Расчет промежуточной опоры моста

Министерство образования РФ Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

(Институт архитектуры и градостроительства) Кафедра АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Курсовой проект

Расчёт промежуточной опоры моста

По дисциплине «Строительство дорог в сложных условиях»

специальность

291 000 — Автомобильные дороги и аэродромы

Н. Новгород — 2009 г.

Исходные данные.

Природные условия района строительства.

1. Постоянные нагрузки и воздействия.

2. Временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов.

2.1 Нагрузка АК.

2.2 Нагрузка от толпы на тротуаре.

2.3 Нагрузка НК-80.

2.4 Торможение.

2.5 Горизонтальные поперечные удары.

3. Прочие временные нагрузки и воздействия.

3.1 Ледовая нагрузка.

3.2 Ветровая нагрузка.

3.3 Гидростатическое выталкивание.

4. Проверка конструкции.

4.1 Определение нагрузки на голову сваи.

4.2 Определение несущей способности сваи.

Заключение

.

Приложение.

В данном курсовом проекте, выполненном на основе задания выданного кафедрой «Автомобильные дороги» по дисциплине «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах» на тему «Расчёт промежуточной опоры моста», определены нагрузки на фундамент и голову сваи, вычерчена схема опоры с инженерно-геологическими условиями, определена несущая способность сваи и подобрано армирование сваи.

В состав курсового проекта входят:

— пояснительная записка;

— графическая часть.

Исходные данные

1. Категория дороги — II

2. Габарит моста — Г — 11,5 + 2х1

3. Схема моста — 2×15

4. Расчётный уровень высокой воды (РУВВ) — ———- 84,20 м

5. Уровень межевой воды (УМВ) — ——————————— 80,50 м

6. Дно — ———————————————————————————— 77,2 м

7. Линия общего размыва (ЛОР) — ———————————- 75,05 м

8. Линия местного размыва (ЛМР) — —————————— 72,37 м

9. Расчётный уровень высокого ледохода (РУВЛ) — - 84,20 м

10. Уровень первой подвижки льда (УППЛ) — ————- 81,00 м

11. Толщина льда — —————————————————————- 0,60 м

1. Природные условия района строительства Строящийся объект — мост через реку Пукстерь на дороге Ивановское — валки II технической категории. Район строительства находится в Нижегородском р-не II-ой дорожно-климатической зоне.

Климатические условия:

Среднегодовая температура: 3,5 0С

Средняя температура наиболее холодного периода: -10,7 0С.

Среднегодовое количество осадков: 527 мм.

Геологические условия:

первый слой: песок мелкий. песок средней крупности

второй слой: песок средней крупности.

Третий слой песок мелкий.

Гидрологические характеристики:

Скорость течения в русле — 1,48 м/с

Толщина льдин — 0,60 м.

2. Временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов

2.1 Нагрузка АК Расчетную временную на вертикальную нагрузку от автотранспортных средств принимаем в виде полос АК, каждая из которых включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р равной — 9,81К кН, равномерно распределенную нагрузку интенсивностью (на обе калии) — 0,98К кН/м. [1.п.2.12]

Класс нагрузки по [1.n.2.12] для мостов на дорогах IV категорий принимается равным -11.

Р = 9,8111 = 107,91 кН;

= 0,9811 = 10,78 кН/м.

Расчётное давление от временной нагрузки АК определяется по формуле:

где: — длина загружения (пролёт);

f — коэффициент надёжности по загрузке, принимаемый по [1.п.2.23., б];

S1 — коэффициент полосности [1.п.2.14., б];

(1+) — динамический коэффициент, равный 1,21

2.2 Нагрузка от толпы на тротуаре Расчётную временную нагрузку на тротуары мостов принимаем в виде вертикальной нагрузки, интенсивностью р = 0,2 тс/м2 [1.п.2.21,б] и вычисляем по формуле:

Рт = р9,81ВL

где: В — ширина тротуара, В = 1,0 м.

Рт = 0,29,811,015 = 29,43 кН Определяем момент от нагрузки АК + толпа, 1 колонна:

N1 = 29,431,416 + 587,330 0,6330,5 = 227,50

М1 = 227,505,81 = 1322,135 кНм

N2 = 0,5587,330 0.368 + 0.5 587,330 0.488 = 251,377 кН М2 = 251,3774,15 = 1043,214 кНм

N3 = 0,5587,3300,512 = 150,356 кН М3 = 150,3562,49 = 374,386 кНм Определяем момент от нагрузки АК + толпа, 2 колонны:

N1 = 227,562 кН М1 = 1322,135 кНм

N2 = 251,377 кН М2 = 1049,214 кНм

N3 = 150,356 + 0,5493,4150,825 = 353,890 кН М3 = 353,8902,49 = 881,186 кНм

N4 = 0,5493,4150.175+0.5 493,415 0.681 = 211,182 кН М4 = 211,182 0.83 = -125,281

N5 = 0,5493,4150,319 = 78,699 кН М5 = 78,699(-0,83) = -65,320 кНм

2.3 Нагрузка НК-80

Расчётную временную вертикальную нагрузку от тяжёлой одиночной нагрузки принимаем в виде эквивалентной равномерно распределённой нагрузки интенсивностью — 92,1 кН/м [1,прил.6,табл.1].

РНК-80 = qlКзап.(1 +), кН РНК-80 = 92,1151,11,0 = 1519,65 кН

N1 = 0.518 1519,65 0.5 = 393,589

M1 = 393,589 4.15 = 1633,394

N2 = 0,51 519,65 0.482 = 366,236 кН

M2 = 366,236 2.49 = 911,928 кНм

N3 = 0,51 519,650.44 = 334.32 кН

M3 = 334,32 0.83 = 2562,544 кНм

N4 = 0,51 519,65 0.108 = 82,061 кН

M4 = 82,061 (-0.83) = -68,110 кНм Вес нагрузки:

Поперечный момент:

Продольный момент: М = 1519,650,325 = 493,883 кНм

2.4 Торможение Расчётную горизонтальную продольную нагрузку от торможения принимаем равной — 7,8К кН [1.п.2.20]. Величина тормозной нагрузки определяется по формуле:

Т = f 24,5К (1 +)

Т = 1,224,5111,0 = 323,4 кН Момент от этой силы определяется по формуле:

Мт = Тlт, где: lт — расстояние от центра опорной части до подошвы фундамента, м Мт = 323,46,717 = 2172,278 кНм Нормативные усилия и моменты рассчитываются аналогично, но без учета f.

2.5 Горизонтальные поперечные удары Расчетную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов подвижного состава автомобильной нагрузки АК принимаем в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью — 0,39К кН/м. [1.n.2.19,б], приложенной на уровне верха покрытия проезжей части.

Величину нагрузки определяем по формуле:

Н = f 0.39K (1 +)

H = 1,20,3 911 151,0 = 77,22 кН Момент от этой силы определяется по формуле:

Мн = Нlн, нагрузка свая ледовый гидростатический где lн — расстояние от верха проезжей части до подошвы фундамента, м Мн = 77,227,895 = 609,652 кНм Нормативные усилия и моменты рассчитываются аналогично, но без учета f.

3. Прочие временные нагрузки и воздействия

3.1 Ледовая нагрузка Нормативную ледовую нагрузку от давления льда на опоры мостов с вертикальной передней гранью определяем по формуле:

F = 1КnRzbt

где: 1 — коэффициент формы, определяем по таблице 2 [1.Прил.10] 1 = 0,9;

Rz — предел прочности на раздробление, принимается по [1.Прил.10,1], при первой подвижке льда — 735 кПа, при наивысшем уровне ледохода — 441 кПа;

b — ширина опоры на уровне действия льда, м;

t — толщина льда, м.

При первой подвижке льда:

FУППЛ =· 0,91.25 7350,50,6 = 248,062 кН МУППЛ = 248,0622,555 = 633,798 кНм При наивысшем уровне ледохода:

FРУВЛ = · 0,91.25 4410,50,6 = 148,837 кН МРУВЛ = 148,8375,755 = 856,556 кНм

3.2 Ветровая нагрузка Нормативную интенсивность горизонтальной ветровой нагрузки принимаем Wпоп. = 1,23 кПа Вычисляем рабочую ветровую поверхность для элементов моста.

Перила: Sп = 0,21,015 = 3,3 м²

Балка п.с.: Sб = 1,1415 = 17,1 м²

Ригель: Sр = 0,81,65 = 1,32 м²

Тело опоры: при РУВЛ: SопРУВЛ = 0

при УППЛ: SопУППЛ = 3,3250,5= 1,662 м²

Определяем усилия от ветровой нагрузки:

W = SWпоп

Wп = 3,31,00 = 3,3 кН

Wб = 17,101,00 = 16,125 кН

Wр = 1,321,00 = 1,32 кН

WопУППЛ = 1,6621,00 = 1,662 кН

WпопРУВЛ = 3,3 + 17,10 + 1,32 = 21,72 кН

WпопУППЛ = 3,3 + 17,10 + 1,32 + 1,662 = 23,382 кН МпопРУВЛ = 3,3 8,32 + 17,107,20 + 1,326,155 = 158,70 кНм МпопУППЛ = 3,3 8,32 + 17,107,2 + 1,326,155 + 1,6624,845 = 166,752 кНм Нормативную горизонтальную продольную ветровую нагрузку для пролётных строений со сплошными балками принимаем в размере 20% от нормативной поперечной ветровой нагрузки.

Wпр. = 0,20 кПа Вычисляем рабочую ветровую поверхность для элементов моста.

Ригель: Sр = 12,640,4 + · 0,4·(12,64+7,52) = 13,120 м²

Тело опоры: при РУВЛ: SопРУВЛ = 0

при УППЛ: SопУППЛ = 7,523,325 = 25,004 м²

Определяем усилия от ветровой нагрузки.

Wр = 0,20 013,120 = 2,624 кН

WопУППЛ = 25,0040,200 = 5,00 кН

WпрРУВЛ = 2,624 кН

WпрУППЛ = 2,624 + 5,00 = 7,624 кН МпрРУВЛ = 2,6246,155 = 16,15 кНм МпрУППЛ = 2,6246,155 + 25,0044,845 = 137,275 кНм

3.3 Гидростатическое выталкивание Выталкивающую силу определяем по формуле:

Н где: — плотность воды, = 1000 т/м3;

g — ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

— суммарный объём погруженных в воду элементов опоры, м3.

Выталкивающая сила по уровню первой подвижке льда равна:

РVУППЛ = 1000 9,81(0,6· 2,1·7,2+0,92·1,7·7,2+3,341·0,5·2,545) · · 10−3 = 290,219 кН Выталкивающая сила по уровню высокого ледохода равна:

РVРУВЛ = 10 009,81(0,6· 2,1·7,2+0,92·1,7·7,2+ 3,341· 0,5·5,755) · · 10−3 = 394,303 кН

4 Проверка конструкции

4.1 Определение нагрузки на голову сваи Для фундаментов с вертикальными сваями расчётную нагрузку на голову сваи определяем по формулам:

,

где: Р, Мх, Му — соответственно расчётная сжимающая сила, кН; расчётные изгибающие моменты, кНм; относительно главных центральных осей Х и У плана свай в плоскости подошвы ростверка (Таблица 3);

n — число свай, шт.;

Xi, Yi — расстояние от главных осей до оси каждой сваи, м;

X, Y — расстояние от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчётная нагрузка, м;

Для свай № 1, № 10.

Рmax My max

Mx max Нх max

Нy max

Несущая способность фундаментов с вертикальными сваями не обеспечена, принимаем сваи оболочки диаметром 0,6 м.

4.2 Определение несущей способности сваи.

Несущая способность забивной висячей сваи определяется по формуле:

где: С — коэффициент условной работы сваи в грунте, С = 1,0;

Сf, CR — коэффициент условной работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи (Табл.3[2]);

R — расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи (Табл.1 [2]);

А — площадь опирания на грунт, м;

u — периметр сваи, u = 1,88;

fi — расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (Табл.2 [2]);

hi — толщина i-го слоя грунта, м.

R = 2600 кПа

h1 = 2 м; f1 = 30,0 кПа

h1 = 2 м; f2 = 38,0 кПа

Fd = 1(126 000,282 + 1,881(30,02 + 38,0 2)) = 1312,24 кН где: N — расчётная нагрузка, передаваемая на сваю;

К — коэффициент надёжности (п. 3.10 [2]), К = 1,55

[N] = 846,606 кН > N2 = 774,261 кН Несущая способность сваи обеспечивает устойчивость опоры.

4.3 Определение несущей способности висячей забивной сваи работающей на выдёргивание где: С — коэффициент условия работы, С = 0,8 (п. 4.5. [2]).

Fdn = 0,81,881(30,02 + 38,0 2)= 463,232 кН

[N] = 298,859кН > N1 = 97,536 кН Несущая способность висячей забивной сваи работающей на выдёргивание обеспечивает устойчивость опоры.

4.4 Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай как условно массивного фундамента Определяем средние значения расчётных углов трения грунтов m по формуле:

где: i — угол внутреннего трения i-го слоя грунта;

hi — толщина i-го слоя, м;

d — глубина погружения сваи, м.

Расчётное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R, кПа, под подошвой фундамента мелкого заложения определяется по формуле:

R = 1,7{R0[1 + K1(b — 2)] + K2(d — 3)}

где: R0 — условное сопротивление грунта, кПа, определяется по ([1]Прил.24, Табл.1);

b — ширина подошвы фундамента, м;

d — глубина заложения фундамента, м;

— осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта;

К1, К2 — коэффициенты принимаемые по табл.4 ([1], Прил.24).

R = 1,7{147[1 + 0,08(2,1 — 2)] + 2,519,62(8 — 3)} = 688,824 кПа Определяем давление грунта по подошве фундамента.

где: Nс — нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, определяется с учётом веса грунтового массива 1−2-3−4 вместе с заключённым в нём ростверком и сваями;

Fn, Mc — соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН, и её момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчётной поверхности грунта, кНм

aс, bc — размеры в плане условного фундамента, aс = 11,106 м, bc = 8,0 м;

К — коэффициент пропорциональности, ([1]. Прил.25);

Сb — коэффициент постели грунта в уровне подошвы фундамента, кН/м3.

Сb = К10

Cb = 50 010 = 5000 кН/м3

Nc = 6898,206 кН

84,478

R = 477,732 > [Р] = 77,64

Rmax = 573,277 > [Рmax] = 84,478

Условие выполняется, несущая способность обеспечена.

Заключение

Курсовой проект выполнен на основе задания, выданного кафедрой «Автомобильные дороги» по дисциплине «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах» на тему «Расчёт промежуточной опоры моста». В работе определены нагрузки на фундамент и голову сваи, вычерчена схема опоры с инженерно-геологическими условиями, определена несущая способность сваи и подобрано армирование сваи.

1. СНиП 2.05.03 — 84. Мосты и трубы /Госстрой СССР. — М: ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

2. Изменения СНиП 2.05.03 — 84. Мосты и трубы. ЦНИИС Госстроя СССР.

3. СНиП 2.02.03 — 85. Свайные фундаменты /Госстрой СССР. — М: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

4. Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 3.503 — 73. Пролетные строения без диафрагм длиной 12, 15 и 18 м. из железобетонных балок таврового сечения с ненапрягаемой арматурой для автодорожных мостов.