Мосты (работа 2)

СОДЕРЖАНИЕ.

1 УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ МОСТА.

2 МАТЕРИАЛЫ.

3 КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШЕНИЕ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ.

4 АРМИРОВАНИЕ ПЛИТЫ НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ.

5 АРМИРОВАНИЕ ПЛИТЫ НЕНАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ.

6 МОСТОВОЕ ПОЛОТНО.

6.1Одежда.

6.2 Тротуар.

6.3 Ограждение.

6.4 Водоотвод.

7 ОПОРНЫЕ ЧАСТИ.

8 НАГРУЗКИ.

9 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ПЛИТАМИ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ.

10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННИХ УСИЛИЙ В ПЛИТАХ.

11 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

1 УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ МОСТА.

Температура наружного воздуха.

Средняя по месяцам, ⁰С:

январь - 11,3

февраль - 11

март - 6,5

апрель 1,5

май 8,2

июнь 13,8

июль 16,8

август 14,4

сентябрь 8,8

октябрь 2,5

ноябрь - 3,2

декабрь - 8,5

Среднегодовая 2,2⁰С

Абсолютная минимальная - 44⁰С

Абсолютная максимальная 34⁰С

Средняя максимальная наиболее жаркого месяца 22,1⁰С

Наиболее холодных суток обеспеченностью:

0,98 - 38⁰С

0,92 - 35⁰С

Наиболее холодной пятидневки обеспеченностью:

0,98 - 34⁰С

0,92 - 31⁰С

Период со средней суточной температурой воздуха:

<8⁰С :

продолжительность суток 236

средняя температура - 4⁰С

<10⁰С :

продолжительность суток 259

средняя температура - 2,8⁰С

Средняя температура наиболее холодного периода: -15⁰С

Продолжительность периода со среднесуточной температурой <0⁰С, сут. 164

Упругость водяного пара наружного воздуха по месяцам, гПа:

январь 2,8

февраль 2,7

март 3,2

апрель 5,1

май 7,2

июнь 11

июль 13,8

август 13,4

сентябрь 9,9

октябрь 6,7

ноябрь 4,8

декабрь 3,5

Средняя месячная относительная влажность воздуха в 13 ч., %:

наиболее холодного месяца 87

наиболее жаркого месяца 57

Количество осадков, мм:

за год 758

жидких и смешанных за год -

суточный максимум 95

^{Плиты пролетного строения проектируются для эксплуатации в климатической зоне нормальной влажности.}

^{2 МАТЕРИАЛЫ.}

Для изготовления плит пролетного строения применяется тяжелый бетон класса по прочности на сжатие В 35, марка бетона по морозоустойчивости F 200, ГОСТ 25192- 82 и ГОСТ 26633- 85. Арматура, применяемая в плитах,- напрягаемая, горячекатаная, класса А- 4; ненапрягаемая- класса А 2, по ГОСТ 578-82. Для закладных, анкеров и прочих изделий применяется сталь по ГОСТ 103- 56^* 16Д, 15^х СНД- 2.

3 КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ.

В соответствии с заданием выполняется проект однопролетного моста. Длина пролетного строения 17,5 м. Несущий элемент моста- сборные железобетонные плиты с напрягаемой арматурой. Принять пролетное строение из 14 плит, с поперечным прямоугольным сечением с овальными пустотами.

Для обеспечения работы, плиты укладывают на опоры параллельно друг другу, и объединяют в поперечном направлении. Швы между плитами омоналичивают, придавая им шпоночную форму.

4 АРМИРОВАНИЕ ПЛИТЫ НАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ.

Для плит применяется напрягаемая арматура класса А- 4.В процессе изготовления арматура натягивается на упоры с начальным контролируемым напряжением _>sp>=675МПа.Для восприятия растягивающих напряжений при изготовлении в верхней зоне плиты устанавливается напрягаемая арматура класса А- 4.

5 АРМИРОВАНИЕ ПЛИТЫ НЕНАПРЯГАЕМОЙ АРМАТУРОЙ.

Для плит применяется ненапрягаемая арматура из стали класса А- 2.При изготовлении устанавливается в виде каркасов и сеток.

6 МОСТОВОЕ ПОЛОТНО.

6.1 Одежда.

Конструкция одежды ездового полотна состоит из нижнего и верхнего слоя асфальтобетона общей толщиной 7 см.Асфальтобетон- мелкозернистый, ГОСТ 9128-84.

В качестве защитного слоя гидроизоляции предусмотрен бетон, армированный сварной сеткой по ГОСТу 23279-85, толщиной 40 мм. Арматура изготовлена в виде сварной сетки из стали класса ВА- 1 по ГОСТ 6227-80.

6.2 Тротуар.

Тротуары состоят из накладных сборных блоков, с ограждениями с наружных сторон.Ширина тротуаров принята- 1,5 м.Конструкция одежды на тротуарах состоит из асфальтобетона, уложенного по плитам тротуарных блоков.

6.3 Ограждение.

Принято металлическое, полужесткого типа, барьерное ограждение по ГОСТ 26809-86.Высота ограждения 75 см.

6.4 Водоотвод.

Для обеспечения отвода воды с проезжей части мост расположен на продольном уклоне 4 ⁰/_>00>, поперечный уклон моста 20 ⁰/_>00>. Предусмотрен отвод воды с ездового полотна и тротуаров через водоотводные трубки или вдоль ограждения за пределы моста.

7 ОПОРНЫЕ ЧАСТИ.

Плиты пролетного строения опираются на резиновые опорные части.

Рис. 8.2 Поперечное сечение плитного пролетного строения.

Рис. 8.3 Поперечное сечение плит (размеры в см).

Рис. 8.4 Конструкция дорожной одежды: а- в пределах ездового полотна; б- на тротуаре: 1- асфальтобетон =7 см, =2,3 т/м³; 2- то же, =4 см; 3- защитный слой из армированного бетона, =4 см, =2,5 т/м³; 4- гидроизоляция, =1 см,=1,5 т/м³; 5- цементная стяжка, =3 см, =2,1т/м³; 6- железобетонная плита пролетного строения; 7- плита тротуарного блока.

8 НАГРУЗКИ.

Исходные данные:

Автодорожный мост на дороге 2 технической категории пролетом 17,5 м имеет габарит

Г- 11,5 и два тротуара по 1,5 м (рис. 8.2). Пролетное строение образовано из четырнадцати предварительно напряженных плит, объединенных между собой в поперечном направлении шпоночными швами (рис. 8.3). Оси опирания на опорные части отстоят от концов плит на 0,3 м. Расчетная схема пролетного строения- однопролетная балка с расчетным пролетом l_>p>=17,5-2*0,3=16,9 м.

Нагрузка на тротуары моста при учете совместно с другими нагрузками:

Р=3,92- 0,0196, кПа,

где - длина загружания.

Расчетные нагрузки.

Расчетные нагрузки представляют собой нормативную нагрузку, умноженную на коэффициент надежности по нагрузке _>f> :

_>f> =1,3 , для веса выравнивающего, изоляционного и защитного слоев;

_>f> =1,1 , для веса элементов железобетонного пролетного строения;

_>f >=1,2 , для равномерно распределенной нагрузки;

_>f> =1,5 , для тележки при расчетах элементов проезжей части;

_>f> =1,2 , для одиночной оси.

Динамические коэффициенты для нагрузки А 11.

1+=1+(45-/135) ,> 1,0

_>f> =1,0 для НК- 80

_>f> =1,2 при расчетах тротуаров совместно с другими нагрузками.

1+=1,3 при <1,0 м

1+=1,2 при > 5,0 м для нагрузки НК- 80

1+=1 к нагрузке на тротуарах.

Нагрузки.

Конструкции моста рассчитаны на следующие нагрузки и воздействия:

Постоянные: собственный вес конструкций и воздействие усилия предварительного обжатия.

Временные: вертикальные от подвижного состава и пешеходов.

Определение нагрузок.

Постоянная нагрузка на пролетное строение состоит из собственного веса сборных плит длинной 17,5 м, тротуаров, перильной одежды.

Собственный вес одного метра плиты (рис. 8.3) с учетом бетона продольных швов при плотности железобетона  =2,5 т/м³ [1*0,75-2*0,325*0,3- 2(3,14*0,325²/4)]*2,5 *

*10=9,72 кН/м. В скобках записана площадь поперечного сечения плиты как площадь прямоугольника минус площадь двух отверстий, каждая из которых состоит из площади прямоугольника (второй член) и площади двух полукругов или одного круга ( третий член).

При четырнадцати плитах по ширине пролетного строения на 1 м его длины приходится:

9,72*14=136,11 кН/м.

Вес двух тротуаров шириной 1,5 м каждый и перильного ограждения по типовому проекту 2*15=30 кН/м.

Общий собственный вес конструкции на всю ширину пролетного строения

136,11+30=166,11 кН/м.

Принятая конструкция дорожной одежды показана на рис. 8.4 (поперечный уклон моста создается за счет уклона ригеля).

Вес дорожной одежды с полной ширины пролетного строения:

асфальтобетон на проезжей части моста и полосах безопасности

0,07*11,5*2,3*10=18,51 кН/м;

асфальтобетон на тротуарах

0,04*1,5*2*2,3*10=2,76 кН/м;

суммарный вес покрытия ездового полотна и тротуаров

18,51+2,76=21,27 кН/м;

защитный слой из армированного бетона

0,04*11,5*2,5*10=11,5 кН/м;

гидроизоляция

0,01*11,5*1,5*10=1,73 кН/м;

цементная стяжка

0,03*11,5*2,1*10=7,25 кН/м;

суммарный вес защитных и выравнивающего слоев

11,5+1,73+7,25=20,48 кН/м.

Распределив всю нагрузку между плитами поровну, получим на одну плиту:

от собственного веса конструкций

g_>1>=166,11/13,7=12,12 кН/м;

от покрытия ездового полотна и тротуаров

g_>2>=21,27/13,7=1,55 кН/м;

от выравнивающего, изоляционного и защитного слоев

g_>3>=20,48/13,7=1,49 кН/м.

Разделение постоянной нагрузки на три части g_>1>, g_>2>, g_>3> вызвано разными_{> коэффициентами надежности для этих нагрузок.}>

_{>Временная нагрузка на пролетное строение для дороги 2 технической категории принимается от автотранспортных средств А-11, от толпы на тротуарах и от тяжелых транспортных единиц НК- 800.}>

Рис. 8.1 Нагрузки на мост Г 11.5 .

_> >

_{>Схемы автомобильных нагрузок А 11 в виде полосы равномерно распределенной нагрузки интенсивностью V=0,98}>_>*>_{>11 кН/м =0,1}>_>*>_{>11 тс/м и одиночной тележки с давлением на ось Р=9,81}>_>*>_{>11 кН = 11 тс .}>

Схема от тяжелой одиночной нагрузки в виде колесной нагрузки (с одной четырехосной машины) НК 80 общим весом 785 кН (80 тс).

_> >9 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ПЛИТАМИ ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ.

Метод внецентренного сжатия.

В этом методе наиболее нагруженной всегда является крайняя плита пролетного строения. Линия влияния давления на нее строится по значениям ординат под крайними плитами

=1/n+а_>1>²/2a_>i>²

где n- число плит в поперечном сечении моста, n=14; а_>i>- расстояние между центрами тяжести симметричных относительно оси моста плит: а_>1>= 13 м, а_>2>= 11 м, а_>3>= 9 м, а_>4>=7 м,

а_>5>= 5 м, а_>6>= 3 м, а_>7>= 1 м;

а_>i>²=13²+11²+9²+7²+5²+3²+1²=455.

Ординаты линии влияния давления на крайнюю левую плиту (рис. 9.1, 9.2, 9.3):

_>1>=1/14+13²/2*455=0,257;

_>1>^{^}=1/14-13²/2*455=- 0,144.

Коэффициенты поперечной установки определяем для каждого вида нагрузки отдельно как сумму ординат линии влияния давления под центрами тяжести транспортных единиц или полос, для толпы- как ординату под точкой приложения равнодействующей.

При загружании линии влияния нагрузки устанавливаем в самое невыгодное положение с учетом габаритов проезда и правил расстановки автомобилей. Принятый на пролетном строении габарит Г- 11,5 предусматривает две полосы движения. Поэтому в нашем случае расчетное число полос нагрузки А- 11- две.

Для нагрузки А- 11 рассматриваем два варианта расстановки.

Первый вариант- расчетные полосы нагрузки смещаются на край проезжей части с минимальным расстоянием 1,5 м от оси крайней полосы безопасности. В этом варианте усилия от нагрузки А- 11 сочетаются с усилиями от толпы на тротуаре.

Рис.9.1 Загружание пролетного строения методом внецентренного сжатия для нагрузки А- 11 и толпы на тротуаре (размеры в м).

Второй вариант- две полосы (независимо от габарита моста, предусматривающего более одной полосы движения) устанавливаются на край ездового полотна с минимальным расстоянием 1,5 м от оси крайней полосы до бордюра (усилия, соответствующие этому положению нагрузки, учитываются лишь в расчетах на прочность).

Следует помнить, что при определении КПУ для полосовой нагрузки А- 11, для всех полос, кроме первой, в качестве множителя к ординатам должен быть введен коэффициент s_>1>=0,6, учитывающий возможное неполное загружание полос автомобилями.

Рис. 9.2 Загружание пролетного строения методом внецентренного сжатия для нагрузки А- 11 (размеры в м).

Нагрузка НК- 80 устанавливается на краю проезжей части.

Коэффициенты поперечной установки от двух полос нагрузки А- 11 на краю проезжей части (рис. 9.3):

для полосовой нагрузки

КПУ_>А>=0,136+0,6*0,107=0,257;

для тележек

КПУ_>Ат>=0,136+0,05=0,186.

Рис. 9.3 Загружание пролетного строения по методу внецентренного сжатия для нагрузки НК- 80 (размеры в м).

Коэффициенты поперечной установки от толпы на тротуаре КПУ_>т>= 0,264.

Коэффициенты поперечной установки от двух полос нагрузки А 11 на краю ездового полотна (рис.9.2):

для полосовой нагрузки

КПУ_>А>= 0,193+0,6*0,107=0,257;

для тележек

КПУАт= 0,193+0,107= 0,3.

Коэффициент поперечной установки от нагрузки НК- 80 на краю проезжей части (расстояние от равнодействующей до края полосы безопасности 1,75 м), КПУК=0,128.

Метод внецентренного сжатия моментом кручения.

По обобщенному методу внецентренного сжатия М.Е.Гибшмана ординаты под центрами тяжести крайних плит линии влияния давления на крайнюю плиту вычисляются по формуле:

=1/ n а_>1>²/ 2а_>1>²+4n(К/ П)

где n- число плит в поперечном сечении, n=14; К- прогиб плиты в сечении под единичной силой вызванный этой силой; П- угол закручивания плиты в месте приложения единичного крутящего момента, вызванный этим моментом; К и П определяются в том же сечении, что и КПУ.

Для середины пролета балки:

К/ П=(1/ 12)*(G I_>k>/ E I)l².

Момент инерции поперечного сечения плиты i определяем из условия равенства их площадей и моментов инерции.

Площадь овального отверстия (рис.9.4):

А_>1>=d_>1>h_>1>+(d²/ 4)=32,5*3+(3,14*32,5²/ 4)=1804 см².

Момент инерции овального отверстия относительно его центральной оси

x_>1>- x_>1>:

I_>x>_>1>=d_>1>h_>1>³/ 12+2[0,00686 d⁴+d²/ 8(0,2122d+h_>1>/ 2)²]=32,5*30³/ 12+2[0,00686*

*32,5⁴+3,14*32,5²/ 8(0,2122*32,5+30/ 2)²]= 486000 см⁴.

Для прямоугольника I_>x>_>1>=bh_>n>_>1>³/ 12=A_>1>h_>n>_>1>²/ 12, отсюда h_>n>_>1>=12 I_>x>_>1>/ A_>1>=12*

*486000/ 1804= 56,9 57 cм.

Приведенное поперечное сечение плиты показано на рис.9.4.

Толщина верхней плиты:

h_>I>^{^}=6,5+(62,5- 57/ 2)=9,25 см.

Толщина нижней плиты:

h_>I>=6+(62,5- 57/ 2)= 8,75 см.

Положение центра тяжести плиты относительно ее нижней грани:

S_>n>=100*75²/ 2- 2*32,5*57(8,75+57/ 2)= 143239 см³;

А_>n>=100*75- 2*32,5*57= 3795 см²;

y =S_>n>/ A_>n>= 143239/ 3795= 37,74 см.

Момент инерции поперечного сечения:

I=100*75³/ 12+100*75(75/ 2- 37,74)²- 2[32,5*57³/ 12+32,5*57(57/ 2+8,75-

- 37,74)²]= 25,12*10⁵ см⁴= 25,12*10^-3 м⁴.

Момент инерции кручения определяется для замкнутого коробчатого сечения без учета средней стенки, так как в силу симметрии сечения касательные напряжения в ней отсутствуют:

I_>к>=4а_>1>²*а_>2>²/ [а_>2>/ с_>2>+ а_>2>/ с_>3>+ 2(а_>1>/ с_>1>)],

где а_>1> и а_>2>- высота и ширина прямоугольника, образованного прямыми, проведенными посередине толщины стенок коробки; с_>1>, с_>2> и с_>3>- соответственно толщины боковых, нижних и верхней стенок коробки (рис.9.4).

Тогда:

I_>к>=4*66²*87,5²/ [87,5/ 8,75+ 87,5/ 9,25+ 2(66/ 12,5)]= 44,44*10⁵ см⁴= 44,44*10^-3 м⁴.

Поправка на кручение:

4n(К/ П)=(1/ 3)n(GI_>k>/ E I)l_>p>²= (1/ 3)*14(0,42*44,44*10^-3/ 25,12*10^-3)16,9²= 999,63.

Отношение G/ E принято равным 0,42.

Краевые ординаты линии влияния давления:

_>1>=1/ 14+ 13²/ 2*455+ 999,63= 0,159;

_>1>^=1/ 14- 13²/ 2*455+ 999,63= - 0,017.

Загружание линии влияния производим по описанным выше правилам (рис.9.5).

Коэффициенты поперечной установки от двух полос нагрузки А- 11 на краю проезжей части:

для полосовой нагрузки

КПУ_>А>=0,101+ 0,6*0,068=0,142;

для тележек

КПУ_>Ат>=0,101+ 0,068= 0,169.

Коэффициент поперечной установки от нагрузки НК- 800 на краю проезжей части КПУ_>К>= 0,098.

Коэффициент поперечной установки от толпы на левом тротуаре

КПУ_>т>= 0,161.

Метод Б.Е.Улицкого.

Ведя расчет по этому методу, принимаем, что все плиты в поперечном направлении соединены между собой шарнирами, расположенными в уровне нейтральной плоскости. Расчленяем пролетное строение на отдельные плиты, проводя вертикальные сечения по шарнирам. Взаимодействие отдельных плит между собой характеризуется поперечными силами Q (x) в этих сечениях. Закон изменения поперечных сил вдоль пролета принят в виде:

Q(x)=^_>n=1> g sin nx/ l ,

где g=2/ l S^l_>0>Q(x)sin (nx/ l)dx.

Число неизвестных в системе равно числу сечений- в нашем примере тринадцати (рис.9.6).

Для определения их составляется система уравнений, каждое из которых выражает равенство кривизн волокон соседних плит в вертикальной плоскости.

В сечении i:

(Б- Eb_>ц>b_>n>/ Gl_>k>)g_>i-1>- 2(Б+ Eb_>ц >b_>n>/ Gl_>k>)g_>i>+ (Б- Eb_>ц>b_>n>/ Gl_>k>)g_>i+1>=(- К_>л>+ К_>пр>)*[1± {El/ Gl_>k>}b_>э>b_>ц>*

*(n/ l)²],

где Б=l²/ n²²l- характеризует деформации волокон, вызванные изгибом в вертикальной плоскости силами Q(x); b_>ц>- расстояние от расчетного сечения до центра изгиба плиты; b_>n>- расстояние от плоскости действия сил Q(x) до центра изгиба плиты; b_>э>- расстояние от плоскости действия внешних сил до центра изгиба плиты.

Геометрические характеристики сечения плиты, полученные из предыдущих расчетов:

I= 25,12*10⁵ см⁴; I_>k>= 44,44*10⁵ см⁴; G/ E= 0,42.

Поскольку поперечное сечение плиты симметрично, то центр изгиба плиты лежит на оси симметрии и b_>ц>=b_>n>=b_>э>= 50 см.

Коэффициенты при неизвестных g вычисляются при

Б= 1690²/ n²² 25,12*10⁵= 0,115/ n²;

Eb_>ц>b_>n>/ GI_>k>=50²/ 0,42*44,44*10⁵= 0,0014.

Значения грузовых членов определяем исходя из загружения пролетного строения еденичной равномерно распределенной вдоль пролета нагрузкой q= 1 Н/ см.

При этом:

К= 2 l²q/ n³³l(1- cos n)= 2*1690²*1/ n³³ 25,12*10⁵(1- cos n)= 0,074/ n³(1- cos n)=

=0,147.

При установке экстремальные коэффициенты каждого метода сведены в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 Коэффициенты поперечной установки, полученные разными методами.

Анализ данных, помещенных в табл. 9.1, показывает, что коэффициенты поперечной установки, определенные по методу внецентренного сжатия, оказываются существенно разными по сравнению с определенными другими методами. Наибольшее приближение к значениям, полученным по методу Б.Е.Улицкого, основанному на наиболее точных предпосылках, дает метод распределения нагрузки для плитных пролетных строений М.Е.Гибшмана.

При выполнении курсовых и дипломных проектов, если отношение ширины плитного пролетного строения к длине пролета меньше единицы, можно пользоваться методом распределения нагрузки для плитных пролетных строений М.Е.Гибшмана либо обобщенным методом внецентренного сжатия.

В сечениях у опор считаем, что каждая из плит воспринимает лишь нагрузку, расположенную непосредственно на ней.

Поскольку расстояния между центрами полос нагрузки А-11 и между центрами колес нагрузки НК- 800 превышает ширину одной плиты, то на плите размещается лишь одна колея нагрузки или одно колесо и коэффициент поперечной установки в этих случаях КПУ_>оп>=0,5.