Эксплуатация и реконструкция мостового сооружения

ПЗ ЭиР ИС Рабаданов.docx

Министерство науки и высшего образованияРФ
ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный технический университет»
по дисциплине ЭиР ИС на АД
«Эксплуатация и реконструкция мостового сооружения»
Характеристика района 4
Расчет грузоподъемности пролетного строения моста при отсутствии дефектов 5
Расчет предельного допущенного изгибающего момента балки пролетного строения 5
Расчет пролетного строения 5
1. Постоянные нагрузки на один погонный метр главной балки ..5
2. Определение коэффициентов динамичности ..7
3. Определение коэффициентов поперечной установки 8
4. Расчетные усилия в сечениях главной балки ..10
Расчет грузоподъемности пролетного строения моста по балке имеющей дефекты 13
Список использованной литературы .15
Грузоподъемность моста - это величинаподвижнойнагрузкик-раям.б.допущенапридвижениипоездовпомостуссоблюдениемусловийбезопасностирегулярностиинеограниченнойскорости.Г.м.определяетсянаоснованиирезультатоврасчетаклассификациииосвидетельствованиясостояниямоста.Дляпропускаподвижногосоставатогоилииноговесавсемостыжел.-дор.сетиклассифицируютсяпогрузоподъемностиихнаоснованиидействующихрасчетныхнормиинструкций
Необходимость определения грузоподъемности мостов возникает в следующих вариантах:
) определение грузоподъемности путем перерасчета сооружения с учетом его фактического состояния;
) определение возможности пропуска нестандартных нагрузок путем сравнения эквивалентных нагрузок на которые проектировался мост с эквивалентными нагрузками создаваемыми пропускаемым транспортным средством;
) определение возможности пропуска транспортного средства путем сопоставления класса нагрузки по его воздействию на наиболее слабый элемент сооружения с классом этого элемента по грузоподъемности.
Третий вариант самый удобный так как предполагает наличие в банках данных о мостах классов элементов по их грузоподъемности. Однако так как работы по классификации автодорожных мостов приостановлены и заранее подготовленных необходимых данных о классах грузоподъемности мостов нет то при решении практических задач определения грузоподъемности проще пользоваться первым или вторым вариантом.
Должным образом нормируя грузоподъёмность мы тем самым обеспечиваем механическую безопасность моста то есть страхуем его от разрушения. Грузоподъёмность моста может быть представлена в разных формах. Нормативная грузоподъёмность автодорожных мостов выражается в предельно допустимых для данного моста класса нормативной нагрузки определяемых по схемам действующих нормативных нагрузок от автотранспортных средств –АК (соответствует свободному автомобильному движению без ограничений) и НК (одиночное тяжёлое транспортное средство следующее по мосту в назначенном режиме при отсутствии других временных нагрузок).
Для пешеходных мостов грузоподъемность выражается в наибольшей допустимой интенсивности нагрузки на один квадратный метр. Грузоподъемность определённая в классах нормативной нагрузки дает возможность оценивать состояние мостового хозяйства в целом определять стратегию строительства содержания и ремонта мостов в рамках развития и эксплуатации того или иного направления. Кроме того эта форма позволяет намечать маршруты движения перевозок крупногабаритных и крупнотоннажных грузов.
Характеристика района.
Республика Дагестан.
Общая характеристика
ДАГЕСТАН (Республика Дагестан) входит в состав Российской Федерации. Площадь составляет 503 тыс. км2. Население 2621.8 тыс. человек (по 2005г.). В составе республики 39 районов: 10 городов 14 поселков городского типа. Столица — Махачкала. Другие крупные города: Дербент Буйнакск Хасавюрт Каспийск Кизляр Избербаш Дагестанские Огни. Дагестанская АССР в составе РСФСР образована 20 января 1921. С 1991 Республика Дагестан входит в состав Южного федерального округа.
География и климат республики Дагестан
Дагестан расположен в восточной части Кавказа вдоль побережья Каспийского моря. На российской территории с республикой граничат Ставропольский край Калмыкия и Чеченская Республика. По суше и Каспийскому морю проходят границы с пятью государствами — Азербайджаном Грузией Казахстаном Туркменией и Ираном. На границе с Азербайджаном — крайняя южная точка России (41°10' с. ш.).
В северной части — Терско-Кумская низменность (на 28 м ниже уровня моря) в южной — предгорья и горы Б. Кавказа (плато Гуниб); высшая точка гора Базардюзю — высота до 4466. «Дагестан» в переводе с тюркского «горная страна» (горы занимают 44 % территории). На востоке омывается Каспийским морем. Главные реки — Терек и Сулак.
Полезные ископаемые:
Нефть горючий газ кварцевые пески горючие сланцы каменный уголь железная руда минеральные источники.
Умеренный континентальный засушливый. В горной части изменяется с высотой: падает температура растет влажность. В южной прибрежной части переходный от умеренного к субтропическому. Средняя температура января от +1 0С на низменности до -11 0С в горах средняя температура июля до +24 0С. Осадков выпадает 200-800 мм в год. Вегетационный период 200-240 дней.
Дагестан отличает разнообразие растительно-климатических поясов: субтропические леса пустыни и полупустыни высокогорные тундры и ледники. На территории республики свыше100 небольших озер (в основном в низовьях Терека и Сулака). На высоте от 500-600 м до 1500-1600 м располагаются лесные массивы из дуба граба бука а также березы и сосны. Леса и кустарники занимают 9% территории Дагестана.
В животном мире встречаются типичные представители азиатских степей и европейской фауны: дагестанский тур кавказский улар хомяк Радде северокавказская ласка и др. В пойменных лесах и в долинах Терека и Сулака сохранились благородный олень косуля камышовый кот кабан.
Из птиц — кавказский фазан рябчик кавказский тетерев утки гуси лебеди цапли. Многочисленные озера богаты рыбой (сазан лещ судак сом щука форель). В Каспийском море обитают осетровые сельдь лещ судак вобла и др.
Расчет грузоподъемности пролетного строения моста при отсутствии дефектов.
Грузоподъемность моста определяется грузоподъемностью поперечных сечений его пролетного строения. Для неразрезных и разрезных пролетных строений неравенство для поперечных сечений имеетследующий вид:
где Мпр - предельное значение изгибающего момента в том же сечении (наиболее напряженной балки пролетного строения) которое оно может воспринять по его несущей способности с учетом его фактического состояния кНм; Мр - изгибающий моментв том же сечении пролетного строения от постоянной и временной нагрузок кНм.
Расчет предельного допущенного изгибающего момента балки пролетного строения.
Расчет сечения сводим к определению нагрузки которую выдерживает арматура балки пролетного строения.
Определение предельного значения изгибающего момента Мпр определяется по следующей формуле:
Мпр=1.1*94.8 *2700*(1.05-0.5*0.15)=27451.5 кН*м
где Ар– площадь рабочей арматуры см2; Rp–расчетное сопротивление растяжению напрягаемой арматуры кгсм2; h0 – рабочая высота балки м; hf–расчетная толщина плиты м.
Расчет пролетного строения.
1. Постоянные нагрузки на один погонный метр главной балки.
Определение усилий производим с учетом совместного действия постоянной и временной нагрузок. Различают первую ивторую части постоянной нагрузки. К первой части относят вес несущих элементов пролетного строения ко второй - вес мостового полотна устраиваемого после завершения монтажа и объединения несущих элементов.
Нормативная постоянная нагрузка на один погонный метр (п. м) балки от ее собственного веса и веса шва омоноличивания объединяющего соседние балки кНм:
=+ 0.5*0.4*0.15*25=6.54 кНм;
для промежуточной балки
= +0.4*0.15*25=7.29 кНм
где Ркб и Рпб - соответственно вес крайней и промежуточной балок кН; hпл - толщина плиты м; С0 - ширина шва омоноличивания между соседними балками м; γжб- удельный вес железобетона (25 кНм3).
Нормативный вес 1 п. м. типовых железобетонных блоков тротуаров пониженного типа:
q2= 57 кНм при ширине тротуара Т = 10 м.
Нормативный вес 1 п. м. типовых металлических перил:
Нормативный вес 1 п. м.асфальтобетонного покрытия шириной габарита моста (Г) кНм:
q4=0.07*23*11.5=18.51 кНм;
где h1- толщина асфальтобетонного покрытия м; γ1 - удельный вес асфальтобетона (23 кНм3); Г - габарит моста (путепровода) м.
Нормативный вес 1 п. м. трехслойного основания под покрытие шириной равной габариту моста кНм:
q5 = (h2γ2 + h3γ3 + h4γ4)Г(6)
q5=(0.04*23.5+0.01*15+0.03*23.5)*11.5=20.64 кНм
где h2- толщина защитного слоя бетона м; h3 - толщина слоев гидроизоляции м; h4- толщина выравнивающего слоя бетона м; γ2 - удельный вес защитного слоя бетона (235 кНм3); γ3 - удельный вес слоя изоляции (15 кНм3); γ4 - удельный вес выравнивающего слоя бетона (235 кНм3).
Суммарная постоянная нормативная нагрузка на 1 п. м. балки определяется по формуле:
Расчетная постоянная нагрузка получается умножением постоянной нормативной нагрузки на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке γf:
для крайней балки кНм
=1.1*6.54+ =1723 кНм.
где: γf= 11 - коэффициент надежности по нагрузке для всех постоянных нагрузок кроме q4и γf= 13 - коэффициент надежности по нагрузке для трехслойного основания под покрытие (q5); γfа= 15 - коэффициент надежности для асфальтобетонного покрытия; nб - количество балок в поперечном сечении.
2. Определение коэффициентов динамичности.
Временные нагрузки находящиеся на пролетном строении моста (рис. 1) не одинаково нагружает каждую балку пролетного строения. Кроме того при движении она создает дополнение к статической динамической нагрузке. При расчетах балок пролетных строений мостов динамическое воздействие временной нагрузки учитывается коэффициентом динамичности (1+) а неравномерность нагружения балок - коэффициентом поперечной установки ().
Коэффициент поперечной установки показывает какая часть всей временной нагрузки приходится на конкретную балку пролетного строения.
Коэффициенты динамичности для автодорожных и городских мостов:
а) для автомобильной нагрузки А-14
где λ - длина загружения линии влияния принимается равной расчетному пролету балки при определении изгибающего момента в середине пролета балки м;
б) для колесной нагрузки НК-100
(1 + )100 = 11 при λ≥ 05;(10)
в) для толпы на тротуарах
3. Определение коэффициентов поперечной установки.
Для мостовых сооружений класс нагрузки АК принимается равным 14 для нагрузки НК – 100.
Рис. 1. Временные нагрузки от подвижного состава:
а - нагрузка А-14; б - нагрузка НК-100.
Над линией влияния в пределах ширины пролетного строения устанавливаем временную нагрузку с соблюдением требований ГОСТ Р 52748-2007 по установке временных нагрузок по ширине моста (путепровода) т. е. автомобильная нагрузка А-14 установлена на мосту с соблюдением и без соблюдения полосы безопасности нагрузка НК-100 - только с соблюдением полосы безопасности и только на одной полосе движения (чертеж).
Ординаты линии влияния давления под центрами тяжести крайних балок для разрезной системы:
где:n - количество балок в поперечном сечении; а - расстояние между осями балок м.
Коэффициенты поперечной установки:
0=0.5*(0.48+0.25)=0.38;
б) для толпы на одном тротуаре (левом)
в) для автомобильной равномерной части нагрузки А-14 установленной без соблюдения полосы безопасности:
=0.5*(0.48+0.32)+0.3*(0.23+0.07)=0.49;
г) для автомобильной нагрузки А-14 установленной без соблюдения полосы безопасности для тележки А-14
=0.5*(0.48+0.32)+0.5*(0.23+0.07)=0.55;
д) для автомобильной равномерной части нагрузки А-14 установленной с соблюдением полосы безопасности:
=0.5*(0.60+0.44)+0.3*(0.35+0.20)=0.685;
е) для автомобильной нагрузки А-14 установленной с соблюдением полосы безопасности для тележки А-14:
=0.5*(0.60+0.44)+0.5*(0.35+0.20)=0.79.
4. Расчетные усилия в сечениях главной балки.
Расчетную временную нагрузку на главную балку получают умножением нормативной нагрузки на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке γf коэффициенты динамичности (1 + ) и коэффициенты поперечной установки .
Коэффициенты надежности по нагрузке γfдля временныхвертикальных нагрузок [1 таблица 14] имеют следующие величины:
- для нагрузки НК-100 - 10;
- для нагрузки от толпы на тротуаре при учете совместно с другими нагрузками - 12;
- для равномерной части нагрузки А-14 - 12;
- для тележки нагрузки А-14–γ
γtf= 15 - 001λ=1.4 но не менее 12;
где λ - длина загружения линии влияния одного знака.
При расчете элементов пролетных строений автодорожных мостов (главные балки диафрагмы) должны рассматриваться три основных сочетания постоянных и временных нагрузок [1п. 2.12]:
первое - постоянная нагрузка плюс НК-100;
второе - постоянная нагрузка плюс А-14 без соблюдения полосы безопасности;
третье - постоянная нагрузка плюс А-14 с соблюдением полосы безопасности и плюс толпа на тротуаре.
При этом число полос нагрузки размещаемой на мосту не должно превышать установленного числа полос движения.
Расстояние между осями смежных полос нагрузки должны быть не менее 30 м.
При многополосном движении в каждом направлении и отсутствии разделительной полосы на мосту ось крайней (внутренней) полосы нагрузки каждого направления не должна быть расположена ближе 15 м от осевой линии или линии разделяющей направления движения. При этом на мосту размещается столько полос движения сколько их поместится над линией влияния давлений на главную балку одного знака.
При вычислении изгибающего момента удобно пользоваться линией влияния моментов для расчетного сечения загруженной действующими равномерно распределенными и сосредоточенными нагрузками (рис. 2).
Ординаты линии влияния под осями тележки А-14 и НК-100.
y2=(0.5*L-1.5)2=(0.5*23.4-1.5)2=5.1;
y3=(0.5*L-1.2)2=(0.5*23.4-1.2)2=5.25;
y5=(0.5*L-1.2)2=(0.5*23.4-1.2)2=5.25;
y6=(0.5*L-1.2*2)2=(0.5*23.4-1.2*2)2=4.65;
Рис. 3. Схема к определению изгибающего момента в середине пролета балки: y1÷y6–ординаты линии влияния под осями тележки А-14 и НК-100; q14–полосовая нагрузка.
Изгибающий момент в середине пролета балки Мp05l кН мвычисляем для трех сочетаний загружения.
Первое загружение - постоянная нагрузка плюс НК-100
=22.07*16.24+1.1*1.0*250*0.37*(5.25+5.85+5.25+4.65)= кНм;
где:qpП- расчетная постоянная нагрузка на 1 погонный метр главной балки кНм;
Р100 - эквивалентная равномерно распределенная нагрузка от НК-80 кНм;
0 - коэффициент поперечной установки для НК-100;
(1 + )100 - коэффициент динамичности;
- площадь линии влияния (lp28) м2.
Второе загружение - постоянная нагрузка плюс нагрузка А-14 без соблюдения полосы безопасности:
=[???+14*0.47*1.25*1.2]*16.24+140*(5.85+5.1)*0.68*1.25*1.4=1149.34 кНм;
где:q14- равномерная часть нагрузки А-14 кНм;
Р14-давление одной оси тележки А-14 кН;
y1 y2- ординаты линии влияния;
γf γtf- коэффициент надежности по нагрузке для равномернойчасти А-14 и тележки соответственно.
Третье загружение - постоянная нагрузка плюс А-14 с соблюдением полосы безопасности и плюс толпа на тротуаре
=[22.07+14*0.47*1.25*1.2+3.7*1.0*0.69*1.2]*16.24+140*(2.85+2.1)*0.78*1.25*1.4=1514.42 кНм.
где: 14П - коэффициент поперечной установки для нагрузки А-14 установленной на мосту с соблюдением полосы безопасности;
qT= 392 - 00196λ но не менее 196 кНм2 - равномерная нагрузка на один м2 тротуара от толпы;
λ - длина загружения линии влияния м;
Т - ширина тротуара м.
Из трех значений момента Мр = (Мр05l) за расчетное значение момента принимаем большееМр=1514.42 кНм.
Расчет грузоподъемности пролетного строения моста по балке имеющей дефекты.
Перечень дефектов влияющих на несущую способность элементов пролетных строений железобетонных мостов даны по заданию с таблицы ОДН 218.017-2003 со следующими исходными данными:
Категория неисправностей-;
Характеристика дефектов -Отдельные трещины раскрытием до 03 мм; значительные повреждения защитного слоя бетона с оголением арматуры; в преднапряженных конструкциях трещины раскрытием до 015 мм.
Срок эксплуатации моста - 9 лет;
С потерей несущей способностью –45%.
При потери несущей способностью 45% Мпр=4490.8 кНм условие по грузоподъемности пролетного строения выполняется Мпр>Мр – 4490.8>1514.42 кНм даже при выявлении дефекта категории.
После проведения специального осмотра были выявлены дефекты пролетных железобетонных балок -й категории: 1) трещины раскрытием до 0.15мм; 2) значительными повреждениями защитного слоя бетона с оголением арматуры по которому необходимо было делать расчет по грузоподъемности пролетных балок по нагрузкам НК-100 и А-14.
Цель специальных осмотров (обследований) мостов. определение технического состояния сооружения с выявлением дефектов снижающих грузоподъемность долговечность н безопасность движения проверка качества содержания сооружения проверка наличия и качества ведеиия технической документации (в том числе карточек на мост книг искусствен ного сооружения и пр ) разработка предложений по устранению повреждении определение грузоподъемности и назначение режима эксплуатации сооружения.
По проведенным расчетам данные мостовое сооружение отвечает характеристикам грузоподъемности. А при выявленных дефектах необходимо провести ремонтные работы принятые поОДМ 218.11.004-2020.
При локальных крупных сколах бетона раковинах обнажении арматуры а также в местах отслаивающегося и трещиноватого бетона дефектные места заделыватьполимербетоном (полимерраствором) или бетоном на комплексном вяжущем КЦК с восстановлением сечения конструкции до проектного размера. Бетоны на основе КЦК рекомендуются для средних балок пролетных строений. Полимербетон или полимеррастворукладывать по грунтовочному слою на полимерной основе. Время схватывания применяемых материалов определяют опытным путем. Все работы необходимо производить в сухую погоду при температуре окружающего воздуха не ниже 10°С.
Перед ремонтом поверхность дефектного участка очищать от слабого и трещиноватого бетона грязи и масел а обнаженную арматуру от ржавчины.Очистку производить щетками и скребками или с помощью пескоструйных аппаратов. При сильном загрязнении поверхности маслами жирами и битумом ее обрабатывать 10%-м раствором каустической соды с последующей промывкой струей воды.
Трещины в бетоне с раскрытием свыше 03 мм а также трещины более 01 мм в предварительно напряженных конструкциях с проволочной арматурой и трещины на открытых сверху поверхностях бетона должны быть загерметизированы.
Трещины с общим раскрытием до 05 мм не влияющие на прочность сооружения и изменяющие раскрытие под временной нагрузкой и от температурына величину не более 01 мм покрывать пленкообразующими материалами - полимерцементными красками на основе синтетического латекса СКС-65ГП или эпоксидных смол.
Список использованной литературы:
СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы [Текст] Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР 1988. - 200 с.
ГОСТ Р 52748-2007. Нормативные нагрузки расчетные схемы нагружения и габариты приближения [Текст] - М.:Стандартинформ 2008. - 12 с.
ОДН 218.017-2003. Руководство по оценке транспортноэксплуатационного состояния мостовых конструкций.
Карманов В. Ф. Проектирование и расчет автодорожных мостов в условиях Сибири [Текст]: учеб.пособие В. Ф. Карманов С. В. Лазарев. - Кемерово 1984. - 92 с.
Саламахин П. М. Инженерные сооружения в транспортном строительстве [Текст]: учеб.для вузов П. М. Саламахин [и др.]; под общ. ред. П. М. Саламахина. - М.: Издательский центр «Академия» 2007. - 352 с.
Саламахин П. М. Мосты и сооружения на дорогах [Текст]: учеб.для вузов: в 2 т. П. М. Саламахин [и др.]. - М.: Транспорт 1991. -450 с.
СНиП 23-01-99. Строительная климатология [Текст] Госстрой России. - М.:Стройиздат 2000. - 68 с.
Коваленко С. Н. Опоры мостов [Текст]: учеб. пособие С. Н. Коваленко. - М.: Транспорт 1966. - 252 с.
Лившиц Я. Д. Примеры расчетов железобетонных мостов [Текст]: учеб.пособие Я. Д. Лившиц М. М. Онищенко А. А. Шкуратовский. - Киев:Высш. шк. 1986. - 263 с.
ГибшманМ. Е. Проектирование транспортных сооружений [Текст] М. Е. Гибшман: учебник. - М.: Транспорт 1980. -391 с.
Гибшман М. Е. Мосты и сооружения на автомобильных дорогах [Текст] М. Е. Гибшман И. Е. Дедух. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт 1981. - 399 с.
Колоколов Н. М. Искусственные сооружения [Текст]: учебник Н. М. Колоколов Л. Н. Копац И. С. Файнштейн. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Транспорт 1988. - 440 с.
ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись и библиографическое описание. Общие требования и правила составления [Текст]. - М.: Изд-во стандартов 2004. - 62 с.

Мой чертеж (1).dwg

Коэф. поперечной установки
Схема определения коэф. поперечной установки М 1:50