид вдоль моста; б – вид поперек моста
Основные характеристики промежуточной опоры на вертикальных сваях 40х40 см
Полная длина
пролетного строения, м
9,3
11,5
13,5
16,5
Высота
опоры, м
5,30
6,30
5,15
6,15
3,98
4,98
2,78
3,78
4,78
Количество Объем
свай, шт. свай, м3
6
11,7
6
12,7
6
11,6
6
12,7
6
10,8
6
11,8
6
9,8
6
10,8
6
11,8
53
Объем монолитного
бетона плиты насадки, м3
5,9
5,9
5,9
5,9
5,9
5,9
5,9
5,9
5,9
Общий
объем, м3
17,6
18,6
17,6
18,6
16,7
17,6
15,7
16,7
17,6
Приложение 11
Типы монолитных устоев и промежуточных опор
m
а – промежуточная опора; б – необсыпной устой; в – обсыпной устой
54
Основные строительные характеристики промежуточных опор
l, м
Hon, м
6,70
8,7-10,8
12,8-15,8
18-26,9
5
10
15
20
5
10
15
20
5
10
15
20
5
10
15
20
Опоры обтекаемой формы
А,
см
130
160
190
220
160
190
220
250
160
220
250
280
160
220
250
280
В,
см
380
410
440
470
410
440
470
500
410
470
500
530
440
500
530
560
Vб,
см
23
60
114
186
30
76
140
223
30
93
167
263
33
100
179
280
Np,
kH102
6
32
42
57
44
57
97
54
54
72
92
118
84
103
125
152
Опоры прямоугольного
сечения
B,
Vб,
Np,
3
cм
М
кН102
310
20
31
310
50
32
310
88
42
310
136
63
310
25
43
310
59
52
310
102
64
310
155
79
310
25
53
310
68
65
310
116
78
310
117
94
380
30
84
380
84
98
380
143
115
380
213
134
Основные строительные характеристики монолитных устоев
55
Приложение 12
Сборные свайные устои по типовому проекту №708 и №828
Основные строительные показатели сборных устоев
Примечание: ln – полная длина опирающегося пролетного строения, см; Ноп – высота опоры, м;
Ссв – сечение свай, см2; Fсв – максимальное усилие на сваю, кН102, Db – расход бетона на устой, м3.
56
Приложение 13
Несущая способность свай и оболочек по грунту, кН102
57
Приложение 14
Укрупненные расценки работ на конструктивные элементы моста и мостового перехода
58
Окончание приложения 14
59