 |
Расчет составного пакета на колодках.
|
|
|
|
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Разработка и расчет деревянных мостов»
выполнил студент группы МТ-602
Санкт-Петербург
Оглавление
1 Разработка вариантов………………………………………
1.1 Вариант № 1………………………………………………...
1.2 Вариант № 2………………………………………………...
1.3 Вариант № 3………………………………………………...
2 Расчет деревянного моста………………………………..
2.1 Проезжей части……………………………………………
2.2 Расчет прогонов…………………………………………....
2.2.1 Определение усилий………………………………………
2.2.2 Подбор сечений…………………..………………………...
2.3 Расчет опирания прогонов………………………………..
2.4 Опоры………………………………………………………...
2.4.1 Определение усилий………………………………………..
2.4.2 Расчет опирания насадки на стойки……………………..
2.4.3 Расчет стоек опоры ………………………………………..
3 Проверка устойчивости опоры поперек моста …………
4 Список литературы………………………………………….
1 Разработка вариантов
Разработаем варианты моста под автомобильную дорогу при следующих данных: продольный профиль по оси мостового перехода и геологический разрез представлены на рис. 1; отметка уровня меженной воды (У.М.В.) –26,00м; отметка расчетного уровня высокой воды (У.В.В.) –27,00м; для пропуска водного потока необходимо отверстие моста L0=38,0м; два судоходных пролета не менее 6м при h=4м; уровень высокого ледохода 27.00м; временная нагрузка А 8; предполагаемый срок службы моста 5 лет.
Оценивая условия задания, обратим внимание на грунты, благоприятствующие забивке свай, незначительную глубину меженного русла (h1=1,0м), судоходный пролет (Н=5м) и слабый ледоход, что позволяет применять простую конструкцию однорядных свайных опор (без устройства подводных связей и ледоколов).
|
|
|
Вариант 1
В этом варианте можно наметить балочный мост с одинаковыми пролетами l=3..2,5м, что позволит использовать целиком лесоматериал стандартной длины – 6,5м.
Для обеспечения судоходного пролета целесообразно использовать пролетное строение в виде простых пакетов длиной 6,5м.
Далее целесообразно определить наибольшую величину пролета, зависящую от класса заданной временной вертикальной нагрузки и конструкции пролетных строений. Учитывая не продолжительный срок эксплуатации моста, решаем применить одноярусные брусчатые прогоны. При высоком классе заданной временной нагрузки ограничим длину пролета размером l= 3,0м.
Отметка бровки насыпи определяется подмостовым габаритом.
На мостах под автомобильную дорогу верх дорожной одежды на оси моста выше БН на 0,25 – 0,3 м. При этом верх прогонов располагается приблизительно в уровне БН. Отметку верха дорожной одежды определяют, прибавляя к отметке верха подмостового габарита строительную высоту пролетного строения, т. е. расстояние от низа конструкции до верха ездового полотна.
БН = 26,5 + 4 + 0,6 = 30,8
Выбирая местоположение моста на продольном профиле, следует разместить отверстие в зоне наибольших глубин, причем конусы насыпей не должны заходить в меженное русло, так как это сильно усложнит работу по отсыпке и укреплению откосов конусов. Во всех трех вариантах отметка БН и отметка верха дорожной одежды принимаются одинаковыми.
Пользуясь формулой 
, определим количество однорядных опор n0 толщиной b0=0,4м, попадающих в пределы отверстия моста без учета двух средних полетов L=L0-13=38,0м при пролетах l=3,0м.
;
Принимая n0=13, определим расстояние между крайними сваями моста по формуле ®
;
Прогоны и стойки опор размещаем так, чтобы обеспечивалось наиболее равномерное загружение брусов прогонов. Для сокращения свободной длины стоек однорядных опор и повышения продольной жесткости моста все опоры связываем продольными схватками. При наличии продольных схваток целесообразно в этом же уровне поставить и поперечные горизонтальные схватки, сокращающие свободную длину стоек опор в поперечном направлении.
|
|
|
Сваи в устоях в поперечном направлении установим такие же, как и в промежуточных опорах, при этом упрощается установка продольных горизонтальных схваток, связывающих устои с промежуточными опорами.
Разместив по концам моста закладные щиты с забитыми в грунт насыпи короткими сваями на расстоянии 0,5м от крайних свай устоев, получаем полную длину моста Lп=54,9 м.
Для расчета стоимости и последующего сравнения вариантов определим расход лесоматериалов на пролетные строения и опоры.
Расход леса на прогоны из брусьев определим по формуле V1=VlB=0,33×3×11=10,89м3, где V=пог.м – средний объем 1 пог.м бруса; B – ширина моста.
Аналогично определяем расход лесоматериала на простые пакеты
V2=0,13×11×8=11,44 м3.
Стоимость пролетного строения из бруса без покрытия определяется по укрупненным расценкам и составляет: С=119,79×90=10780 руб.
Соответственно стоимость пролетного строения простых пакетов составит: С=22,88× 90=2060 руб.
Насадка будет изготавливаться из бревен сечением диаметром 26см.
Промеряя графически размеры элементов опор и устоев, составляем следующие таблицы:
Спецификация элементов промежуточной плоской однорядной опоры моста по варианту 1
| Наименование элементов | Размер сечения, ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 2,03 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,256 | 0,51 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,202 | 0,404 | ||
| Прод. диаг. схватки | 24/2 | 6,5 | 0,147 | 0,588 |
Всего на одну опору 3,532
| Сваи | 0,481 | 3,367 |
Стоимость опоры без свай: 85 * 3,532=300 руб.
Стоимость свай: 90 * 3,367= 303 руб.
Общая стоимость 603 руб.
Здесь и далее стоимость всех элементов указана в ценах 1984 года.
Спецификация элементов устоя моста по варианту № 1
| Наименование элементов | Размер сечения,ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,256 | 1,541 | ||
| Подкосы | 4,3 | 0,346 | 2,422 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 1,078 |
Всего на один устой 9,078
|
|
|
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость устоя без свай: 85 * 9,078 = 771 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость 1377 руб.
Спецификация элементов промежуточной пространственной опоры по варианту 1
| Наименование элементов | Размер сечения, ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,2569 | 0,513 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 0,199 | ||
| Прод. диаг. схватки | 24/2 | 3,2 | 0,096 | 1,344 |
Всего на одну опору 6,106
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость опоры без свай: 85* 6,106= 520 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость 1126 руб.
Расчет стоимости моста по варианту № 1
| Наименование | Кол-во | Стоимость, руб. | |
| одной | Общая | ||
| Устои | |||
| Промеж. пл. однор. опоры | |||
| Пролетные строения | - | ||
| Промеж. простр. опора | |||
| Итого: | |||
| + 35% | |||
| Всего |
Прежде чем приступить к составлению варианта № 2 моста, выясним недостатки первого варианта, которые постараемся не допустить в варианте № 2.
К недостаткам следует отнести:
· неприспособленность конструкции к индустриальным условиям изготовления. Наращивание свай, установка насадок и схваток выполняются в неудобных условиях работы на высоте требуются большие затраты ручного труда;
· опасность повреждения однорядных опор при заклинке льдин между ними в вследствие малой жесткости опор в направлении вдоль оси моста;
· трудность применения антисептированного лесоматериала.
· большое количество опор.
Вариант 2
Во втором варианте, с целью уменьшения опор принимаем пространственные свайные опоры. При устройстве пространственных опор значительно повышается продольная жесткость моста.
Для улучшения условий пропуска льда увеличим длину пролетов ориентировочно до 8м. Расстояние между полуопорами возьмем 2,5м.
|
|
|
Принимаем nп=5 шт.
Подсчитываем расстояние между крайними сваями:
Определим сечение стоек пространственной опоры
По графику на рис. 7 приложения 1 необходимая суммарная площадь стоек одной полуопоры.
Стоимость пролетного строения определяется по укрупненным расценкам (прил. 2) и составляет:
С = 210*7,48= 1571руб.
Расход и стоимость лесоматериала на пролетные строения в пределах устоя равны:
V = 0,16*8*9= 11,52м3
С = 210*11,52= 1843руб
Общая стоимость пролетного строения равна Собщ=17358 руб
Промеряя графически размеры элементов опор и устоев, составляем следующие таблицы:
Спецификация элементов пространственной опоры моста по варианту 2
| Наименование элементов | Размер сечения, ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,2569 | 0,513 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 0,199 | ||
| Прод. диаг. схватки | 24/2 | 3,2 | 0,096 | 1,344 |
Всего на одну опору 6,106
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость опоры без свай: 85* 6,106= 520 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость 1126 руб.
Спецификация элементов устоя моста по варианту № 2
| Наименование элементов | Размер сечения,ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,256 | 1,541 | ||
| Подкосы | 4,3 | 0,346 | 2,422 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 1,078 |
Всего на один устой 9,078
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость устоя без свай: 85 * 9,078 = 771 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость 1377 руб.
Расчет стоимости моста по варианту № 2
| Наименование | Кол-во | Стоимость, руб. | ||
| одной | Общая | |||
| Промеж. простр. опора | ||||
| Устои | ||||
| Пролетное строение | - | |||
| Итого: | ||||
| + 35% | ||||
| Всего: | ||||
Разработанный вариант имеет определенные достоинства и недостатки, по сравнению с предыдущим.
К достоинствам относятся:
· меньшее количество опор;
· большая жесткость опор вдоль оси моста.
· применяются пространственные опоры на рамно-свайном основании, что способствует их индустриальному изготовлению.
·
Вариант 3
Увеличим длину пролетов ориентировочно до l1 = 15 м. при ширине пространственных опор l2 = 2,5м, и 2,1м
Число пространственных опор, попадающих в отверстие моста, рассчитав по формуле, принимаем равным 6.
Подсчитываем расстояние между крайними сваями:
Расход лесоматериала на пролетное строение:
V = 0,18*16,8*9 = 24,2 м3
Стоимость пролетного строения определяется по укрупненным расценкам и составляет:
|
|
|
С = 210*42,16 =8854 руб.
Промеряя графически размеры элементов опор и устоев, составляем следующие таблицы:
Спецификация элементов промежуточной пространственной опоры №1 по варианту 3
| Наименование элементов | Размер сечения, ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,2569 | 0,513 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 0,199 | ||
| Прод. диаг. схватки | 24/2 | 3,0 | 0,096 | 1,344 |
Всего на одну опору 6,106
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость опоры без свай: 85* 6,106= 520 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость 1126 руб.
Спецификация элементов устоя моста по варианту № 3
| Наименование элементов | Размер сечения,ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,256 | 1,541 | ||
| Подкосы | 4,3 | 0,346 | 2,422 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 1,078 |
Всего на один устой 9,078
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость устоя без свай: 85 * 9,078 = 771 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость 1377 руб.
Спецификация элементов промежуточной пространственной опоры №2 по варианту 3
| Наименование элементов | Размер сечения, ø см | Длина элемента, м | Кол-во | Объем, м3 | |
| одного | общий | ||||
| Стойки | 3,6 | 0,288 | 4,032 | ||
| Насадки | 4,3 | 0,256 | 0,513 | ||
| Прод. гориз. схватки | 24/2 | 0,071 | 0,199 | ||
| Прод. диаг. схватки | 24/2 | 3,0 | 0,090 | 1,264 |
Всего на одну опору 5,898
| Сваи | 0,481 | 6,734 |
Стоимость опоры без свай: 85* 5,898= 501 руб.
Стоимость свай: 90 * 6,734=606 руб.
Общая стоимость1107 руб.
Расчет стоимости моста по варианту № 3
| Наименование | Кол-во | Стоимость, руб. | ||
| одной | Общая | |||
| Промеж. простр. опора №1 | ||||
| Промеж. простр. опора №2 | ||||
| Устои | ||||
| Пролетное строение | ||||
| Итого: | ||||
| + 35% | ||||
| Всего: | ||||
Разработанный вариант имеет определенные достоинства и недостатки, по сравнению с предыдущими.
К достоинствам относятся:
· большая жесткость опор вдоль оси моста;
· индустриальное изготовление элементов моста.
К недостаткам относятся:
· большая стоимость пролетного строения по сравнению с предыдущими вариантами
Сравнение вариантов
| Основные показатели вариантов моста. | ||||
| Наименование показателей | Единицы измерения | Значения показателей по вариантам № | ||
| Полная длина моста | м | 51,9 | 52,6 | 53,0 |
| Объем лесоматериалов | м3 | 204,4 | ||
| Стоимость моста | руб. |
В качестве окончательного варианта был выбран второй вариант – конструкция с шестью пролетами по 8 метров, пятью пространственными опорами. Достоинствами такой системы является простое и качественное изготовления опор на месте. Небольшое количество опор пролетного строения выбранного варианта позволяет нам соорудить мост в более короткие сроки.
Расчет деревянного моста.
Проезжая часть.
Рассматриваются две конструкции проезжей части, получившие наибольшее распространение: двойной дощатый настил, опирающийся на поперечины, и деревоплита, покрытая асфальтобетоном.
Расчет элементов проезжей части производится на давление одиночной оси Р = 108 кН.
В данном проекте выбрана конструкция проезжей части, выполненная в виде двойного дощатого настила.
Двойной дощатый настил, состоящий из верхнего слоя досок толщиной δ1 = 5-7 см и нижнего, с толщиной досок δ = 6-10 см, рассчитывают как разрезную балку с расчетным пролетом а, равным расстоянию между осями прогонов.
Расчетный изгибающий момент в одной доске определяется по формуле:
Необходимый момент сопротивления оси: 
Задаемся шириной доски: 
Находим ее толщину: 
.
Расчет прогонов.
Поперечины рассчитывают как разрезные балки с расчетным пролетом, равным расстоянию между осями прогонов. Распределение сосредоточенного давления зависит от коэффициента упругой передачи.
следовательно: 
Расчет составного пакета на колодках.
2.2.1 Определение усилий
Прогоны балочного моста рассчитываются как простые разрезные балки. За расчетный пролет принимается расстояние между осями насадок или центрами опорных брусьев.
Нормативные постоянные нагрузки на 1 п.м. длины прогона равны:
-от собственного веса деревянных конструкций, включая вес двух тротуаров с перилами:
-нагрузка от веса дорожного покрытия определяется:
- V = 25 м³ – объем древесины прогона;
- В = 11м. – ширина моста
- 
= 6,9 кН/м³ – удельный вес непропитанной древесины;
- 
= 22,6 кН/м³ - удельный вес дорожного покрытия;
- l = 6 м – длина прогона;
- n = 7 – кол-во бревен в пакете;
-
В общем случае расчет КПУ для нагрузки АК для любого прогона определяется:
Для тележки 
Для распределенной нагрузки 
а = 1,6 м.
у1 = 0,31
у2 = 1
у3 = 0,41
кН/м
кН/м
K=0.98*8
1)
у1 = 1.625
у2 = 0.75
2)
y1 = 1
y2 = 0.77
l = 6.5
Максимальный момент в середине пролета прогона:
Максимальная поперечная сила в опорном сечении:
2.2.2 Подбор сечения
В составных пакетах на колодках работа сечения, как единого целого достигается постановкой колодок между бревнами пакета по высоте
Требуемый момент сопротивления одного составного вертикального ряда при общем числе вертикальных рядов np, равен:
− 
= 
, где
- m1=0,9 - коэф. условий работы;
- m2=0,85 - коэф. сплошности для трехъярусных пакетов;
- np=2 - кол-во вертикальных рядов;
Момент сопротивления Wnt одного вертикального ряда бревен определяется
− 
Задаваясь диметром и количеством бревен по высоте определяем момент инерции Int бревен одного ряда:
= 
− 
, где
- I1, I2 – собственные моменты инерции соответственно крайнего и среднего бревен;
- A1 – площадь сечения нетто крайнего бревна;
- y1 – расстояние от нейтральной оси до центра тяжести крайнего бревна;
-
Геометрические характеристики сечений бревен вычисляются по формулам:
(С учетом колодок)
− I1=(b1h2 
)/12
− I2=(b2h2 )/12
− A1=>бруса с учетом колодки
Расстояние от центра тяжести сечения с односторонней врубкой до центра окружности бревна равно:
− y=> с учетом колодок
Длина колодки lк должна быть не меньше 20см, а так же удовлетворять условию
− 
=5(2+4.4)=32 см
Предполагаемая глубина врезки t=4.4см
Удовлетворяет условию 
(h)
Несущая способность колодки из условия прочности на смятие древесины в месте врезки колодки:
− 
, где
- Aq – площадь смятия колодки
− Аq= b(бруса) х tк(колодки)
Несущая способность колодки на складывание:
− 
, где
- bk – ширина колодки;
- ma=0,8 – коэф. Условий работы;
За расчетную несущую способность колодки Tк берут меньшую из величин Tсм и Tск.
Необходимое кол-во колодок, устанавливаемое на половине длины пролета lр:
− 
=2, где
- np=2 - кол-во вертикальных рядов;
Статический момент двухъярусного ряда бревен:
− 
, где
а расстояние от нейтральной оси до центра тяжести полусечения среднего бревна:
− y2=>без учета колодок
Расстояние между колодками λ должно удовлетворять условию
Проверка прочности древесины на складывание на участке между колодками производится по формуле:
На каждую колодку действует пара сил, создающих момент, выворачивающий колодку из гнезда и раздвигающий бревна с усилием Z, равным:
− 
, где
- hк - высота колодки;
Эти усилия воспринимаются парой вертикальных стяжных болтов, диаметр которых выбирается из условия прочности болта:
− 
Расчетное сопротивление Rbt для болтов из стали ВСт3сп4 равно Rbt = 155МПа
По итогам подбора имеем:
Древесина основных элементов моста – сосна:
- Rdb = 15,2 МПа –для бревен естественной коничности;
- Rdb = 13,7 МПа –для окантованных бревен;
- Rdam = 1,47 МПа;
- Rdqs = 11,8 МПа;
- Rdс = 11,8 МПа;
- Rdq = 1,47 МПа;
Требуемый момент сопротивления Wтр = 7349 см3
Бревно в пакете диаметром 22 см
Глубина врезки колодок t = 4.4 см
Момент инерции крайнего бревна J1 = 6980 см4
Площадь сечения крайнего бревна A1 = 771 см2
Расстояние от центра тяжести крайнего бруса до центра бруса окружности бревна y = 2 см
Расстояние между бревнами δ = 2 см
Момент инерции бревен одного ряда Int = 1396296,1 см4
Момент сопротивления бревен одного ряда Wnt = 31661,22 см3
Проверка по условию прочности: Wnt ≥ Wтр (17274> 7394)
Длина колодки lк = 32 см
Площадь смятия Aq = 54.1см2
Несущая способность древесины из условия прочности на смятие
Tсм = 63.838 кН
Ширина колодки bк = 10 см
Несущая способность древесины из условия прочности на скалывание Tск = 66.232 кН
Необходимое количество колодок, устанавливаемое на половине длины пролета nк = 2
|
|
|
