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: 7 из 11

Расчет прикрепления балки к узлам главных ферм

Конструкция прикрепления поперечной балки к узлам главных ферм приведена на рисунке 3.16.



Рисунок 3.16 – Прикрепление поперечной балки к узлу главной фермы

Расчет прикрепления ведется по поперечной силе . Количество болтов «А» ( ) определяется по формуле:

(3.87)

Принимаем

Количество болтов «Б» ( , ):



Принимаем

4. Расчет элементов главных ферм

   1. Определение внутренних усилий в элементах главных ферм

      1. Построение линий влияния усилий в элементах фермы

Усилия в элементах фермы определяются по линиям влияния для всех стержней, сходящихся в заданных узлах. Построение линий влияния для ферм с параллельными поясами и простой треугольной решеткой с дополнительными стойками и подвесками осуществляется по правилам строительной механики. Необходимые линий влияния приведены на рисунке 4.1. Результаты определения площадей сведены в таблицу 4.1.


Рисунок 4.1 – Расчетная схема и линии влияния рассчитываемых элементов
Таблица 4.1 – Площади линий влияния

Элемент	Площадь л. вл., м
	+	-	Полная
Н0-В1	0	-61,16	-61,16
Н0-Н1	36,30	0	36,30

Считаем, что рассматриваемая пространственная конструкция пролётного строения симметрична в продольном направлении относительно вертикальной оси, поэтому усилия для расчёта действующие в элементах решетки фермы, будем определять для одной главной фермы.

2. Определение внутренних усилий для расчета на прочность и общую устойчивость

Для расчета на прочность и общую устойчивость требуется определить максимальные усилия в элементах фермы. Для нахождения этих усилий используем два рекомендуемых [3] сочетания нагрузок.

Первое сочетание включает в себя нагрузки от собственного веса пролетного строения, временной подвижной нагрузки, а также нагрузки от ветра и действия сил торможения и тяги.

Полное усилие в элементах главной фермы от первого сочетания нагрузок определяется по формуле:

(4.1)

где нормативное усилие от постоянной нагрузки;

нормативное усилие от временной вертикальной нагрузки;

нормативное усилие от сил торможения и тяги;

нормативное усилие от поперечной ветровой нагрузки;

коэффициенты надежности по соответствующим нагрузкам;

динамический коэффициент;

коэффициенты сочетаний нагрузок, учитывающие малую вероятность проявления одновременного действия всех нагрузок в наибольших значениях.

Согласно [п. 6.2, 2] коэффициенты сочетаний: к постоянной нагрузке равны ; к временной нагрузке от подвижного состава ; к ветровой нагрузке ; к тормозной нагрузке .

Второе сочетание нагрузок, кроме постоянной и временной вертикальной нагрузки, включает в себя также нагрузку от поперечных ударов колес подвижного состава.

Полное усилие в элементах главной фермы от второго сочетания нагрузок определяется по формуле:

(4.2)

где нормативное усилие от горизонтальных ударов колес подвижного состава.

Во втором сочетании коэффициенты для всех нагрузок.

3. Определение усилий для расчета на выносливость

Расчет на выносливость производят на нормативные значения постоянной и временной вертикальной нагрузок.

Усилия в элементах главной фермы определяются по формуле:

(4.3)

где коэффициент, исключающий влияние тяжелых транспортеров, определяется в зависимости от длины загружения по [табл.6.5, 2]. Для > 50 м, =1,0.

Для всех элементов фермы определяются максимальное и минимальное усилие по формулам

				(4.4)
			(4.5)

где усилия от временной эквивалентной нагрузки при загружении соответственно большей и меньшей площадей линии влияния.

Для расчета на выносливость следует определить коэффициент усталости материала по формуле (3.6). В этом случае коэффициент определяют по (3.6) при <22 и при >22.

Коэффициент зависит от величины перекрываемой фасонками и накладками площади поперечного сечения рассчитываемого элемента в узле и в первом приближении может быть принят:

• 
  для поясов 1,7m_f для стали 15ХСНД;
  
• 
  для раскосов, стоек и подвесок 1,8m_f для стали 15ХСНД.
  

Коэффициент m_f зависит от числа поперечных оси элемента рядов болтов в соединении и может быть принят m_f =1,2

Коэффициент асимметрии цикла напряжений определится по формуле

(4.6)

где и наибольшие и наименьшие по абсолютной величине усилия, возникающие в элементе.

4. Определение усилий от постоянных нагрузок

Нормативная постоянная распределенная нагрузка от постоянных усилий g для расчета элементов поясов и раскосов определяется суммой

(4.7)

где нагрузка от собственного веса элементов главных ферм;

от веса мостового полотна, кН/м [п 1.3.1, 3];

от веса конструкций проезжей части,

;

от веса связей, от массы металла главных ферм;

от веса смотровых приспособлений, от массы металла главных ферм.

(4.8)

где масса металла пролетного строения, m= 559,30 т;

ускорение свободного падения.





Следовательно, нормативная постоянная нагрузка будет равна



Нормативное усилие в элементе фермы от постоянной нагрузки определяется по формуле:

(4.11)

где алгебраическая сумма площадей (со своими знаками) всех участков линии влияния.

Расчетное усилие от постоянной нагрузки вычисляется умножением нормативной величины на коэффициент надежности по постоянной нагрузке или 0,9 [п. 6.10, 2].

Выполним расчет элемента Н0-Н1: , =

Нормативное усилие:



Расчетные усилия:





Расчет усилий от действия постоянных нагрузок сведем в таблицу 4.2.


Таблица 4.2 – Нормативные и расчетные усилия в элементах фермы от постоянных нагрузок

Элемент	Площадь л.в.	Нагрузка от СВ, кН/м	Нормативные усилия, кН	Расчетные усилия
				γf = 0,9	γf = 1,1
Н0-В1	-61,16	86,78	-5307,46	-4776,72	-5838,21
Н0-Н1	36,30	86,78	3150,11	2835,10	3465,12

5. Определение усилий от вертикальной подвижной нагрузки

Нормативные усилия в элементах ферм от загружения временной подвижной нагрузкой определяются по формулам:

(4.12)

где усилия в элементе фермы при загружении участков соответственно с положительными и отрицательными знаками;

эквивалентные нагрузки соответственно для положительного и отрицательного участков линии влияния;

площади «+» «-» отрицательного участков линии влияния.

Нормативная подвижная нагрузка определена по [табл. К1, 2]. Класс расчётной нагрузки С13.

В соответствии с очертанием линий влияния и значениями величин и для участков следует загружать [1]:

два участка рассматриваемого знака, расположенные рядом или разделенные участком иного знака, при общей длине этих (двух или трех) участков менее 80 м;

один участок рассматриваемого знака при длине 80 м и более;

остальные участки того же знака – нагрузкой 9,81K кН/м пути.

Разделяющие участки иного знака следует загружать нагрузкой 13,73 кН/м пути, а при наличии таких участков длиной до 20 м один из них не загружают.

Расчётная нагрузка от подвижного состава определяется с учетом коэффициента надежности и динамического коэффициента:

(4.13)

Динамические коэффициенты к временной нагрузке определяются согласно [п. 6.22, 2].

(4.14)

где длина загружения линии влияния.

Коэффициент надёжности к временной нагрузке [табл. 6.9, 2]

(4.15)

Рассмотрим подробно расчет элемента Н0-В1.

Определение усилий для расчета по прочности и общей устойчивости.



Рисунок 4.2 – Загружение линии влияния элемента Н0-В1
Определение минимальной продольной силы :





Принимаем







Определение усилий для расчета на выносливость.

Рисунок 4.3 – Загружение линии влияния элемента Н0-В1
При расчетах на выносливость вводится коэффициент ε, исключающий влияние тяжелых транспортеров, как редко встречающегося вида нагрузки. Принимается по [1, п.6.11].

Кроме того, если , то произведение принимают не менее 1.

Определение наибольшей положительной продольной силы:










Усилия от вертикальной временной нагрузки сведены в таблицу 4.3.

Усилия для расчета на выносливость сведены в таблицу 4.4.


Таблица 4.3 – Нормативные и расчетные усилия от подвижной временной нагрузки
f
fh



Таблица 4.4 – Расчетные усилия для расчета на выносливость


f
fh

6. Определение усилий от горизонтальных нагрузок

Определение усилий от поперечных ударов колес подвижного состава

Нормативная горизонтальная нагрузка от поперечных ударов колес поезда независимо от числа путей согласно [п.6.19, 2] определяется по формуле

(4.16)

где класс нагрузки.



Нагрузка от поперечных ударов колес приложена в УГР и распределяется между поясами ферм следующим образом

(4.17)

Усилия от горизонтальных поперечных нагрузок в элементах поясов главной фермы определяются по формулам

(4.18)

где длины соответственно нижнего (грузового) и верхнего (негрузового) поясов;

расстояние между осями ферм.

Для получения расчетных усилий от ударов колес величины следует умножить на коэффициент надежности , определяемый по формуле

(4.19)

где фактическая длина загружения линии влияния.





Расчетное усилие:



Определение усилий от поперечной ветровой нагрузки.

Нормативная составляющая ветровой нагрузки следует определять как сумму нормативных значений средней статической и пульсационной составляющих. В курсовом проекте допускается учитывать только среднюю составляющую, нормативное которой определяют по формуле:

(4.20)

где W₀ – нормативное значение ветрового давления, W₀ = 0,38 кПа;

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, измеряемой от уровня земли или меженных вод до центра площади рассчитываемой поверхности;

C_w – аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;

C_w=2,15 – для главных ферм сквозных пролетных строений с ездой понизу при наличии на них поезда;

C_w =2,55 – для главных ферм сквозных пролетных строений с ездой понизу при отсутствии поезда;

C_w =1,9 – для железнодорожного подвижного состава, находящегося на пролетном строении с ездой понизу;

C_w =1,85 – для балочной клетки и мостового полотна;

Ветровая нагрузка передается на подвижной состав, проезжую часть, выступающую над нижними поясами, а также на пояса, раскосы, стойки.

Нормативное поперечное давление ветра на сквозную ферму определяют по формуле

(4.22)

где 0,2 – коэффициент заполнения для однорешетчатых ферм;

– полная высота фермы, ;

Расстояние от УМВ до центра тяжести наветренной поверхности главных ферм составляет 27,50 м, следовательно,





Нормативная поперечная горизонтальная ветровая нагрузка на проезжую часть:

(4.23)

где – длина нижнего (грузового) пояса;

– высота проезжей части (из расчета проезжей части);

– высота пояса, закрывающего балки проезжей части.

На этом этапе расчета можно высоту пояса принять равной 1/15 длины элемента.

Высота от УМВ до центра тяжести участка проезжей части, возвышающегося над поясом фермы, составляет 20,81 м, следовательно,





Расчетная поперечная горизонтальная ветровая нагрузка на подвижной состав:

(4.24)

где высота железнодорожного подвижного состава, равная 3 м.

Высота от УМВ до центра тяжести поезда составляет 23,19 м, следовательно,





Распределение нагрузки между верхним и нижним поясом определяется по формулам:

				(4.25)
			(4.26)

где , – интенсивности нормативной поперечной ветровой нагрузки на связи верхнего (негрузового) и нижнего (грузового) поясов.



Усилие от поперечной ветровой нагрузки в верхнем поясе фермы:

(4.27)

Усилие от поперечной ветровой нагрузки в нижнем поясе фермы:

(4.28)

где расстояние от начала пояса до рассчитываемого элемента.

Нормативное значение:



Расчетное значение:



Определение усилий от тормозных нагрузок.

Нормативная горизонтальная продольная нагрузка от торможения согласно [1, п.6.20] в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью:

(4.29)

где – нормативная эквивалентная временная вертикальная нагрузка при и α = 0,5 [1, приложение K].





Расчетное усилие от сил торможения определяется по формуле:

(4.30)

где – длина панели фермы;

– число панелей фермы, считая от дальнего опорного узла, включая панель с рассчитываемым элементом пояса.

коэффициент надежности, [1, п. 6.23].

Нормативное значение:

(кН),

Расчетное значение:

1. Определение усилий в опорных раскосах и крайних панелях нижнего пояса

Усилия в этом элементе складываются из усилий от работы в составе главных ферм и усилий от работы в составе портальной рамы. Расчетная схема портальной рамы представлена на рисунке 4.4.



Рисунок 4.4 – Схемы к расчету портальной рамы
В опорном раскосе как элементе главной фермы усилия от первого и второго сочетания нагрузок определяются по формулам:

(4.31)

и –усилия в опорном раскосе от доли ветровой нагрузки и ударов колес, приходящиеся на свободный узел портальной рамы:

(4.32)

где и –расчетные поперечные усилия на верхний узел рамы от ветровой нагрузки и ударов колес вычисляются по формулам:

(4.33)

где геометрическая длина опорного раскоса;

геометрическая длина верхнего пояса фермы;

расстояние от центра опорного узла до нулевой точки, в которой изгибающие моменты в стойке портальной рамы равны нулю:

(4.34)

где – расстояние от центра опорного узла главной фермы до прикрепления портального закрепления определяется по формуле:

(4.35)

где – строительная высота в пролете;

– высота габарита подвижного состава равная 6,4 м [6 п.5.1].











По формулам (4.32) получаем расчетные усилия в опорном раскосе от доли ветровой нагрузки и ударов колес:





При этом в элементе нижнего пояса возникает дополнительное усилие, которое должно быть добавлено к первому (а в случае учета у даров колес подвижного состава – второму) сочетанию нагрузок:

		(4.37)
		(4.38)

где угол наклона раскоса.





Изгибающий момент в заделке стойки определяются по формулам:

		(4.39)
		(4.40)

Изгибающий момент в уровне нижнего узла ригеля определяется по формулам:

		(4.41)
			(4.42)

Расчетный изгибающий момент в стойке:

(4.43)





Расчетные усилия в опорном раскосе Н0-В1 на прочность:



.

Расчетные усилия в опорном раскосе Н0-В1 на выносливость:





Расчетные усилия в элементе Н0-Н1 на прочность:



.

Расчетные усилия в элементе Н0-Н1 на выносливость: