Проектирование металлического моста пример расчёта с чертежами и разными вариантами

PZ_mosty.docx

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ императора Александра I»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
на тему: Проектирование металлического моста
Факультет «Транспортное строительство» группа
Материалы необходимые для оценки знаний умений
Пояснительная записка к курсовой работе
Соответствие исходных данных выданному заданию
Обоснованность принятых технических технологических и организационных решений подтвержденная соответствующими расчетами
Все принятые решения обоснованы
Принятые решения частично обоснованы
Принятые решения не обоснованы
Использование современных методов расчета и проектирования
Итого максимальное количество баллов по п. 1
Графические материалы
Соответствие разработанных чертежей пояснительной записке
Соответствие разработанных чертежей требованиям СПДС
Использование современных средств автоматизации проектирования
Итого максимальное количество баллов по п. 2
ИТОГО максимальное количество баллов
Максимальное количество баллов в процессе оценивания
Текстовые расчетные и графические материалы курсовой работы
Количество баллов определяется в соответствии с таблицей 3
Допуск к защите курсовой работы >45 баллов
Промежуточная аттестация
Защита курсовой работы
получены полные ответы на вопросы – 15-30 баллов;
получены достаточно полные ответы на вопросы – 10-15 баллов;
получены неполные ответы на вопросы или часть вопросов – 5-10 баллов;
не получены ответы на вопросы или вопросы не раскрыты – 0 баллов.
«Отлично» - 86-100 баллов
«Хорошо» - 75-85 баллов
«Удовлетворительно» - 60-74 баллов
«Неудовлетворительно» - менее 59 баллов (вкл.)
Разработка вариантов.4
Расчет пролетного строения13
1. Расчет балок проезжей части13
1.1. Определение усилий в продольных и поперечных балках13
1.2. Подбор сечения продольной и поперечной балок14
1.3. Подбор сечения «рыбок»17
1.4. Расчет прикреплений17
1.5. Ребра жесткости18
2. Расчет главной фермы19
2.1. Определение усилий в элементах фермы19
2.2. Подбор сечений элементов фермы22
2.3. Расчет прикреплений элементов решетки ферм25
2.4. Расчет стыков элементов поясов ферм25
2.5. Учет совместной работы проезжей части с поясами главных ферм27
Под металлическим мостом подразумевается транспортное сооружение у которого металлические пролетные строения имеют наибольшие пролеты и перекрывают как правило основную (русловую) часть мостового перехода.
Общая методика проектирования и в случае металлического моста остается в целом неизменной. Вместе с тем имеется ряд особенностей вызывающих определенные трудности:
конструкции металлических мостов и способы их возведения обладают большим разнообразием что создает сложности при разработке вариантов моста и выборе оптимальных решений;
в этом проекте впервые приходится сталкиваться с мостом через многоводную судоходную реку.
Курсовой проект состоит из трех частей: составление вариантов моста; расчет; конструирование металлического пролетного строения.
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
ЗАДАНИЕ на курсовую работу по дисциплине «Мосты»
Студент Тулиновой Анастасие Андреевне
Составить эскизный проектметаллического железнодорожного моста
Место и район строительстваДальний Восток
Отверстие моста (м)280
Коэффициент общего размыва К1
Отметка бровки насыпи (м)16145
Уровни воды:меженный (УМВ) (м)148
высокий (УВВ) (м)157
расчетный судоходный (РСУ) (м)15028
Уровни ледохода:низкий (УНЛ) м-
Класс реки по судоходству (подмостовые габариты)
Временная расчетная нагрузка
Число путей железной дороги
Грунты по оси моста:
Отметки поверхности земли по оси мостового перехода
ПРОГРАММА РАБОТЫ И ОБЪЕМ ПРОЕКТА
Разработка вариантов с учетом заданных параметров разработать несколько вариантов мостового сооружения рассчитать объемы и стоимости для каждого из них. Выполнить технико-экономическое сравнение вариантов выбрать наилучший. Вычертить общие виды и поперечные разрезы по каждому варианту на чертеже показать основные отметки размеры важнейшие экономические показатели.
Расчет пролетного строения и опоры
Для выбранного варианта выполнить расчет элементов пролетного строения (по указанию руководителя). Вычертить детали конструкции пролетного строения.
Оформление результатов Графическая и текстовая часть проекта выполняется в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД и СПДС. Все расчеты по определению объемов работ и стоимости вариантов а также статические и конструктивные расчеты приводятся в пояснительной записке выполненной на листах формата А4. Чертежи выполняются на листах формата А1.
Дата выдачи задания 12.02.2021
Разработка вариантов.
Назначение основных размеров.
Полная длина моста определяется по заданному отверстию моста с учетом количества пролетов в схеме моста и конструктивных параметров опор (тип устоя толщина промежуточной опоры и т.д.).
Необходимая длина моста при обсыпных устоях рассчитывается по формуле:
Lп=l0+n*b+3*H+2*a где
-L- необходимая длина моста между концами устоев м;
-n-количество промежуточных опор попадающих в воду м;
-b-средняя толщина промежуточной опоры м;
-H-высота от средней линии трапеции образуемой горизонталями высоких и меженных вод (по которой измеряется отверстие моста) до отметки бровки полотна м;
-a-величина захода устоя в насыпь
(a=075 при 6м. и a=1 при высоте насыпи>6м).
Lт=280+3*9+3*1+2*1=3120м.
ПР=БН+09=16145+09=1624м
H=16145-(157+148)*05=90м.
Устои приняты свайные. Длина крыла устоя поверху при пролете примыкающих балок 342м составит 53м. Фактическая длина моста при принятых конструкциях составит (с учетом расстояния между торцами балок по 005):
Lф=4478*5+53*2+3*342+8*01=3087м.
Фактическое отверстие моста
Lф=3087-2*1-3*9-6*3=2767м
или -11 % что допустимо нормами.
Определение объемов работ
Пролетные строения из металла.
Пролетные строения из железобетона
Промежуточные опоры. Имеем 4 промежуточных опоры высотой по 949 м. и две промежуточные опоры высотой по 806 м.
Промежуточная опора высотой 806 м
Промежуточная опора высотой 949 м
Объем ростверка высотой 3 м из монолитного железобетона с размерами в плане 52*12 м при скосах по 05м :
Vроств.=3*(78*12-4*053)=2803 м3.
Объем оголовка высотой 11 м из монолитного железобетона с размерами в плане 37*104
Vогол.=11*37*104=4233 м3.
При назначении размеров промежуточных опор необходимо учитывать требования норм в которых указано как определяются размеры подферменных плит промежуточных опор.
Для определения количества свай в свайном фундаменте промежуточной опоры балочного моста можно пользоваться приближенным способом расчета.
Количество свай определяется по формуле:
--коэффициент учитывающий влияние изгибающего момента действующего по подошве ростверка равный 15-18;
N - сумма расчетных вертикальных сил действующих по подошве фундамента.
N=Nвр+Nплит+Nпр.стр.+Nоп.
Здесь Nвр Nплит Nпр.стр. Nоп вертикальные давления тс соответственно от временной нагрузки при загружении двух прилегающих пролетов от веса балласта на пролетных строениях железнодорожного моста от веса железобетонных пролетных строений и от веса опоры с фундаментом.
Указанные величины определяются по формулам
Nплит =11*Vплит.*24*05;
Nпр.стр =11*Vпр.стр.;
--коэффициент надежности для временной нагрузки;
-кэ-эквивалентная нагрузка при =
-20-объемная масса балласта;
-13-коэффициент надежности для балласта;
-11-коэффициент надежности для собственного веса конструкции;
-Vпр.стр- объем железобетона пролетных строений опирающихся на опору;
- 25-объемная масса железобетона тм3
-Vоп- объем тела опоры и фундамента м3;
-Pd-расчетная несущая способность одной сваи (сваи оболочки);
Nвр=13*122*((4478+4478)2)=71082тс.
Nпр.стр=11*05*(1379+625+386)=16281тс.
Nплиты=11*24*(30+30)*05=792тс
Nоп=11*24*(423+1867+2847)=135624 тс.
N=71082+16281+792+135624=230846тс.
При применении свай-оболочек диаметром 16 м длиной 20м несущая способность сваи по грунту составит 1000 тс и тогда необходимое количество свай
Примем 6 свай диаметром 160см и длиной 25 м под опору. Объем полых свай при толщине стенки 8см составит
Объем бетона для заполнения полых свай
Устой. Объем железобетона оголовка устоя составляет 854м3
Объем 9 полых свай сечением 60см при длине 26м составит:335 м3
Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов моста приведены в таблице.Табл.1
Стоимость единицы измерения руб.
Забивные призматические сваи устоеd=60см 9 шт
Сборный железобетон устоев
Сваи-оболочки d=1.6м пром. опор
Монолитный бетон заполнения свай-оболочек
Оголовки промежуточных опор
Монолитные ростверки промежуточных опор
Тело промежуточных опор
Металлические пролетные строенияL=44м
Железобетонные пролетные строения L=342м
Плиты мостового полотна
Мостовое полотно( без мостовых плит)
Общая стоимость моста
Lт=280+3*9+3*1+4*3=322м.
H=1624-(157+148)*05=90м.
Lф=2*53+11109+2*5578+2*342+6*01=32325м.
Lф=32325-3*9-2*1-4*3=28125м
или 04 % что допустимо нормами.
Промежуточные опоры. Имеем две промежуточные опоры высотой по 884 м. и две промежуточные опоры высотой по 806 м.
Промежуточная опора высотой 884м
Vроств.=3*(52*12-4*053)=1867м3.
N=Nвр+Nбал+Nпр.стр.+Nоп.
Здесь Nвр Nбал Nпр.стр. Nоп вертикальные давления тс соответственно от временной нагрузки при загружении двух прилегающих пролетов от веса балласта на пролетных строениях железнодорожного моста от веса железобетонных пролетных строений и от веса опоры с фундаментом.
Nпр.стр =11*Vпр.стр.*25*05;
- 24-объемная масса железобетона тм3
Nвр=13*1176*(11109+5578)*05=127555тс.
Nпр.стр=11*05*(54079+1851+108+17684+769+386)=41082тс.
Nплиты=11*24*559 =14758тс
Nоп=11*24*(4233+2652+1867)=130476 тс.
N=127555+41082+14758+130476=313871 тс.
При применении свай-оболочек диаметром 16 м длиной 25м несущая способность сваи по грунту составит 750 тс и тогда необходимое количество свай
Объем 10 полых свай сечением 60см при длине 25м составит: 335м3
Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов моста приведены в таблице.Табл.2
Забивные призматические сваи устоев d=60см 9 шт
Металлические пролетные строенияL=5594м
Металлические пролетные строения пролетом >100м(11109)
Lт=280+9*3+3*1+6*3=3280м.
H=1624-(157+148) *05=90м.
Lф=53*2+8*01+4*342+2*4478+6694=3257м.
Lф=3257-9*3-2*1-6*3=2777м
или -08 % что допустимо нормами.
Промежуточные опоры. Имеем 4 промежуточных опоры высотой по 806м. две промежуточные опоры высотой по 91 м.
Промежуточная опора высотой 91 м
Vроств.=3*(52*12-4*053)=1867 м3.
Объем оголовка высотой 11 м из монолитного железобетона с размерами в плане 37*104 м
Vогол.=11*37*104=4233м3
Nплит=11*Vпр.стр.*24*05
Nпр.стр =11*Vпр.стр;
Nвр=13*11798*=85675тс.
Nпр.стр=11*(23597+13790+625+386+1138+604)=41082 тс.
Nплиты=11*24*374=98744тс.
Nоп=11*24*(4233+273+1867)=132535тс.
N=85675+41082+9874+132535=250161тс.
Примем 8 свай диаметром 160см и длиной 25м под опору. Объем полых свай при толщине стенки 8см составит
Объем 10 полых свай сечением 60см при длине 24м составит: 335м3
Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов моста приведены в таблице.Табл.3
Забивные призматические сваи устоев d=60см 10 шт
Металлические пролетные строенияL=4478м
Металлические пролетные строенияL=6694м
Соотношение вариантов моста по стоимости
Стоимость пог.м. руб.
Расчет пролетного строения
Расчетная временная вертикальная нагрузка – С12. Материал пролетного строения – сталь марки 15ХСНД с основным расчетным сопротивлением Ra=2700 кгссм2. Мостовое полотно – безбалластное на железобетонных плитах
1. Расчет балок проезжей части
1.1. Определение усилий в продольных и поперечных балках
На первом этапе расчет продольных балок производится без учета их совместной работы с поясами главных ферм.
Постоянные нагрузки на продольные балки:
где d- панель продольной балки
Расчетная постоянная нагрузка на одну балку будет равна:
где pмп – собственный вес мостового полотна равный 23тсм.
Расчетные усилия в продольной балке:
где q0.5 – 50% эквивалентной временной вертикальной нагрузки для линии влияния с параметрами λ=d и α=05.
где q0 – 50% эквивалентной временной вертикальной нагрузки для линии влияния с параметрами λ=d и α=0.
Наибольший и наименьший изгибающие моменты в середине пролета балки при расчете на выносливость:
Где – коэффициент исключающий при расчетах на выносливость влияние тяжелых транспортеров как нагрузок эпизодических. =085.
При =17 для стали 15ХСНД коэффициент для преимущественно растянутых элементов и для растянутых зон изгибаемых балок:
Где α и – коэффициенты зависящие от марки стали. – эффектный коэффициент концентрации напряжений. ρ – характеристика изменений цикла переменных моментов.
Расчетная схема поперечной балки:
Расчетные усилия в балке:
При расчете поперечной балки в качестве расчетной схемы можно принимать свободно опертую балку на двух опорах с пролетом равным расстоянию между осями главных ферм В.
Поперечная балка воспринимает собственный вес и давления Д от продольных балок смежных панелях.
Наибольший изгибающий момент b пролете на участке и при расчете на прочность:
где – площадь линии влияния Д.
Значения (1+) и q определяются для линий влияния при λ=2d и α=05.
Наибольший изгибающий момент в пролете при расчете на выносливость:
1.2. Подбор сечения продольной и поперечной балок
Подбор сечения балки начинается с назначения ее высоты. Для уменьшения веса балки толщину ее вертикального листа следует назначать минимальной так как материал балки выгоднее используется в поясах. Толщину вертикальных листов рекомендуется принимать не менее 12 мм. Толщина горизонтальных не менее 10 мм. Наименьшая ширина горизонтальных листов продольных балок определяется условиями закрепления на них мостового полотна.
где М- расчетный изгибающий момент в балке в середине пролета
Rb – основное расчетное сопротивление стали
t- толщина вертикальной балки
Назначаем размеры балки исходя из минимально возможных размеров:
Принимаем высокопрочные болты диаметром dб= 22 мм тогда отверстие под болт принимаем диаметром d=25 мм
Определяем момент инерции:
Для продольной балки:
Для поперечной балки:
Проводим проверку на прочность из условия (по нормальным напряжениям):
Проводим проверку продольной балки на выносливость. Максимальные и минимальные значения усилий выбираем из расчет для сечения в середине пролета:
в середине пролета Mmax=5013тсм и Mmin=514тсм
Расчет проводим по следующей формуле:
где γw – коэффициент определяемый по формуле:
где - коэффициент равный 10 для железнодорожных мостов;
и - коэффициенты зависящие от марки стали и принимаемые равными = 072 и =024;
- эффективный коэффициент концентрации напряжений
в середине пролета =1.7;
- коэффициент зависящий от длины загружения линии влияния принимается равным в данном случае 10;
- коэффициент асимметрии цикла загружения.
Подбор сечения поперечной балки.
Размеры балки принимаем по конструктивным соображениям такими же что и у продольной.
Проводим проверку на прочность по нормальным максимальным напряжениям:
Проводим проверку поперечной балки на выносливость.
1.3. Подбор сечения «рыбок»
Схема прикрепления для случая когда поперечные и продольные балки имеют одинаковую высоту показана на рисунке 2. При расчете предполагается что опорный изгибающий момент действующий в местах пересечения продольных и поперечных балок воспринимается рыбками. Ширина рыбки принимается равной ширине продольной балки.
Усилие в верхней «рыбке»:
Где tp – толщина рыбки принимаем толщиной 32мм.
Проводим проверку на прочность:
где Ар – площадь поперечного сечения «рыбки»
Условие выполняется.
1.4. Расчет прикреплений
Схема прикрепления продольных балок к поперечной с помощью высокопрочных болтов диаметром 22мм показана на рисунке 2. Требуемое количество болтов n1 для прикрепления «рыбок» определяется по формуле:
Где N – продольная сила равная 521тс.
m– коэффициент условия работы равный 09
N2 – число контактов в соединении
Qbh – расчетное усилие воспринимаемое одним болт-контактом равен 755*303*058112=1185
Число болтов n2 и n3 необходимое для восприятия поперечной силы Q=681тс определяется по формуле:
Схема прикрепления поперечной балки к узлы главной фермы показано на рисунке 3.
Число высокопрочных болтов n4 и n5 в соединении при Q=9899тс определяется по формуле:
1.5. Ребра жесткости
Для обеспечения местной устойчивости сжатых зон вертикальных стенок изгибаемых балок применяются ребра жесткости. Расстояния между вертикальными ребрами принимаются не более 2h или 2 м. наименьшая толщина ребра – 10 мм. Вертикальные ребра жесткости балок устраиваются симметричными двухсторонними.
2. Расчет главной фермы
Расчет главной фермы начинается с определения расчетных усилий в ее элементах при основном дополнительном и особом сочетаниях временных нагрузок. Соединение элементов в узлах ферм является шарнирным. Усилия в элементах ферм определяются с помощью линий влияния.
2.1. Определение усилий в элементах фермы
Нормативная постоянная нагрузка на ферму складывается из веса мостового полотна и веса металлоконструкций пролетного строения. Нормативная рн и расчетная р постоянные нагрузку на ферму равны:
Значения осевых нагрузок в элементах сведены в таблицу 2.2.1.:
Линии влияния элементов главной фермы пролетного строения
Элементы линии влияния
Расчет на прочность и устойчивость
Продолжение таблицы2.2.1.
Расчет на выносливость
2.2. Подбор сечений элементов фермы
В современных пролетных строениях элементы главных ферм делаются сварными а основными типами их поперечного сечения являются коробчатое или Н-образное.
Такие геометрические характеристики элементов как площадь поперечного сечения моменты инерции определяются расчётами на действующие в них наибольшие усилия. По условиям прочности и устойчивости подбор сечения осуществляется по формулам:
Оценка выносливости всех элементов пролетного строения производится по формуле:
где N и N` усилия в элементах главной фермы для расчетов на прочность и устойчивость
A и – площадь сечения элементов брутто и нетто
m – коэффициент условий работы
Ry – расчётное сопротивление стали
-коэффициент продольного изгиба
-коэффициент понижения расчетного сопротивления стали
Подбор сечения сводим в таблицу:
Продолжение таблицы 2.2.2.
2.3. Расчет прикреплений элементов решетки ферм
Элементы решетки главных ферм болто-сварных пролетных строений с узловыми фасонками-накладками прикрепляются к фасонкам внахлестку при помощи высокопрочных болтов с одной плоскостью трения.
Расчёт прикрепления элемента производится по максимальному усилию в нём. Во всех случаях несущая способность прикрепления должна быть не менее 75% несущей способности прикрепляемого элемента определяемой в зависимости от характера его работы расчётом на устойчивость выносливость и прочность.
В соответствии с этим количество болтов в прикреплении элемента к узловым фасонкам определяется следующим образом:
Где N-расчётное максимальное усилие в элементе
- основное расчетное сопротивление стали
- расчётная несущая способность одного высокопрочного болта по одному рабочему контакту соприкасающихся поверхностей
-рабочая площадь элемента по которой определялись наибольшие расчётные напряжения принимаемая равной An
При расчёте прикреплений элементов решетки необходимо проверять прочность узловых фасонок «на выкалывание» т.е. на отсутствие в них опасных перенапряжений.
Проверка прочности фасонки производится по вероятному сечению возникновения наиболее высоких напряжений. Это сечение обычно проходит по крайнему ряду болтов у конца прикрепленного элемента и по кратчайшим расстояниям от центров крайних болтов в этом ряду до краев фасонки.
Расчётное сопротивление материала фасонки по площадкам опасного сечения определяется по формуле:
Где- основное расчётное сопротивление материала фасонки
- угол в радианах между плоскостью разреза и осью прикрепляемого элемента.
Толщина фасонки должна назначаться из условия в пределах 12 – 16мм.
2.4. Расчет стыков элементов поясов ферм
По условиям удобства изготовления и монтажа стыки поясов главных ферм целесообразно размещать в центрах узлов. Перекрытие стыков осуществляется с помощью накладок. В пределах высоты поясов роль накладок выполняют и узловые фасонки. Необходимо стремиться к тому чтобы все части элементов поясов были перекрыты накладками достаточного сечения.
Основным исходным условием прочности стыка является следующее:
где основное расчетное сопротивление материала накладок
-суммарная площадь сечения стыковых накладок
m - коэффициент условий работы принимаемый равным 09 для растянутых поясов и 10 для сжатых.
-расчётное максимальное усилие в более мощном из стыкуемых элементов пояса но не менее 75% его несущей способности.
Прикрепление накладок в стыке осуществляется с помощью высокопрочных болтов.
Расчёт стыка сведен в таблицу:
Прикрепление полунакладок
Н6-Н9 Н9-Н10 (нижний пояс)
В8-В11 (верхний пояс)
2.5. Учет совместной работы проезжей части с поясами главных ферм
Осевые усилия в поясе фермы NqI и продольной балке Nпб I каждой панели при совместной работе распределяются пропорционально площадям их поперечного сечения величины Nq I приближенно могут быть определены следующим образом:
где – площадь поперечного сечения брутто пояса главной фермы расположенного в уровне проезжей части i-й панели
- площадь поперечного сечения брутто продольной балки в панели I;
- осевое усилие в поясе в панели
- эмпирический коэффициент учитывающий податливость элементов включения;
где i – порядковый от опорного узла номер панели пояса фермы
СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы Минстрой России. 1996.-214с.
Проектирование мостов и труб. Металлические мосты: Уч. Богданов Г.И. Владимирский С.Р. Козьмин Ю.Г. Кондратов В.В. 2005 – 460с.
Расчёт балочных стальных пролетных строений мостов с решетчатыми главными фермами: Уч. пос. Козьмин Ю.Г. Доильницын А.Г. Кондратов В.В. 1987
Составление вариантов металлического моста Уч. пос. Владимирский С.Р. Козьмин Ю.Г. 1996 – 99с
Проектирование железобетонных мостов. Разработка вариантов. Уч. пос. Богданов Г.И. Смирнов В.Н. 2012 – 134 с
Расчёт балочных металлических пролетных строений мостов со сквозными фермами Уч. пос. Козьмин Ю.Г. Доильницын А.Г. 1983
Выполнение требований стандартов ЕСКД и СПДС при разработке курсовых и дипломных проектов Мет. ук. 1993

Metall_mosty_anastasia2.dwg

Опубликовал(а): ----.и время публикации: ----
Вариант 1 (М 1:1000)
Вариант 2 (М 1:1000)
Вариант 3 (М 1:1000)
Металлическое пролетное строение со сквозными фермами
Фундамент из свай-оболочек d=1.6м
Наименование конструктивных элементов
Полная стоимость моста в ценах 1984г
Пролетное строение из преднапряженного железобетона
Стоимость по варианту 1
Стоимость по варианту 2
Стоимость по варианту 3
Металлический мост под однопутную железную дорогу
Общий вид пролетного строения (М1:250)
Конструкция мостового полотна и служебных проходов (М1:20)
Конструкция поперечной балки (М1:10)
Балочная клетка (М1:25)
Общий вид. Конструкция проезжей части моста
ГЛ 472х12 2ВЛ 650х14 Гл 680х10
ГЛ 472х10 2ВЛ 650х14 Гл 680х10
Ф1460х1313 F=17892;б=12
ВЛ 400х10 2ГЛ 480х10
Ф1580х1430 F=20982;б=12
Узлы главной фермы Н4 и В5
Узлы прикрепления фермы (М1:15)
Н1450х400 F=10725;б=12