Інженерно-гідрологічні умови

Вступ

Метал - найбільш досконалий із матеріалів, які використовуються для будівництва сучасних мостів. Метал має відмінні механічні характеристики при різних умовах роботи під навантаженням. Разом з тим вони добре піддаються обробці й дозволяють виробляти елементи різноманітних форм для конструкцій різних систем. Ці якості широко розповсюдили метал для будівництва мостів. При цьому в мостах металевими, як правило, роблять тільки прогонові будови. Опори часто роблять бетонними чи залізобетонними.

В теперішній час для металевих конструкцій мостів використовують вуглецеві та низьколеговані сталі. Проходять дослідження по використанню для мостів й більш міцніших сталей – термообробних.

Завдяки високій міцності сучасних будівельних сталей металеві мости, не дивлячись на велику об’ємну масу сталі, виявляються найбільш легкими, що дозволяє використовувати метал для перекриття прогонів, значно переважаючих прогони мостів із інших матеріалів. Найбільші сучасні металеві мости мають прогони, які досягають 1300 м, в той час як залізобетонними мостами перекриті прогони лише до 300 м.

Суттєві переваги металевих мостів заключаються в індустріальності їх виготовлення й збірки. Всі елементи металевих конструкцій мостів виготовляються на добре обладнаних заводах й доставляються на місце будівництва, де й проводять збірку. Збірка металевих конструкцій мостів може бути повністю механізована, що дозволяє вести монтаж робіт високими темпами.

В експлуатаційних відношеннях металеві мости значно круче дерев’яних, так як вимагають менше затрат по експлуатації та ремонту й мають більш довший строк використання. Металеві мости в цьому відношенні дещо поступаються залізобетонним мостам.

Великий недолік металевих конструкцій мостів – іржавлення (корозія) металу під дією вологи, сірчаних газів та інших шкідливих впливів. Для захисту від ржавіння елементи металевих конструкцій моста покривають стійкими фарбами. Необхідний також ретельний догляд за станом металу в процесі експлуатації.

В теперішній час будівництво великої сітки нових автомобільних та залізничних доріг, а також реконструкція існуючих, вимагають спорудження великої кількості мостових переходів, вчасності через великі річки.

Враховуючи переваги металевих мостів при перекриті великих прогонів, безперервний ріст металургійної промисловості нашої країни, існують великі перспективи розвивати використання металу в будівництві мостів.

 

Вихідні данні

Згідно завданню необхідно розробити проект металевого мосту з підмостовим габаритом униз по течії 100 м, вверх - 60 м.

Розрахункове навантаження: C 13,0

Міст проектується згідно габариту “С”

Отвір мосту L = 345м.

Міст будується у вітровому районі IV.

 

Інженерно-гідрологічні умови

На підставі проведених інженерно – геологічних вишукувань був встановлений рівень високих вод(РВВ) - 52.0 м, та рівень межевих вод(РМВ) - 47.0 м.

Ширина русла по РМВ складає 230 м. Ширина русла по РВВ - 473 м. Ширина лівої заплави – 84 м і правої заплави - 160 м. Середній судносплавний рівень приймаємо рівним 51.5 м.

Висота підмостового габариту відносно класу річки 5 дорівнює 10.5 м. Ширина габариту униз по течії 100 м, вверх 80 м.

рис.1. схема підмостового габариту

Інженерно-геологічні умови

Згідно з даними поздовжнього профілю геологічні умови наступні:

- Перший шар грунту – пилуватий пісок залягає вздовж всього профілю. Потужність шару складає 5 м.

- Другий шар грутну - піск мілкий, також залягає вздовж всього профілю. Потужність шару –4 м.

- Третій шар - суглинок, залягає вздовж всього профілю з потужністю 8м.

- Четвертий шар – супісок, залягає вздовж всього профілю, потужністю 12 м.

- П’ятий шар - щільна глина, залягає вздовж всього профілю з потужністю 12м.

- Шостий шар - гранит, залягає вздовж всього профілю з потужністю 11м.

 

Варіантне проектування

Розробка варіантів

Схема 1

33.6+45+2×110+45+33.6

2 сталезалізобетонні прогонові будови довжиною 33.6 м, 2 сталезалізобетонні прогонові будови довжиною 45 м та нерозрізна з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах 2×110.

Схема 2

55+2×132+55

Дві прогонові будови розрізні з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах довжиною 55 м та нерозрізна з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах 2×132.

Схема 3

66+110+66+66+66

Прогонові будови розрізні з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах довжиною чотири по 66 м та одна 110м.

 

Схема 4

55+2×132+88

Дві прогонові будови розрізні з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах довжиною 55 та 88 м та нерозрізна з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах 2×132.

.

 

 

Схема 4

77+2×110+77

Дві прогонові будови розрізні з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах довжиною 77 м та нерозрізна з наскрізними фермами з їздою низом із зварними елементами та монтажними з’єднаннями на високоміцних болтах 2×110.

 

Варіант №1

ПР=64,1 м. БН=63,2 м. L = 394,73 м.

Прогонові будови:

Перший варіант складається з двох СЗБ прогонових будов довжиною 33,6 м

Вага металу – 54,61 т. Об’єм залізобетону - 39

Двох прогонових будов СЗБ довжиною 45м

Вага металу – 91,39 т. Об’єм залізобетону - 68,1

Нерозрізної прогонової будови з наскрізними фермами, довжиною 221,14 м. Довжина панелі – 11 м. Висота ферми – 15 м.

Вага металу – 1019 т.

Опори:

В даному варіанті використовуємо збірно – монолітні проміжні опори. Так як дані опори уніфіковані, то їхні параметри одинакові й вони відрізняються лише висотою опори.

Стояни обсипні збірно-монолітні.

Назва елементу	Визначення об’єму	Одинична вартість	Загальна вартість
1. Шпунтове огородження
Оп.1	Шпунтове огородження не потрібне
Оп.2			618 000грн
Оп.3			893 040грн
Оп.4	Шпунтове огородження не потрібне
Оп.5	Шпунтове огородження не потрібне
		∑	1 511 040 грн
2. Улаштування фундаменту
Оп.0		2150 грн/	115 670грн
Оп.1		2150 грн/	71 111 грн
Оп.2		2150 грн/	71 111 грн
Оп.3		2150 грн/	71 111 грн
Оп.4		2150 грн/	71 111 грн
Оп.5		2150 грн/	71 111 грн
Оп.6		2150 грн/	115 670 грн
∑272.275	∑	409 468 грн
3. Улаштування ростверку
Оп.0		1490 грн/	185 061грн
Оп.1		1490 грн/	116 100 грн
Оп.2		1490 грн/	116 100 грн
Оп.3		1490 грн/	116 100 грн
Оп.4		1490 грн/	116 100 грн
Оп.5		1490 грн/	54 000
Оп.6		1490 грн/	185 061грн
∑700,375	∑	1 043 559 грн
4.Улаштування опор(проміжних)
Оп.1		1490 грн/	406 770 грн
Оп.2		1490 грн/	494 585 грн
Оп.3		1490 грн/	611 220 грн
Оп.4		1490 грн/	417 404 грн
Оп.5		1490 грн/	359 835 грн
∑1732.1	∑	2 580 829 грн
5.Улаштування стоянів
Оп.0		1490 грн/	861 592 грн
Оп.6		1490 грн/	790 184 грн
6. Монтаж прогонових будов
СЗБ прогонові будови, L= 34,28 м. К-сть -2		35000 грн/т 1490 грн/	1 911 350 грн 58 110 грн
СЗБ прогонові будови, L= 45.8 м. К-сть -2		35000 грн/т 1490 грн/	3 198 650 грн 177 060 грн
Ферма, нерозрізна, L= 221,14 м.		35000 грн/т	35 665 000 грн
Мостове полотно	394,73 м	667 грн/п.м	263 265 грн
		41 010 170 грн
Загальна вартість мосту	∑	48 470 127грн.

 

 

Варіант №2

ПР=64,1 м. БН=63,2 м. L = 395,22 м.

Прогонові будови:

Другий варіант складається з двох розрізних прогонових будов з наскрізними фермами, довжиною 55 м.

Вага металу – 171,86 т.

Та нерозрізної прогонової будови з наскрізними фермами, довжиною 265,14м.

Вага металу – 1628 т.

Опори:

В даному варіанті використовуємо збірно – монолітні проміжні опори. Так як дані опори уніфіковані, то їхні параметри одинакові й вони відрізняються лише висотою опори.

Стояни обсипні таврового типу.

 

Назва елементу	Визначення об’єму	Одинична вартість	Загальна вартість
1. Шпунтове огородження
Оп.1			605 600грн
Оп.2			911 200грн
Оп.3	Шпунтове огородження не потрібне
		∑	1 516 800 грн
2. Улаштування фундаменту
Оп.0		2150 грн/	179 937 грн
Оп.1		2150 грн/	130 634 грн
Оп.2		2150грн/	130 634 грн
Оп.3		2150 грн/	130 634грн
Оп.4		2150 грн/	179 937 грн
∑349, 664	∑	751 778 грн
3. Улаштування ростверку
Оп.0		1490 грн/	203 162грн
Оп.1		1490 грн/	82 472 грн
Оп.2		1490 грн/	82 472 грн
Оп.3		1490 грн/	82 472 грн
Оп.4		1490 грн/	203 162 грн
∑438,75	∑	478 750 грн
4.Улаштування опор(проміжних)
Оп.1		1490 грн/	567 392 грн
Оп.2		1490 грн/	667 520 грн
Оп.3		1490 грн/	488 124 грн
∑1156,4	∑	1 723 036 грн
5.Улаштування стоянів
Оп.0		1490 грн/	1 160 338 грн
Оп.4		1490 грн/	1 093 809 грн
6. Монтаж прогонових будов
Ферма розрізна L= 55,79 м. К-сть -2		35000 грн/т	12 030 200 грн
Ферма, нерозрізна, L= 265,14 м.		35000 грн/т	56 980 000 грн
Мостове полотно	395,22	667 грн/п.м	263 612
	∑	3 549 096 грн
Загальна вартість мосту	∑	75 998 323 грн.

 

Варіант №3

ПР=64,1 м. БН=63,2 м. L = 397,68 м.

Прогонові будови:

Другий варіант складається з чотирьох розрізних прогонових будов з наскрізними фермами, довжиною 66 м.

Вага металу – 214,24 т.

Та розрізної прогонової будови з наскрізними фермами, довжиною 110 м.

Вага металу – 507,77 т.

Опори:

В даному варіанті використовуємо монолітні проміжні опори. Так як дані опори уніфіковані, то їхні параметри одинакові й вони відрізняються лише висотою опори.

Стояни обсипні таврового типу.

 

Назва елементу	Визначення об’єму	Одинична вартість	Загальна вартість
1. Шпунтове огородження
Оп.1			605 600грн
Оп.2			911 200грн
Оп.3			634 000 грн
Оп.4	Шпунтове огородження не потрібне
		∑	2 150 800 грн
2. Улаштування фундаменту
Ст.1		2150грн/	179 938 грн
Оп.1		2150 грн/	130 634 грн
Оп.2		2150 грн/	130 634 грн
Оп.3		2150 грн/	130 634 грн
Оп.4		2150 грн/	130 634 грн
Ст.2		2150 грн/	179 938 грн
∑410,4	∑	882 412 грн
3. Улаштування ростверку
Оп.0		1490 грн/	203 162 грн
Оп.1		1490 грн/	82 472 грн
Оп.2		1490 грн/	82 472 грн
Оп.3		1490 грн/	82 472 грн
Оп.4		1490 грн/	82 472 грн
Оп.5		1490 грн/	203 162 грн
∑494,1	∑	736 209 грн
4.Улаштування опор(проміжних)
Оп.1		1490 грн/	588 252 грн
Оп.2		1490 грн/	684 208 грн
Оп.3		1490 грн/	609 112 грн
Оп.4		1490 грн/	521 500 грн
∑1612,8	∑	2 403 072 грн
5.Улаштування стоянів
Оп.0		1490 грн/	1 154 377 грн
Оп.5		1490 грн/	1 086 359 грн
6. Монтаж прогонових будов
Ферма розрізна L= 66,96 м. К-сть -4		35000 грн/т	29 993 600 грн
Ферма, розрізна, L= 111,14 м.		35000 грн/т	17 771 950 грн
	∑	2 456 514 грн
Загальна вартість мосту	∑	56 178 779 грн.

Висновок: на основі техніко – економічного порівняння трьох варіантів металевого мосту, обираємо для подальшого проектування варіант № 1.

 

Розрахунок поперечної балки

Фасонка В3

Приймаємо

Розрахунок опорних частин

 

Навантаження від прогонових споруд з фермами на опори передається через рухомі та нерухомі опорні частини із стального лиття.

Розміри опорної плити та розміри нижнього балансира в плані, для нерухомих опорних частин, визначаються в залежності від розрахункового опору бетону підферменної подушки, яка виконується із бетону не нижче класу В30, за формулами:

; ; ;

де R_в – розрахунковий опір бетону підферменної подушки;

R_в = 15.5 МПа = 1.55кН/см²;

а_ІІ та в_ІІ – розміри опорної плити в поздовжньому та поперечному напрямках;

Р_І – навантаження на одну опорну частину; при двох фермах це навантаження визначається за формулою

;

де l – величина прольоту прогонової споруди; l = 62.0м;

q_вв^н – інтенсивність нормативного постійного навантаження на 1 п.м. прогонової споруди; q_вв^н = 40.76 кН/м;

nК – інтенсивність еквівалентного тимчасового навантаження;

К – клас розрахункового тимчасового вертикального навантаження, який для капітальних мостів дорівнює 14;

 

Розрахунок верхнього балансира проводиться на зминання під торцями опорних фасонок та на згинання. Довжина верхнього балансира визначається за умовами:

; ,

де St – товщина всіх фасонок у вузлі;

R_p – розрахунковий опір для стального лиття опорних частин;

R_p = 315МПа;

Приймаємо а= 30 см

 

Перевірка верхнього балансира за нормальними напруженнями при дії згинальних моментів проводиться для небезпечних перерізів;

Величини згинальних моментів визначаються за формулами:

для перерізу І – І

для перерізу ІІ – ІІ

 

для перерізу ІІІ – ІІІ

 

Перевірка нормальних напружень проводиться за формулою

,

де χ - коефіцієнт, яким враховуються пластичні деформації

W_i – моменти опору для розрахункових перерізів балансира;

R_y – розрахунковий опір для матеріалу опорних частин; R_y = 205 МПа;

 

для перерізу І – І

 

для перерізу ІІ – ІІ

 

для перерізу ІІІ – ІІІ

 

Тоді отримуємо наступні значення напружень:

 

умови виконані

 

 

Розрахунок на зминання в місці спирання верхнього балансира на нижній проводиться за формулою діаметрального стиснення

звідки знаходимо величину радіусу r циліндричної поверхні зверху нижнього балансира

,

де в – довжина лінії дотику в спиранні верхнього балансира на нижній;

R_cd – розрахунковий опір при діаметральному стиску; R_cd = 8 МПа=0,8 кН/см²;

Нижній балансир, котки та опорні плити рухомих опорних частин проектуються з урахуванням переміщення кінця прогонової споруди від тимчасового навантаження та від зміни температури та визначається за формулою:

де s_f – нормальне напруження в поясі ферми від тимчасового навантаження та дорівнює 22.21кН/см²;

l – розрахунковий проліт прогонової споруди рівний 62.0м;

Е – модуль пружності сталі;

a - коефіцієнт лінійного розширення сталі (a = 0,000012);

t – різниця температур, яка при розробці типових конструкцій приймається для теплої та холодної пори року +40°С та -40°С;

Згинальний момент для перерізу І – І з урахуванням переміщення котків визначається за формулою

,

де n_k – кількість котків опорної частини;

у₁ – відстань від осі нижнього балансира до першого котка з урахуванням його переміщення на величину D/2, яка визначаються за формулою:

;

;

Розрахунок діаметра котків на міцність проводиться за формулою діаметрального зжимання:

звідки

,

де F₁ – тиск на один найбільш навантажений коток;

l_k – довжина лінії дотику в опиранні нижнього балансира на коток;

Розрахункова величина навантаження F₁ на коток визначається за формулою:

,

де e_max = 1,5c₀;

с₀ – відстань між осями котків, м

Отримуємо наступні значення:

 

 

Товщина плити визначається за формулою:

,

де R_y – розрахунковий опір для матеріалу плити;

в_n – ширина плити;

M_max – максимальний згинальний момент в плиті – більша із величин

та

с – відстань від осі крайнього котка до кінця плити при симетричному положенні котків.

Товщину плити допускається приймати не менше 5... 7 см.

 

Приймаємо товщину плити 5 см.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. ДБН В.2.3-14:2006. Мости і труби. Правила проектування – К., 2006р. – 360 с.

2. СНиП ІІ-23-81*. Стальныеконструкции. – М.: ГУП ЦПП, 2002. – 90 с.

3. Протасов Г.Д. и др.. Металлические мосты. –М.: Транспорт, 1973. – с.

4. Осипов В.И. Мосты и тоннели на железных дорогах. – М.: Транспорт, 1988. – 367с.

5. Петропавловский А.А. и др.. Проектирование металлических мостов. – М.: Транспорт, 1982. – 320 с.

6. Корнеев М.М. Стальные мосты. Теоретическое и практическое пособие по проектированию. К., 2003. – 547 с.

7. Косяк В.М., Тарасенко В.П., Попович М.М. Методичні вказівки по кладенню варіантів металевого моста. – Дніпропетровськ, 2009. – 48 с.

8. Косяк В.М., Тарасенко В,П. Розрахунок і конструювання металевої прогонової будови з наскрізними головними фермами. Ч.1. Розрахунок і конструювання балок проїзної частини. – Дніпропетровськ, 2009. – 60 с.

9. Косяк В.М., Марочка В.В., Тарасенко В.П. Розрахунок і конструювання елементів головних ферм. – Дніпропетровьк, 2009. – 60 с.

 

ЗМІСТ

1. Вступ........................................................................................................ 1

2. Вихідні данні............................................................................................. 3

2.1 Інженерно-гідрологічні умови.................................................................... 3

2.2 Інженерно-геологічні умови....................................................................... 3

3. Варіантне проектування........................................................................ 5

3.1 Розробка варіантів..................................................................................... 5

3.2 Варіант №1............................................................................................... 7

Варіант №2.................................................................................................. 11

4. Розрахунок поздовжньої балки....................................................... 18

4.2 Підбір перерізу поздовжньої балки............................................................ 21

4.3 Перевірка перерізу балки на міцність за нормальними напруженнями........ 22

4.3. Перевірка перерізу балки за нормальними напруженнями на витривалість. 23

4.4. Перевірка перерізу балки за дотичними напруженнями............................. 24

4.5. Перевірка стінки балки при сумісній дії нормальних та дотичних напружень 25

4.7 Розміщення ребер жорсткості та визначення їх розмірів.............................. 27

4.8 Поздовжні та поперечні зв’язки між поздовжніми балками....................... 28

5. Розрахунок поперечної балки........................................................... 31

5.1. Розрахункова схема, навантаження,визначення зусиль............................ 31

5.2. Підбір перерізу поперечної балки.............................................................. 34

5.3 Перевірка перерізу на міцність за нормальними напруженнями на міцність. 35

5.7 Розміщення ребер жорсткості та визначення їх розмірів.............................. 40

6. Розрахунок прикріплення балок проїзної частини...................... 41

6.1. Розрахунок прикріплення поздовжньої балки до поперечної..................... 41

6.2. Розрахунок прикріплення поперечної балки до ферми............................... 43

7. Розрахунок головних ферм прогонових споруд.......................... 44

7.1 Визначення зусиль в елементах головних ферм від постійного та тимчасового вертикального навантаження............................................................................................... 44

7.2.Визначення нормативної інтенсивності вітрового навантаження................ 47

7.2.1.Визначення нормативних навантажень від тиску вітру на головні ферми,проїзну частину та рухомий склад............................................................................................. 47

7.2.2. Визначення розрахункових горизонтальних навантажень від тиску вітру на верхню та нижню вітрові ферми................................................................................................ 48

7.2.3.Визначення додаткових зусиль в поясах головних ферм......................... 48

7.3 Визначення розрахункових зусиль в елементах головних ферм від гальмування 50

7.3.1Визначення розрахункових зусиль в елементах головних ферм для сполучення навантажень з урахуванням вітру та гальмування................................................................. 51

7.4. Підбір та перевірки перерізу елементів головних ферм................................ 53

7.5. Розрахунок прикріплення елементів головних ферм.................................. 64

7.5.1. Визначення кількості болтів прикріплення елементів ферм...................... 64

8. Розрахунок поздовжніх зв’язків між фермами........................... 68

8.1. Визначення зусиль в елементах поздовжніх зв’язок між фермами............. 68

9. Розрахунок опорних частин.............................................................. 71

ЛІТЕРАТУРА.................................................................................................... 76

ЗМІСТ.............................................................................................................. 77

 

Вступ

Метал - найбільш досконалий із матеріалів, які використовуються для будівництва сучасних мостів. Метал має відмінні механічні характеристики при різних умовах роботи під навантаженням. Разом з тим вони добре піддаються обробці й дозволяють виробляти елементи різноманітних форм для конструкцій різних систем. Ці якості широко розповсюдили метал для будівництва мостів. При цьому в мостах металевими, як правило, роблять тільки прогонові будови. Опори часто роблять бетонними чи залізобетонними.

В теперішній час для металевих конструкцій мостів використовують вуглецеві та низьколеговані сталі. Проходять дослідження по використанню для мостів й більш міцніших сталей – термообробних.

Завдяки високій міцності сучасних будівельних сталей металеві мости, не дивлячись на велику об’ємну масу сталі, виявляються найбільш легкими, що дозволяє використовувати метал для перекриття прогонів, значно переважаючих прогони мостів із інших матеріалів. Найбільші сучасні металеві мости мають прогони, які досягають 1300 м, в той час як залізобетонними мостами перекриті прогони лише до 300 м.

Суттєві переваги металевих мостів заключаються в індустріальності їх виготовлення й збірки. Всі елементи металевих конструкцій мостів виготовляються на добре обладнаних заводах й доставляються на місце будівництва, де й проводять збірку. Збірка металевих конструкцій мостів може бути повністю механізована, що дозволяє вести монтаж робіт високими темпами.

В експлуатаційних відношеннях металеві мости значно круче дерев’яних, так як вимагають менше затрат по експлуатації та ремонту й мають більш довший строк використання. Металеві мости в цьому відношенні дещо поступаються залізобетонним мостам.

Великий недолік металевих конструкцій мостів – іржавлення (корозія) металу під дією вологи, сірчаних газів та інших шкідливих впливів. Для захисту від ржавіння елементи металевих конструкцій моста покривають стійкими фарбами. Необхідний також ретельний догляд за станом металу в процесі експлуатації.

В теперішній час будівництво великої сітки нових автомобільних та залізничних доріг, а також реконструкція існуючих, вимагають спорудження великої кількості мостових переходів, вчасності через великі річки.

Враховуючи переваги металевих мостів при перекриті великих прогонів, безперервний ріст металургійної промисловості нашої країни, існують великі перспективи розвивати використання металу в будівництві мостів.

 

Вихідні данні

Згідно завданню необхідно розробити проект металевого мосту з підмостовим габаритом униз по течії 100 м, вверх - 60 м.

Розрахункове навантаження: C 13,0