Расчет пролетного строения

Задание

Содержание

Задание. 2

Содержание. 3

Разработка вариантов. 4

1.1. Вариант 1. 4

1.1.1. Определение отверстия моста по варианту 1. 4

1.1.2. Определение объемов основных работ по варианту 1. 5

1.2. Вариант 2. 10

1.2.1. Определение отверстия моста по варианту 2. 10

1.2.2. Определение объемов основных работ по варианту 2. 11

1.3. Вариант 3. 16

1.3.1. Определение отверстия моста по варианту 3. 16

1.3.2. Определение объемов основных работ по варианту 2. 16

1.4. Технико-экономическое сравнение вариантов. 23

2. Расчет пролетного строения. 24

2.1. Расчет проезжей части пролетного строения. 24

2.1.1. Определение расчетных усилий. 24

2.1.2. Расчет сечений плиты.. 29

2.2. Расчет главных балок пролетного строения. 35

2.2.1. Определение расчетных усилий. 35

2.2.2. Расчет на прочность по изгибающему моменту. 39

2.2.3. Расчет на трещиностойкость в стадии изготовления и эксплуатации. 42

2.2.4. Расчет на трещиностойкость по касательным и главным напряжениям.. 47

2.2.5. Расчет на прочность по поперечной силе. 50

Заключение. 52

Список использованной литературы.. 53

Приложения:

1. Варианты моста.

2. Балка 27.6м.

Разработка вариантов

Разработаем варианты моста под железную дорогу при следующих данных:

- продольный профиль по оси мостового перехода и геологический разрез представлены на рис. 1;

- отметка уровня меженной воды (УМВ) –311,30м;

- отметка расчетного уровня высокой воды (УВВ) –312,30м;

- отметка бровки насыпи (БН) – 316,8м;

- для пропуска водного потока необходимо отверстие моста L₀=52,3м;

- временная нагрузка С11;

- количество железнодорожных путей – 1.

Отметку подошвы рельса определяем по формуле:

ПР = БН + 0,9 = 316,8+0,9 = 317,7м.

Высоту насыпи относительно расчетного горизонта определим по формуле:

Ннас = БН – (УВВ+УМВ)/2 = 316,8– (312,30+311,30)/2 = 5м.

Оценивая условия задания, обратим внимание на относительно небольшую высоту насыпи (Ннас = 5м), на грунты, благоприятствующие забивке свай, незначительную глубину меженного русла (h₁ = 0,7м).

Вариант 1

1.1.1. Определение отверстия моста по варианту 1

В первом варианте рассмотрим балочный трехпролетный мост с балками заводского изготовления из предварительно напряженного железобетона по схеме 18.7+27.6+18.7.

Определим теоретическую и фактическую длину моста по формулам:

; (1)

, (2)

где L_теор, – длина моста определяемая по количеству опор, м;

L_факт – длина моста определяемая по количеству пролетов, м;

L₀ – отверстие моста, м;

b_i –толщина промежуточных опор, м;

l_i – длина пролетов, м;

l_уст – длина устоев, м;

а – величина заведения устоя в тело насыпи (при Н < 6м принимаем равной 0.75м) м;

d – величина деформационных зазоров (принимаем 0.05м).

Учитывая небольшую высоту насыпи, принимаем обсыпные устои «козлового» типа на свайном основании из свай ø 60см. Из справочных материалов (приложение в [1]), при пролетах 18.7 м длину устоев принимаем 3.75м.

Промежуточные опоры массивные, монолитные, на свайном основании. Учитывая небольшую глубину в межени, а также то, что опоры не попадают под возможный ледоход (т.к. опоры по краям русла), а также по конструктивным соображениям принимаем ширину тела опоры равной 1.9м.

По формулам (1) и (2) определим теоретическую и фактическую длину моста:

м;

м.

Сопоставим две величины – L_теор и L_факт:

, (3)

что допустимо.

1.1.2. Определение объемов основных работ по варианту 1

Пролетные строения.

Объем железобетона пролетного строения полной длиной 18.7м составляет V₁ = 45.8м³, объем железобетона пролетного строения длиной 27.6м составляет V₂ = 83.0м³ (см. приложение в [1]).

Промежуточные опоры.

Две промежуточные опоры принимаем в виде монолитной железобетонной конструкции. Определим объем железобетона:

- Объем оголовка:

Минимальные размеры оголовка в плане определим по формулам (4) и (5), из условия размещения подферменников и опорных частей.

; (4)

, (5)

где с₁, с₂ – размеры опорных частей в плане принимаем по таблице 1 [1], м;

m₁, m₂ – расстояния от края опорной площадки до края оголовка вдоль и поперек моста соответственно. Принимаем по таблицам 2, 3 [1], м.

м;

.

Примем размеры оголовка в плане 2.1 х 3.9 м. Высота оголовка 0.5м.

Размер тела опоры принимаем на 0.2 м меньше оголовка (свесы оголовка по 0.1м с каждой стороны). Высота тела опоры 3м.

Размеры ростверка принимаем из условия размещения свай (предварительно примем свайное поле 3х4) – 3 х 5.9м. Высота ростверка 1.0м.

Тогда объем железобетона одной опоры определим как сумму объемов железобетона оголовка, тела и ростверка опоры:

м³.

Сваи.

Определим необходимое количество полых свай из центрифугированного железобетона диаметром 0.6м, заполняемых после погружения бетонной смесью. Для этого определим давление приходящееся на голову сваи от постоянных и временных нагрузок.

- Вертикальное давление на опору от временной нагрузки при загружении двух смежных пролетов:

, (6)

где – коэффициент надежности для временной нагрузки;

ν – интенсивность эквивалентной нагрузки, определяемая по [3, прил. К] в зависимости от длины загружения линии влияния λ и коэффициента относительного положения вершины линии влияния α, т/пог. м;

и – длины пролетов, опирающихся на опору, м.

Длина загружения линии влияния м.

Коэффициент

По [3, табл. 6.9] по интерполяции при λ = 46.3м определяем коэффициент надежности для временной нагрузки =1.16.

По [3, прил. К] по интерполяции при λ = 46.3м, α = 0.4 и заданном классе нагрузки К = 11 определяем интенсивность эквивалентной нагрузки ν = 11.4 т/пог. м.

По формуле (6):

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса железобетонных пролетных строений:

, (7)

Где = 1.1 – коэффициент надежности для собственного веса конструкций;

m₁, m₂ – масса одного блока пролетных строений, опирающихся на опору.

Для блока длиной 18.7м - m₁ = 61.6т; для блока длиной 27.6м – m₂ = 106.6т

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса балласта:

, (8)

где = 1.3 – коэффициент надежности для балласта;

= 2.0 т/м³ – объемный вес балласта с частями пути;

= 1.8 м² - площадь поперечного сечения балласта;

и – длины пролетов, опирающихся на опору, м.

тс.

- Вертикальное давление по подошве ростверкаот собственного веса опоры:

, (9)

где = 1.1 – коэффициент надежности для собственного веса конструкций;

= 2.5 т/м³ – объемный вес железобетона;

V_оп – объем железобетона одной опоры, м³.

тс.

Полное вертикальное давление приходящееся на подошву ростверка определяется по формуле:

тс. (10)

При принятом количестве свай равном 12 шт. вычислим давление приходящееся на голову одной сваи:

, (11)

где = 1.5 .. 1.8 – коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных сил и изгибающего момента, действующих на уровне подошвы ростверка;

- полное вертикальное давление приходящееся на подошву ростверка, тс;

n – принятое количество свай.

тс.

Окончательно примем сваи диаметром 0.6м в количестве 12 шт.

Учитывая грунты в основании, по графику [1, рис.2] принимаем длину свай равную 30м.

Вычислим объем бетона одной сваи длиной 30м диаметром 0.6м при толщине стенки 8см:

м³.

Объем 12 свай:

м³.

Объем заполнения полых свай бетоном:

м³.

Объем заполнения 12 свай:

м³.

Ограждение котлована размером 5.0м х 8.0м выполним металлическим шпунтовым ограждением с длиной шпунтин 6м (удельный вес м.п. стенки для «Ларсен-IV» равен 185кг/м²).

Масса шпунта:

т.

Устои.

Объем железобетона оголовка устоя принимаем по приложению в [1]. При пролетах длиной 18.7м он составляет 59.8м³.

Объем полых свай в кол-ве 9 шт. длиной 35м:

м³.

Объем заполнения полых свай бетоном:

м³.

Объемы основных работ и определение стоимостей конструктивных элементов сведем в таблицу 1.

Определение общей стоимости моста сведем в таблицу 2:

Вариант 2

1.2.1. Определение отверстия моста по варианту 2

Во втором варианте, в отличие от первого, вместо тяжелого центрального пролета назначим пролет длиной 23.6м. Это должно сократить расходы на транспортировку и монтаж балок. Однако для обеспечения требуемого отверстия моста необходимо увеличить крайний пролет с 18.3м до 23.6м, при этом длина крыла устоя увеличится с 3.75м до 5.3м.

Промежуточные опоры оставим без изменений.

Рассмотрим балочный трехпролетный мост с балками заводского изготовления из предварительно напряженного железобетона по схеме 18.7+2х23.6.

По формулам (1) и (2) определим теоретическую и фактическую длину моста:

м;

м.

Сопоставим две величины – L_теор и L_факт:

,

что допустимо.

1.2.2. Определение объемов основных работ по варианту 2

Пролетные строения.

Объем железобетона пролетного строения полной длиной 18.7м составляет V₁ = 45.8м³, объем железобетона пролетного строения длиной 23.6м составляет V₂ = 64.33м³ (см. приложение в [1]).

Промежуточные опоры.

Конструкция промежуточных опор аналогична варианту 1. За счет уменьшения строительной высоты увеличится высота тела и составит 3.5м.

Тогда объем железобетона одной опоры определится по формуле:

м³.

Сваи.

Определим необходимое количество полых свай из центрифугированного железобетона диаметром 0.6м, заполняемых после погружения бетонной смесью. Для этого определим давление приходящееся на голову сваи от постоянных и временных нагрузок.

- Вертикальное давление на опору от временной нагрузки при загружении двух смежных пролетов определим по формуле (6):

,

Длина загружения линии влияния м.

Коэффициент

По [3, табл. 6.9] по интерполяции при λ = 47.2м определяем коэффициент надежности для временной нагрузки =1.16.

По [3, прил. К] по интерполяции при λ = 47.2м, α = 0.5 и заданном классе нагрузки К = 11 определяем интенсивность эквивалентной нагрузки ν = 11.0 т/пог. м.

По формуле (6):

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса железобетонных пролетных строений по формуле (7):

,

Для блока длиной 23.6м – m₁= m₂ = 82.4т

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса балласта по формуле (8):

,

тс.

- Вертикальное давление по подошве ростверкаот собственного веса опоры определим по формуле (9):

тс.

Полное вертикальное давление приходящееся на подошву ростверка определяется по формуле (10):

тс.

При принятом количестве свай равном 12 шт. вычислим давление приходящееся на голову одной сваи:

Окончательно примем сваи диаметром 0.6м в количестве 12 шт.

Учитывая грунты в основании, по графику [1, рис.2] принимаем длину свай равную 30м.

Объем бетона свай, объем заполнения полых свай бетоном, а также шпунтовое ограждение котлована принимаем аналогичным варианту 1.

Устои.

Объем железобетона оголовка устоя принимаем по приложению в [1].

При пролетах длиной 18.7м - 59.8м³.

При пролетах длиной 23.6м - 68.9м³.

Объем полых свай в кол-ве 9 шт. длиной 35м:

м³.

Объем заполнения полых свай бетоном:

м³.

Объемы основных работ и определение стоимостей конструктивных элементов сведем в таблицу 3.

Определение общей стоимости моста сведем в таблицу 4:

Вариант 3

1.3.1. Определение отверстия моста по варианту 3

В третьем варианте, в отличие от первых двух рассмотрим пролетные строения из сборного железобетона, с балками заводского изготовления с ненапрягаемой арматурой.

Экономии можно достичь за счет того, что данные балки дешевле в изготовлении, немного легче по массе, однако они могут перекрывать меньшие пролеты по сравнения с балками из предварительно напряженного железобетона. Это приведет к увеличению количества промежуточных опор.

Рассмотрим пятипролётный мост по схеме 2х13.5+27.6+2х13.5.

Длину устоев принимаем 3.75м.

Промежуточные опоры, расположенные в русле, принимаем аналогично первому варианту, шириной 1.9м.

Промежуточные опоры, расположенные на пойме принимаем столбчатые, на четырех столбах диаметром 0.8м. Ширина 2х0.8 = 1.6м.

По формулам (1) и (2) определим теоретическую и фактическую длину моста:

м;

м.

Сопоставим две величины – L_теор и L_факт:

,

что допустимо.

1.3.2. Определение объемов основных работ по варианту 2

Пролетные строения.

Объем железобетона пролетного строения полной длиной 13.5м составляет V₁ = 26.6м³, объем железобетона пролетного строения длиной 16.5м составляет V₂ = 35.8м³ (см. приложение в [1]).

Промежуточные опоры.

Конструкция промежуточных опор в русле аналогична варианту 1. За счет уменьшения строительной высоты, а также за счет их расположения в более глубоком месте, увеличится высота тела и составит 4.5м.

Объем железобетона одной такой опоры определится по формуле:

м³.

Объем железобетона насадки одной опоры расположенной на пойме определим по приложению в [1]:

м³.

Объем железобетона столбов определим при расчете фундаментов.

Сваи русловой опоры.

Определим необходимое количество полых свай из центрифугированного железобетона диаметром 0.6м, заполняемых после погружения бетонной смесью. Для этого определим давление приходящееся на голову сваи от постоянных и временных нагрузок.

- Вертикальное давление на опору от временной нагрузки при загружении двух смежных пролетов определим по формуле (6):

,

Длина загружения линии влияния м.

Коэффициент

По [3, табл. 6.9] по интерполяции при λ = 30.0м определяем коэффициент надежности для временной нагрузки =1.21.

По [3, прил. К] по интерполяции при λ = 30.0м, α = 0.45 и заданном классе нагрузки К = 11 определяем интенсивность эквивалентной нагрузки ν = 12.79 т/пог. м.

По формуле (6):

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса железобетонных пролетных строений по формуле (7):

,

Для блока длиной 13.5м – m₁= 36.5т, для блока 16.5м - m₂ = 48.7т

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса балласта по формуле (8):

,

тс.

- Вертикальное давление по подошве ростверкаот собственного веса опоры определим по формуле (9):

тс.

Полное вертикальное давление приходящееся на подошву ростверка определяется по формуле (10):

тс.

При принятом количестве свай равном 12 шт. вычислим давление приходящееся на голову одной сваи:

Окончательно примем сваи диаметром 0.6м в количестве 12 шт.

Учитывая грунты в основании, по графику [1, рис.2] принимаем длину свай равную 18м.

Шпунтовое ограждение котлована принимаем аналогичным варианту 1.

Вычислим объем бетона одной сваи длиной 18м диаметром 0.6м при толщине стенки 8см:

м³.

Объем 12 свай:

м³.

Объем заполнения полых свай бетоном:

м³.

Объем заполнения 12 свай:

м³.

Сваи пойменной опоры.

Определим необходимую длину четырех свай-стоек из железобетона диаметром 0.8м. Для этого определим давление приходящееся на голову сваи от постоянных и временных нагрузок.

- Вертикальное давление на опору от временной нагрузки при загружении двух смежных пролетов определим по формуле (6):

,

Длина загружения линии влияния м.

Коэффициент

По [3, табл. 6.9] по интерполяции при λ = 27.0м определяем коэффициент надежности для временной нагрузки =1.22.

По [3, прил. К] по интерполяции при λ = 27.0м, α = 0.5 и заданном классе нагрузки К = 11 определяем интенсивность эквивалентной нагрузки ν = 12.38 т/пог. м.

По формуле (6):

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса железобетонных пролетных строений по формуле (7):

,

Для блока длиной 13.5м – m₁= m₂ = 36.5т.

тс.

- Вертикальное давление на опору от собственного веса балласта по формуле (8):

,

тс.

- Вертикальное давление по подошве ростверкаот собственного веса опоры определим по формуле (9):

тс.

Полное вертикальное давление приходящееся на подошву ростверка определяется по формуле (10):

тс.

При принятом количестве свай равном 4шт. вычислим давление приходящееся на голову одной сваи:

Учитывая грунты в основании, по графику [1, рис.2], окончательно примем сваи диаметром 1.0м в количестве 4 шт., вместо диаметра 0.8м, принятого первоначально. Длину свай в грунте назначим 28м. Длина свай над уровнем земли равна 2.5м.

Полную длину свай - стоек примем равной 31м.

Вычислим объем бетона одной сваи длиной 31м диаметром 1.0м:

м³.

Объем 4 свай:

м³.

Устои.

Объем железобетона оголовка устоя принимаем по приложению в [1].

При пролетах длиной 13.5м - 61.5м³.

Объем полых свай в кол-ве 9 шт. длиной 23м:

м³.

Объем заполнения полых свай бетоном:

м³.

Объемы основных работ и определение стоимостей конструктивных элементов сведем в таблицу 5.

Определение общей стоимости моста сведем в таблицу 6:

1.4. Технико-экономическое сравнение вариантов

Сопоставление капитальных затрат по вариантам приведено в таблице 7.

Все три варианта имеют приблизительно одинаковую стоимость. Вариант 3 оказался немного дешевле, несмотря на большее количество промежуточных опор. Снижение стоимости достигается за счет более дешевых пролетных строений из обычного железобетона. Они имеют меньшую длину, а, следовательно, меньшую массу, что приводит к более дешевым фундаментам.

Вариант 1 имеет меньшую длину, меньше количество промежуточных опор, симметричную схему, меньшее количество опорных частей, нуждающихся в периодическом обслуживании.

К строительству могут быть рекомендованы варианты 1 и 3.

Расчет пролетного строения

В качестве расчетного пролетного строения возьмем балку из предварительно напряженного железобетона длиной 27.6м.

1.

2.

Поиск по сайту: