Разработка проекта деревянного моста

деревянный мост нагрузка

В данный момент деревянные мосты на автомобильных дорогах почти не строятся. Они находят своё место только как временные мосты—подмости при строительстве капитальных железобетонных и металлических мостов.

Однако, деревянные мости могут ещё найти своё место на городских дорогах в районах, богатых лесоматериалами, при условии применения более конструктивных форм, рассчитанных на индивидуальные методы изготовления и строительства, при условии оснащения мостостроительных организаций специалистами и строительной техникой.

Для деревянных мостов рекомендуется применять древесину сосны, ели, лиственницы. Древесина этих пород имеет высокую прочность при небольшом весе. Древесина имеет высокую неоднородность строения: прочность различная на разных участках ствола дерева.

Растянутые и изогнутые элементы пролётных строений должны быть изготовлены из древесины первого сорта, остальные—второго.

Для изготовления деталей, которые находятся в условиях долговременного нагружённого состояния, необходимо применять высокопрочную древесину (дуб, бук, ясень и граб).

Также возможно применять в элементах деревянных мостов круглые стержни, полосовую сталь, двутавры, гвозди и болты, и т. д.

Основным недостатком древесины как материала для мостов есть огнеопасность и краткий срок службы — не более 15 лет.

1. ВАРИАНТНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1.1 Нормы проектирования

Расчёт моста состоит из двух частей. Первая часть — определение нагрузок (статический расчёт). Вторая часть — расчёт сечений с целью обеспечения несущей способности, жёсткости и трещиностойкости элементов при воздействии всех возникающих в них усилий.

Порядок расчёта, при котором рассчитываются отдельные части моста: проезжая часть, главные несущие элементы пролётных строений, затем опоры и опорные части и, наконец, фундаменты. Однако можно рассчитывать всю конструкцию целиком, как единой системы «пролётное строение — опоры — фундаменты — грунт» .

Расчёт моста и его элементов выполняется не только на стадии эксплуатации, но и на стадии монтажа.

В стадии эксплуатации конструкция является ужу полностью сформированной, то есть её расчётная схема соответствует проектной и на неё действуют все нормативные эксплуатационные нагрузки. На различных этапах монтажа конструкция может иметь разные статические схемы и на неё действуют разные строительные нагрузки в сочетании с собственным весом конструкции. Усилия, воздействующие на элементы моста, возникают от сочетанийпостоянных нагрузок с различными временными.

Постоянная нагрузка в автодорожных мостах является существенной, а при больших пролётах суммарной (постоянной и временной) нагрузки. Постоянная нагрузка на пролётное строение складывается из двух частей. Первая часть постоянной нагрузки — собственный вес несущих конструкций. Вторая часть постоянной нагрузки — вес мостового полотна, тротуаров, перильных ограждений, барьеров безопасности и др. Для её определения необходимо после выбора схемы моста выбрать конструкцию мостового полотна.

Временная вертикальная нагрузка от автомобилей принимается в виде полосовой равномерно распределённой нагрузки неограниченной длинны. Каждая полоса состоит из двух колей. На каждой полосе имеется одна двухосная тележка, положение и ширина колёс которой совпадают с положением и шириной колей (рисунок 1.1). Для малых и средних мостов на дорогах IV и V категорий К = 8 кН/м (А-8). При этом расчёт элементов проезжей части малых и средних мостов на дорогах IV и V категории следует производить на воздействие одноосной тележки с давлением на ось 110 кН.

Для каждого моста число грузовых полос принимается в соответствии с его габаритом проезда и не должно превышать числа полос движения на мосту.

Кроме расчёта на автомобильную нагрузку А-8 расчёт на действие одной гусеничной нагрузки НГ-60.

Динамический характер приложения временной подвижной вертикальной нагрузки учитывается приближённо введением динамического коэффициента 1+µ. Динамический коэффициент принимается:

при расчёте балочных и рамных пролётных строений автодорожных и городских мостов, а также элементов надарочной сквозной конструкции

при расчете арочных распорных железобетонных пролётных строений со сквозной надарочной конструкцией

Тротуары мостов проверяются на действие вертикальной сосредоточенной силы Р = 1,8 кН. Пешеходные мосты рассчитываются на вертикальную равномерно распределённую по всей поверхности прохода нагрузку интенсивностью q_T = 400 кН.

Продольная горизонтальная нагрузка от торможения учитывается только от распределенной нагрузки К с одного направления и принимается равной 0,5?Кл с каждой нагрузочной полосы, то есть с каждой полосы движения. Прилагается тормозная нагрузка на 1,5 м выше поверхности проезжей части. Диапазон тормозной силы в пределах 8К…25К, кН.

Горизонтальную поперечную нагрузку от боковых ударов, оказываемых нагрузкой А, принимают в виде равномерно распределённой, приложенной в уровне верха проезжей части с интенсивностью 0,4 К, кН/м.

Конструкцию пролётных строений и опор проверяют на давление ветра поперёк оси сооружения перпендикулярно его боковой поверхности, а также на давление ветра вдоль оси сооружения. Значение интенсивности горизонтальной поперечной ветровой нагрузки принимается для индивидуальных конструкций не менее 1,25 кПа. Для типовых конструкций принимается: q₀ = 0,7 кПа, k = 1,45 при ,

где С_Н — аэродинамический коэффициент лобового сопротивления рассматриваемого элемента конструкции. Расчётная ветровая поверхность для сплошных пролётных строений принимается равной боковой поверхности наветренной главной балки, для несквозных опор—площади проекции всех элементов наветренной стороны на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, для проезжей части сквозных пролётных строений—боковой поверхности, не закрытой поясом главной фермы.

Воздействие ледовой нагрузки не учитывается, если в проекте предусмотрены эффективные меры для предотвращения воздействия льда на сооружение.

Нормативная нагрузка от навала судов принимается в виде сосредоточенных сил, зависящих от судоходного класса водного пути, и не должна превышать 2000 кН.

Также рассчитываются горизонтальное давление грунта на опоры мостов; температурные воздействия при расчёте деформаций, а также при определении усилий в элементах конструкций, не имеющих свободы перемещений; строительные нагрузки; сейсмические нагрузки при расчётной сейсмичностью не менее 7 баллов.

В расчеты все нагрузки вводятся со своими коэффициентами надёжности по нагрузке г_f. Его значение зависит от типа нагрузки и вида расчёта. В расчётах на выносливость и во всех расчётах по II группе предельных состояний для всех нагрузок г_f = 1.

1.2 Описание вариантов

Предлагается запроектировать мостовой переход, состоящий из деревянных конструкций. Пользуясь типовыми конструкциями составляем три варианта моста и приводим краткую их характеристику.

Вариант № 1.

Схема 32,5 + 43,2 + 22,5; Общая длина моста L = 99,600 м

Конструкция мостового перехода сложена из таких элементов:

Главный пролёт — ферма Гау-Журавского с ездой понизу с полной длинной 43,2 м (расчётный пролёт L_P = 41,6 м), количество панелей — 8 шт,

длина панели 5,20 м; высота панели 7,7 м Крайние пролёты — две фермы Гау-Журавского с ездой поверху с полной длинной 32,5 м (расчётный пролёт L_P = 31,5 м) и 22,5 м (расчётный пролёт L_P = 21,5 м);

Береговые опоры-свайные однорядные деревянные, высотой H = 8 м .

Средние опоры — свайные двухрядные из сборного железобетона, высотой H = 8 м Вариант № 2.

Схема 32,5 + 42,7 + 22,5; Общая длина моста L = 99,100 м

Конструкция мостового перехода сложена из таких элементов:

Главный пролёт — ферма Гау-Журавского с ездой поверху с полной длинной 42,7 м (расчётный пролёт L_P = 41,5 м), количество панелей — 10 шт,

длина панели 4,15 м; высота панели 5,4 м Крайние пролёты — две фермы Гау-Журавского с ездой поверху с полной длинной 32,5 м (расчётный пролёт L_P = 31,5 м) и 22,5 м (расчётный пролёт L_P = 21,5 м);

Береговые опоры-свайные однорядные деревянные, высотой H = 12 м Средние опоры — свайные двухрядные из сборного железобетона, высотой H =11м.

Вариант № 3

Схема 33 + 43,2 + 23; Общая длина моста L = 100,600 м

Конструкция мостового перехода сложена из таких элементов:

Главный пролёт — ферма Гау-Журавского с ездой понизу с полной длинной 43,2 м (расчётный пролёт L_P = 41,6 м), количество панелей — 8 шт, длина панели 5,2 м; высота панели 7,7 м Крайние пролёты — две фермы Гау-Журавского с ездой понизу с полной длинной 33 м (расчётный пролёт L_P = 31,5 м) и 23 м (расчётный пролёт

L_P = 21,6)

Береговые опоры-свайные однорядные деревянные, высотой H = 10 м Средние опоры — свайные двухрядные из сборного железобетона, высотой H = 11 м.

Расход материалов Вариант 1

Ферма Гау-Журавского с ездой поверху с длинной 32,5 м

Дерево — 195,48 м³

Металл — 8888,4 кг Ферма Гау-Журавского с ездой понизу с длинной 43,2 м

Дерево — 372 м³

Металл — 10 860 кг Ферма Гау-Журавского с ездой поверху с длинной 22,5 м Дерево — 122,88 м³

Металл — 5121,6 кг Опоры: тип 5, с длинной 8 м Дерево — 78,54 м³

Металл — 1156,3 кг Вариант 2

Ферма Гау-Журавского с ездой поверху с длинной 32,5 м

Дерево — 195,48 м³

Металл — 8888,4 кг Ферма Гау-Журавского с ездой поверху с длинной 42,7 м

Дерево — 284,4 м³

Металл — 9564 кг Ферма Гау-Журавского с ездой поверху с длинной 22,5 м Дерево — 122,88 м³

Металл — 5121,6 кг Опоры: тип 5, с длинной 11 м Дерево — 107,99 м³

Металл — 1589,9 кг Вариант 3

Ферма Гау-Журавского с ездой понизу с длинной 33 м

Дерево — 267,6 м³

Металл — 7164 кг Ферма Гау-Журавского с ездой понизу с длинной 43,2 м

Дерево — 372 м³

Металл — 10 860 кг Ферма Гау-Журавского с ездой поверху с длинной 23 м Дерево — 182,88 м³

Металл — 5856 кг Опоры: тип 3, с длинной 11 м Дерево — 66,4 м³

Металл — 978,65 кг

1.3 Сравнение вариантов Таблица 1.1 — Расход материала на главную ферму для вариантов.

Принимаем второй вариант мостового перехода с главной фермой Гау-Журавского с ездой поверху и расчётным пролётом 41,5 м. Так как расход по дереву дороже, чем по металлу. А во втором варианте расход дерева наименьший, а расход по металлу средний между двумя вариантами.

2. РАСЧЁТ ФЕРМЫ ГАУ-ЖУРАВСКОГО С ЕЗДОЙ ПОВЕРХУ

2.1 Расчет асфальтированного дощатого настила на сосредоточенных прогонах

Конструкция асфальтированного дощатого настила на сосредоточенных прогонах состоит из досок, которые стоят на ребре разной висоты (разница соседних досок не меньше 2 см), а сверху укладывается слой асфальтобетона толщиной не менше 6 см над большей по высоте доской (рисунок 2.1). Обычно ширину досок принимают от 5 см до 7 см, а высоту досок от 16 см до 18 см.

Рисунок 2.1 — Расчетная схема для определения усилий в элементах асфальтированного настила на сосредоточенных прогонанта сопротивления относительно нижней границы досок:

Постоянную нагрузку на одну доску от собствееногонта сопротивления относительно нижней границы досок:

где А₁, А₂— площади соседних досок;

y₁, y₂ — расстояние между нижней гранью первой и второй досок и их центрами тяжести.

Постоянную нагрузку на одну доску от собствееного веса и веса асфальтобетона представим в виде таблицы: (таблица 2.1).

Таблица 2.1 — Постоянная нагрузка на один метр досок настила

Постоянная расчетная нагрузка на один метр настила:

.

Давление распределяется на несколько досок настила. Расстояние на которое распределяется давление от одного колеса :

где — расстояние от верха слоя асфальтобетона до центра тяжести досок, м.

где h₁ — высота меньшей доски, м;

h_а.б.¹ — слой асфальтобетона над доской меньшей высоты, м.

Расчетное давление от колеса на одну доску:

де в₁ — ширина доски настила, м.

Ширина площадки действия силы поперек пролета:

b_р = b + 2? h_о = 0,6+2?0,08 = 0,76

где h_о — средняя висота слоя асфальтобетона, м.

где h_а.б.² — слой асфальтоботона над доской большей высоты, м.

Расчетный изгибающий момент в середине пролета досок настила:

где — расчетный пролет досок настила, принимаем равным шагу сосредоточенных прогонов, м.

Нужный момент сопротивления доски:

При заданной ширине досок b_д=5см находим их среднюю высоту:

Окончательно принимаем в конструкции настила доски высотой h₁=18 см и h₂=16 см.

2.2 Расчет сосредоточенных прогонов с асфальтированным дощатым настилом

Мост с фермой с ездой поверху габаритом Г-7 и пролётом L_Р = 41,5 м проектируется с тремя сосредоточенными двухъярусными прогонами, расстояние между осями которых 2 м. Нормативные нагрузки А8 и НГ-60.

Определение коэффициента поперечной установки (рисунок 2.2).

— нагрузки А8 (Р = 78,5 кН) для прогонов 1, 2 определяют как опорные давления сосредоточенных грузов, равных по величине (за единицу принимаем полное давление тележки).

А8 ПЕРВЫЙ СЛУЧАЙ

А8 ВТОРОЙ СЛУЧАЙ

— гусеничной нагрузки НГ-60 (q^нг-60 = 118 кН/м) для прогонов 1, 2 вычисляют, устанавливая ось одной из гусениц над осью выбранного прогона.

Так как КПУ прогона № 1 значительно больше чем КПУ прогона № 2, то дальнейшие расчеты будем вести по прогону № 1.

Определение эквивалентных нагрузок с учётом коэффициентов запаса.

Рисунок 2.3 — Линия влияния изгибающего момента для определения эквивалентных нагрузок при

;

Таблица 2.2 — Изгибающие моменты от постоянной нагрузки, действующие на крайний прогон:

.

Изгибающий момент для крайнего прогона 1:

;

Таблица 2.3 — Наибольшие изгибающие моменты в сосредоточенных прогонах от действия временных нагрузок

Таблица 2.4 — Сводная таблица изгибающих моментов

2.3 Расчет главных ферм

Определение коэффициентов поперечной установки для фермы Гау-Журавского с ездой поверху габаритом Г-7, тротуарами Т = 2×1 (рисунок 2.4) .

А8 ПЕРВЫЙ СЛУЧАЙ

А8 ВТОРОЙ СЛУЧАЙ

НГ- 60

А8 ПЕРВЫЙ СЛУЧАЙ

А8 ВТОРОЙ СЛУЧАЙ

НГ- 60

Так как КПУ фермы № 1 значительно больше чем КПУ фермы № 2, то дальнейшие расчеты будем вести по ферме № 1.

Определяем нагрузку от собственного веса фермы.

где

V = 237,0 м³ — обьём древесины; ?_др = 6 кН/м³ — удельный вес древесины;

G_мет = 79,7 кН — вес металла; L_P = 41,5 м — расчётная длина фермы;

Определение усилий в стержнях фермы (4 панель) производим загружением линий влияния (рисунок 2.5).

НИЖНИЙ ПОЯС:

Пост. нагр.

А8 1случай

А8 2случай НГ-60

ТЯЖ:

Пост. нагр.

А8 1случай А8 2случай НГ-60

ОСНОВНОЙ РАСКОС:

Пост. нагр.

А8 1случай А8 2случай НГ-60

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ РАСКОС:

Пост. нагр.

А8 1случай А8 2случай НГ-60

ВЕРХНИЙ ПОЯС:

Пост. нагр.

А8 1случай

А8 2случай НГ-60

2.4 Подбор сечений основных элементов фермы

НИЖНИЙ ПОЯС N₁

Назначаем из 2-х брёвен d = 38 см. Наиболее ослаблена площадь поперечного сечения в месте врубки узловой подушки на 6 см и подгаечного бруса h = 2 см. По приложению 3 и 13 определяем площадь поперечного сечения пояса:

Проверяем площадь по наибольшему усилию N₄ = 1679,45 кН:

m = 0.8 — коэффициент условия работы сечения с врубкой.

Принимаем 2 бревна нижнего пояса диаметром 38 см.

Для сжатых элементов опасная работа на устойчивость, поэтом по прочности выгодна и ведётся расчёт на устойчивость.

Расчётная длина элемента L₀ = 4,80 м. Площадь поперечного сечения 1-го бревна А_bt = 2268 см².

Радиус инерции: .

Гибкость:

.

Для сжатых элементов? ? 100, для растянутых —? ? 150.

При? ? 70

Проверяем площадь сечения нижнего по наибольшему усилию N₄ = 1693,4 кН:

Проверка устойчивости брёвен верхнего пояса из плоскости фермы.

Условия выполняются. Окончательно принимаем верхний пояс d = 38 см и нижний пояс d = 38 см.

РАСКОСЫ N₃ и N'₃

Рабочую площадь сечения раскоса определяем из условия смятия дубовой подушки поперёк волокон по формуле:

;

R_dдр = 2?3,1 = 6,2 мПа — расчётное сопротивление местного смятия поперёк волокон при лобовых врубках.

В месте примыкания подкоса к подушке он будет ослаблен металлическим штырём с диаметром 1,4 см и двумя стёсками по 2 см каждая.

Принимаем диаметр раскоса равным d = 31 см, тогда Площадь штыря:

.

Назначаем длину обратного раскоса N'₃ в плоскости фермы:

.

Расчётная длина L основного раскоса из плоскости фермы:

Радиус инерции: .

Гибкость:

.

При? > 70

Проверяем площадь сечения основного раскоса по наибольшему усилию N₃ = 295,8 кН:

Расчётная длина L_Р обратного раскоса из плоскости фермы:

Радиус инерции :

.

Гибкость:

Принимаем основной раскос диаметром равным d = 31 см и обратный раскос диаметром d = 31 см.

ТЯЖ N₂

Требуется площадь тяжа:

; Принимаем тяж из стали класса А-I с расчётным сопротивлением R_S = 210 мПа.

;

С фактической площадью:

Принимаем d = 5,5 см.

ШАЙБА

Требуется площадь смятия дубового () подгаечного бруса под шайбой:

Рисунок 2.6 — Расчетная схема болтового соеденения и подгаечного бруса Смятие местное поперёк волокон под шайбами при углах смятия от 60? до 90?. С учётом отверстия шайбы для тяжа d = 5,5 см определяем требуемый размер стороны квадратной шайбой:

Принимаем шайбу 230×230 мм с отверстием 55 мм.

Напряжение смятия древесины бод шайбой.

Из условия работы шайбы на изгиб определяем требуемый момент сопротивления на 1 см поперечного сечения шайбы по формуле.

где

Определим толщину шайбы:

Принимаем толщину шайбы? = 20 мм.

ПОДГАЕЧНЫЙ БРУС

Подгаечный брус из дуба врублен на 2 см в нижний пояс из брёвен d = 38 см. Ширина соприкосновения бруса с одним бревном пояса по прил. 13 принимается равной b₀ = 17 см.

Требуемая ширина подгаечного бруса:

Принимаем ширину бруса b = 24 см.

Изгибающий момент в подгаечном брусе, L = d_бр = 33 см:

Требуемый момент сопротивления поперечного сечения бруса:

Определяем расчётную высоту бруса:

Принимаем h = 20 см.

Проверим брус на скалывание при h = 20 см:

Принимаем подгаечный брус из дуба сечением 20×24 см и длиной 80 см.

РАСЧЁТ УЗЛОВОЙ ПОДУШКИ

Горизонтальная и вертикальная составляющая усилия в раскосе составляет: ;

Вычисляем силу трения, вызванной прижимом вертикальной составляющей усилия в раскосе :

(рисунок 2.5).

Рисунок 2.7 — Расчетная схема узловой подушки По приложению 13 определяем величину площади смятия дубовой подушки врубленной на глубину ?₁ = 3 см и ?₂ = 6 см. Пояс из 2-х брёвен d = 38 см.

С учётом силы трения проверяем прочность подушки на смятие:

Проверяем на скалывание зуба подушки по сечению I — I:

Проверяем на скалывание зуба подушки по сечению II — II:

R_dсмят = 1,57 мПа — расчётное сопротивление при скалывании вдоль волокон.

Проверяем условие прочности на выкалывание зуба пояса:

Смятие пояса под частью подушки, на которую опирается раскос N₃

Лившиц Примеры расчета железобетонных мостов

Российский В.А., Бруснецов П. А., Лукин Н. П. Расчёт деревянных автодорожных мостов. — Киев: Вища школа, 1973. — 212 с.

Методические указания для составления вариантов мостов при курсовом и дипломном проектировании.

СНиП 2.05.03 — 84*. Мосты и трубы. — М.: ГП ЦПП, 1996. — 224 с.

Гибшман Е. Е. Проектирование деревянных мостов. — 1976. — 272 с.