Проектирование железобетонного моста, шифр 13-МТ-2

Содержание
Часть 1. Вариантное проектирование…………………………………………………. 3
1.1. Краткая характеристика сооружения……………………………………………........ 3
1.2. Описание вариантов ………………………………………………………………….. 3
1.3. Описание фундаментов……………………………………………………………….. 5
1.4. Производство работ…………………………………………………………………..... 6
1.4.1. Разработка котлованов и забивка шпунтового ограждения……………………… 6
1.4.2.Устройство свайных фундаментов………………………………………………….. 7
1.4.3. Монтаж сборных железобетонных опор…………………………………………… 7
1.4.4. Установка пролётных строений в проектное положение………………………… 8
1.5. Проверка фундамента по несущей способности…………………………………….. 8
1.5.1. Проектирование и проверка фундамента мелкого заложения
1 варианта моста…………………………………………………………………………… 9
1.5.2. Проектирование свайного фундамента 2 варианта моста и, проверка по несущей способности грунтов под фундаментами устоев…………………………........ 13
1.6. Определение объемов работ………………………………………………………….. 15
1.7. Экономическое сравнение вариантов……………………………………………….. 17
Часть 2. Расчет конструкций моста……………………………………………………. 18
2.1. Расчет плиты проезжей части………………………………………………………… 18
2.1.1. Нагрузки и расчетная схема………………………………………………………… 18
2.1.2. Определение усилий………………………………………………………………… 19
2.1.3. Расчеты по первой группе предельных состояний……………………………....... 20
2.1.4. Расчеты по второй группе предельных состояний……………………………….. 23
2.2. Расчет главной балки………………………………………………………………...... 24
2.2.1. Расчетная схема балки………………………………………………………………. 24
2.2.2. Определение усилий………………………………………………………………… 25
2.2.3. Расчет нормальных сечений в середине пролета………………………………….. 28
2.2.3.1. Расчет на прочность……………………………………………………………….. 28
2.2.3.2. Расчеты на выносливость………………………………………………………… 30
2.2.3.3. Проверка сечения по II группе предельных состояний….……………………… 31
2.2.4. Построение эпюры материалов…………………………………………………….. 33
2.3. Расчет промежуточной опоры……………………………………………………….. 34
2.3.1. Схема нагружения…………………………………………………………………… 34
2.3.2. Расчетное сечение…………………………………………………………………... 39
Список использованной литературы…………………………..…………………….... 42

Определяем ориентировочно площадь растянутой арматуры из условия:
Аs = Мпр0,5 / Rs*Z,
где Z – плечо внутренней пары сил.
Z = h0 - h'f/2 = 0,7– 0,237/2 = 0,582 м
Определяем количество стержней арматуры: n = As/As1;
n = Принимаем 24 шт.
Уточняем площадь растянутой арматуры: As = n * As1
As= 24*0,001018 = 0,024432 м2
Определяем точное положение центра тяжести растянутой арматуры аs:
,
Расположение рабочей арматуры в главной балке.

x1= 6,8 см; x2= 10,4 см; x3= 14 см; x4=17,6 см; x5=27,2 см; x6=30,8 см.
Уточняем значение h0; h0 = 1,05– 0,154 = 0,896м.
Положение границы сжатой зоны определяется условием:
Rs*As ≤ Rb*b'f*X + Rsc*A's,
где: Х = ξу*h0,
Rsc и A's – расчетное сопротивление и площадь сжатой арматуры. Rsc = 250 МПа, A's = 0,0004м2
Определяем высоту сжатой зоны бетона:
;
Проверяем относительную высоту сжатой зоны бетона:
;
условие выполняется, сечение расчетное.
.
,
Условие выполняется, значит, граница сжатой зоны проходит в плите проезжей части.
; и ;
и расчет на прочность производим по формуле:
Мпр0.5 ≤ Rs*As*(h0– a’s)
Проверяем прочность прямоугольного сечения в середине балки по I группе предельных состояний:
Мпр0.5 ≤ 250*106*0,024432*(0,846– 0,034)
3253,16 кН*м < 3784,15 кН*м=Мвнутр
2.2.3.2. Расчеты на выносливость
1) в бетоне
2) в арматуре
где:Х' =
J'red =
где: n' – коэффициент приведения к одному материалу. Определяется по СНиПу, в зависимости от класса бетона (для бетона В30 n' = 15).
r =
S =
r =
S =
Х' =
J'red =
Коэффициенты условий работы находятся по формулам:
mb1 = 0.6*βb*εb
mas1 = βpw*εps
βb – коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени. βb = 1,31
εb – коэффициент, зависящий от ассиметрии цикла ρ в бетоне. Для бетона, класса В30 и : εb = 1,1
εps - коэффициент, зависящий от ассиметрии цикла ρ в арматуре. Для арматуры, класса АII и ρ = 0,33: εps = 0,84
βpw – коэффициент, учитывающий влияние на условия работы сварных стыков в арматурной сетке. Принимаем соединение арматуры проволочной обвязкой. βpw – 1.
mb1 = 0.6*1,31*1,1 = 0,8646
mas1 = 1*0,84 = 0,84
7285,6кПа < 13401,3кПа
Вывод: по выносливости бетона сечение проверку проходит
115815,94кПа< 210000кПа
Вывод: по выносливости арматуры сечение проверку проходит
2.2.3.3. Проверка сечения по II группе предельных состояний
1) по образованию продольных трещин
Rbmc2 – сопротивление бетона по образованию продольных трещин. Для бетона класса В30; Rbmc2 = 14,6 МПа.
Х =
Jred =
r =
S =
где: n – коэффициент приведения к одному материалу. Определяется по формуле: n=Еs/Eb, где Еs–модуль упругости арматуры, МПа
Еb–модуль упругости бетона, МПа. Еs =2,06*105 , Еb =32,5*103
n = = 6,338
r =
S = м2
Х =
Jred =
8,719МПа< 14,6 МПа
Вывод: по образованию продольных трещин сечение проверку проходит
2) по раскрытию нормальных трещин
Условие проверки на раскрытие нормальных трещин:
где: ψ – коэффициент раскрытия трещин, определяется по формуле
ψ = 1.5*√Rr,
где Rr – радиус армирования, Rr = , где
Аr – площадь зоны взаимодействия бетона и арматуры
Аr = [b*(с + 6*ds) ],
с = au + ds; с = 0,05 + 0,036 = 0,086 м
ns – число стержней растянутой арматуры
ds – диаметр арматурного стержня
β – коэффициент, учитывающий степень сцепления арматуры с бетоном. Для одиночных стержней β = 1
Аr = [0,5*(0,086+ 6*0,036) ] = 0,151 м2
Rr = м
ψ = 1.5*√0.1748 = 0,627
0,000301< 0,02
Вывод: по раскрытию нормальных трещин сечение проверку проходит.
3)Проверяется прогиб, который имеет максимальное значение в середине балки и определяется :
Вывод: по прогибу сечение проверку проходит.
2.2.4. Построение эпюры материалов
В сечении изгибающему моменту от нагрузки противостоит внутренний момент, создаваемый усилием в сжатой зоне бетона и растянутой арматуре. Усилие в арматуре определяется ее количеством из расчета прочности нормального сечения в середине пролета. Значения моментов от нагрузки убывают от середины пролета к его концам, соответственно должно уменьшаться количество рабочей арматуры в сечении. Однако в этих же местах необходимо обеспечить прочность наклонных сечений по восприятию поперечной силы. С этой целью рабочие стержни отгибают под углом 45 – 60˚ к продольной оси и проектируются вертикальные стержни – хомуты.
Момент, воспринимаемый одним стержнем арматуры определяется по формуле: ΔМ1 = Мвнутр /ns;
где ns – число арматурных стержней
Мвнутр = 3784,15 5265, кН*м
ΔМ1 = 3784,15 /24 = 157,7кН*м
До конца балки доводится не менее 1/3 всех стержней и не менее 2-х стержней. На участке отгибов каждое сечение должно пересекаться отгибом. Первыми отгибаются стержни верхнего ряда.
2.3. Расчет промежуточной опоры
2.3.1. Схема нагружения
В курсовом проекте рассчитывается одна опора (№ 2). Рассматривается одна нагрузка вдоль моста и одна нагрузка поперек моста. Опора работает как внецентренно сжатый стержень.

Рис.6. Схема нагрузок на промежуточную опору:
а) − вдоль моста; б) − поперек моста
Нормативные нагрузки:
Ар1; Ар2 – вертикальные усилия от веса пролетных строений слева и справа от опоры;
АV1; АV2 – вертикальные усилия от веса подвижного состава на двух пролетных строениях;
Аb1; Аb2 – вертикальные усилия от веса балласта на двух пролетных строениях;
G – вес опоры;
Т − тормозное усилие;
W1, W2, W3 – усилие от ветровой нагрузки на опору, пролетное строение и подвижной состав поперек моста;
– усилие от ветровой нагрузки на опору и пролетное строение вдоль и поперек моста соответственно;
F − усилие от ледовой нагрузки;
Р1 – нагрузка от веса пролётных строений с двух пролётов
кН·м;
Расстояния от осей опирания балок до вертикальной оси опоры:

P2 – нагрузка от балласта с первого и второго пролета (39,04кН);
Vп – временная вертикальная нагрузка от порожнего подвижного состава (13,7кН/м);
H0=3,3;,А0=1,6 ,B0=4,4 ;Vоп – высота, длина вдоль моста, ширина и объём опоры.
Определяем усилия:
=
=
=
=
=
=
=
Wп – ветровая нагрузка:
Wп= Wm+ Wp
Wm – нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте z над поверхностью воды или земли:
Wm = w0∙k∙Cw
w0 – нормативное значение ветрового давления для Свердловской области (0,3кПа)
k – коэффициент, учитывающий для открытой местности изменение ветрового давления по высоте k=0,578
Cw–аэродинамический коэффициент лобового сопротивления Cw=2,1 по СНиП Прил 9
Wm = 0,30∙0,578∙2,1 = 0,364 кПа
Wp= Wm· ξ·L·V
L·V=0,55-0,15*(12,8+22,9)/100=0,496
ξ – коэффициент динамичности, ξ = 1,5
Wp= 0,364∙1,5∙0,496 = 0,27
Wп = 0,364 + 0,27 = 0,634






hстр –строительная высота пролетного строения =2,35 м;
lр1, lр2–Расчетные длины пролетных строений, соответственно равны 12,8 и 22,9 м.;
H0, B0, A0, V0 – высота, ширина, длина, объем опоры;
Усилия от ветровой нагрузки определяются произведением интенсивности ветровой нагрузки на 1 м2 на площадь сбора нагрузки. Точка приложения равнодействующей от ветрового усилия расположена на 3м выше головки рельса для W2 (на подвижной состав), посередине высоты балки для W3 (на пролетное строение) и по середине высоты опоры выше воды для W1 (на опору).
Тогда расстояние от равнодействующей силы ветра на опору – hW1 , подвижной состав – hW2 и пролетное строение – hW3 до обреза фундамента находятся по формулам:
;
hW2= H0+hстр+2;
,
где ОП, УМВ, ОФ – отметки в метрах опорной площадки, уровня меженных вод и обреза фундамента;
hстр – строительная высота балки.
hW2 = 3,3 + 2,35 + 2 = 7,65 м
hW3 = 3,3 +2,35/2 = 4,48 м
Равнодействующая силы ветра на пролетное строение вдоль моста W2, как и тормозное усилие Т, приложены в уровне центра опорных частей, поэтому:
,
где hоп.ч – высота опорной части
hт=3,3+0,5/2 = 3,55м
Усилие от горизонтальных поперечных ударов колёс Sгу приложено в уровне головки рельса. Плечо приложения силы относительно обреза фундамента равно:
, (4.10)
где ПР – подошва рельса.
Hp – высота рельса (0,18 м для рельса типа Р-65).
(м)
Нормативная ледовая нагрузка принимается по наибольшему значению из определяемых формул:
- при прорезании опорой льда; (4.12)
- при остановке ледяного поля опорой,
где ψ1,ψ2 – коэффициенты, зависящие от типа сечения. Для многоугольника ψ1=0,9, ψ2 =2,4.
t=0,4 – толщина льда, м.
v=2 м/с – скорость движения ледового поля.
м2 – площадь ледяного поля.
Rzn – предел прочности льда на раздробление. В начальной стадии ледохода , при наивысшем уровне ледохода .для Свердловской области.
За расчётный уровень принимается уровень высокого ледохода (УВЛ) и
уровень низкого ледостава (УНЛ). Плечи равнодействующих давления льда до центра тяжести обреза фундамента равны:
УВЛ (4.13)
УНЛ
hf1 и hf2 равны 2,03 и 0,73 м соответственно.
В окончательный расчёт принимается максимальный момент от усилия F относительно обреза фундамента.
(кН)
(кН)
(кН)
(кН)
Принимаем максимальное Fнл=1711,12кН и Fвл=1325,43 кН.
Нормативное сопротивление от трения в подвижных опорных частях вдоль моста:
(кН), (4.11)
где - нормативная величина коэффициента трения в опорных частях;
Fv – вертикальная составляющая при действии рассматриваемых нагрузок.
Из рекомендуемых для учета в курсовой работе сочетания нагрузок выбираем:
Сочетание 1: постоянные нагрузки, временная нагрузка от порожнего подвижного состава на два пролета поперек моста и грузового состава на один пролет – вдоль моста, горизонтальная продольная нагрузка от торможения – вдоль моста, ветровая нагрузка – вдоль и поперек моста
1) Вдоль моста:
N = 1,1∙(Ap1+Ap2)+1,3∙(Ab1+Ab2)+ γv∙0,8∙Av1 +1,1∙G
2) Поперек моста:
Сочетание 2: Постоянные нагрузки, временная эквивалентная нагрузка от подвижного состава на один пролет (или гружеными вагонами) − вдоль и поперек моста, горизонтальные поперечные удары колес подвижного состава − поперек моста, ледовая − поперек моста, трение и сопротивление сдвигу опорных частей − вдоль моста.
Вдоль моста:
Поперек моста:
(4.17)
(кН·м)
(кН·м)
Расчетное сечение
При расчете по прочности следует учитывать случайный эксцентриситет:
;
где l0 – геометрическая длина элемента, l0=2∙H0
где H0 – высота от обреза фундамента до опорной площадки, H0 =3,3м
l0 = 2*Hо = 2*3,3 = 6,6 м
Действие изгибающего момента М и продольной силы N можно заменить на вертикальную силу N0, приложенную с эксцентриситетом.

Коэффициент, учитывающий влияние прогиба по прочности
;
для бетонных элементов:

кН

кН
М1=(1,1*749,06+1,3*447,1)*0,375-(0,9*308,8+0,9*249,9)*0,375=338,39кН
где М – момент от постоянных и временных нагрузок,
М1 – момент от постоянных нагрузок.
>0.5-0.01
Сечение опоры с закруглениями в расчетах можно заменить на прямоугольное сечение с той же площадью и размерами А0 ·B0,
где В0=, F = площадь сечения с закруглениями.
При расчете поперек моста где b=
0,219<0,303, принимаем δ=0,303
Ядровое расстояние r вычисляется по формуле:
рассчитываем на прочность.
Проверка по прочности бетонного прямоугольного сечения проводится по формуле:
Х = h - 2*ec*(
N <= Rb*b*X
X = 1,6– 2*0,35*1,0021 = 0,899м
4129,2*103 <= 15,5*4.056*0,899*106
4129,2<57416,86
Вывод: по прочности опора проверку проходит
Расчет на трещиностойкость бетонного сечения:
,
где А-площадь сечения
J-момент инерции сечения относительно центральной оси Y
1,44<14,6 МПа
Вывод: по трещиностойкости опора проверку проходит.
Условие выполнено.
Список использованной литературы.
1.'' Мосты и тоннели на железных дорогах.'' / Под редакцией В. О. Осипова. М.: Транспорт, 1988. 368 с.
2.СНиП 2.05.03 – 84. '' Мосты и трубы. '' М.: ЦИТП Госстроя СССР,1985.
3.СНиП 2.02.03 – 85. '' Свайные фундаменты. '' –М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1989.
4.Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 290900 «Строительство железных дорого. Путь и путевое хозяйство». Расчет железобетонного моста. – Иркутск: ИрГУПС, 2003.
5
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист