Проект железобетонного моста. Курсовой проект. Введение Вариантное проектирование

• Название: Введение Вариантное проектирование
• Анкор: Проект железобетонного моста
• Дата: 24.03.2023
• Размер: 1.34 Mb.
• Имя файла: Курсовой проект.docx
• Тип: Реферат; #1011686

Содержание

Введение………………………………………………………………….………2

1. Вариантное проектирование…………………………………………..……...3

1.1 Характеристика моста………………………………………………….……3

1.2. Компоновка моста………………………………………………..…………6

1.2.1. Компоновка промежуточных опор………………………………………6

1.2.2. Выбор и характеристика устоев………………………………………….8

1.2.3.Определение глубины размыва…………………………………………...8

2. Статистический расчёт……………………………………………………….9

2.1 Расчет плиты балластного корыта………………………………………….9

2.1.1 Постоянные нагрузки……………………………………………………...9

2.1.2. Временные нагрузки……………………………………………………..12

2.1.3. Расчет на прочность……………………………………………………...15

2.1.4. Расчет плиты балластного корыта на выносливость…………………..18

2.1.5. Армирование плиты балластного корыта………………………………20

2.1.6. Расчет плиты балластного корыта по второму предельному состоянию на трещиностойкость…………………………………………………………...23

2.2. Расчёт главной балки………………………………………………………25

2.2.1. Определение усилий по линиям влияния………………………………26

2.2.2. Расчет на прочность по изгибающему моменту……………………….30

2.2.3. Построение эпюры материалов…………………………………………35

2.2.4. Определение прогиба главной балки пролетного строения…….…….38

Список используемой литературы…………….………………………………42

Введение

Важнейшей задачей в области проектирования и мостового строительства является сокращение сроков на возведение сооружения, сокращение приведенных строительно-эксплуатационных затрат и улучшение качества строительных работ.

Разработка вариантов и выбор оптимального решения является одной из наиболее ответственных задач проектирования мостов, так как при этом определяются основные размеры и архитектурный облик сооружения. При этом необходимо придерживаться требований, предъявляемых к этим элементам моста в отношении обеспечения их необходимой прочности и устойчивости при минимальной стоимости и наибольших эксплуатационных удобствах.

В данном курсовом проекте рассмотрен один вариант моста.

Вариант моста назначается исходя из климатических, геологических и водных условий данного района строительства.

1. Вариантное проектирование

Для выбора оптимальной схемы сооружения разработаем и сравним несколько вариантов моста, отличающихся между собой величинами пролётов, системами пролётных строений, конструкциями опор и фундаментов. При этом следует ориентироваться на наиболее прогрессивные технические решения и индустриальные методы строительства с широким применением типовых конструкций и узлов.

Основная характеристика, которой определяется длина моста – это его отверстие, . Оно равно расстоянию в свету между передними стенками устоев или конусами насыпей по расчетному горизонту высоких вод (РГВВ) за вычетом суммарной толщины промежуточных опор. Для перекрытия заданного отверстия будем использовать балочно-разрезную схему, так как она позволяет широко использовать типовые конструкции пролетных строений и опор.

Прежде всего, необходимо правильно назначить величину перекрывающих пролетов. Для несудоходных водотоков с ледоходом величина пролетов определяется исходя из двух условий:

- экономичности конструкции моста;

- беззаторного пропуска льда под мостом

Последнее может быть обеспечено применением пролетных строений длиной:

10…15 м при слабом ледоходе ( м);

15…20 м при среднем ледоходе ( м);

20…30 м при сильном ледоходе ( м).
1.1 Характеристика моста

При заданной толщине льда h_л =1,0 м длинна пролета должна быть не меньше 20 м.

Принимаем, первоначально, длину пролёта равным l_п=23,6 м.

Графическую работу по составлению вариантов моста начинаем с вычерчивания профиля перехода, на котором указываем:

- уровни воды: расчётный уровень высокой воды РГВВ=71,5 и уровень меженной воды УМВ=69,0;

- отметку низа пролетного строения:



НК=70,54+1,0=71,54 м

Подсчитываем суммарную длину пролетного строения (устои:1-необсыпной 2-обсыпные):



- отверстие моста, м;

n – количество промежуточных опор;

В – ширина опоры.

Количество опор определяем по формуле:



l_п– длина пролетного строения, м.

, где

В=3,2м.-ширина промежуточной опоры,

n- число опор.

Отверстие моста по заданию составляет

Количество пролетных строений определим по формуле:



Определим разницу длины фактического отверстия с заданным:

(1.12)



Условие не выполняется. Крайние пролеты могут не соответствовать требованиям ледохода, поэтому принимаем схему моста 18,7+2х23,6+18,7 м.

,

Выполним проверку:



Условие выполняется. Мост проектируем по схеме 18,7+2х23,6+18,7 м.



Рисунок 1-Поперечное сечение пролетного строения.

Типовой проект №556 ЛГТМ-1967 г., 23,6м



Рисунок 2-Поперечное сечение пролетного строения.

Типовой проект №556 ЛГТМ-1967 г., 18,7м

Таблица 1 – Основные данные пролетного строения

Основные данные.	Расчетный пролет, см
	2290
Полная длина Lп., см.	2360
Толщина ребра балки , см	50
Толщина плиты , см	18
Высота балки, см	185
Строительная высота, см:
в пролете hс	235
на опоре h0с	285
Объем бетона, м3	64,33
Размеры опорных частей в плане, см:
вдоль моста	45
поперек моста.	90
Масса комплекта опорных частей, т.	2,61

1.2. Компоновка моста

1.2.1. Компоновка промежуточных опор

По заданию толщина льдаh_л =1,0 м, применяем бетонные массивные опоры типовой проект 3.501-79 под пролет 23,6м.

Подбираем конкретную промежуточную опору из условий:

1) Фундамент должен быть спрятан под ГМВ не меньше чем на 0,5 м;

2) На поймах фундамент выше ГМВ, под землю не меньше чем на 0,5м.

Все размеры промежуточных опор приведены на чертеже (Приложение 1).

Основные размеры опор определяются в зависимости от их высоты и длины опирающихся на них пролетных строений.



Рисунок 3 – Схема бетонной массивной опоры.

1.2.2. Выбор и характеристика устоев

Выбираем необсыпной устой под железобетонные пролетные строения с ездой по верху. На устой опирается пролетное строение длиной 18,7 м.



Рисунок 4 – Схема необсыпного устоя на призматических сваях.

1.2.3.Определение глубины размыва

Глубина размыва дна водотока определяется по формуле:



где h – – глубина воды у опоры до размыва, отсчитываемая от РГВВ; К_р – расчетный коэффициент общего размыва (К_р =1,25);

2. Статистический расчёт

2.1 Расчет плиты балластного корыта

2.1.1 Постоянные нагрузки



Рисунок 5 – Расчетная схема плиты проезжей части пролетных строений

с ездой на балласте

Расчетные усилия в плите проезжей части определяются с учетом особенностей конструкции пролетного строения. Плита проезжей части работает под нагрузкой на изгиб в поперечном направлении. В зависимости от способа объединения главных балок выбирается соответствующая расчетная схема плиты.

В нашем случаи рассматривается плита сборных двухблочных пролетных строений без омоноличивания продольного шва.

Наружная и внутренняя плиты работают под вертикальной нагрузкой как консоли, защемленные одной стороной в ребре балки. На внутренней консоли нагрузки считают равномерно распределенными по всей длине, а на наружной – учитывают распределение нагрузок на участках разной длины и действие сосредоточенных сил от веса перил и тротуаров.

При определении усилий необходимо определить нормативные и расчетные усилия.

Постоянные нагрузки, действующие на внешнюю консоль (ребро):

– от собственного веса плиты:

где – удельный вес бетона равный 25 кН/м³

– от веса балласта:

где – удельный вес балласта равный 19 кН/м³

– от веса бортика:

– от веса тротуара:

– от веса перил:

Расчет изгибающего момента от постоянных нагрузок

1. 
   Нормативные нагрузки:
   

2. 
   Расчетные нагрузки на выносливость:
   

Для постоянных нагрузок коэффициент (1+ ) не учитывается, поэтому

1. 
   Расчетные нагрузки на прочность:
   

где – коэффициент надежности бетона равный 1,1;

– коэффициент надежности балласта равный 1,3.

2.1.2. Временные нагрузки

Временная нагрузка от подвижного состава СК принимается согласно приложению К СНиПа 2.05.03–84 Класс нагрузки С–12 (К=14)

Интенсивность эквивалентной нагрузки на 1 погонный метр при расчете плиты балластного корыта:



Согласно СНиП необходимо рассмотреть два случая распределения временной нагрузки и для дальнейшего расчета выбрать наиболее неблагоприятный.

Первый случай:

Нагрузка распределяется на ширину В=2,7+h, где h – расстояние под шпалой до верха плиты.



Определим расстояние а₁, на которое передается временная нагрузка на внешней консоли:



Второй случай:

нагрузка распределяется на ширину В=2,7+2h.



Определим длину участка консоли, на которую действует временная нагрузка



Интенсивность временной нагрузки определяется в соответствии с приложением следующим образом:

Первый случай:

Второй случай:

Определяем момент в корне консоли (ребра) от временных нагрузок:



Первый случай:



Второй случай:



Определяем расчетный момент в корне консоли (ребра) от временных нагрузок:



где =1,3 – коэффициент надежности по нагрузке к временным нагрузкам и воздействиям [п.6.23 СНиП 2.05.03–84];

= 1,5 – динамический коэффициент к нагрузкам от подвижного состава [п.6.22 СНиП].

Первый случай:





Второй случай:





Для дальнейших расчетов принимаем второй случай, т.к. здесь действуют максимальные моменты.

Для расчета на прочность требуется:



2.1.3. Расчет на прочность



Рисунок 6 – Схема поперечного сечения плиты при расчете на прочность

b – расчетная ширина плиты равная 1,0 м;

h_пл =0,18 м– высота плиты равная ;

h₀– высота от центра тяжести арматуры до низа плиты =13,5см;

R_b – расчетное сопротивление осевому сжатию бетона класса В30 равное 15,5 МПа;

А400(AIII) – рабочая арматура диаметром 12мм с расчетным сопротивлением растяжению при расчетах по предельным состояниям первой группы R_s =330 МПа [табл.7.16];

А240(AI) – конструктивная арматура диаметром 8 мм с расчетным сопротивлением R_s =200 Мпа [табл. 7.16].

Определим площадь поперечного сечения рабочей арматуры:





Определим необходимое количество стержней:

Задаёмся d= 12мм А_III;





Так как плита балластного корыта будет рассчитана на выносливость, то увеличиваем число стержней на 20-30%, принимаем n = 10 шт.

Берем 10 стержней d=12 мм с шагом 10 см.

Определим толщину защитного слоя бетона для арматуры:

Минимальный защитный слой бетона для верхней рабочей арматуры в плите равен 3 см, тогда расстояние от центра тяжести арматуры до ближайшей грани сечения:



Определим рабочую высоту сечения:



В сжатой зоне ставим конструктивную арматуру 5 стержней d=8мм с шагом 20 см, защитный слой составляет 2см.



Требуемая высота сжатой зоны сечения:





Так как высота сжатой зоны бетона практически равна защитному слою бетона арматуры класса АI, то эта арматура не находится в сжатой зоне, поэтому уточним высоту сжатой зоны:





Определяем предельный момент, воспринимаемый сжатым сечением:





Проверяем условие:



Предельный момент, воспринимаемый сжатым сечением больше расчетного момента. Условие выполняется, прочность балластного корыта обеспечена.

2.1.4. Расчет плиты балластного корыта на выносливость





_{При этом расчете необходимо определить значение коэффициентов, зависящих от асимметрии цикла.}

Асимметрия цикла:



Определим значение коэффициента условий работы бетона:



где – коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени (для бетона класса В30 = 1,31),[табл. 7.8 СП];

=1,16 – коэффициент, зависящий от асимметрии цикла, [табл. 7.9 СП];

Значение коэффициента условия работы для бетона:



– коэффициент, учитывающий асимметрию цикла напряжений в арматуре (0,71 для ρ=0,41 и класса арматуры АIII), определяется по [табл.7.17 СП];

– коэффициент, учитывающий влияние на условие работы арматуры наличия сварных стыков (Сетку будут изготовлять из вязальной проволоки, ), определяется по [табл.7.18 СП]

Определяем высоту сжатой зоны при расчете на выносливость:





где – условное отношение модулей упругости арматуры и бетона (для бетона класса В30 принимается 15 согласно [п.7.48 СП].

Проверка напряжений в арматуре:





где – плечо внутренней пары сил:







_{Условие выносливости арматуры выполняется.}

Определим предельное напряжение в бетоне:









Условие выполняется, выносливость плиты пролетного строения обеспечена.

Рекомендации в случае невыполнения условия:

1. 
   Увеличивать количество рабочей арматуры;
   
2. 
   Увеличивать высоту плиты;
   
3. 
   Увеличивать класс бетона и арматуры.
   

2.1.5. Армирование плиты балластного корыта

Требования:

1. 
   Арматура плиты балластного корыта объединяется в сетки или каркасы.
   
2. 
   Конструирование плиты завершается составлением спецификации и выборкой арматуры.
   
3. 
   Спецификация содержит сведения о количестве и длине арматуры на каждую марку элемента (сетку).
   
4. 
   Выборка содержит сведения о количестве и массе необходимой арматуры на 1 элемент. В выборке помещаются сведения о стали.
   

Рисунок 7 – Схема поперечного сечения плиты

Рассмотрим конструкции сеток плиты балластного корыта.



Определим количество сеток на одну балку. Длина сетки от 2,5-4,5 м. Если сетка вяжется на монтаже то можно не делить. Отдельные сварные сетки следует стыковать в нахлестку, длина которой не меньше 30 диаметров продольных стержней и не меньше 25 см.

-не проходит, принимаем нахлестку n=25 см

Распределенную арматуру следует устанавливать с шагом не больше 25 см

Таблица 2– Спецификация арматуры

Марка армированного изделия , кол-во	Рисунок	№ позиции	Материал	Размер,мм	Кол-во,шт		Длина,м
					На 1 сетку	На элемент	1 шт	Общ.дл
		1	Ст3СП ГОСТ380-94	А3 d12	37	74	2,04	150,96
		2	Ст3СЛ ГОСТ380-94	A1 d8	11	22	3,86	84,92

Таблица 3– Спецификация арматуры на элемент

Марка армированного изделия , кол-во	№ позиции	Диаметр,мм	Общая длина, м	Общ.масса,кг
	1	А3 d12	150,96	134,052
	2	A1 d8	84,92	33,543

Просчитаем сварные сетки:



Т.к. полная длина = 23,6 ,принимаем 6 сеток по 4 м .

L_{c(середина)}=2+37*10+25=397 см
2360-397*4=772 см осталось на крайние сетки
7,72/2= 3,86 длина одной сетки, см



Рисунок 8 – Схема расположения арматурных сеток в плите балластного корыта

СПВ – Сетка плиты верхняя

СПН – Сетка плиты нижняя

СПБ – Сетка плиты бортика

СВ – Сетка Вута

2.1.6. Расчет плиты балластного корыта по второму предельному состоянию на трещиностойкость

Предельное значение расчетной ширины раскрытия трещин для категории 3в (мостовые конструкции из ненапрягаемого железобетона) равно 0,02 см.

Ширину раскрытия нормальных и наклонных к продольной оси элемента трещин определяем по формуле:



где: – предельное значение ширины раскрытия трещин (для ж/д мостов) равное 0,02 см [табл.7.24 СП];

– предельные значения относительных деформаций растянутой арматуры, E_s = 2∙10⁵ МПа [табл. 7.19 СП].

1. 
   _{Определяем площадь зоны взаимодействия рабочей арматуры и бетона:}
   

_{где d –диаметр рабочей арматуры}

2. 
   Радиус армирования определяем согласно [п.7.10 СП]:
   

где – количество стержней арматуры

3. 
   Напряжения в рабочей арматуре плиты:
   

<sub>где: z – плечо пары внутренних сил





4) Коэффицент раскрытия трещин равен:





5) Расчетная ширина раскрытия трещин:</sub>





Условие выполняется.

2.2. Расчёт главной балки

При расчете пролетных строений рассматривается работа главной балки вдоль моста, при этом рассчитывается одна отдельная балка, определяется доля ее участия в восприятии всей нагрузки, распределенной по ширине моста.

В однопутных железнодорожных мостах ось пути совпадает с осью пролетного строения на одну часть приходится половина нагрузки от подвижного состава и половина нагрузки от нагрузки веса мостового полотна.

В главных балках, как и в любой балочной конструкции возникают изгибающие моменты М и поперечные силы Q. Для определения усилий используют линии влияний. Усилия определяются от постоянных и временных нагрузок.

Усилия определяются расчетные (первое предельное состояние – прочность, устойчивость, выносливость) и нормативные (второе предельное состояние – трещиностойкость, прогиб, углы поворота).

Постоянная нагрузка на пролетное строение складывается из собственного веса конструкции и веса мостового полотна.

Нормативная нагрузка на 1 погонный метр главной балки, кН/м, определяется:

– от собственного веса:





где – удельный вес бетона = 25кН/м³;

А_п.с – площадь поперечного сечения пролетного строения.

– от веса мостового полотна:



где – удельный вес балласта = 19,00 кН/м³;

– площадь поперечного сечения балластной призмы = 1м²

2.2.1. Определение усилий по линиям влияния

Нормативная временная нагрузка:

Интенсивность эквивалентной нагрузки зависит от:

– класса К (К=14);

– длины линии загружения (между опорными частями) λ (λ=22,9 м);

– положения вершины линии влияния α.



Рисунок 9 – Линии влияния усилий в разрезной балке

Для определения воспользуемся формулой:





Усилие для расчета по второму предельному состоянию – нормативные усилия:



где - площадь линии влияния.





















Усилия для расчета по первому предельному состоянию для расчета на прочность – расчетные:













где – коэффициенты надежности [табл. 6.4],











Динамический коэффициент [п. 6.22]:







2.2.2. Расчет на прочность по изгибающему моменту



Рисунок 10 – Расчетная схема поперечного сечения главной балки

Расчет на прочность производят по методу предельного равновесия сопоставляя расчетные усилия от внешних нагрузок с предельными выдерживаемыми сечением элемента.

Предельные усилия в сечениях определяют исходя из следующих предпосылок:

– сопротивление бетона растяжению принимается равным нулю;

– сопротивление бетона сжатию ограничивается расчетным сопротивлением бетона осевому сжатию (R_b);

– растягивающее напряжение в ненапрягаемой арматуре ограничивается расчетным сопротивлением арматуры растяжению (R_s);

– сжимающие напряжения в ненапрягаемой арматуре ограничивается расчетным сопротивлением сжатию (R_cs).

При расчете таврового сечения прежде всего определяют границу сжатой зоны:



где



Так как , то граница сжатой зоны проходит в ребре балки. Расчетный изгибающий момент можно представить как сумму двух моментов: – воспринимаемый весом плиты, – воспринимаемый сжатой зоной ребра.







По оставшейся части момента ; находим высоту сжатой зоны в ребре:



Определим плечо пары внутренних сил таврового сечения:





Определим необходимую площадь рабочей арматуры:



Принимаем диаметр продольной рабочей арматуры d= 40мм площадью:





Принимаем 40 стержней, так как в дальнейшем предстоит расчёт на выносливость, что требует увеличение арматуры примерно на ≈ 30%.



После уточнения площади с учетом принятого диаметра и количества стержней арматуры находим значение :





Определим плечо пары внутренних сил таврового сечения с подстановкой вместо :





Условие прочности сечения по изгибающему моменту записываем в виде:





Условие прочности выполняется.



Рисунок 11.

Размещение рабочей арматуры в балках.

Расстановка хомутов. Конструктивные требования. В приопорном участке (т.е ¼ от длины пролетного строения) хомуты с интервалом не более 15 см, а на среднем участке не более 20 см. Хомуты охватывают растянутые стержни не более 5-ти, сжатые – не более 3-х [п.7.145 СП];

Хомуты в элементах рассчитываются на кручение, или кручение с изгибом, должны быть замкнутыми с перепуском концов (т.е с нахлесткой) [п.7.148 СП];

Хомуты, воспринимаемые поперечную силу, устанавливаются по расчету [п.7.143 СП].

2.2.3. Построение эпюры материалов

Эпюра материалов строится для определения мест отгибов стержней рабочей арматуры. Огибающая эпюра материалов показывает, что по длине значения изгибающие моменты меняются. По мере уменьшения этих моментов часть стержней становится ненужными, эти стержни мы отводим в сжатую зону.

При расчете изгибаемых элементов на прочность по поперечной силе предполагается, что в предельном состоянии образуется наклонная трещина в бетоне, разделяющая элемент на две части. Поперечная сила в наклонном сечении воспринимается отогнутой арматурой, хомутами и бетоном сжатой зоны.

Места отгибов стержней рабочей арматуры согласуем с эпюрой действующих в балке изгибающих моментов. Для этого точки отгибов сносим на эпюру М, следя за тем, чтобы предельный момент для оставшихся стержней рабочей арматуры не был меньше расчетного момента в сечении. Эпюра предельных моментов (эпюра материалов) должна быть во всех сечениях объемлющей по отношению к эпюре расчетных моментов.

Наклонные стержни должны равномерно армировать ребро главной балки. На всем участке расположения отогнутой арматуры любое произвольно выбранное вертикальное сечение должно пересекать хотя бы один наклонный стержень. Угол наклона стержней к оси балки принимаем равным 45^о.

Не менее 1/3 стержней рабочей арматуры должны доводиться без отгибов до опоры.

2.2.4. Определение прогиба главной балки пролетного строения.

Для мостов следует обеспечивать плавность движения транспортных средств путем ограничения упругих прогибов пролетного строения от подвижных нагрузок [п.5.42 СП];

Расчет по общим деформациям главных балок сводится к определению фактических значений прогибов и сравнению их с допустимыми.



Рисунок 12- Схема прогиба пролетного строения.

Вертикальные упругие прогибы пролетного строения от действия подвижной вертикально нагрузки не должны превышать значений.

Для железнодорожных мостов вертикальные упругие прогибы пролетного строения, вычисленные при действии подвижной временной вертикальной нагрузки, не должны превышать значений [п.5.43 СП]:



Необходимое очертание рельсовому пути следует предавать за счет: строительного подъема, изменения толщины балластного слоя и рабочей высоты мостовых брусьев [п.5.44 СП].

Строительный подъем балочных пролетных строений железнодорожных мостов следует предусматривать по плавной кривой, стрела которой после учета деформации от постоянной нагрузки составляет не меньше 40% упругого прогиба пролетного строения от подвижной временной нагрузки.

Прогибы балок разрешается проводить по формулам сопротивления материалов.

Балка l_п=23,6 м; l_p=22,9 м.

Бетон марки Б30.

1. 
   Определим допустимый прогиб:
   

Принимаем допустимый прогиб - минимальный из двух найденных – 2,97 см.



Рисунок 13 – Схема определения момента инерции таврового сечения

2. 
   Для определения фактического прогиба используем формулу сопротивления материалов:
   

3) Определение положения центра тяжести:

4. 
   Определяем момент инерции:
   

Условие выполняется.

Для того чтобы уменьшить прогибы пролетных строений конструкциям придают строительный подъем. Строительный подъем для ж/д мостов составляет: .

Список используемой литературы

1. 
   Свод правил. СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы». Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*./ Минрегион России. – М.: ОАО «ЦПП», 2010. – 339 с.
   
2. 
   Круглов А.И. «Методические указания к курсовой работе по мостам» – Новосибирск: изд-во СГУПСа, 2001. – 35 с.
   
3. 
   Другов Л.И. "Разработка вариантов моста и путепровода под железную дорогу" – Гомель: БелИИЖТ, 1985 г. – 52 с.
   
4. 
   Осипов В.О., Храпов В.Г. Мосты и тоннели на железных дорогах. – М.: Транспорт, 1988. – 367с.