Проектирование деревянных мостов

Варианты мостов.dwg

Вариант I Путепровод с клееными балками по схеме 15.0x3 L=45
Вариант II Путепровод с фермами Гау-Журавского по схеме 3.00x3+15.00x3+3.00x3 L=63.00м М 1:200
Вариант III Путепровод с дощато-гвоздевыми фермами по схеме 3.00x3+15.00x3+3.00x3 L=63.00м М 1:200
Поперечный разрез путепровода в сечении I-I М 1:150
Поперечный разрез путепровода в сечении II-II М 1:150
Поперечный разрез путепровода в сечении III-III М 1:150
Фасад путепровода М 1:100
План проезжей части путепровода М 1:100
водоотводные трубки d0.10
Фрагмент поперечного разреза путепровода М 1:100
деревоплита 21х5(23х5)
Поперечный разрез балки М 1:10
Продольный вид балки М 1:50
Проект деревянного путепровода
Фасад и поперечный разрез путепровода. План проезжей части. Продольный вид и поперечный разрез балки
Кафедра проектирования автомобильных дорог и мостов
Примечания: 1. Абсолютные отметки даны в метрах 2. Все размеры даны в метрах 3. СНиП 2-25-80 Деревянные кострукции 4. СНиП 2-03-84* Мосты и трубы

Пояснительная записка.docx

Во время активного развития народного хозяйства государства требуется постоянное расширение сети автомобильных дорог.
При строительстве дорог встречаются различные препятствия. Для обеспечения непрерывности пути бесперебойного и безопасного движения транспорта возводят различные искусственные сооружения (мосты трубы подпорные стенки тоннели и др.) представляющие собой ответственные и дорогостоящие элементы дороги. Достаточно отметить что в зависимости от рельефа местности расходы на возведение искусственных сооружений достигают 15-30% стоимости постройки дороги.
Мосты и трубы составляют основную массу искусственных сооружений и представляют собой наиболее сложную часть строящейся дороги.
В настоящее время на автомобильных дорогах наиболее широко применяют металлические и железобетонные мосты. Однако деревянные мосты не потеряли своего значения. Практика показала что предполагаемый срок эксплуатации железобетонных мостов значительно завышен и составляет 30-35 лет при нормальном содержании что сравнимо со сроком эксплуатации мостов из лесоматериалов.
В наши дни лидирующее положение по применению древесины в мостовых конструкциях занимают следующие страны: США Канада Финляндия Норвегия Швеция Австралия и др. Все упомянутые страны богаты запасами лесных ресурсов. Применение древесины в строительстве мостов в странах не испытывающих недостатка в стали и цементе прежде всего может быть объяснено экономической эффективностью этого природного материала и рядом его преимуществ а именно - малая плотность относительно высокая удельная прочность и жёсткость эстетичность химическая стойкость и наконец её более лёгкая обрабатываемость.
Россия имеющая неограниченные лесные ресурсы обладает огромным потенциалом и имеет большие перспективы по развитию строительства деревянных мостов современных конструкций. При этом надо учитывать давние традиции работы с деревом русских мастеров широкое распространение по стране и незагруженность деревообрабатывающих комбинатов а также большой потенциал и наличие высоких технологий военно-промышленного комплекса.
В современных условиях деревянные мосты допускается строить на автомобильных дорогах IV и V технических категорий на улицах и дорогах местного значения на временных дорогах и дорогах низших категорий в лесных районах. А применение клееных конструкций позволяет использовать деревянные мосты и при капитальном строительстве на что указывает опыт скандинавских стран и Канады.
Основные положения и этапы составления курсового проекта
1 Работа по составлению курсового проекта деревянного моста разделяется на три этапа.
Первый этап проектирования - разработка вариантов моста их технико-экономическое сравнение и выбор наиболее рационального варианта моста для дальнейшей разработки.
Второй этап - проверка расчетом намеченных размеров элементов моста.
Тритий этап - разработка конструкции моста и схемы производства работ.
2 При проектировании мостов как и любых сооружений проектировщик должен основываться на ряде положений и требовании которые учитывают накопленный опыт в мостостроении и обеспечивают необходимые для моста прочность долговечность и удобства в эксплуатации.
3 Указанные положения и требования изложены в нормативной документации по проектированию мостов СНиП 2.05.03-84* которыми необходимо руководствоваться при составлении курсового проекта.
4 Курсовой проект деревянного моста следует составлять в следующей последовательности:
- изучение задания и местных условий;
- разработка наиболее целесообразных для заданных условий вариантов
- технико-экономическое сравнение вариантов моста и выбор наиболее
рациональной схемы моста;
- расчет элементов моста;
- разработка конструкции моста;
- составление схемы производства работ;
- составление пояснительной записки к курсовому проекту.
1 Описание вариантов моста
Мост с клееными балками двутаврового сечения на железобетонных опорах.
Длина моста L=45 м Г-6 Т=075
● современная конструкция;
● механизированное изготовление и сбор;
● конструкция имеет повышенную несущую способность и увеличенный срок службы;
● в клееных элементах почти не возникает деформаций связанных с усушкой или разбуханием древесины поэтому геометрические размеры и форма не изменяется при хранении и транспортировке. Это даёт возможность без затруднения собирать мостовые конструкции из заранее заготовленных элементов.
● для изготовления необходимо применять пиленый лесоматериал с повышенными требованиями;
● влажность не должна превышать 15%;
● конструкцию необходимо по возможности предохранять от прямого попадания солнечных лучей;
● трудоёмкий процесс склеивания досок и брусьев.
Мост с фермами Гау-Журавского с ездой поверху. Пролетные строения сопрягаются с берегом с помощью подкосных пролетных строений.
● повышенная несущая способность конструкции и увеличенный срок службы;
● конструкция обладает большой жёсткостью.
● большой расход материалов;
● трудоёмкий процесс сборки;
● высокая стоимость;
● высокие требования к качеству материала.
Мост с дощато-гвоздевыми фермами.
Длина путепровода L=45 м Г-6 Т=075 Пролетные строения сопрягаются с берегом с помощью подкосных пролетных строений.
●простота и изготовления;
●низкие требования к качеству материала;
● плохие эксплуатационные свойства (склонность к загниванию).
2 Технико-экономическое сравнение вариантов мостов
Вариант 1 – Путепровод с клееными балками двутаврового сечения L=45 м
Стоечная опора на фундаменте мелкого заложения
Фундамент мелкого заложения
Пиломатериал(доски брусья.)
Стальные поковки и скрепления
заполнение шпонок монолитным бетоном М 200
Литой асфальт для тротуаров
Отсыпка подходов (по 100 м)
С учётом индексации (1991г.)
С учётом индексации (2000г.)
Вариант 2 – Путепровод с фермами Гау-Журавского L=45 м
Подкосные пролетные строения.
Вариант 3 - Путепровод с дощато-гвоздевыми фермами L=45 м
Промежуточные деревянные свайные опоры.
3 Обоснование выбранного варианта моста
К расчёту принимаем вариант №1 – мост с клееными балками двутаврового сечения на железобетонных опорах т.к. такая конструкция является наиболее современной позволяет механизировать изготовление и сбор повысить несущую способность и увеличить срок службы. Соединение деревянных элементов клеем имеет особенность образовывать из обычных пиломатериалов конструктивные элементы различного поперечного сечения работающие в сооружении в качестве стержней заданной прочности и жёсткости. Стержень составленный из ряда клееных элементов имеет большую прочность чем обычный деревянный брус тех же размеров. Это объясняется тем что при склеивании тонких пиломатериалов пороки древесины рассредотачиваются или могут быть удалены.
Расчет деревянных мостов производится по предельным состояниям:
- по первому предельному состоянию - на прочность устойчивость фермы;
- по второму предельному состоянию - по прогибам пролётных строений.
Расчетные нагрузки коэффициенты запаса прочности расчетные сопротивления материалов и соединений а также коэффициенты условия работы принимаются согласно СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы.
При проектировании деревянных мостов обычно рассчитываются перила тротуары все элементы проезжей части и пролетных строений. Выполнить весь этот объем курсовой работы в отведенное время для студента трудно. Поэтому при выполнении курсового проекта расчет производится не всего моста а только основных его элементов.
После выполнения первого этапа проектирования и утверждения принятого варианта моста руководитель курсового проектирования дает студенту задание рассчитать основные элементы одного пролетного строения и одной опоры при этом указывает какие именно. Это определяется методическими соображениями и объемом работы.
Для мостов с фермами расчет производится следующих элементов:
-прогонов перекрывающих панели между узлами ферм;
-узловых поперечных балок;
-поясов ферм в двух панелях;
-раскосов в двух панелях;
-двух тяжей (стоек);
-одного узла или стыка (по указанию руководителя);
-сопряжения подбалки с насадкой опоры;
-сопряжения насадки опоры со сваей ;
-свай или стоек опоры.
Для простых балочных мостов расчет производится следующих элементов:
-насадки на изгиб и смятие;
-сопряжения насадки опоры со сваей;
-свай или стоек опоры;
Для клееных и клеефанерных мостов расчёт производится следующих элементов:
-клееных или клеефанерных балок на изгиб скалывание в клеевых швах и касательные напряжения в стенке;
-сопряжения подбалки с насадкой опоры;
-сопряжение насадки опоры со сваей;
Кроме расчёта на прочность производится расчёт пролётного строения по второй группе предельных состояний.
Пролетные строения и опоры рассчитываются на нагрузки А-14 и Н-14 пешеходную и другие воздействия установленные СНиП 2.05.03-84* для деревянных мостов.
Постоянная нагрузка от собственного веса конструкций моста вычисляется по назначенным размерам сечений элементов с использованием таблиц объёмов лесных материалов. Объемный вес древесины принимается по таблицам приложения
При определении постоянной нагрузки для пролётных строений с фермами объём леса разрешается приближённо принимать по таблице приложения данных указаний.
Компоновка пролетного строения
Балочные пролётные строения могут иметь в поперечном сечении различное количество балок определяемое габаритом моста и шириной тротуаров. В первом приближении задаются размеры действительного поперечного сечения балки.
Рис 1. Схема пролётного строения с клееными главными балками
1 Назначение сечения балок
Рис 2. Схема поперечного сечения клеефанерной балки.
Высоту клеефанерных балок надо назначать от до их пролета. Ширина принимают .Толщина стенки должна быть но не менее см. Отношение высоты ребра к его ширине должно быть
В целях увеличения несущей способности клееных балок крайние доски надо подбирать из пиломатериала отборного качества на высоту но не меньше двух досок сверху и снизу балки.
Расчет конструкции проезжей части моста из деревоплиты
Рис 3. Расчетные схемы настила из асфальтированной деревоплиты; h- расстояние от верха покрытия до центра тяжести деревоплиты.
Выбираем материал досок по заданию (сосна). Минимальная толщина асфальтобетона покрытия . Настил поперечный уложенный по балкам расстояние между осями которых может быть от 090 до 220м. Настил должен быть рассчитан на нормативную нагрузку Р-140 кН. При поперечных настилах воздействие от гусеничной нагрузки является менее опасным.
Подбираем толщину досок поставленных на ребро как правило и толщина .
Положение центра тяжести от поверхности покрытия (расстояние от верха покрытия до середины деревоплиты):
Постоянная нагрузка приходящаяся на 1 п.м доски деревоплиты от ее собственного веса и покрытия с учетом коэффициентов запаса прочности определяется по формуле:
q=12*00405+15*005*005*20=01236 кНм
где -коэффициенты запаса прочности (коэффициент надежности по нагрузкам – 12 и 15 соответственно);
- вес деревянных элементов; принимается для максимальной ширины доски (табличная величина табл. 56 Российский В.А.) кНм. Зависит от ширины или диаметра материала.
В нашем случае для =18 см .
- толщина досок деревоплиты поставленных на ребро
- минимальная толщина асфальтобетона (не менее 5см);
- удельный вес асфальтобетона кНм3 (для песчаного асфальтобетона = кНм3 для среднезернистого асфальтобетона = кНм3);
Найдём расчётный изгибающий момент от постоянной нагрузки:
где - длина пролета принимается между осями поддерживающих их балок или прогонов.
Расчётное давление приходящееся на один элемент настила определяется по формуле:
где - толщина досок деревоплиты м;
- давление на колесо;
- длина соприкосновения ската с покрытием вдоль движения
- расстояние от верха покрытия до центра тяжести деревоплиты;
= 14 - коэффициент надёжности по нагрузке для одиночной оси.
В направлении пролёта деревоплиты нагрузка от одного колеса распределяется слоем покрытия на ширину (см. рис 3):
где - ширина колеса одиночной нагрузки ;
- толщина слоя покрытия принимаемая при гребенчатой поверхности деревоплиты м.
Расчётный изгибающий момент от временной нагрузки определяется по формуле:
где = 15 - коэффициент надёжности по нагрузке;
- длина распределения нагрузки на элемент нижнего настила деревоплиты под углом 45°.
Наибольший изгибающий момент в доске деревоплиты от постоянной и временной нагрузок определяется по формуле:
Затем вычисляется необходимый момент сопротивления одного несущего элемента настила и проверяется неравенство:
где - момент сопротивления одного несущего элемента настила м3. Табличная величина и зависит от профиля сечения.
- расчётное сопротивление древесины на изгиб
Табличная величина (п.6.11 СНиП).
По полученной величине подбирают геометрические размеры элементов настила. Например задав толщину доски рабочего настила И по формуле момента сопротивления для прямоугольного сечения определяется необходимая средняя ширина..
Затем в конструкции настила по средней высоте доски принимаются размеры двух досок деревоплиты с учетом гребёнки
Рис 4. Размер доски деревоплиты.
Расчет главных балок. Определение коэффициентов поперечной установки
В курсовой работе коэффициенты поперечной установки КПУ определяются методом внецентренного сжатия по линиям влияния которые загружают временными нагрузками А-11 пешеходной и Н-11 (см. рис 5.). При расчете главных балок рассматривают два случая воздействия нагрузки А-14:
- невыгодное размещение нагрузки на проезжей части в которую не входят полосы безопасности с загружением тротуаров (рис 5а);
- при незагруженных тротуарах невыгодное размещение только двух полос нагрузки А-11 и Н-11 на всей ширине ездового полотна в которое входят полосы безопасности (рис 5б и 5в).
В соответствии со СНиП 2.05.02-85* прил.1 для габаритов мостов приняты следующие размеры полос безопасности П и проезжей части п.ч: Г-6 - П=10 м п.ч.=40 м.
Ось крайней полосы нагрузки должна быть расположена не ближе 15м от кромки проезжей части в первом случае и от ограждения ездового полотна во втором случае. Расстояние между осями смежных полос должно быть не менее 30м (см. рис 5.).
При расчетах по предельным состояниям второй группы рассматривается только первый случай воздействия нагрузки А-11 1 п.2.12.
В связи с конфигурацией автомобильной дороги на ней нельзя расположить двухполосную нагрузку А-11 в которую не входят полосы безопасности. Поэтому к расчёту принимаем загружение 2б
где - ординаты под колёсами нагрузки Н-11.
Нагрузка Н-11 устанавливается таким образом чтобы край обода колеса не выходил за пределы проезжей части.
Определение расчетных усилий в главных балках
Расчетные усилия (изгибающие моменты и поперечная сила) определяются в характерных сечениях загружением линий влияния. Линии влияния загружают постоянной и временной нагрузками так чтобы в характерных сечениях возникали наибольшие усилия (см. рис 6.).
1 Расчет усилий от нагрузки А-11
Расчёт усилий производится по 1-й схеме загружения пролётного строения (см. рис 6.).
Изгибающий момент в сечении 1-1:
Где b – ширина ригеля.
Рис 6.Схемы загружения линий влияния главных балок
При втором случае загружения нагрузкой А-11 последнее слагаемое в приведенных формулах берется равным нулю.
Поперечная сила в сечении 2-2:
где - площади соответствующих линий влияний (см. рис 6.);
и - ординаты линий влияния под тележкой А11;
- давление на ось тележки ;
- интенсивность равномерно распределенной нагрузки А11 ;
- равномерно распределенная нагрузка на тротуарах где - длина загружения;
Т - ширина тротуаров м;
-динамический коэффициент к нагрузке А11;
- то же к нагрузке на тротуарах;
- коэффициенты поперечной установки соответствующих нагрузок;
- коэффициенты надежности по нагрузкам (см. табл 2.).
Здесь - длина участка линии влияния одного знака; для промежуточных значений принимается по интерполяции.
где - интенсивность собственного веса балки кНм определяется из геометрических соображений с учётом удельного веса клееной пропитанной древесины. Так удельный вес для сосны
- интенсивность собственного веса деревянных перил кНм. Для перил из сосны ;
- интенсивность собственного веса металлических ограждений;
- количество главных балок в поперечном сечении.
q=12*0073+15*005*005*20=01626 кНм
2 Расчет усилий от нагрузки Н-11
где и - ординаты линий влияния под Н-11;
при - то же к нагрузке Н-11;
3 Определение напряжений в клеефанерных балках
Рис 7.Схема для расчета клееных балок
Принимаем к расчету:
При расчёте клееных балок работающих на изгиб напряжения определяют без учета податливости клееных швов как для монолитных сечений по формуле:
Где - максимальное значение изгибающего момента от нагрузки А-11 или Н-11 кНм
m – коэффициент условия работы изгибаемого элемента принимается в зависимости от высоты h и ширины b балки
W – момент сопротивления клееной балки м3
– 17.7 МПа (180 кгссм2) – расчётное сопротивление клееной древесины на изгиб
Для клееных балок таврового сечения необходимо определять момент сопротивления той части балки которая работает на изгиб (нижняя часть балки относительно её центра тяжести см. рис. 7)
Где =SF – расстояние от нижней грани оси х0 до центра тяжести балки м;
F- общая площадь балки м2;
S= – статический момент сечения м3;
- площадь отдельного элемента балки м2;
- расстояние от нижней грани оси х0 до центра тяжести каждого элемента м;
I – момент инерции балки относительно нейтральной оси м4;
– собственный момент инерции для каждого элемента балки таврового сечения м4;
Условие выполняется.
4 Расчет на скалывание клееных балок
Проверку на скалывание двутавровых клееных балок производят по формуле :
Где - статический момент отсекаемой части сечения
Q – расчётная поперечная сила в рассматриваемом сечении кН;
- момент инерции балки относительно нейтральной оси
– 0.78МПа расчетное сопротивление на скалывание проверяемого материала
5 Определение общих деформаций (прогибов) балки
Прогиб клееных балок определяют с учётом деформаций сдвига (податливости) клеевых швов. В клееных балках двутаврового сечения деформации клеевых швов увеличивают прогиб под нагрузкой. Это увеличение в среднем составляет 20%. Поэтому для учета податливости клеевых швов в таких балках подсчитанный прогиб надо умножить на коэффициент 12.
Прогибы прогона определяются от временных нормативных нагрузок по следующим формулам:
а) при загружении автомобильной нагрузкой А-11:
где - модуль упругости дерева для клееных конструкций при определении деформаций от любой нагрузки
- расчётная длина пролёта
- момент инерции относительно нейтральной оси;
Предельные величины прогибов от временных подвижных нагрузок не должны превышать значений из СНиП 2.05.03-84* а именно:
б) при загружении колёсной нагрузкой Н-11:
Список используемой литературы
Гибшман Е.Е. Проектирование деревянных мостов.
Автотрансиздат 1965 г.
Гибшман Е.Е. и др. Мосты и сооружения на дорогах.
Автотрансиздат 1961г.
Лисов В. М. Мосты и трубы. – Воронеж: Изд-во ВГУ 1995
Мосты и сооружения на дорогах под ред. Саламахина П.М.
Российский А.В. Расчёт деревянных автодорожных мостов.
«Высшая школа» 1973 г.- 212с.
СНиП 2-25-80 Деревянные конструкции
СНиП 2-03-84* Мосты и трубы