Проектирование промежуточной опоры железнодорожного моста балочно-разрезной системы

Чертежи.dwg

суглинок полутвердый
железнодорожного моста
Надфундаментная часть
Показатели вариантов
Сравнение стоимости вариантов
Конструктивные элементы
Конструкция оголовка

Курсач.docx

Разработка вариантов7
Расчёт промежуточной опоры железнодорожного моста балочно-разрезной системы14
1.Сбор нагрузок по сочетанию 4 ОЖД14
2.Сбор нагрузок по сочетанию 7 ОЖД17
3.Расчёт бетонного сечения опоры19
4. Проверка трещиностойкости20
5. Проверка устойчивости опоры вдоль моста21
6.Пр верка устойчивости опоры против опрокидывания22
7.Проверка устойчивости опоры против плоского сдвига23
Опора - это элемент моста представляющий собой конструкцию предназначенную для восприятия действующих на нее постоянных и временных нагрузок с пролетных строений и передача их на грунт основания.
Опоры моста являются важнейшими элементами мостового сооружения. Стоимость опор составляет примерно половину стоимости моста а трудозатраты на их возведение существенно превосходят затраты труда по монтажу пролетных строений. Больших затрат требуют ремонтные работы на опорах обусловленные зачастую недостаточно высоким уровнем проектных и строительно-монтажных работ. Неудовлетворительное качество эксплуатации также самым серьезным образом сказывается на долговечности опор.
Опора является частью моста наиболее подверженной воздействию внешней среды поэтому к материалу опоры предъявляются повышенные требования в части морозостойкости прочности и водонепроницаемости. По СНиП 2.05.03-84* капитальные опоры сооружаются из бетона бутобетона железобетона и камня. Поэтому основные требования касаются бетона и облицовочного камня опор.
По прочности класс бетона на сжатие в бетонных конструкциях опор а также в железобетонных подземных конструкциях должен быть не ниже В20. В железобетонных надземных конструкциях опор класс бетона должен быть не ниже В20.
По морозостойкости марка бетона нормируется в зависимости от климатических условий (среднемесячной температурой воздуха наиболее холодного месяца) вида конструктивных элементов опоры и зоны расположения ее элементов.
По водонепроницаемости марки бетона опор принимаются не ниже W4 для конструкций подводной зоны.
Согласно исходным данным требуется запроектировать опору для разрезного балочного железнодорожного моста:
) длина пролетов: 770 м и 660 м;
) район строительства – г. Сосногорск;
)временная нагрузка – С13;
) толщина льда – 0.6 м;
) уровень меженных вод УМВ= 715 м;
) уровень высоких вод УВВ= 733 м;
) уровень высокого ледохода УВЛ=728 м;
) уровень низкого ледохода УНЛ=718 м;
) отметка дна русла - 700 м;
) отметка верха подферменников – 753 м.
Разработка вариантов
В первом варианте проектируем опору из монолитного железобетона. Так как толщина льда 06 м необходимо устройство ледорезов.
Минимальные размеры опоры были подобраны из условия опирания на неё опорных частей и адаптированы применительно типового проекта. Тело опоры выполнено обтекаемой формы способствующее проходу воды без завихрений вызывающих размывы дна.
Оголовок в плане прямоугольной формы для обеспечения распределения нагрузки от пролетного строения на нижележащие конструкции опоры.
Ростверк представляет конструкцию из монолитного железобетона. Принимаем фундамент с низким свайным ростверком так как глубина воды в русле менее 30 м.
Достоинством такого варианта можно считать мощность конструкции и спокойное восприятие нагрузок от пролетного строения льда и возможного навала судов. Сооружение такой опоры нетрудоемкое.
На этапе проектирования и сравнения определяем минимальные размеры опоры из условия размещения опорных частей на оголовке.
а0=(а1+а2)2+b1+b2+c+10=(086+096)2+(6694-660)2+(7794-770)2+015+10=30 м
b=m+c2+04+k2= 57+(11+12)2+04+05=775 м
Назначаем средний размер опоры 31х79 м.
Определяем объемы работ.
Объем ростверка высотой 20 м из монолитного железобетона с размерами в плане 90×42
Рассчитываем длину и количество свай в ростверке
Приближенное количество свай на стадии составления вариантов определяется по формуле:
– коэффициент учитывающий влияние горизонтальных сил и изгибающего момента действующих на уровне подошвы ростверка в курсовом проекте принимаемый равным 15;
N – сумма расчетных вертикальных сил действующих по подошве фундамента;
– расчетная несущая способность одной сваи.
N = N + Nбалл + Nпс. + Nоп где
N Nбалл Nпс. Nоп – вертикальные давления тс соответственно от временной нагрузки при загружении двух прилегающих к опоре 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:
– коэффициент надежности для временной нагрузки;
– временная эквивалентная нагрузка тпог.м;
K – класс нагрузки указанный в задании.
коэффициент надежности для балласта;
тм3 – объемный вес балласта c частями пути.
– коэффициент надежности для собственного веса конструкции;
тм3 – объемный вес железобетона;
V1 и V2 – объем железобетона соответственно левого и правого пролетных строений.
тм3 – объемный вес бетона;
Vоп – объем бетона опоры.
За несущий грунт принимаем суглинок полутвердый свая заглубляется в несущий грунт не менее чем на 10 м. Длина свай в нашем случае равна 94 м. Окончательно принимаем сваи длиной 100 м. Так как сваи упираются в крепкий грунт – это сваи-стойки и их несущую способность берем из таблицы [4]. Выбираем сваи диаметром 40 см. В этом случае несущая способность сваи будет 110 тс.
Определяем количество свай
Объем свай при толщине стенки 8 см из расчета на каждую опору по 30 штук длиной 10 м составляет:
Объем бетона для заполнения полых свай:
Периметр ограждения составляет:
Расход шпунта для каждой из опор равен:
Единич-ная стои-мость руб.
Устройство ограждения котлована из металлического шпунта Ларсен
Изготовление и погружение железобетонных свай диаметром 40 см длиной 10 м;
Заполнение бетоном полых свай
Устройство ростверка из монолитного железобетона
Устройство оголовка опоры
Устройство монолитного тела опоры
Во втором варианте рассмотрим сборно-монолитную опору из блоков высотой 05 м. Блоки нетиповые и требуют индивидуального изготовления. Опора состоит из сборного и монолитного железобетона.
Размер опоры принимаем 30х78 м.
Определяем объемы работ по варианту.
Объем контурных блоков определяем методом пропорции для проектных нетиповых размеров 175х50 м.
Определяем количество блоков для типовой опоры размерами 30х987 высотой 42 м - при типовых блоках 06 м в кол-ве 7[4].
– количество блоков одной опоры шт.
Фактический объем одного фигурного ряда блоков при указанной толщине и высоте
Тогда для проектируемой опоры
Тогда объем всех блоков проектируемой опоры высотой 05 м в количестве 8
Объем бетона омоноличивания и бетона заполнения типовой опоры равен:
Аналогично для проектируемой
Тогда объем бетона заполнения проектируемой опоры
Объем ростверка высотой 20 м из монолитного железобетона с размерами в плане 88×40
Устройств тела опоры из сборного железобетона
Заполнение бетоном ядра опоры
В варианте 1 применена массивная монолитная опора. Тело опоры выполнено обтекаемой формы способствующее проходу воды без завихрений вызывающих размывы дна. В варианте 2 – сборно-монолитная опора из контурных блоков и бетона заполнения. Обе опоры могут быть применены для строительства моста при заданных условиях. Но вариант 2 несколько дороже варианта 1. Кроме того для сборно-монолитной опоры из-за ее нестандартной толщины и ширины отличных от типового проекта необходимо индивидуальное изготовление контурных блоков что вызовет удорожание строительства и увеличит его сроки.
К дальнейшей разработке принимается вариант 1.
Расчёт промежуточной опоры железнодорожного моста
балочно-разрезной системы
1.Сбор нагрузок по сочетанию 4 ОЖД
Временная вертикальная нагрузка на двух пролётах + тормозная сила (сила тяги) + продольная ветровая нагрузка
Рис. 1 Схема приложения нагрузок
Вертикальная нагрузка на опору составляет:
Расчетные длины пролетов равны м . Расстояние между опорными частями по фасаду моста составит:
где – полные длины балок пролетных строений второго (правого) и первого (левого) пролетов.
Опорное давление от веса пролетных строений и мостового полотна (величина вертикальной силы от постоянных нагрузок левого и правого пролетов соответственно):
Нормативная погонная нагрузка от собственного веса железобетонных балок пролетного строения длиной:
Коэффициент надежности для временной подвижной нагрузки определяемый в соответствии с [3] по формуле:
Собственный вес опоры:
Опорное давление от временной вертикальной нагрузки на левом (первом) и правом (втором) пролетах соответственно (вертикальное давление оказываемое на опору при загружении поездом левого и правого пролетов:
временная эквивалентная нагрузка.
Тогда вертикальная нагрузка на опору составит:
Изгибающий момент определяется по выражению:
H = м – плечо сил и расстояние от центра опорных частей до обреза фундамента);
– момент создаваемый продольной ветровой нагрузкой.
– нормативная интенсивность горизонтальной ветровой нагрузки
скоростной напор ветра на высоте 10 м;
коэффициент учитывающий изменение скоростного напора по высоте для открытой местности;
аэродинамический коэффициент лобового сопротивления конструкции и подвижного состава.
Изгибающий момент равен:
Перерезывающая сила определяется по формуле:
2.Сбор нагрузок по сочетанию 7 ОЖД
Нагрузка от собственного веса + поперечная ветровая нагрузка + ледовая нагрузка.
Рис. 2 Схема приложения нагрузок
Необходимо определить расчётные нагрузки:
Ветер в поперечном направлении действующий на пролётное строение:
То же на подвижной состав (поезд):
Ледовая нагрузка действующая на опору моста:
сила из условия прорезания опоры льдом:
коэф. формы поперечного сечения опоры;
ширина опоры на уровне действия льда;
Предел прочности льда на раздробление:
климатический коэффициент;
в начальной стадии ледохода.
сила из условия остановки ледяного поля опорой:
v – скорость течения воды ;
коэф. формы поперечного сечения опоры:
Так как давление льда идёт на опору имеющую в зоне действия льда наклонную поверхность то следуют определить горизонтальную составляющую – по наименьшей из величин полученных по формуле выше и по формуле:
3. Расчет бетонного сечения опоры
Проверим достаточность принятых сечений опоры. Бетон опоры принимаем В20.
Высота опоры от обреза фундамента до центра опорной части составляет: 484 м.
Необходимо определить приведенную ширину опоры:
Расчётный эксцентриситет:
Коэффициент приведения радиуса найдем исходя из значения коэффициента C.
где h – толщина опоры
В зависимости от отношения коэфициента к высоте определяем значение коэффициента k:
где r – радиус закругления поперечного сечения опоры
При расчете внецентренно сжатой опоры прямоугольного сечения прочность обеспечивается при соблюдении условия:
x – высота сжатой зоны:
- высота от обреза до фундамента опорной части;
–коэффициент равный 10.
Таким образом прочность бетонного сечения опоры обеспечена.
4.Расчет на трещиностойкость
При расчёте прямоугольных сечений высота сжатой зоны бетона х определяется по формуле:
Наибольшие сжимающие напряжения в бетоне определяются формулой:
Условие выполняется трещиностойкость опоры обеспечена.
5. Проверка устойчивости опоры вдоль моста
Ядровое расстояние:
где момент сопротивления
площадь приведенного сечения
Так как то рассчитываем тело опоры как внецентренно сжатый железобетонный элемент по устойчивости и прочности.
Проверка устойчивости:
где полная площадь сечения элемента;
расчётное сопротивление бетона;
коэффициент продольного изгиба:
где расчётное продольное усилие в опоре от временной нагрузки;
то же от постоянной нагрузки;
коэффициенты продольного изгиба учитывающие воздействие нагрузок
Проверка выполняется.
6. Проверка устойчивости опоры против опрокидывания
Устойчивость против опрокидывания проверяется по формуле:
где момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота опоры (относительно точки А в расчётном сечении) от ветрового давления ледового давления и тормозной силы;
момент удерживающих сил относительной той же оси;
коэффициент условий работы при нескальном основании;
коэффициент надёжности по назначению.
Удерживающие силы принимаем с коэффициентом надёжности по нагрузке для постоянных нагрузок для временной подвижной нагрузки в виде порожнего подвижного состава Опрокидывающие силы принимаем с
7.Проверка устойчивости опоры против плоского сдвига
Устойчивость против плоского сдвига проверяется по формуле:
где: cдвигающая сила
коэффициент условий работы (09);
коэффициент надежности по назначению (11);
удерживающая горизонтальная сила:
где: вертикальные нагрузки на опору;
коэффициент трения кладки о поверхность грунта для гравелистого грунта
СП 35.13330.2011. (СНиП 2.05.03-84) «Мосты и трубы» Москва 2011г
СП 20.13330.2011. (СНиП 2.01.07-85) «Нагрузки и воздействия» Москва 2011г
Учебник «Опоры балочных мостов» Смирнов В.Н. Санкт-Петербург 2004г
Курсовое проектирование опор балочного моста. Смирнов В.Н. и др. Санкт-Петербург 2016 г
Проектирование железобетонных мостов: разработка вариантов. В.Н. Смирнов Г.И. Богданов. Учебное пособие. – СПб.: ПГУПС 2012. – 21 с.
Проектирование опор мостов. Части 123. Методические указания для курсового и дипломного проектирования Разработ.: В.Н. Смирнов В.В. Миронов и С.А. Шульман.- Л.: ЛИИЖТ 198919901992 г.г.
Опорные части мостов. Части 12. Учебное пособие Разработ.: Г.И. Богданов С.С. Ткаченко С.А. Шульман.- СПБ: ПГУПС 2006г.