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 — 8,5Среднегодовая 2,20С
Абсолютная минимальная — 440С
Абсолютная максимальная 340С
Средняя максимальная наиболее жаркого месяца 22,10С
Наиболее холодных суток обеспеченностью:
0,98 — 380С
0,92 — 350СНаиболее холодной пятидневки обеспеченностью:
0,98 — 340С
0,92 — 310СПериод со средней суточной температурой воздуха:
<80С :
продолжительность суток 236
средняя температура — 40С<100С :
продолжительность суток 259
средняя температура — 2,80ССредняя температура наиболее холодного периода: -150С
Продолжительность периода со среднесуточной температурой <00С, сут.
164Упругость 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 57Количество осадков, мм:
за год 758
жидких и смешанных за год —
суточный максимум 95Плиты 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, 15х 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 lp=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
g1=166,11/13,7=12,12 кН/м;
от покрытия ездового полотна и тротуаров
g2=21,27/13,7=1,55 кН/м;
от выравнивающего, изоляционного и защитного слоев
g3=20,48/13,7=1,49 кН/м.
Разделение постоянной нагрузки на три части g1, g2, g3 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+а12/2?ai2
где n- число плит в поперечном сечении моста, n=14; аi- расстояние
между центрами тяжести симметричных относительно оси моста плит: а1= 13 м,
а2= 11 м, а3= 9 м, а4=7 м,
а5= 5 м, а6= 3 м, а7= 1 м;
?аi2=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 s1=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
КПУА=0,136+0,6*0,107=0,257;
для тележек
КПУАт=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 КПУт= 0,264.
Коэффициенты поперечной установки от двух полос нагрузки А 11 на краю
ездового полотна (рис.9.2):
для полосовой нагрузки
КПУА= 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± а12/ 2?а12+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 Ik/ E I)l2.
Момент инерции поперечного сечения плиты i определяем из условия
равенства их площадей и моментов инерции.
Площадь овального отверстия (рис.9.4):
А1=d1h1+(?d2/ 4)=32,5*3+(3,14*32,52/ 4)=1804 см2.Момент инерции овального отверстия относительно его центральной оси
x1- x1:
Ix1=d1h13/ 12+2[0,00686 d4+ ?d2/ 8(0,2122d+h1/ 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 Ix1=bhn13/ 12=A1hn12/ 12, отсюда hn1=…12 Ix1/
A1=…12*
*486000/ 1804= 56,9? 57 cм.
Приведенное поперечное сечение плиты показано на рис.9.4.
Толщина верхней плиты:
hI^=6,5+(62,5- 57/ 2)=9,25 см.
Толщина нижней плиты:
hI=6+(62,5- 57/ 2)= 8,75 см.
Положение центра тяжести плиты относительно ее нижней грани:
Sn=100*752/ 2- 2*32,5*57(8,75+57/ 2)= 143239 см3;
Аn=100*75- 2*32,5*57= 3795 см2;
y =Sn/ An= 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:
Iк=4а12*а22/ [а2/ с2+ а2/ с3+ 2(а1/ с1)],
где а1 и а2- высота и ширина прямоугольника, образованного прямыми,
проведенными посередине толщины стенок коробки; с1, с2 и с3- соответственно
толщины боковых, нижних и верхней стенок коробки (рис.9.4).
Тогда:
Iк=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(GIk/ E I)lp2= (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
КПУА=0,101+ 0,6*0,068=0,142;
для тележек
КПУАт=0,101+ 0,068= 0,169.
Коэффициент поперечной установки от нагрузки НК- 800 на краю проезжей
части КПУК= 0,098.
Коэффициент поперечной установки от толпы на левом тротуаре
КПУт= 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 Sl0Q(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- Ebцbn/ Glk)gi-1- 2(Б+ Ebц bn/ Glk)gi+ (Б- Ebцbn/ Glk)gi+1=(- Кл+
Кпр)*[1± {El/ Glk}bэbц*
*(n?/ l)2],где Б=l2/ n2?2l- характеризует деформации волокон, вызванные изгибом в
вертикальной плоскости силами Q(x); bц- расстояние от расчетного сечения до
центра изгиба плиты; bn- расстояние от плоскости действия сил Q(x) до
центра изгиба плиты; bэ- расстояние от плоскости действия внешних сил до
центра изгиба плиты.
Геометрические характеристики сечения плиты, полученные из предыдущих
расчетов:
I= 25,12*105 см4; Ik= 44,44*105 см4; G/ E= 0,42.
Поскольку поперечное сечение плиты симметрично, то центр изгиба плиты
лежит на оси симметрии и bц=bn=bэ= 50 см.
Коэффициенты при неизвестных g вычисляются при
Б= 16902/ n2?2 25,12*105= 0,115/ n2;
Ebцbn/ GIk=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 КПУоп=0,5.
