Выбор типов пролетных строений и опор

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНТРАНС РОССИИ)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА (РОСЖЕЛДОР)

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СГУПС)

 

 

Методические указания к курсовому проекту

Железобетонного моста

 

НОВОСИБИРСК 2005

УДК 624.21

 

В методических указаниях приведены данные по составу проекта железобетонного моста с пролетными строениями из обычного железобетона, а также рекомендации по составлению вариантов, расчету и конструированию элементов моста.

Указания предназначены для студентов заочной формы обучения специальности «Мосты и транспортные тоннели», а также могут быть полезны и студентам очной формы обучения

Рассмотрены и утверждены к печати на заседании кафедры «Мосты».

 

 

Составители канд. техн. наук, доц. А.Н. Донец,

канд. техн. наук, Б.А. Рябышев

Ответственный редактор д-р техн. наук, проф. С.А. Бокарев

 

Рецензенты:

 

Директор Новосибирского филиала

ОАО «Институт ГИПРОСТРОЙМОСТ» С.И. Арахтин

 

Начальник отдела мостов

ОАО «Институт СИБГИПРОТРАНС» В.В. Гоцуц

 

© А.Н. Донец, Б.А. Рябышев

 

© Сибирский государственный университет путей сообщения, 2005

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

 

Выполнение данного курсового проекта способствует закреплению у студента теоретических знаний, приобретению практических инженерных навыков и развитию творческих способностей будущего специалиста. Настоящие методические указания ориентируют студента на проектирование балочно-разрезных железобетонных мостов с пролетными строениями из обычного железобетона в обычных условиях эксплуатации. В порядке выполнения учебно-исследовательских (УИРС) или научно-исследовательских (НИРС) работ студент может принять для проектирования мосты других более сложных систем (балочно – неразрезные, арочные, рамные и др.) или особые условия эксплуатации: районы с вечномерзлым грунтом, с высокой сейсмичностью и т.п. В этих случаях тема, содержание и объем проекта должны быть согласованы и утверждены преподавателем.

Данные методические указания состоят из двух основных частей: 1-я содержит методические указания по разработке вариантов моста; 2-я — по расчету и конструированию моста.

Студенты – заочники специальности «Мосты и транспортные тоннели» согласно учебному плану на IV курсе изучают по дисциплине «Мосты» раздел «Железобетонные мосты» с выполнением курсового проекта по проектированию моста с пролетными строениями из обычного железобетона. Курсовой проект выполняется самостоятельно, строго по исходным данным, принятым в соответствии с учебным шифром (номером зачетной книжки) студента (Приложения А, Б) и должен содержать все разделы, приведенные ниже.

Зачтенный курсовой проект студент защищает во время экзаменационной сессии.

Ряд указаний, приведенных для проектирования железобетонного моста, сохраняют свою силу и при проектировании других типов мостов. Поэтому настоящее пособие студент может использовать при изучении дисциплин по мостам вплоть до работы над дипломным проектом.

 

2 СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА

Проект состоит из пояснительной записки с расчетами и чертежей. Пояснительная записка содержит следующие главы:

1 Исходные данные. Местные условия;

2 Составление и сравнение вариантов моста с выбором решения;

3 Расчет пролетного строения (расчет плиты проезжей части и расчет главной балки);

4 Расчет устоя;

5 Конструирование элементов моста.

Объем пояснительной записки должен быть в пределах 35…40 стр. Развернутое содержание пояснительной записки к вариантам и расчетам приведено ниже по тексту методических указаний. Графическая часть курсового проекта (варианты моста и конструкция пролетного строения и устоя) выполняется на двух листах формата А1.

Пояснительная записка и расчет должны быть написаны на одной стороне белой бумаги формата А4 (210х297 мм) чернилами или набраны на компьютере. Оформление и размеры на странице текста должны соответствовать требованиям стандарта предприятия /1/. Текст разделяют на главы и параграфы в соответствии с вышеприведенным планом. Изложение должно быть в безличной форме. Все заголовки – выделены. Расстояние между заголовками и текстом должно быть равным двум межстрочным интервалам.

Расчет каждого элемента моста должен содержать расчетную схему элемента, нагрузки на него, определение усилий в сечениях элемента и проверочные расчеты. Буквенные обозначения величин должны соответствовать обозначениям, принятым в СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы /2/. В расчете приводят наименование вычисляемой величины или расчетной проверки, формулу в буквенном виде, при необходимости расшифровку входящих в формулу величин, подстановку численных значений букв в формулу и результат. При этом следует строго соблюдать одну и ту же размерность подставляемых величин.

Пример записи расчета:

Расчет плиты по прочности

(2.1)

где М = 4,38 кНм – изгибающий момент от расчетных нагрузок в сечении плиты;

R_в = 15,5 мПа – расчетное сопротивление осевому сжатию бетона;

b = 1,00 м – ширина плиты;

h₀=0,16 м – рабочая высота;

х=0,04 м – высота сжатой зоны.

Согласно (2.1) получим:

4,38 кНм < 15,5х1,00(0,16-0,5х0,04) = 2,170 кНм.

Результаты вычислений записывают с точностью до трех значащих цифр.

Не рекомендуется в пояснительной записке и расчете приводить переписанный текст из методических указаний и учебников.

В чистовой текст расчета вносят только окончательно принятые сечения элементов и их расчетные проверки. Все промежуточные расчеты по подбору сечений в чистовой текст расчета не записывают.

Чертежи выполняют карандашом с соблюдением требований ЕСКД и правил инженерно-строительного черчения /3/ на листах чертежной бумаги формата А1 или на белой бумаге шириной 297 мм и длиной от 420 до 841 мм с рамкой и штампом, допускается выполнение чертежей с использованием методов машинной графики. Листы пояснительной записки и расчета моста, а также чертежи должны быть собраны и сшиты в одну тетрадь и пронумерованы. В конце тетради помещают список использованной литературы и содержание проекта.

 

СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ МОСТА

3.1 Порядок работы, местные условия

Наилучшее решение при проектировании моста находят путем составления и технико-экономического сравнения нескольких вариантов (в курсовом проекте - три), которые рекомендуется разрабатывать в следующем порядке:

- изучить заданные местные условия проектирования моста;

- выбрать тип пролетных строений и опор;

- определить число и величину пролетов варианта моста;

- составить эскиз промежуточной опоры;

- определить число и длину свай в фундаменте опоры (в случае применения свайного фундамента);

- вычертить вариант моста;

- определить объемы работ и стоимость варианта моста.

Составленные варианты моста сравнивают по технико-экономическим показателям и выбирают наилучший.

Перед проектированием необходимо ознакомиться с местными условиями и требованиями к мосту, принятыми в соответствии с заданием (или шифром студента – заочника по таблице Б.1 Приложения Б настоящих методических указаний), а затем составить раздел «Исходные данные. Местные условия» пояснительной записки.

В пункте «Характеристика водотока» указывают номер профиля перехода; характеристику течения воды и русла; отметки уровней высокой и меженной воды (Ñ УВВ и Ñ УМВ); ширину русла В_р при УМВ; ширину левой В_л и правой В_n пойм при УВВ; отметки уровней высокого и низкого ледоходов (Ñ УВЛ и Ñ УНЛ), если они заданы; толщину льда; величину заданного отверстия моста L₀; коэффициент размыва русла реки k_р.

В пункте «Геологические условия» приводят наименование и физико-механические характеристики грунтов по оси моста; глубину заложения и мощность слоев грунта; расчетную глубину промерзания грунта. Толщину слоев грунта принимают по масштабу соответствующего профиля.

В пункте «Железнодорожный участок» указывают категорию железной дороги; положение дороги в плане и профиле, число путей, отметку подошвы рельса Ñ ПР = Ñ УМВ + Н, где Н – заданное возвышение подошвы рельса над Ñ УМВ.

Выбор типов пролетных строений и опор

Для малых и средних железнодорожных мостов наиболее рациональными являются балочные типовые сборные железобетонные пролетные строения ребристой конструкции, с ездой поверху, с ненапрягаемой арматурой, полной длиной до 16,5 м (инв. №557), и с предварительно напряженной арматурой, полной длиной от 16,5 до 27,6 м (инв. №556). Основные данные типовых пролетных строений приведены в Приложении В и учебниках /4, 5, 6/.

Для среднего моста через реку с ледоходом рациональными являются промежуточные сборно-монолитные опоры с фундаментами на естественном основании или из свай (оболочек).

Глубина заложения опор определяется типом фундамента, величиной размыва грунта или глубиной промерзания его у каждой опоры. При отсутствии размывов отметки подошвы массивного фундамента (Ñ ПФ) или острия свай (Ñ ОС) должны быть расположены не менее чем 0,25 м ниже расчетной глубины промерзания. При возможности размывов грунта фундаменты мостов должны быть заложены в грунт ниже уровня местного размыва на глубине, требуемой по расчету на действие расчетной нагрузки. Величина местного размыва (D_loc) зависит от скорости воды, физико-механи­ческих параметров грунта, формы поперечного сечения опоры и определяется весьма сложными соотношениями (см. Сооружение мостовых переходов и подтопляемых насыпей. Методы расчета местных размывов / Минстрой России. – М.: Письмо № МО-298.22.12.95), однако при курсовом проектировании разрешается принять ее равной ширине фундамента А_ф — при прямоугольной или 0,5 А_ф при обтекаемой форме фундамента опоры. Параметр А_ф можно считать большим, чем ширина опоры А, на 1 м.

Глубину погружения свай или оболочек ниже линии размыва грунта можно получить, приравнивая величину расчетного давления на наиболее нагруженную сваю (см. данные из типовых проектов опор и по Приложению Г) к несущей способности свай по грунту (см. Приложение Д). Новые глубины размыва дна водото­ка у опор вследствие стеснения его живого сечения мостом:

h_p = h´ (k_p -1) + D_loc, (3.1)

где h — глубина воды у опоры до размыва, отсчитываемая от Ñ УВВ.

Для промежуточных опор в заданных грунтовых условиях можно принять фундаменты с высокими или низкими ростверками на висячих железобетонных сваях или оболочках. Головы свай заделывают в прямоугольный или обтекаемый в плане ростверк толщиной 1,5…2м с размерами, как правило, не менее чем на 0,5 м превышающими размеры нижней части тела опоры. Сваи заделывают в ростверк на длину не менее половины периметра призматических свай и 1,2 м – для свай диаметром 0,6 м и более.

Обрез фундамента (верх ростверка) в меженном русле располагают ниже Ñ УНЛ на толщину льда плюс 0,25 м, а на поймах – на 0,25 м ниже поверхности грунта после размыва. Низ высокого ростверка в меженном русле располагают на любом уровне.

В качестве опор можно принять как массивные из монолитного бетона, так и типовые сборно-монолитные или сборные железобетонные на свайном основании, данные о которых приведены в Приложениях Г, Е, а также в учебниках /4,5/. Устои могут необсыпными и обсыпными, что может влиять на обеспечение заданного отверстия моста. Это следует учитывать при работе над всеми вариантами.

 

3.3 Определение числа и величины пролетов моста

На величину пролетов мостов через несудоходные реки большое влияние оказывают технико-экономические соображения. Так, высокие отметки бровки земляного полотна, большие глубины русла, большое стеснение живого сечения реки и слабые грунты в русле, вероятнее всего, приведут к удорожанию опор и их фундаментов, что заставит проектировщика ориентироваться на составление вариантов моста по возможности с наименьшим количеством опор.

Для выбора оптимальной схемы сооружения следует разработать и сравнить несколько вариантов моста, отличающихся между собой величинами пролетов, системами пролетных строений, конструкциями опор и фундаментов. При этом следует ориентироваться на наиболее прогрессивные технические решения и индустриальные методы строительства, на широкое применение типовых конструкций.

Основная характеристика, которой определяется длина моста,— это его отверстие L₀. Оно равно расстоянию в свету между передними стенками устоев или конусами насыпей по уровню высоких вод Ñ УВВ за вычетом суммарной толщины промежуточных опор.

Для перекрытия заданного отверстия могут быть применены пролетные строения балочной, рамной, арочной и комбиниро­ванных систем. Однако в настоящее время проектирование малых (длиной до 25 м) и средних мостов (длиной до 100 м) ведется, как правило, по балочно-разрезной схеме, так как она позволяет широко использовать типовые конструкции пролетных строений и опор. Благодаря этому повышается уровень сборности, обеспечивается индивидуальность строительства и снижается стоимость сооружения.

Порядок разработки может быть рекомендован таким.

Прежде всего, необходимо правильно назначить величину перекрывающих пролетов. Наибольшая длина типовых железобетонных балок под железную дорогу равна 27,6 м (см. Приложение В). На судоходных реках величины пролетов определяются подмостовыми габаритами в соответствии с заданным классом внутреннего водного пути (см. ГОСТ 26775-97). Для несудоходных водотоков с ледоходом величина пролетов назна­чается в первую очередь из условия беззаторного пропуска льда под мостом. Опыт проектирования показывает, что это условие может быть обеспечено применением пролетных строений длиной 10...15 м при слабом ледоходе (толщина льда h_л <0,5м), 15...20 м при среднем (0,5< h_л,<1,0 м) и 20...30 м при сильном ледоходе (h_л≥ 1,0 м). И только тогда, когда можно предпо­лагать, что минимальная стоимость моста может быть достигнута при пролетах, больших, чем максимальная длина типовых пролетных строений, или когда заданы особые условия (преодолеваемое препятствие — ущелье, дорога или архитектурные требования и т. п.), может понадобиться разработка варианта моста балочно-неразрезной, арочной или рамной системы.

Графическую работу по составлению вариантов моста начинают с вычерчивания профиля перехода в масштабе 1:100...1:200. На чертеже указываются уровни воды и льда, отметки бровки земляного полотна (Ñ БЗП) и подошвы рельса (Ñ ПР).

Далее производится разбивка моста на пролеты методом попыток. Для этого выбирается типовое пролетное строение полной длиной l_n, отвечающее указанным выше рекомендаци­ям и применение которого в многопролетной схеме обеспечит перекрытие заданного отверстия L₀.

Суммарная длина пролетных строений, которая соответ­ствует заданному отверстию моста, может быть ориентировочно подсчитана по формуле

L_п = L_о + n ´ A, (3.2)

если устои необсыпные (высота подходных насыпей меньше 5...6 м), и по формуле

L_п = L_о + (n – 1) ´ A + 2 ´ 1.5 (Ñ ВО - Ñ УВВ - 0.5), (3.3)

если устои обсыпные (высота подходных насыпей более 5...6 м).

В формулах (3.2)…(3.3):

n — количество пролетных строений длиной l_n, перекрывающих заданное отверстие моста;

А — ширина опоры, определяемая в зависимости от ее вы­соты и длины пролетного строения l_n, (см. Приложение Е);

Ñ ВО = Ñ ПР - h _стр.оп — от­метка верха опоры. Полученное значение отметки проверяется на соответствие нормируемым минимальным возвышениям над расчетным или наибольшим уровнями воды или наивысшим уровнем ледохода (см. табл.2 СНиП 2.05.03-84^*);

h _стр.оп — строительная высота пролетного строения на опоре (см. Приложение В).

Если длина пролетного строения l_n, (при количестве про­летов n) подобрана верно, то должно выполняться условие:

— 3% ≤ (n ´ l_n - L_п ) / L_п ´ 100 ≤ + 5% (3.4)

В противном случае следует перейти к пролетному строению другой длины. Если не удается выполнить условие (3.4) ни при каких одинаковых типовых значениях l_n, то необходимо рассмотреть схему с пролетными строениями разной длины (рекомендуется не более двух типоразмеров).

Пролетные строения на чертеже следует расположить так, чтобы под мостом обеспечивался наиболее благоприятный пропуск как меженных, так и высоких вод, т. е. конструкции большей длины должны перекрывать наиболее глубокую часть русла реки. Между торцами балок необходимо предусмотреть деформационные зазоры. При пролетах до 30 м их величина принимается равной 0, 05 м.

Затем определяют расстояние между шкафными стенками устоев:

L = 0,05 + ∑(l_n + 0,05), (3.5)

где 0,05м – зазор между торцами пролетных строений.

Положение середины моста на профиле перехода определяют из условия пропорциональности частей отверстия моста, расположенных в пределах левой и правой пойм, соответствующим ширинам пойм.

Из этого условия расстояние а от середины реки по УМВ до середины моста определяют по формуле:

a = 0,5 (Lo + ∑А – B_р)(В_n - В_л)/(В_n + В_л). (3.6)

На профиле перехода положительное значение a 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 l_n + 0,05м и проводят оси опор (см. Рисунок 3.1).

 

Рисунок 3.1 - Схема размещения моста на профиле перехода и его разбивка на пролеты

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: