Расчет и конструирование железобетонного пролетного строения

• 1 РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ МОСТА
• 1.1 Описание условий проектирования моста
• 1.2 Обработка продольного профиля
• 1.3 Разработка первого варианта моста
• 1.3.1 Обоснование условий применения конструкции опор
• 1.3.2 Определение минимально требуемых размеров промежуточных опор
• 1.3.3 Корректировка минимально требуемых геометрических параметров опоры
• 1.3.4 Определение глубины заложения русловой опоры
• 1.3.5 Определение глубины заложения пойменной опоры
• 1.3.6 Разработка конструкции береговых опор
• 1.3.7 Разработка регулятивных сооружений
• 1.3.8 Технико-экономическое обоснование элементов моста
• 1.4 Разработка второго варианта моста
• 1.4.1 Обоснование условий применения конструкции опор
• 1.4.2 Определение минимально требуемых размеров промежуточных опор
• 1.4.3 Корректировка минимально требуемых геометрических параметров опоры
• 1.4.4 Определение глубины заложения русловой опоры
• 1.4.5 Определение глубины заложения пойменной опоры
• 1.4.6 Разработка конструкции береговых опор
• 1.4.7 Разработка регулятивных сооружений
• 1.4.8 Технико-экономическое обоснование элементов моста
• 1.5 Технико-экономическое сравнение вариантов моста
• 1.5.1 Расчет технико-экономических параметров первого варианта моста
• 1.5.2 Расчет технико-экономических параметров второго варианта моста
• 2 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ
• 2.1 Расчёт главной балки
• 2.1.1 Расчётная схема и определение нагрузок
• 2.1.2 Определение внутренних усилий
• 2.1.3 Определение геометрических параметров расчётных сечений балки
• 2.1.4 Подбор арматуры и расчёт по прочности сечения, нормального к продольной оси балки
• 2.1.5 Расчёт по прочности сечения, наклонного к продольной оси балки
• 2.2 Конструирование элементов пролётного строения
• 2.2.1 Плита проезжей части
• 2.2.2 Главная балка
• 2.2.3 Детали
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ МОСТА

1.1 Описание условий проектирования моста

1) район проектирования — Февральск (Тында — Новый Ургал);

2) температура самой холодной пятидневки:

Р = 0,92: — 41 оС;

Р = 0,98: — 42 оС;

3) средняя температура воздуха холодного периода: — 19 оС;

4) средняя температура воздуха тёплого периода: 11,3 оС;

5) глубина сезонного оттаивания (промерзания) грунта основания — 1,88 м;

6) наличие вечномёрзлого грунта

— деятельный слой (песок): зона сплошного распространения вечной мерзлоты с температурами от -1 до -3 оС и мощностью от 50 до 300 м; грунт сильнольдистый,

— подстилающий слой (глина с валунами): зона сплошного распространения вечной мерзлоты с температурами от -1 до -3 оС и мощностью от 50 до 300 м; грунт слабольдистый;

7) наличие морозного пучения грунта основания

— деятельный слой — нет,

— подстилающий слой — есть;

8) отверстие моста — 85,8 м;

9) расчётная нагрузка — С14;

10) габарит поезда — «С»;

11) коэффициент общего размыва — 1,249;

12) наличие ледохода: имеется.

1.2 Обработка продольного профиля

Требуемое количество пролётов определяется по формуле

(1.1)

где — требуемое количество пролетов;Loотверстие моста,, ;- пролет в свету, м.

(1.2)

гдеlпполная длина пролета, м;Вопширина опоры, Bоп = 2,1 м.

Принимаемlп = 16,5 м.

Принимаем

() — условие выполняется.

К дальнейшему расчету принимаем пролетное строение со схемой проектируемого моста .

Линия общего размыва определяется по формуле

(1.3)

где иглубина воды водотока до и после размыва, отсчитываемая от отметки УВВ, м;- коэффициент размыва, .

.(1.4)

Расчет производится в табличной форме (таблица 1.1)

Таблица 1.1 — Параметры линии общего размыва

Отметка подошвы рельса определяется по формуле

(1.5)

гдеHoсвободное пространство под мостом, определяемое по СП 35.13 330.2011"Мосты и трубы", Ho= 1,5 мпри наличиикорчехода;- строительная высота пролетного строения,;

Отметка низа конструкции определяется по формуле

(1.6)

Отметка бортика пролетного строения определяется по формуле

(1.7)

Отметка бровки земляного полотна определяется по формуле

(1.8)

Расстояние между опорами определяем по формуле

(1.9)

где — температурный зазор между опорами, .

.

Данным расстоянием перекрывается самое глубокое место водотока.

1.3 Разработка первого варианта моста

1.3.1 Обоснование условий применения конструкции опор

Криологические условия:

— глубина сезонного оттаивания грунта основания hот = 1,88 м [ ]

— вид мерзлоты: деятельный слой (песок) — сыпучемёрзлый, подстилающий слой (глина с валунами) — твёрдомёрзлый;

— распространение вечной мерзлоты — сплошное;

— температура вечномёрзлого грунта tвмг = -3 °С;

— льдистость: деятельный слой — сильнольдистый, подстилающий слой — слабольдистый;

— район по климатологии IA.

Геологические условия:

— деятельный слой — песок;

— подстилающий грунт — глина с валунами;

— глубина деятельного слоя в зоне опор моста: hд.с.0 = 4,3 м, hд.с.1 = 5,9 м, hд.с.2 = 7,4 м, hд.с.3 = 5,2 м, hд.с.4 = 4,5 м, hд.с.5 = 6,4 м, hд.с.6 = 5,8 м.

Гидрологические условия:

— ;

— ;

— ;

— глубина водотока hв = 6 м;

— ширина водотока Вв = 49 м.

Поскольку hв> 2 м и Вв> 35 м, то на реке присутствует ледоход. Толщина льда hл = 1,2 м.

Сопутствующие факторы:

а) удаленность района проектирования моста от индустриальной базы

Учитывая, что данный район проектирования находится на расстоянии 270 км по железной дороге от индустриальной базы, расположенной в Новом Ургале, принимаем индустриальные конструкции.

б) выбор буровой установки В данной курсовой работе принимаем буровую установкуMAITHR-180. Модель HR180 — одна из наиболее популярных буровых установок, что обусловлено ее универсальностью и быстрой адаптацией к различным типам грунта. С её помощью возможно осуществлять бурение грунта любого типа, используя различные техники бурения, в том числе и канатно-ударным способом.

Буровая установка приспособлена для выполнения следующих работ:

— устройство буронабивных свай;

? устройство буросекущих свай;

? устройство бурокасательных свай;

? стена в грунте.

Технические характеристики:

? диаметр бурения без обсадных труб 500−2000 мм;

? диаметр бурения с обсадными трубами 600−1600 мм;

? максимальный размер грейфера 600×3000 мм;

? максимальная глубина бурения 40 м;

? максимальная глубина «стены в грунте» 24 м;

? двигатель CAT C-9 ATAAC;

? мощность двигателя 248 кВт;

? крутящий момент 231 кНм;

? общий вес установки 60 т.

1.3.2 Определение минимально требуемых размеров промежуточных опор

При анализе геологических и гидрогеологических факторов сделан вывод, что в данном районе строительства можно использовать сборные железобетонные безростверковые опоры на столбах.

При назначении основных размеров промежуточных опор определяем минимально требуемые размеры, исходя из геометрических показателей пролетных строений, опирающихся на опору (lпиlр), опорных частейаоч, bоч, опорных площадок с1, подферменной плиты с2, с3. Схема опоры для определения минимальных размеров показана на рисунке 1.1.

а) б) Рисунок 1.1 — Схема опоры для определения минимальных размеров:

а) вид вдоль моста; б) вид поперек оси моста Минимально требуемый размер опоры вдоль оси мостаАопопределяется из выражения, м

(1.10)

где аоч — продольный размер опорной части, аоч = 0,4 м; с1 — расстояние между торцами опорной части и опорной площадки, с1 = 0,2 м; с2 — расстояние между торцами опорной площадки и подферменной плиты, с2 = 0,3 м.

Минимально требуемый размер опор поперек оси мостаВоп определяется по формуле, м

(1.11)

гдеkрасстояние между осями главных балок пролетного строения, k = 1,8 м;bочпоперечный размер опорной части, bоч = 0,8 м;с3- поперечный размер подферменника от опорной площадки с3=0,3 м.

1.3.3 Корректировка минимально требуемых геометрических параметров опоры

Размещение столбов в монолитной плите осуществляется с соблюдением следующих условий: расстояние от столба до грани плиты должно быть не менее 0,25 м, а в свету между столбами — не менее 1,0 м. Если подобранные ранее размеры Аоп и Воп не удовлетворяют условию размещения свай, столбов, оболочек в плите насадке, то они корректируются.

Схема размещения свай в плите показана на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Схема размещения свай в плите К дальнейшей разработке принимаем Аоп = 2,2 м Воп = 4,5 м.

1.3.4 Определение глубины заложения русловой опоры

Конструкция русловой опоры № 3 приведена на рисунке 1.3.

Определяем требуемое количество столбов и глубину их заложения.

Количество столбов определяем по размещению в зависимости от расчетных нагрузок на фундамент, несущей способности столба.

Необходимо выполнение условия

(1.12)

гдеNстнесущая способность одного столба, определяемая по [ ]. Ниже приведен расчет для hзал = 9,2 м, грунт? глина с валунами (для расчета принимаем крупный песок).

d0,35: hзал = 8 м; R = 900 кН

hзал = 10 м; R = 1100 кН

1100 — 900 = 200/2 = 100 • 0,8 = 80 — 1100 = 1020 кН

d1,6: hзал = 8 м; R = 2900 кН

hзал = 10 м; R = 3300 кН

3300 — 2900 = 400/2 = 200 • 0,8 = 160 — 3300 = 3140 кН

d1, 5: 3140 — 1020 = 2120/1,25 = 1696 • 0,1 = 169,6 — 3300 = 3130,4 кН Таким образом, Nст = 3130,4 кН.

nст — количество столбов, nст = 2; Ndрасчетная сжимающая сила, кН, действующая на столбы в плоскости подошвы ростверка, которая определяется по выражению

(1.13)

гдеNп.ссобственный вес пролетного строения, Nп. с = 984 кН; Nоп — собственный вес опоры выше обреза фундамента;Nоп = 999,64 кН; Nvэквивалентная временная нагрузка от подвижного состава, кН, определяется по выражению

(1.14)

гдеэквивалентная нагрузка, определяемая в зависимости от длины загружения линии влияния и положения ее вершины. При этом, ;- площадь линии влиянияv, определяемая по формуле

(1.15)

Расчетная схема безростверковой опоры показана на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4? Расчетная схема безростверковой опоры

,

;

— условие выполняется.

Поскольку условие выполняется, к дальнейшей разработке принимаем столбы диаметром 1,5 м.

1.3.5 Определение глубины заложения пойменной опоры

Расчет по несущей способности основания Fопоры производят с учетом условия

(1.16)

где F — несущая способность столбов, которую определяют из выражения

(1.17)

где гtтемпературный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения, гt = 1;гc — коэффициент условий работы основания, гc= 1;Rрасчетное сопротивление мерзлого грунта под подошвой столбчатой опоры, R = 1000 кПа; Аплощадь поперечного сечения подошвы столбчатой опоры, A = 1,77 м²; - расчетное сопротивление мерзлого грунта или грунтового раствора сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределах 1-го слоя грунта, = 200кПа;- площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью столба, ;n — число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта, n = 1; -коэффициент надежности по назначению сооружения, =1,4.

— условие выполняется.

Следовательно, принимаем глубину заложения hзал = 3,4 м. Конструкция пойменной опоры № 5 приведена на рисунке 1.5.

1.3.6 Разработка конструкции береговых опор

Высота насыпи на входах моста определяется по формуле

(1.18)

— с левой стороны,

— с правой стороны.

Поскольку высоты обеих насыпей меньше 6 м, принимаем i = 1:1,5.

Определяем геометрические параметры береговых опор.

Высота шкафнойстенки определяется по формуле

(1.19)

.

Высота упорной стенки hус = 1,5 м. Ширина устоя определяется как

(1.20)

Поскольку ширина устоя не соответствует требуемому значению, к дальнейшей разработке принимаем опору на 4 столбах. Таким образом, Аоп = 4,5 м.

Конструкции береговых опор приведены на рисунках 1.6 и 1.7.

Рисунок 1.6 — Конструкция береговой опоры № 0

Рисунок 1.7 — Конструкция береговой опоры № 6

1.3.7 Разработка регулятивных сооружений Для того чтобы вода, достигнув отметки УВВ, не размывала насыпь, на которую опираются устои береговых опор, необходимо предусмотреть отделку насыпей бетонными плитами до отмУВВ+0,5 м. У основания насыпей в качестве регулятивных сооружений используем рисбермы. Поскольку рисберму устанавливаем как на входе на мост, так и на выходе, приводим всего одну схему данного регуляционного сооружения (рисунок 1.8).

Рисунок 1.8 — Схема устройства рисбермы

1.3.8 Технико-экономическое обоснование элементов моста

Следует уточнить длину пролетного строения из условия оптимальности. Для этого устанавливаются строительная стоимость элементов опор и пролетных строений, на основе которых устанавливаются выполнения условия

(1.21)

гдеSоп — строительная стоимость одной усредненной опоры, руб;Sпр.стр — строительная стоимость одного пролетного строения, руб.

Все расчеты сведены в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 — Технико-экономические показатели элементов первого варианта моста

.

Таким образом, по условиям оптимальности строительной стоимости опор и пролетных строений получен коэффициент 1,002при требуемом 1,5. Из этого следует, что технико-экономические показатели разработанного варианта моста допустимы иприемлемы.

1.4 Разработка второго варианта моста

1.4.1 Обоснование условий применения конструкции опор

Природно-климатические факторы для проектирования второго варианта моста аналогичны факторам, представленным в пункте 1.3.1. Буровую установку принимаем также модели MAITHR-180. Технические характеристики данной буровой установки приведены в пункте 1.3.1.

1.4.2 Определение минимально требуемых размеров промежуточных опор

Для второго варианта моста в качестве опор принимаем железобетонные сваи-оболочки с диаметром dоб = 1,6 м.

Схема опоры для определения минимальных размеров показана на рисунке 1.1.

Минимально требуемый размер опоры вдоль оси моста Аоп определяется из выражения (1.10).

Минимально требуемый размер опор поперек оси моста Воп определяется по формуле (1.11).

1.4.3 Корректировка минимально требуемых геометрических параметров опоры

Схема размещения свай в плите показана на рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 — Схема размещения свай в плите К дальнейшей разработке принимаем Аоп = 2,2 м Воп = 4,7 м.

1.4.4 Определение глубины заложения русловой опоры

Конструкция русловой опоры № 3 приведена на рисунке 1.11. Глубина заложения hзал = 9,2 м.

Определяем требуемое количество столбов и глубину их заложения.

Количество столбов определяем по размещению в зависимости от расчетных нагрузок на фундамент, несущей способности столба.

Необходимо выполнение условия (1.12). Несущая способность одной сваи Nсвопределяетсяинтерполяцией. Ниже приведен расчет для hзал = 9,2 м, грунт? глина с валунами (для расчета принимаем крупный песок).

d1,6: hзал = 8 м; R = 2900 кН

hзал = 10 м; R = 3300 кН

3300 — 2900 = 400/2 = 200 • 0,8 = 160 — 3300 = 3140 кН Таким образом, Nсв = 3140кН.

Расчетная сжимающая сила Nd, действующая на сваи в плоскости подошвы ростверка, определяется по выражению (1.13). Эквивалентная временная нагрузка от подвижного составаNvпо выражению (1.14). Собственный вес опоры выше обреза фундамента Nоп = 1118,1кН.Эквивалентная временная нагрузка от подвижного составаNv = 2578,68 кН.

— условие выполняется.

Поскольку условие выполняется, к дальнейшей разработке принимаем столбы диаметром 1,6 м.

1.4.5 Определение глубины заложения пойменной опоры

Расчет по несущей способности основания Fопоры производят с учетом условия (1.16).

Несущую способность свай определяют из выражения (1.17), при этомплощадь поперечного сечения подошвы опоры, A = 2,01 м²;площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью столба.

— условие выполняется.

Следовательно, принимаем глубину заложения hзал = 3,38 м. Конструкция пойменной опоры № 5 приведена на рисунке 1.12.

1.4.6 Разработка конструкции береговых опор

Определяем геометрические параметры береговых опор.

Высота шкафнойстенки hшс = 2,2 м. Высота упорной стенки hус = 1,5 м. Ширина устоя определяется по формуле (1.20).

К дальнейшей разработке принимаем опору на 4 столбах. Таким образом, Аоп = 4,7 м.

Конструкции береговых опор приведены на рисунках 1.13 и 1.14.

Рисунок 1.13 — Конструкция береговой опоры № 0

Рисунок 1.14 — Конструкция береговой опоры № 6

1.4.7 Разработка регулятивных сооружений Для того чтобы водане размывала насыпь, на которую опираются устои береговых опор, необходимо предусмотреть отделку насыпей бетонными плитами до отмУВВ+0,5 м. У основания насыпей в качестве регулятивных сооружений используем рисбермы. Поскольку рисберму устанавливаем как на входе на мост, так и на выходе, приводим всего одну схему данного регуляционного сооружения (рисунок 1.15).

Рисунок 1.15 — Схема устройства рисбермы

1.4.8 Технико-экономическое обоснование элементов моста

Следует уточнить длину пролетного строения из условия оптимальности. Проверяем выполнения условия (1.21)

Все расчеты сведены в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 — Технико-экономические показатели элементов второго варианта моста

.

Таким образом, по условиям оптимальности строительной стоимости опор и пролетных строений получен коэффициент 1,9 при требуемом 1,5. Из этого следует, что технико-экономические показатели разработанного варианта моста не допустимы и не приемлемы.

1.5 Технико-экономическое сравнение вариантов моста

Коэффициент индустриализации определяется по выражению:

(1.22)

где? строительная стоимость сборных железобетонных элементов моста; - строительная стоимость элементов моста из монолитного бетона.

1.5.1 Расчет технико-экономических параметров первого варианта моста

Строительная стоимость моста определяется по формуле

(1.23)

где УSпр. опсуммарная стоимость промежуточных опор;УSпр.стрсуммарная стоимость пролетных строений;УSбер.опсуммарная стоимость береговых опор.

Определяем строительную стоимость первого варианта моста.

Стоимость промежуточных опор Объём и стоимость остальных опор находим по пропорции Объём плит-насадок для промежуточных опор определяется по формуле

(1.24)

Определяем стоимость береговых опор Определяем стоимость шкафных блоков.

Объем шкафного блока 400×418×240 =>Vшб = 5,74 м³.

Стоимость шкафных блоковSшб = 5,74 · 2 · 245 = 2812,6 руб.

Стоимость плит насадок для береговых опорпри объёмеVпл. нас = 24,3 м³ составляет Sпл. нас = 24,3 · 2 · 83 = 4033,8 руб.

Стоимость полетных строений составляет Строительная стоимость первого варианта моста составляет

Объем сборного железобетона равен

(1.25)

гдеVпр.стрсуммарный объём пролетных строений, м3;Vшбсуммарный объём шкафных блоков, м3.

Объём монолитного железобетона определяется по следующей формуле

(1.26)

гдеVпл.нассуммарный объём плит насадок, м3;Vстсуммарный объем буронабивных столбов, м3.

Коэффициент индустриализациисоставляет

1.5.2 Расчет технико-экономических параметров второго варианта моста

Определяем стоимость промежуточных опор по формуле

(1.27)

гдеSобстоимость на устройство железобетонных оболочек, руб.;Sпогрстоимость погружения оболочек, руб.;руб.;Sнас — стоимость заполнения оболочек бетоном насухо, руб.

Объем плит-насадок для промежуточных опор определяется по формуле (1.24)

Определяем стоимость береговых опор Определяем стоимость шкафных блоков.

Объем шкафного блока 400×418×240 =>Vшб = 5,74 м³.

Стоимость шкафных блоков Sшб = 5,74 · 2 · 245 = 2812,6 руб.

Стоимость плит насадок для береговых опорпри объёме Vпл. нас = 26,5 м³ составляет Sпл. нас = 26,5 · 2 · 83 = 4400,33 руб.

Стоимость полетных строений составляет Строительная стоимость второго варианта моста составляет

Объём сборного железобетона определяется по формуле

(1.28)

гдеVшбсуммарный объём оболочек, м3.

Объём монолитного железобетона определяется по следующей формуле

(1.29)

гдеVстсуммарный объем заполнения столбов, м3.

Коэффициент индустриализациисоставляет Все технико-экономические показатели вариантов моста представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4? Технико-экономические показатели вариантов моста

Сравнение технико-экономических показателей первого и второго вариантов моста показало следующее:

? полная длина пролётного строения не изменилась? lп = 16,5 м, в результате чего схема моста осталась прежней? 6×15,8 м;

? полная длина моста в обоих вариантах равна 107,75 м;

? стоимость 1 погонного метра моста в первом варианте в 1,18 раз больше, чем во втором;

? объём сборного железобетона в первом варианте в 1,42 раза меньше, чем во втором; а монолитного — в 1,75 раза больше;

? коэффициент индустриализации в первом варианте равен 0,56, а во втором — 0,89, что в 1,59 раза меньше. Это означает большую степень механизации работ во втором варианте.

Исходя из технико-экономического сравнения вариантов моста, к дальнейшей разработке принимаю второй вариант моста, у которого коэффициент индустриализации 0,89, строительная стоимость моста 178 402,21 руб. м3. Можно использовать сборный железобетон, так как индустриальная база находится в Новом Ургале в 270 км по железной дороге от проектируемого района, что позволяет рационально применять сборные конструкции.

2 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ

2.1 Расчёт главной балки

Расчет балочного разрезного железобетонного пролетного строения под железнодорожную нагрузку включает в себя расчет главной балки и плиты проезжей части. В курсовой работе предусматривается расчет главной балки пролетного строения. Он производится в следующей последовательности:

?определение расчетной схемы и нормативных постоянных нагрузок от собственного веса балок и балласта с частями пути, двухсторонних тротуаров и перил, временной вертикальной нагрузки (по схеме СК);

?определение расчетных значений внутренних усилий в наиболее характерных сечениях (опорном, в четверти, середине пролета);

?подбор рабочей арматуры и проверка нормального и наклонных сечений балки по прочности;

?проверка сжатого бетона и растянутой арматуры на выносливость;

?расчет по раскрытию нормальных трещин.

Главные балки железобетонных пролетных строений рассчитываются по предельным состояниям первой (на прочность, выносливость) и второй (по трещиностойкости, деформациям) групп.

Расчет и конструирование железобетонного пролетного строения выполняется первоначально ручным способом, затем на персональном компьютере с помощью программного модуля Powers? определение параметров линии влияния и расчетных усилий (Mi иQi) в рассматриваемых сечениях.

2.1.1 Расчётная схема и определение нагрузок

Расчетную схему разрезного балочного пролетного строения для определения внутренних усилий принимают в виде равномерно загруженных балок, имеющих шарнирноеопирание на опоры. Линии влияния усилий М0,5, М0,25, Q0, Q0,25, Q0,5, их площади и схема загружения приведены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1? Линии влияния внутренних усилий в главной балке:

q1 и q2 — постоянные нагрузки на пролетное строение; ili — эквивалентная временная нагрузка от подвижного состава; i — площади линий влияния; lр — расчетная длина пролетного строения.

В расчетах будем учитывать нормативные постоянные нагрузки на все пролетное строение: от собственного веса балок q1, от веса балласта с частями пути q2, двусторонних тротуаров q3 и веса перил q4. Нагрузки на пролетное строение определяются на один метр длины пролётного строения:

?от собственного веса балки пролетного строения

(2.1)

где V1? объем железобетона главных балок пролетного строения, равный 36,39 м³;ж.б. — плотность железобетона, ж.б. = 24 кН/м3.

.

? от веса балласта с частями пути

(2.2)

где bб? осредненная ширина балластной призмы (расстояние между внешними бортиками, равное 3,98 м); hб-толщина балластной призмы, равная 0,5 м; б? удельная плотность балласта, б = 20 кН/м3.

.

?от веса тротуаров с коммуникациями: q3 = 4 кН/м;

?от веса перил q4 =0,7 кН/м;

?от временной подвижной нагрузки.

Нормативная нагрузка от подвижного состава соответствует равномерно распределенной, которая определяется в зависимости от длины загружения линии влияния и положения ее вершины. Каждой линии влияния соответствует своя эквивалентная нагрузка:

При расчете на прочность постоянные нагрузки учитываются с коэффициентами надежности fi, а временные вертикальные эквивалентные нагрузки от подвижного состава? с динамическим коэффициентом (1 +). В расчетах на выносливость учитывается динамический коэффициент — (1 + 2/3).

2.1.2 Определение внутренних усилий

Расчетные значения внутренних усилий от постоянных qiи временных вертикальных iнагрузок (М0,5; М0,25; Q0; Q0,25; Q0,5) определяются по правилам, изложенным в [1, п. 10.].

Для расчетов по прочности изгибающий момент и поперечная сила определяются по формулам

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

где при М0,5; М0,25; Q0 динамический коэффициент равен при Q0,25:

при Q0,5:

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 — Внутренние усилия

Полученные результаты расчёта на ПК:

2.1.3 Определение геометрических параметров расчётных сечений балки

Для упрощения расчетов сложное реальное сечение балки заменяется на простейшее тавровое, в котором не учитываются бортики плиты, а консоли имеют одинаковые по длине свесы. Расчеты производятся по приведенному сечению (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2? Расчетные эпюры напряжений в главной балке:

а) расчетная схема; б) эпюры напряжений из расчетов по прочности; bfширина плиты проезжей части;b — ширина ребра; h — расчетная высота; hf, bf? расчетные размеры поперечного сечения плиты; h0? рабочая высота балки; Аs, AsI — площади поперечного сечения растянутой и сжатой арматур; Rb, Rs? расчетное сопротивление бетона и арматуры; Аb? площадь сжатой зоны бетона; х? высота сжатой зоны бетона; Z? расстояние между центрами тяжести арматуры Приведенная толщина верхней полки hf определяется по соотношению

(2.8)

где Апл — площадь верхней полки с учетом вутов.

Расчетная ширина верхней полки bf определяется с учетом того, что длина свесов плиты не должна превышать 6hf и быть не более половины расстояния в свету между балками. При этом она может быть принята bf = 2,08 м. Толщина стенки балки b может соответствовать значению типовой конструкции, b = 0,5 м.

(2.9)

.

Расчетная высота балки h определяется по формуле

(2.10)

где hстр — строительная высота балки, hстр =1,9 м.

Рабочая высота сечения балки h0 определяется по выражению

(2.11)

где аs? расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до растянутой грани сечения. Принимаем аs =0,20 м.

2.1.4 Подбор арматуры и расчёт по прочности сечения, нормального к продольной оси балки

Требуемую площадь рабочей арматуры АS посередине пролета главной балки можно найти из расчетов по прочности на действие изгибающего момента М0.5, принимая высоту сжатой зоны бетона х = hf.

(2.12)

где RS? расчетное сопротивление растяжению продольной арматуры балки.

Число стрежней рабочей арматуры балки ns определяют с учетом предварительного назначения ее диаметра по выражению

(2.13)

где fa — площадь одного стержня арматуры.

Диаметр арматуры подбирается в зависимости от условий работы элементов конструкций и средней температуры наружного воздуха наиболее холодной пятидневки в районе проектирования моста по СП.

Поскольку температура самой холодной пятидневки при P=0,98 равнаtхол 5-дн= -42?С, то принимаем:

?арматурную сталь стержневую горячекатаную периодического профиля,

?класс арматурной стали: А 400 (А-III),

?документы, регламентирующие качество арматурной стали: ГОСТ 5781, ГОСТ 380,

? марка стали 25Г2С,

?диаметр: 40 мм.

Выполняем расчёт по формулам (2.12−2.13). Rs= 330 МПа.

Уточняем площадь рабочей арматуры

.

Необходимо уточнить толщину стенки балки из расчета по ограничению касательных напряжений на уровне нейтральной оси от Q0 в опорном сечении с использованием выражения

(2.14)

где? расчетное сопротивление бетона на скалывании при изгибе. определяется в зависимости от класса бетона балки по прочности на сжатие. Класс бетона главной балки пролетного строения выбирается согласно положениям СП.

Принимаем класс бетона по прочности на сжатие В40, тогда и осевое сжатие .

.

Расстояние до центра рабочей арматуры (рисунок 2.3) определяется по выражению

(2.15)

где na1, na2… nai? количество стержней рабочей арматуры в первом и последующих горизонтальных рядах; у1, у2… уi? расстояние от растянутой грани до центра рассматриваемого горизонтального ряда рабочей арматуры. При этом аs 0,15 — 0,20 м.

Рисунок 2.3 — Схема размещения арматуры балки

.

Определяем границу сжатой зоны в ребре.

Принимаем арматурную сталь сжатой зоны:

?стержневая горячекатаная гладкая;

?класс арматурной стали: А 240 (А-I);

?документы, регламентирующие качество арматурной стали: ГОСТ 5781, ГОСТ 380;

?марка стали: Ст3сп;

?диаметр 10 мм.

R’s=200 МПа, n’s=5 шт.

(2.16)

гдеaз? защитный слой бетона [2], aз= 3 см; - диаметр сжатой арматуры.

Определяем высоту сжатой зоны бетона.

Для прямоугольных сечений (при xhf) высота сжатой зоны определяется по выражению

(2.17)

(2.18)

где Rb? расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, определяемое по для класса бетона по прочности на сжатие В40; R’s?расчетное сопротивление сжатой арматуры, для гладкой стержневой арматуры класса А-I.

.

Условие (2.18) выполняется.

Для тавровых сечений (при x>hf)высота сжатой зоны определяется по выражению

(2.19)

Определяем возможность учёта сжатой арматуры в предыдущих формулах. Поскольку х1<�аsI, то Аs' не учитывается.

Уточняем рабочую высоту сечения балки

.

Определяем значение относительной высоты сжатой зоны бетона по выражению

(2.20)

где h0- фактическая рабочая высота сечения балки, определённая в зависимости от уточненной величины аs и учетом расстановки рабочих стержней арматуры.

Значение определяется по формуле

(2.21)

где, напряжение в арматуре принимается, напряжение является предельным напряжением в арматуре сжатой зоны и должно приниматься равным 500 МПа.

Прочность сечения, нормального к продольной оси балки (посередине пролёта), определим из условия: для прямоугольного сечения при xhf и

(2.22)

Расчёт на ПК при помощи программы Most. exe

2.1.5 Расчёт по прочности сечения, наклонного к продольной оси балки

При преобладающем влиянии поперечной силы Q, действующей в конце наклонного сечения, необходимо, чтобы она могла быть воспринята внутренними усилиями, возникающими в продольной и поперечной арматуре, бетоне сжатой зоны. Таким образом, поперечная сила Q должна быть воспринята усилиями в отгибах Qsi, хомутах Qsw, бетоне сжатой зоны Qb.

В соответствии с хомуты диаметром 8 мм, выполненные из гладкой арматуры класса, А — 1, следует устанавливать с шагом 10 см на концевых участках балки, 15 см? на приопорном участке в пределах от концевого сечения до четверти пролета, 20 см? на среднем участке балки. Хомуты должны охватывать ширину пояса не более 50 см и объединять не более 5 растянутых стержней продольной арматуры, расположенной в крайних горизонтальных стержнях. При определении высоты сжатой зоны бетона в программе заложены следующие допущения:

Далее определяются места отгибов стержней продольной рабочей арматуры главной балки. Для этого используется огибающая эпюра максимальных изгибающих моментов, построенная по значения моментов и или подсчитанную по формуле

(2.23)

где? расстояние, м.

Распределение отгибов рабочей арматуры осуществляется при сравнении огибающей эпюры моментов с эпюрой материалов для арматуры. Работа выполняется графически.

Значение момента М0,5 необходимо разделить на число стержней рабочей арматуры балки ns, считая, что каждый стержень арматуры обеспечивает восприятие одинаковой доли момента :

. (2.24)

На эпюре моментов в принятом масштабе проводятся параллельные линии с интервалами М (по числу стержней ns в середине пролета). Точки пересечения этих линий с эпюрой М будут определять теоретически возможные места отгибов стержней.

При сравнении эпюр М1 и Мi определяют место первого отгиба рабочей арматуры. По мере удаления от этого сечения действующий момент имеет тенденцию к снижению и, соответственно, возможно уменьшать количество рабочей арматуры в нижней зоне главной балки. Освобождающиеся при этом стержни отгибаются под углом 450. Одновременно строится график отгиба арматуры, на котором фиксируется последовательность отгиба арматуры. Эпюра отгибов арматуры представлена в расчёте на ЭВМ Проверка прочности наклонного сечения по поперечной силе выполняется в соответствии с. Вычерчивается схема усилий в опорном сечении, наклонном к продольной оси балки.

Определяется проекция длины невыгоднейшего наклонного сечения на продольную ось балки © посредством сравнительных расчетов из условия минимума поперечной силы, воспринимаемой бетоном и арматурой см. по формуле:

(2.25)

где Rbt — расчетное сопротивление бетона осевому растяжению, определяется по [2]; Qb — поперечное усилие, передаваемое на бетон сжатой зоны над концом наклонного сечения, которое ограничивается:

. (2.26)

Расчет наклонного сечения на действие поперечной силы следует производить из условия:

(2.27)

где Qi поперечная сила, возникающая в конце наклонного сечения; RsAsisin, RswAsw — суммы проекций усилий всех стержней пересекаемой арматуры (отогнутой и хомутов) при длине проекции сечения С; Rsi, Rsw — расчетные сопротивления арматуры, определенные с учетом коэффициента условий работы man;Asi, Asw — площади поперечных сечений наклонных стержней и хомутов, пересекаемых наклонным сечением балки; - угол наклона стержней к продольной оси балки (=45о).

Если условие (2.27) не выполняется, то изменяют принятую ранее схему расстановки отгибов рабочей арматуры или увеличивают интенсивность армирования хомутами, изменив шаг армирования. При этом можно воспользоваться формулой

(2.28)

где qsw — интенсивность армирования хомутами; Aswтребуемая площадь хомутов, пересекающих наклонное сечение балки; usw — шаг хомутов вдоль оси балки.

Расчет по прочности сечения, наклонного к продольной оси балки, на действие изгибающего момента производится в соответствии с.

В основу расчета заложена модель, учитывающая, что при разрушении балки от действия изгибающего момента прочность обеспечивается несущей способностью арматуры (рабочей продольной, отогнутой, хомутами), пересекающей наклонное сечение.

В наклонном сечении должно выполняться условие прочности

(2.29)

где Zs, Zsw, Zsi — расстояние от усилий в рабочей, отогнутой арматуре и хомутах, пресекающих наклонное сечение, до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона; Мi — момент от расчетных нагрузок в рассматриваемом сечении (в конце наклонного сечения).

Если проверка условия (2.29) не выполняется, то необходимо увеличить площадь поперечного сечения отогнутой арматуры или ветвей хомутов, пересекающих наклонное сечение.

Результаты расчёта на ПК для трёх сечений при a1 = 0,35 м, a2 = 0,85 м, a3 = 1,45 м.

Результаты расчёта при a1 = 0,35 м.

Результаты расчёта при a2 = 0,85 м.

Результаты расчёта при a3 = 1,45 м.

Рисунок 2.4? Эпюра моментов Рисунок 2.5? Расположение арматуры в балке пролетного строения Рисунок 2.6? Расположение рабочей арматуры балки

2.2 Конструирование элементов пролётного строения

2.2.1 Плита проезжей части

Геометрические параметры контуров плиты проезжей части необходимо выбрать в соответствии с принятыми в типовом проектировании (типовой проект серии 3.501−46 инв. № 557).

Армирование плиты проезжей части можно выполнить конструктивно, руководствуясь нормативными положениями.

Армирование плиты выполняется арматурными сетками, представленными на рисунке 2.7. Оно состоит из верхней сетки СВ, двух нижних СН-1 и СН-2, сеток внешнего СБН и внутреннего СБВ бортиков, вутов СВТ.

Верхняя сетка СВ включает в себя рабочую и распределительную арматуру. Рабочая арматура (поперечная) устанавливается с шагом 15 см (расстояние между осями) диаметром 10 — 12 мм из арматуры класса А-I. Распределительная (продольная) арматура плиты устанавливается с шагом 25 см, диаметром 8 — 12 мм. Длина верхней и других сеток должна составлять не более 250 — 300 см. Соединение сеток между собой может быть осуществлено на сварке или внахлест. Длина сварного шва должна быть не менее 10 диаметров стыкуемых стержней, а длина нахлеста — около 25−30 диаметров. Из этих условий вычерчиваются:

? схема раскладки арматурных сеток по всей длине пролетного строения (ватман лист 2);

? схемы сеток — верхней СВ, двух нижних плиты СН-1 и СН-2, наружного и внутреннего бортиков СБН и СБВ, вутов СВТ с указанием всех геометрических параметров.

Нижние сетки СН-1 и СН-2 состоят из поперечной и распределительной арматуры. Арматура устанавливается с шагом 30 см, диаметром 8 — 12 мм из арматуры класса А-I.

Сетки бортиков СБН и СБВ состоят из поперечной и распределительной арматуры. Арматура устанавливается с шагом 45 см и выполнена из такой же арматурной стали, как для нижних сеток плиты.

Кроме того, распределительная арматура во всех указанных выше сетках устанавливается в местах стыковки этих сеток.

Сетки вутов выполняются аналогично арматурным сеткам бортиков плиты.

Рисунок 2.7? Схемы арматурных сеток плиты проезжей части: а — план раскладки сеток по длине пролетного строения; б — сетка СВ; в — сетка СН-1; г — сетка СН-2; д — сетка СБН; е — сетка СБВ, ж — расположение сеток в плите; bп — ширина блока пролетного строения; bс1, bс2, bс3, bc4, bc5 — ширина сеток соответственно СВ, СН-1, СН-2, СБН, СБВ; СВТ — сетка вута; b — ширина главной балки; d — диаметр арматуры.

Рассчитаем количество и длину сеток СВ Количество стержней рабочей арматуры должно находиться в пределах

Принимаю количество стержней рабочей арматуры, равное 10 штукам, с длиной сеток 2,75 м.

.

Шаг стержней определится: .

Сетки СН-1 и СН-2:

.

Сетки СБН, СБВ и СВТ:

.

2.2.2 Главная балка

Главная балка пролетного строения армируется продольной и поперечной арматурой. Кроме рабочей арматуры, количество которой определено расчетами по прочности, выносливости и трещиностойкости, другие виды арматуры устанавливаются на основе нормативных требований конструктивно. Все виды арматуры образуют каркасы, количество которых определяется по количеству рядов рабочей арматуры. Арматурный каркас состоит из монтажной, отогнутой, рабочей, противоусадочной продольной арматуры, а также хомутов.

Длина стержней монтажной арматуры определяется длиной главной балки пролетного строения и величиной стыковки с другими видами арматуры. При этом длина нахлеста составляет (25−30)d [2], а для сварного стыка — (10−15)d. Монтажная арматура выполняется диаметром 12−16 мм из арматурной стали класса А-1. Перегиб арматуры выполняется по дуге круга радиусом 3d.

Отогнутая арматура устанавливается в соответствии с расчетом балки на прочность по наклонному сечению. Стыковка ее с монтажной арматурой осуществляется с помощью сварного шва, длина которого составляет (20−30)da. Перегиб отогнутой арматуры производят по дуге круга радиусом 10da.

Продольная противоусадочная арматура устанавливается диаметром 8−12 мм в пределах трети высоты стенки, считая от растянутой грани балки, — с шагом не более 12d, в пределах остальной высоты — не более 20d.

Хомуты устанавливаются с шагом, принятым при расчете наклонного сечения балки на прочность.

2.2.3 Детали

К деталям железобетонного пролетного строения относятся водоотводные трубки, тротуарные консоли, мостовое полотно, стыки диафрагм, устраиваемых по концам пролетных строений, гидроизоляция плиты проезжей части.

Съемные тротуары на железобетонных пролетных строениях индустриального изготовления применяют в виде металлических или железобетонных консолей, на которых укладываются железобетонные плиты. Ширина тротуарной консоли составляет 57 см.

Мостовое полотно на железобетонных пролетных строениях устраивают, как правило, с ездой на балласте. Все конструктивные детали представлены на ватмане лист 2.

Стыки диафрагм блоков пролетных строений осуществляют путем сварки закладных деталей. Продольные стыки плит проезжей части выполняют сваркой в нахлестку выпусков арматуры с последующим омоноличиванием шва, с поперечным обжатием шва, с помощью шпоночного стыка и другими способами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Окончательно в курсовом проекте на основании всех произведенных расчетов принимаю железобетонный железнодорожный мост со следующими параметрами:

? схема моста 6×15,8;

? опоры безростверкового типа;

? глубина заложения 9,2 м;

? диаметр оболочек d=1,6 м;

? полная длина моста равна 107,75 м;

? по технико-экономическому сравнению вариантов принимаем наименьшую строительную стоимость моста, равную 178 402,21 руб.;

? коэффициент индустриализации — 0,89;

? рабочая арматура главной балки (всего 15 стержней) — стержневая горячекатаная периодического профиля класса А-Фе диаметром 40 мм, удовлетворяющая условиям прочности и выносливости;

? бетон класса В-40, удовлетворяющий условиям прочности и выносливости.

железобетонный пролетный мост

1. СНиП 2.01.01 — 82 Строительная климатология /Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССр, 1983. — 210 с.

2. СП 35.13 330.2011 Мосты и трубы /Госстрой СССР. — М.: ОАО «ЦНИИС», 2011. — 346 с.

3. Указания по устройству и конструкции мостового полотна на железнодорожных мостах / ЦП МПС. — М.: Транспорт, 1989. — 120 с.

4. Мосты и тоннели на железных дорогах: Учебник для вузов/ В. О. Осипов, В. Г. Храпов, Б. В. Бобриков и др.: Под. Ред В. О. Осипова. — М.: Транспорт, 1988. — 367 с.

5. Боровик Г. М. Искусственные сооружения на железных дорогах: сб. лекций. В 2 ч. Ч. 1. Конструкции и проектирование мостов и труб в условиях сурового климата / Г. М. Боровик. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. — 174 с.: ил.

6. Боровик Г. М. Проектирование железобетонного железнодорожного моста: Методическое пособие. — 2-е изд., перераб. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002. — 78 с.: ил.

7. Смышляев Б. Н. Особенности проектирования искусственных сооружений в суровых условиях Дальневосточного региона: учеб. пособие / Б. Н. Смышляев, Г. М. Боровик. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. — 93 с.: ил.

8. Методические указания по графическому оформлению курсовых и дипломных проектов мостовой специальности / Л. В. Авакимова. — Хабаровск: ХабИИЖТ, 1984. — 42 с.