проектирлвание металлического моста. Анализ исходных данных 7 2Вариантное проектирование

• Название: Анализ исходных данных 7 2Вариантное проектирование
• Анкор: проектирлвание металлического моста
• Дата: 27.10.2022
• Размер: 0.94 Mb.
• Имя файла: PZ_10_01.docx
• Тип: Документы; #756891
• страница: 4 из 11

Сравнение вариантов моста и выбор наилучшего решения

Сравнение вариантов моста производят на основании комплексной оценки эффективности, совокупности технико-экономических показателей с учетом охраны окружающей среды, социальных, архитектурных и других требований.

Сравнение по отдельным показателям проводят в следующей последовательности:

– по экономическим показателям (в качестве основной экономической оценки принимается приведенная стоимость);

– по расходу основных строительных материалов (металла, бетона и железобетона);

– по условиям производства работ (трудоемкость, срок строительства, наличие мостостроительных организаций, рабочей силы, уровень механизации и т.д.); при строительстве в отдаленных местах, требующих завода и устройства рабочих, этому показателю следует отдавать предпочтение;

– по условиям эксплуатации (конструкция проезжей части или ездового полотна, наличие деформационных швов или их количество, условия пропуска водотока, ледохода, судов и т.п.).

Вариант №2 является более оптимальным по показателю cтоимости.

Уменьшение количества промежуточных опор позволяет уменьшить объем требуемого бетона и железобетона. Расход железобетона во втором варианте значительно меньше, первом.

Меньшее количество промежуточных опор позволит существенно уменьшить сроки и трудоемкость строительства.

Все запроектированные варианты удовлетворяют условиям пропуска ледохода и судов.

По итогам технико-экономического сравнения двух вариантов получаем, что вариант №2 является наиболее оптимальным при заданных условия проектирования. Он имеет самую низкую приведенную стоимость, а также наименьший расход железобетона.

3. Расчет проезжей части

К расчёту принято металлическое разрезное типовое железнодорожное пролетное строение со сквозными главными фермами с ездой понизу, данные о котором представлены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Данные о пролетном строении

Расчетный пролет lp, м	Полная длина lп, м	Высота ферм, м	Длина панели lm, м	Расстояние между фермами, м
110	111,09	15,0	11,0	5,8

1. Расчет продольной балки

   1. Определение внутренних усилий

Расчётная схема принимается в виде разрезной балки на двух опорах с пролетом, равным длине панели главной фермы.



Рисунок 3.1 – Расчетная схема продольной балки

При расчетах продольных балок учитываются следующие нагрузки:

– нагрузка от собственного веса ;

– нагрузка от веса мостового полотна при безбалластном мостовом полотне и двух тротуарах ;

– временная подвижная вертикальная нагрузка С13.

Внутренние расчетные усилия определяются по формулам:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

где и – максимальные изгибающие моменты в середине пролёта для расчёта на прочность и выносливость соответственно, ;

Q₀ – поперечная сила в опорном сечении для расчёта на выносливость, кН;

0,5 – коэффициент, учитывающий количество продольных балок;

– повышающий коэффициент надежности к постоянным нагрузкам [1, таблица 6.4];

– коэффициент надежности к временной нагрузке от подвижного состава [1, таблица 6.9];

_0,5, ₀ – площади линий влияния изгибающего момента в середине пролета и поперечной силы в опорном сечении соответственно;

– динамический коэффициент для расчетов на прочность [1, п.6.22];

– эквивалентная вертикальная временная нагрузка от подвижного состава C13 [1, таблица К.1 приложение K].

При длине загружения интенсивность вертикальной нагрузки в зависимости от положения вершины линии влияния равна:





При длине загружения  менее 50 м, определяется по формуле:

(3.4)



Динамический коэффициент определяется по формуле:

(3.5)

Тогда получаем:



Площади линий влияния внутренних усилий в расчетных сечениях определяются по формулам:

(3.6)

(3.7)

Тогда получаем:





Внутренние усилия для расчетов на прочность:





При определении изгибающего момента для расчетов по выносливости коэффициенты надежности к постоянным нагрузкам принимаются равными единице. Кроме того, вводится пониженное значение динамического коэффициента , а также исключается влияние тяжелых транспортеров с помощью коэффициента =0,85 [1, таблица 6.5].



Изгибающий момент в середине пролета продольной балки для расчетов на выносливость:

2. Подбор сечения продольной балки

Сечение продольной балки определяется из расчета по прочности или выносливости. Для этого необходимо определить коэффициент усталости материала [1, п. 8.57] по формуле:

(3.8)

где – коэффициент для железнодорожных мостов;

– коэффициенты, учитывающие марку стали и нестационарность режима нагружения (сталь марки 15ХСНД соответствующая классу по прочности С325-С345) [1, таблица 8.33];

– эффективный коэффициент концентрации напряжений для стали 15ХСНД [1, таблица Ц.1 обязательного приложения Ц];

– коэффициент, зависящий от длины загружения линии влияния при определении , при λ ≤ 22 м определяется по формуле:

(3.9)

где и для стали 15ХСНД;



– коэффициент асимметрии цикла переменных напряжений, равный отношению минимальной нагрузки к максимальной нагрузке:

(3.10)

В формуле (3.8) верхние знаки в скобках принимаются при расчете на выносливость по нормальным напряжениям, если _max>0 (для нижнего растянутого пояса), и всегда при расчете на выносливость по касательным напряжениям.



При необходимо сравнить величины и .





Величина больше , поэтому определяющим для подбора сечения является расчет на выносливость.


Рисунок 3.2 – Сечение продольной балки

Высота сечения балки определяется по приближенной формуле:

(3.11)

где – расчетное сопротивление стали 15ХСНД по пределу текучести для проката толщиной до 32 мм [1, таблица 8.5];

– коэффициент условий работы, [1, таблица 8.15];

– толщина вертикального листа стенки балки,



Требуемый момент инерции брутто определяется по формуле:

(3.12)

где – коэффициент [1, таблица 8.32].



Толщина горизонтальных листов в первом приближении принимается равной 0,017 м. Высота вертикального листа и момент инерции брутто этого листа определяются по формулам:

(3.13) (3.14)

Искомая ширина полки определяется по формуле:

(3.15)

Принимаем ширину полки продольной балки b_f = 280 мм, согласно ГОСТ 82-70.

Ширина пояса балки должна удовлетворять следующим требованиям:

из условия смятия мостового бруса поперек волокон;

из условия размещения не более двух рисок болтов прикрепления рыбок;

по условию обеспечения общей устойчивости сжатого пояса.

Назначенная ширина полки удовлетворяет необходимым условиям. Момент инерции брутто и момент сопротивления брутто всего сечения продольной балки по уточненным значениям с учетом уточненных значений , , определяются по формулам:

(3.16)

Условие (3.16) выполняется.

Момент сопротивления сечения определяется по формуле:

(3.17)

Расчет на выносливость сводится к выполнению условия [1, п.8.57]:

(3.18)

Условие (3.18) выполняется.

Недонапряжение составляет 1,37% и не превышает 5%.

Проверка прочности по нормальным напряжениям сводится к выполнению условия [1, п.8.26]:

(3.19)

где – момент сопротивления нетто сечения балки, вычисляемый по формуле (3.20);

– коэффициент, определяемый по [1, таблица 8.16], зависящий от соотношения площадей элементов продольной балки:





Из вычисленных соотношений площадей коэффициент ₁ = 1,097.

При загружении продольной балки, приведенной па рисунке 3.1, поперечная сила в середине пролета равна нулю. Это означает, что = 0 и величина принимается равной ₁.

Геометрические характеристики определяются по формулам:

			(3.20)
				(3.21)

где - диаметр отверстия для болтов крепления фасонок продольных связей между продольными балками диаметром 22 мм, принимаемый по [1, таблица 8.40];

= 0,025 м - отверстие диметром под высопрочную шпильку в верхей полке продольной балки для прикрепления железобетонной плиты.













Условие прочности (3.19) выполняется, следовательно, проверка прочности по нормальным напряжениям проходит с запасом 6,15 %.


Рисунок 3.3 – Подобранное сечение продольной балки

3. Расчет на прочность по касательным напряжениям

Проверка прочности по касательным напряжениям в стенке балки выполняется в опорном сечении.



Рисунок 3.4 – Опорное сечение продольной балки

и эпюра касательных напряжений
Для прямоугольного сечения условие прочности по касательным напряжениям имеет вид по [1, п.8.26]:

(3.22)

где – коэффициент, определяемый по [1, п. 8.30];

(3.23)

Поскольку , то принимаем

– высота сечения на опоре, определяется по формуле:

(3.24)

где – величина выреза;

– толщина стенки балки, при наличии ослабления болтовыми отверстиями определяется по формуле [1, п. 8.30]:

(3.25)

где – шаг болтов;

по [1, таблица 8.40];

расчетное сопротивление сдвигу [1, таблица 8.3].













Условие прочности (3.22) по касательным напряжениям выполняется.

Недонапряжение составляет 4,77 % и не превышать 5%.

4. Расчет поясного шва по прочности

Сварные швы, соединяющие пояса балок со стенками, в общем случае рассчитываются на прочность и выносливость по металлу шва и металлу границы сплавления. В курсовом проекте выполнен расчет только на прочность и выносливость по металлу шва и на прочность по металлу границы сплавления.



Рисунок 3.5 – Схема к расчету на прочность поясного сварного шва

продольной балки

Расчет на прочность поясного сварного шва выполняется по следующим формулам [1, п.8.91]:

по металлу шва:

(3.26)

по металлу границы сплавления:

(3.27)

где – число швов;

– катет углового поясного шва, минимальный размер которого принимается по [4, приложение P] в зависимости от толщины свариваемых элементов, вида сварки (автоматическая);

и – коэффициенты расчетного сечения углового шва, определяемые по [4, приложение P] в зависимости от размера катета , положения шва (в лодочку), вида сварки (автоматическая) и диаметра сварочной проволоки ( ;

– статический момент пояса продольной балки:

(3.28)

– расчетная нагрузка на одну балку, определяемая по формуле:

(3.29)

где класс нагрузки.



, – расчетные сопротивления, определяемые по формулам:

		(3.30)
		(3.31)

где – нормативное сопротивление разрыву металла, ;

– коэффициент надежности по материалу шва;

нормативное временное сопротивление проката, по [1, таблица 8.5].





Проверка прочности по металлу шва:







Условие прочности (3.26) выполняется.

Проверка прочности по металлу границы сплавления:







Условие прочности (3.27) выполняется.

Расчет на выносливость по металлу шва сводится к проверке условия [1, п.8.64]:

(3.32)

(3.33)

Условие выносливости по металлу шва (3.33) выполняется.

5. Расстановка поперечных связей и ребер жесткости

Постановка дополнительных ребер жесткости на участках определяется приближенно, по эмпирической формуле:

(3.34)

где – определяемая ширина i-той пластины, ограниченной ребрами жесткости и поясами балок;

– величина, принимаемая для низколегированной стали равной 20;

– коэффициент, определяемый по формуле:

(3.35)

где расстояние от оси поперечной балки до начала пластины с искомой величиной .

При определении принимается величина Тогда и для всех продольных балок, ,





















Следовательно, на первом участке нужно поставить три дополни­тельных ребра жесткости. Первое ребро жесткости устанавливаем в расчетном месте, остальные два расстояния между ребрами же­сткости делаем одинаковыми.

При расчете положения ребер жесткости для второго участка также используем формулы (3.61) и (3.62), принимая









Следовательно, на втором участке принимаем два ребра жесткости, располагая их в третях участка.



Рисунок 3.8 – Схема для определения положения ребер жесткости

Подберем согласно [1, п. 8.131] ширину выступающей части парных полосовых ребер жесткости по формуле:

(3.36)

Толщина ребра должна быть не менее 10 мм [1, таблица 8.37], и не менее полученной по формуле:

(3.37)

где МПа – модуль упругости металла по [1, таблица 8.13].



Принимаем



Принимаем

В ребрах жесткости, в местах примыкания к поясам бал­ки, необходимо предусматривать скругленные вырезы – выкружку высотой 120 и шириной 50 мм.



Рисунок 3.9 – Соединение ребра жесткости с поясом продольной балки

с помощью уголкового коротыша