Проектирование мостов

Содержание

 

 

1.Анализ варианта

 

Для заданного  профиля мостового перехода предложен один вариант моста – вантовый.

На данном этапе проектирования для анализа доступны лишь качественные показатели представленного моста:

• технология монтажа;
• трудоемкость сооружения;
• условия судоходства;
• условия эксплуатации;
• архитектурные достоинства.

 

Данная система состоит  из железобетонного пилона высотой 46,3 м со свайным основанием, сваи буронабивные диаметром 0,8м; балки жесткости длинной 127м в виде коробчатого сечения; устоев высотой 26.2м с буронабивными сваями диаметром 0,8м; вант на левом пролете с веерным непараллельным и правом с лучевым непараллельным оформлением.

2. Эскизное проектирование

2.1. Проектирование проезжей части

 

Цель данного этапа  расчета – определение погонной (на 1 м длины) постоянной и временной нагрузки на балку жесткости.

Поперечное сечение балки жесткости, принятое для первого варианта, показано на рисунке 2.1. Материал балки жесткости  – сталежелезобетон. Толщина нижнего листа 600мм, наклонных 80мм, вертикальных 50мм.

Толщина железобетонной плиты h_п = 25 см. Дорожное покрытие из асфальтобетона имеет толщину 20 см.

 

 

Рисунок 2.1. – Поперечное сечение балки жесткости

 

 

 

Эскизный  расчет проезжей части

 

Проезжая часть состоит  из поперечных и продольных балок, расставленных с шагом 2,5м  и 1,437м соответственно.  

Сечения балок показаны на рисунке 2.2.

       Геометрические  характеристики сечений,  изображенных  на рисунке 2.2.:

 

 

                    а)                                                           б)                                                                   

             

 

 

               

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.2 - Поперечные сечения: а - поперечной балки, б – продольной балки

 

Продольная балка                                                     Поперечная балка

                                                             

                                                      

                                  

                                                                          

Балки проезжей части  работают на местную нагрузку, собираемую с площадей, показанных на рис.2.3 штриховкой.

 

 

 

Рисунок 2.3 – Схемы загружения.

 

Сечения балок проезжей части подобраны из условия прочности:

,              (2.1)

 

где  R_у – расчетное сопротивления стали 10ХСНД-3, равное 350 МПа;

p_б(п) – расчетная постоянная нагрузка на продольную (поперечную)          балку;

v_б(п) – максимальная расчетная временная нагрузка на продольную (поперечную) балку.

 

Расчетная постоянная нагрузка определена по формуле:

 

,                (2.2)

 

где  p_н1, p_н2, p_н3 – нормативные интенсивности нагрузок от веса асфальтобетонного покрытия, железобетонной плиты и собственного веса балки:

      (2.3)

 

где q_аб – вес 1 м² асфальтобетонного покрытия, 1,96 кН/м²;

g_жб – объемный вес железобетона, 25 кН/м³;

g_ст – объемный вес стали, 77 кН/м³;

t – толщина железобетонной плиты, 0,25 м.

l_пр(поп) – пролет продольной или поперечной балки, соответственно 2,5 и 30 м.

 

g_f1, g_f2 – коэффициент надежности к нагрузкам p_н1, p_н2, p_н3 равные соответственно 1,5 и 1,1 [1, п.2.10].

 

Расчетная временная  нагрузка от полос и тележки А11 определена по     формуле:

 

,   (2.4)

 

где  g_fv, g_fp – коэффициенты надежности к полосовой нагрузке и нагрузке от тележки [1, п2.23]: g_fv, = 1,2; g_fp = 1,5;

s_i – коэффициент полосности: для первой полосы равен 1, для остальных – 0,6;

(1+m) – динамический коэффициент,  определяемый в зависимости от длины загружения линии влияния l по формуле:

 

,                   (2.5)

 

v – нормативная интенсивность временной полосовой нагрузки, v=0,98К= =10,78 кН / м;

p – то же, от тележки, p = 9,81K = 107,9 кН.

n_p, n_v – количество осей тележки и количество полос нагрузки АК, размещенных на площади A_б(п);

a_б(п) – ширина площади загружения вдоль моста.

 

Результаты расчетов по указанным выше формулам приведены  в табл. 2.1 и 2.2 (см. также рис. 2.3).

 

 

Таблица 2.1.  Расчетная временная нагрузка на балки проезжей части (А11)

Параметр	Продольная балка	Поперечная балка
Число полос	nv =0,56/0,6=0,93	nv = 4
Число осей	Np = 2	np = 8
Ширина площади Загружения	aб = 2,5	ап = 2,5
Длина загружения	l = 2,5	l = 30
Динамический коэффициент
Расчетная временная  нагрузка (А11)

 

Расчётная временная  нагрузка на один погонный метр балки  жёсткости

Таблица 2.2.  Расчетная постоянная нагрузка на балки проезжей части

Параметр	Продольная балка	Поперечная балка
Нормативная нагрузка от веса дорожного  покрытия
Нормативная нагрузка от веса железобетонной плиты
Нормативная нагрузка от собственного веса балки
Расчетная постоянная нагрузка

 

Расчётная временная  нагрузка на один погонный метр балки  жёсткости

 

Проверка прочности  по условию (2.1):

 

;  

 

 

Определение погонной нагрузки на балку жесткости

 

Погонная нагрузка на балку жесткости состоит из постоянной нагрузки от собственного веса балки  жесткости с проезжей частью и  эквивалентной временной нагрузки на 1 м ее длины.

На 1 м длины балки  жесткости (см. рис. 2.1) расположены семнадцать продольных балок и две поперечные. Кроме того,  необходимо учесть вес асфальтобетонного покрытия шириной 30,0 м и вес железобетонной плиты такой же ширины. К указанным нагрузкам следует добавить собственный вес металла 1 п.м. коробки (p₅ = 238 кН/м).

Нагрузки от собственного веса ПЧ, коробки, и железобетонной плиты учитываются с коэффициентом  надежности 1,1, вес дорожного покрытия вводится в расчет с коэффициентом 1,5.

Расчетная постоянная нагрузка на балку жёсткости  определена по формуле:

 

,                         (2.6)

 

где  p_н1, p_н2, p_н3, p_н4, p_н3,  – нормативные интенсивности нагрузок от веса асфальтобетонного покрытия, плиты, веса продольных и поперечных балок и собственного веса коробки:

 

                             

 

определяется по размерам сечения

 

      где   g_а/б – объёмный вес асфальтобетонного покрытия, 1,96      кН/м³;

            g_ж/б – объемный вес железобетона, 25 кН/м³;

  g_ст – объемный вес стали, 77 кН/м³;

  h_а/б– толщина асфальтобетонного покрытия плиты, 0,20 м.

                      h_ж/б– толщина железобетонной плиты, 0,25 м 

 g_f1, g_f2 – коэффициент надежности к нагрузкам p_н1, p_н2, p_н3, p_н4, p_н5   равные соответственно 1,5 и 1,1 [1, п.2.10].

 

 

где 1,1 – коэффициент, приблизительно учитывающий вес  вант (10% от веса балки жесткости).

 

Эквивалентная временная  нагрузка будет различной для  отдельных элементов конструкции, т.к. ее величина зависит от длины  загружения:

 

,             (2.7)

 

где     k_v, k_p – коэффициенты поперечной установки;

v^н – нормативная нагрузка от полосы АК, 10,78 кН / м;

-нормативная  нагрузка от тележки, определяемая  по формуле [1, прил.6]:

   (2.8)

 

где  l –  длина загружаемого участка; 

(1+m) – динамический коэффициент,  определяемый в зависимости от длины загружения линии влияния l  по формуле:

 

   (2.9)

 

Коэффициенты поперечной установки для балки жесткости определены по методу рычага:  

• для балки жесткости:  

  , .

 

                                                

2.2. Определение размеров основных  несущих элементов

 

 

      Рисунок 2.4 Схема вантового моста

Поперечное сечение  вант подобрано из условия прочности:

 

,      (2.10)

 

  где  R_к – расчетное сопротивления материала кабеля, 500 МПа;

    N_i – усилие в i-той ванте, определяемое по формуле:

 

,     (2.11)

 где  b_i - угол между вантой и балкой жесткости;

d – сумма длин двух полупанелей, нагрузка с которых воспринимается вантой;

p – погонная постоянная нагрузка на 1 м балки жесткости (табл.2.1);

v – эквивалентная временная нагрузка на балку жесткости (табл.2.3)

 

Таким образом, поперечное сечение  ванты А_i может быть найдено по формуле:

 

            (2.12)

 

             Расчет площадей сечений вант приведен в табл. 2.4. В табл. 2.4. использованы следующие обозначения: X – расстояние по горизонтали от пилона до точки анкеровки ванты в балке жесткости; Y – расстояние по вертикали от балки жесткости до точки анкеровки ванты в пилоне; nтреб – требуемое количество канатов диаметром 76 мм площадью 0,005 м² для восприятия усилия N_i; nфакт,  А, s  – фактические число канатов в ванте, площадь ванты и величина напряжений в ванте.

 

Поперечное сечение пилонов  подобрано из условия устойчивости:

 

,     (2.13)

 

где  R_пл – расчетное сопротивления материала пилона, 25 МПа (бетон класса B50);

j - коэффициент продольного изгиба, для железобетона принимается равным 0,85;

N_пл – усилие в пилоне, определяемое по формуле:

 

,     (2.14)

 

где  b_i - угол между вантой и балкой жесткости;

N_i – усилие в i-той ванте;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.4. Размеры поперечных сечений вант и расход материала

Ванты левого пролета
Y	X	d	p+v	tgb	sinb	N	nтреб	nфакт	Атр	Афакт	sкН/м2	Масса, т
27.00	21.00	10.50	626.06	1.28	0.79	8321.05	3.33	4.00	0.02	0.02	416052.53	5.27
25.00	21.00	10.50	626.06	1.15	0.75	8764.84	3.51	4.00	0.02	0.02	438242.00	5.03
Ванты правого  пролета
Y	X	d	v	tgb	sinb	N	nтреб	nфакт	Атр	Афакт	sкН/м2	Масса, т
27.00	34.00	17.00	626.06	0.78	0.61	17447.57	6.98	7.00	0.03	0.04	498502.11	11.70
25.00	17.00	17.00	626.06	1.43	0.82	12979.29	5.19	6.00	0.03	0.03	432643.09	6.98
											Итого:	28.98