48713

Проект железобетонного моста под железную дорогу

Курсовая

Архитектура, проектирование и строительство

Предполагая применение устоев обсыпного типа и учитывая, что отверстие моста составляет 68 м, намечена пятипролетная схема моста с разрезными типовыми балками 516,5 м. Необходимая длина моста между крайними точками устоев

Русский

2013-12-14

713 KB

27 чел.

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Железнодорожный путь»

Курсовая работа

«Проект железобетонного моста под железную дорогу»

Выполнил студент                                                                

факультет      Строительный                   группа                    

руководитель                                                                 

Санкт-Петербург

2008

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на проектирование.

(рис. 1.1).

  1.  Разработка вариантов.

2.1. Вариант 1.

2.1.1. Определение схемы моста.

Предполагая применение устоев обсыпного типа и учитывая, что отверстие моста составляет 68  м, намечена пятипролетная схема  моста с разрезными типовыми балками 516,5 м. Необходимая длина моста между крайними точками устоев:

Ln = l0 + nb + 3H + 2a, где

n - количество быков, попадающих в воду;

b - толщина промежуточной опоры на уровне горизонта высоких вод, м;

a - величина захода конструкции устоя в насыпь, м;

H - высота насыпи от средней линии трапеции, образуемой горизонтами высоких и меженных вод (по которой измеряется отверстие моста), до отметки бровки насыпи, м;

3Н - длина двух заложений  откосов конусов насыпи при крутизне 1:1,5;

l0 - отверстие моста.

Число опор, попадающих в воду равно двум. В этих условиях необходимая длина моста поверху составит :

Ln =  м.

Устои приняты свайные. Длина крыла устоя поверху при пролете примыкающих балок   16,5 м составляет 3,75 м. С учетом расстояния между торцами балок по 0,05 м фактическая длина моста при принятых конструкциях составит :

Lф = м.

Эта длина меньше необходимой на

2.2.2. Определение расхода строительных материалов и стоимости.

1) Пролетные строения.

Объем железобетона пролетного строения полной длиной 16,5 м с ездой поверху 37,2 м3.

2)Промежуточная опора.

Опору высотой 5,3 принимаем в виде сборно-монолитных конструкций.

Объем железобетонных блоков опоры высотой 5,3 м составляет ориентировочно

.

Бетон омоноличивания  блоков и бетон заполнения опоры высотой 5,3 м составляет ориентировочно

.

Объем ростверка высотой 2 м из монолитного железобетона примем с размерами в плане 10,874 при скосах (для улучшения условий обтекания) по 0,5 м :

2·(4·10,87 - 4·0,5·0,5·0,5) = 86,96 м3 .

  1.  Сваи.

Определяется необходимое количество полых столбов из железобетона диаметром 80 см длиной 18 м, заполняемых после погружения бетонной смесью.

Количество свай рассчитывается по формуле :

, где

μ - коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента, действующего по подошве ростверка, равный 1,5 - 1,8, причем, чем больше влияние постоянных центрально приложенных сил в величине ΣN, тем меньше значение коэффициента μ;

ΣN - сумма расчетных вертикальных сил, действующих по подошве фундамента, тс.

ΣN = ΣNвр + ΣNбалл + ΣNпр.стр. + ΣNоп, где

ΣNвр, ΣNбалл, ΣNпр.стр., ΣNоп - вертикальные давления, тс, соответственно от временной нагрузки при загружении двух прилегающих пролетов, от веса балласта на пролетных строениях железнодорожного моста, от веса железобетонных пролетных строений и от веса опоры с фундаментом.

Указанные величины определяются по формулам :

Nпр.стр. = 1,1·Vпр.стр.·2,5·0,5;          Nоп = 1,1·Vоп·2,4;

l1 и l2 - полные длины пролетных строений, опирающихся на опоры, м;

γ - коэффициент надежности для временной нагрузки;

kэ - эквивалентная нагрузка при λ = l1 + l2, тс / м;

2,0 - объемная масса балласта, т / м3;

1,3 - коэффициент надежности для балласта;

Fбалл - площадь поперечного сечения балластного корыта, м2;

1,1 - коэффициент надежности для собственного веса конструкции;

Vпр.стр. - объем железобетона пролетных строений, опирающихся на опору, м3;

2,5 - объемная масса железобетона, т / м3;

Vоп - объем тела опоры и фундамента, м3;

Pд - расчетная несущая способность одной сваи (сваи-оболочки).

Несущая способность каждого столба диаметром 100 см длиной 15 м сваи по грунту Рд составляет около 250 тс.

Для промежуточной опоры высотой 5,3 м получено :

Nпр.стр. = 1,1·(16,5+16,5).·2,5·0,5 = 102,3 тс;          Nоп = 1,1·(85,3+41,3+86)·2,4 = 280,3 тс;

ΣN = 269 + 77,22 + 102,3 + 280,3 = 728,8 тс.

Примем 15 свай диаметром 40 см длиной 18 м под опору.

Объем полых столбов при толщине стенки 8 см из расчета 15 штуки на опору

Объем бетона для заполнения полых свай

  1.  Устой.

Объем железобетона оголовка устоя составляет 68,9 м3.

Объем 15 полых свай диаметром 40 см длиной 18 м при толщине стенки 8 см.

Объем бетона для заполнения полых свай

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Определение стоимостей конструктивных элементов по варианту.

Наименование работ

Единица измерения

Количество

Стоимость единицы измерения, руб.

Общая стоимость, тыс. руб.

1.Изготовление и монтаж пролетного      строения из преднапряженного железобетона длиной  16,5 м

1 м3

37,2

380

14,1

2. Сооружение промежуточной опоры высотой 5,3 м

Изготовление и погружение железобетонных полых столбов диаметром 40 см длиной 18 м

1 шт. / 1м3

15 / 4,52

340

15,4

Устройство ростверка из монолитного железобетона

1 м3

86

140

12

Устройство тела опоры из сборного железобетона

1 м3

112

250

28

Омоноличивание тела опоры бетоном и цементным раствором (с учетом заполнения столбов)

1 м3

83,5

70

5,8/56,4

  Промежуточная опора полностью

3. Сооружение устоя под пролетное строение длиной 16,5 м

Изготовление и погружение железобетонных полых свай диаметром 40 см длиной 18 м

1 шт. / 1м3

15 / 4,52

340

1,5

Устройство оголовка устоя из монолитного железобетона

1 м3

68,9

140

9,6

Заполнение бетоном полых свай

1 м3

7,3

70

0,5

Устой полностью

11,6

Определение общей стоимости моста приводятся в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Определение общей стоимости по варианту 1.

Наименование конструктивных элементов

Количество однотипных элементов

Стоимость, тыс. руб.

Одного элемента

Общая

Пролетное строения из преднапряженного железобетона lп =  16,5 м

5

14,1

70,5

Промежуточная опора высотой 5,88 м

Промежуточная опора высотой 8,93 м

2

2

56,4

86,7

112,8

173,4

Устой

2

11,6

23,2

Полная стоимость моста

380

3.Расчет пролетного строения.

lр = 14,3 м.

3.1.Расчет плиты балластного корыта.

3.1.1. Определение расчетных усилий.

Рис.1 Расчетная схема.

Нормативные постоянные нагрузки при расчетной ширине участка плиты вдоль пролета 1,0 м от собственного веса:

Односторонних металлических перил   кН/м;

Железобетонной плиты тротуара  кН/м;

Плиты балластного корыта  кПа;

Балласта с частями пути  кПа,

где hТ  = 0,1 м – средняя толщина тротуарной плиты;

hпл = 0,2 м – средняя толщина плиты балластного корыта;

hб = 0,5 м – толщина балластного слоя;

bТ  - ширина тротуара, м;

γжб = 24,5 кН/м3 и γб = 19,6 кН/м3 – удельный вес соответственно железобетона и балласта с частями пути .

 кН/м

 кПа

 кПа

Нормативная временная нагрузка от подвижного состава принимается

 кН/м пути, где К – класс заданной нагрузки.

 кН/м

Эта величина нагрузки распределяется шпалами и балластом поперек оси пролетного строения на ширину bp, м, и принимает значение:

где для наружной консоли , внутренней - , но не более ширины балластного корыта; здесь h = 0,35 м – толщина балласта под шпалой.

Для наружной консолим, а для внутренней - м.

Коэффициент надежности по нагрузке для постоянных нагрузок Рп, Рпл и РТ  принимается γf1 = 1,1; для постоянной нагрузки Рб - γf2 = 1,3.

Коэффициент надежности по нагрузке к временной нагрузке от подвижного состава принимают равным γfν = 1,30.

Динамический коэффициент при расчете плиты на прочность принимают равным 1+μ=1,5.

Усилия при расчете на прочность:

- для наружной консоли в сечении 1:

- для внутренней консоли в сечении 2:

Расчет плиты производим по наибольшим значениям M и Q. В данном случае это

 M2=35,629 кНм и Q2= 109,627 кН.

Усилия при расчете на раскрытие трещин:

Расчет по раскрытию трещин производим по той же формуле, что и M1 , но при 1+μ=1,0. 

Усилия при расчете на выносливость:

- для наружной консоли в сечении 1:

- для внутренней консоли в сечении 2:

3.2.  Расчет сечений плиты

Рис.1.2. Расчетные схемы поперечного сечения плиты. 

3.2.1. Расчет на прочность.

Прямоугольное сечение плиты имеет расчетную ширину b = 1,0 м. Толщину плиты принимаем равной:

- в опорном сечении hпл = 0,20м

Задаемся рабочей арматурой периодического профиля класса А-III диаметром d = 10 мм. Класс бетона плиты соответствует классу бетона главных балок пролетного строения B25.

Полезная (рабочая) высота сечения при толщине защитного слоя 2 см:

см

см

Определяем в предельном состоянии по прочности (при прямоугольной эпюре напряжений в бетоне) требуемую высоту сжатой зоны бетона:

где Mi – изгибающий момент в расчетном сечении;

Rb – расчетное сопротивление бетона по осевому сжатию;

b – расчетная ширина плиты.

Требуемая площадь арматуры в растянутой зоне

где z – плечо пары внутренних сил;

Rs – расчетное сопротивление не напрягаемой арматуры растяжению.

где nст – целое число стержней;

As1 – площадь сечения одного стержня.

                         

Определяем высоту сжатой зоны:

Проверяем прочность сечения по изгибающему моменту:

где Mпр – предельный изгибающий момент по прочности;

3.2.2.Расчет на выносливость.

Расчет на выносливость производим, считая, что материал конструкции работает упруго. Бетон растянутой зоны в расчете не учитывается.

Высота сжатой зоны приведенного сечения определяется по формуле:

где n’ – условное отношение модулей упругости арматуры бетона, при котором учитывается виброползучесть бетона.

В соответствии с классом бетона B25  принимаем n’ = 20

Плечо пары внутренних сил при треугольной эпюре сжимающих напряжений в бетоне:

Проверка напряжений производится по формулам:

- в бетоне

- в арматуре

где Rbf – расчетное сопротивление бетона сжатию в расчетах на выносливость;

Rsf – расчетное сопротивление арматуры растяжению в расчетах на выносливость.

где mb1 и mas1– коэффициенты условий работы;

βb– коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени и принимаемый в зависимости от класса бетона (B25) = 1,34;

εb– коэффициент, учитывающий асимметрию цикла напряжений в бетоне и принимаемый в зависимости от значения (ρ =0,061) = 1,00

εps– коэффициент, учитывающий асимметрию цикла напряжений в арматуре и принимаемый в зависимости от значения (ρ =0,061) и класса арматуры (A-III) = 0,57;

βρω– коэффициент, учитывающий влияние на условия работы арматуры наличия сварных стыков. Для соединений стержней контактной и точечной сваркой при условии механической зачистки их концов βρω =1,0;

Rb и Rs– расчетные сопротивления бетона и арматуры при расчетах на прочность.

Т.к. условие не выполняется, то  увеличиваем площадь рабочей арматуры

                         

3.2.3. Расчет наклонных сечений плиты на прочность

Проверка прочности по поперечной силе наклонных сечений плиты производится из условия, ограничивающего развитие наклонных трещин:

где Qi – поперечная сила в расчетном сечении;

Rb– расчетное сопротивление бетона осевому растяжению.

Условие выполняется, поэтому поперечное армирование не требуется.

3.2.4. Расчет на трещеностойкость

Определение ширины раскрытия поперечных трещин производим по формуле:

где Δсr = 0,02 см – предельное значение расчетной ширины раскрытия трещины;

- напряжение в рабочей арматуре;

Es – модуль упругости не напрягаемой арматуры;

- радиус армирования;

где  - площадь зоны взаимодействия арматуры с бетоном.

3.РАСЧЕТ ГЛАВНЫХ БАЛОК ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ

3.1.Определение расчетных усилий

Постоянная нагрузка на пролетное строение складывается из собственного веса конструкции и веса мостового полотна.

Нормативная нагрузка на 1 пог. м главной балки определяется, кН/м2.

от собственного веса

от веса мостового полотна с ездой на балласте

где V и lп – объем железобетона и полная длина пролетного строения;

n – число главных балок;

bб – ширина балластного корыта = 3.6 м, для однопутных мостов.

Коэффициенты надежности по нагрузке f для постоянных нагрузок при расчете на прочность принимаются:

для собственного веса конструкции f1 = 1,1;

для веса мостового полотна с ездой на балласте f2 = 1,3;

При расчете на прочность нормативная временная нагрузка по схеме СК, при однозначной линии влияния используется в расчетах в виде:

Интенсивность эквивалентной нагрузки зависит от параметров и , определяющих положение вершины и длину загружаемого участка линии влияния (рис. 3).

Рис.3. Линии влияния усилий в разрезной балке

;  

       

       

3.1.1.При расчете на прочность. 

3.1.2.При расчете на трещиностойкость

Определяются от действия на конструкцию нормативных нагрузок по вышеприведенным формулам. Коэффициенты надежности по нагрузке принимаются равными:  (1 + ) =f = f1 = f1 = 1.

3.2.Расчет балки из обычного железобетона

3.2.1.Расчет на прочность по изгибающему моменту

Расчету балки предшествует выбор типа поперечного сечения и назначение основных размеров (высота, ширина плиты, толщина ребра).

Рис.4. Расчетная схемы поперечных сечений главной балки.

Ориентировочно назначается:

центр тяжести арматуры на расстоянии аs = 0,15 м.

высота главной балки h0 = 1,20 м.

Расчет на прочность по изгибающему моменту производится, начиная с наиболее нагруженного сечения. Определяем в первом приближении высоту сжатой зоны бетона при действии расчетного момента.

Т.к. x1 < hf’ то сечение работает как прямоугольное и необходимая площадь рабочей арматуры

Определяем количество стержней арматуры:

Примем количество стержней равным 28 штук.

где As1 - площадь сечения одного стержня (для стержня  24 мм As1 = 4,52 см²);

После уточнения площади арматуры с учетом принятого количества стержней определяем высоту сжатой зоны:

где As - уточненная площадь арматуры (As = nст∙As1 = 28∙4.52 = 126.56 см²);

Плечо пары внутренних сил:

z = h0 - 0.5∙x2 = 1.20 - 0.5∙0.1369 = 1.13155 м.

Проверяем прочность сечения по изгибающему моменту:

Мпр = RS ∙ AS ∙ z ∙ Mi

Мпр = 330000 ∙ 0.0124 ∙ 1.13155= 4660.3 кНм  М= 4651.52 кНм.

Проверка сходится, следовательно,  сечение из условия прочности подобрано правильно.

3.2.2.Расчет на трещиностойкость по касательным напряжениям

Расчет по касательным напряжениям выполняется в предположении упругой работы конструкции, но без учета бетона растянутой зоны. В расчете ограничивается величина касательных напряжений, действующих по нейтральной оси сечения.

Касательные напряжения могут быть определены приближенно по формуле:

где  - поперечная сила в рассматриваемом сечении от нормативных нагрузок

Тогда   

Условие выполняется прочность обеспечена.

2.2.3.Расчет на прочность по поперечной силе

При расчете на прочность по поперечной силе предполагается, что в предельном состоянии образуется наклонная трещина в бетоне, разделяющая элемент на две части. Поперечная сила в наклонном сечении воспринимается отогнутой арматурой, хомутами и бетоном сжатой зоны.

Места отгибов стержней рабочей арматуры согласуем с эпюрой действующих в балке изгибающих элементов. Для этого точки отгибов сносим на эпюру М, следя, чтобы предельный момент оставшихся стержней не был меньше расчетного момента в сечении. Для построения эпюры материалов используем приближенную зависимость, считая, что предельный момент, воспринимаемый сечением с одним стержнем рабочей арматуры.

Мпр = Мпр/nст = 4660.3 /28 = 166.44 кНм.

Проверка прочности наклонного сечения на действия наклонного сечения рис.5. на действие поперечной силы производится из условия:

где Q – максимальное значение поперечной силы от внешних нагрузок, расположенных по одну сторону от наклонного сечения

Rsw = 0,8 Rs – расчетное сопротивление арматуры отогнутых стержней или хомутов (для арматуры класса A III Rs = 0.8330000 = 264000 кН/м2);

Asi и Asw – площади поперечного сечения соответственно одного отогнутого стержня и всех ветвей одного хомута, пересекающих наклонное сечение Asi = 4,52 см² ,                  

где nsw – число ветвей одного хомута;

     dsw – диаметр хомутов (принимаем равным 12 мм).

- поперечное усилие, передаваемое на бетон сжатой зоны сечения;

В сечении

Принимаем

В сечении

Принимаем

Примем шаг хомутов на концевом участке asw = 10 см, на приопорном участке asw = 15 см, на среднем участке asw = 20 см.

Для наклонного сечения 450 (для приопорного участка с = 0,9103 м, в середине пролета с = 2,1 м) получим:

Для приопорного участка

Для середины пролета:

Для наклонного сечения 300 (для приопорного участка с = 1,6 м) получим:

Для приопорного участка

Для наклонного сечения 600 (для приопорного участка с = 0,5 м) получим:

Для приопорного участка

Условия выполняются прочность обеспечена


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Мосты и тоннели / Под ред. В. О. Осипова. – М.:Транспорт, 1988..

Расчет балочных пролетных строений железобетонных: Учеб. пособие /Э.С. Карапетов, Е.Д.Максарев. – СПб.: ПГУПС, 2005. – 50 с.

Железобетонные мосты. Разработка вариантов. Учеб. Пособие/Г.И. Богданов, В.Н. Смирнов. – СПб.: ПГУПС, 2004. – 128 с.


57
0

2090

50

90

P

qб

п

Pт

Pп

l1=0.550 м

l2 = 0,66 м

l3 =  0.94 м

bт/2 =

0,285 м.

l4 = 1.510 м

lk =0,65м

2

2

1

1

hт = 0.1м

hпл = 0.2 м


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23900. Гомер Одиссея 26.48 KB
  Одиссея поэма сказочная и бытовая действие ее разворачивается с одной стороны в волшебных краях великанов и чудовищ где скитался Одиссей с другой в его маленьком царстве на острове Итаке и в ее окрестностях где ждали Одиссея его жена Пенелопа и его сын Телемах. Обо всем что было раньше Одиссей рассказывает на пиру в середине поэмы и рассказывает очень сжато: на все эти сказочные приключения в поэме приходится страниц пятьдесят из трехсот. В Троянской войне Одиссей очень много сделал для греков особенно там где нужна была...
23901. Еврипид Ифигения в Авлиде 17.11 KB
  Греки собрались на них огромным войском во главе его встал аргосский царь Агамемнон брат Менелая и муж Клитемнестры сестры Елены. Может быть Агамемнон на досуге развлекаясь охотою одной стрелою поразил лань и не в меру гордо воскликнул что сама Артемида не ударила бы метче а это было оскорблением богине. Гадатель сказал: богиня требует себе человеческой жертвы пусть на алтаре будет зарезана родная дочь Агамемнона и Клитемнестры красавица Ифигения. За Ифигенией послали гонцов: пусть ее привезут в греческий стан царь Агамемнон...
23902. Еврипид Ифигения в Тавриде 17.56 KB
  У великого аргосского царя Агамемнона главного вождя греческой рати в Троянской войне была жена Клитемнестра и было от нее трое детей: старшая дочь Ифигения средняя дочь Электра и младший сын Орест. Агамемнон сделал это; как это произошло Еврипид показал в трагедии Ифигения в Авлиде. При этом храме Ифигения стала жрицей.
23903. Еврипид Медея 17.48 KB
  В Колхиде правил могучий царь сын Солнца; дочь его царевнаволшебница Медея полюбила Ясона они поклялись друг Другу в верности и она спасла его. Вовторых когда они отплывали из Колхиды Медея из любви к мужу убила родного брата и разбросала куски его тела по берегу; преследовавшие их колхидяне задержались погребая его и не смогли настичь беглецов. Втретьих когда они вернулись в Иолк Медея чтобы спасти Ясона от коварства Пелия предложила дочерям Пелия зарезать их старого отца обещав после этого воскресить его юным.
23904. Софокл Антигона 17.64 KB
  Когда Эдип отрекся от власти и удалился в изгнание править стали вдвоем Этеокл и Полиник под надзором старого Креонта свойственника и советника Эдипа. После гибели Этеокла и Полиника власть над Фивами принял Креонт. Но Креонт думал не о людях и не о богах а о государстве и власти. Навстречу хору выходит Креонт и оглашает свой указ: герою честь злодею срам тело Полиника брошено на поругание к нему приставлена стража кто нарушит царский указ тому смерть.
23905. Софокл Трахинянки 17.08 KB
  Знаменит он только тем что в нем прожил свои последние годы величайший из греческих героев Геракл сын Зевса. Почти все греческие герои были царями в разных городах и городках кроме Геракла. Когда Геракл кончил свою подневольную службу он пошел на край Греции свататься к Деянире. Геракл схватился с богом в борьбе придавил его как гора; тот обернулся змеем Геракл стиснул ему горло; тот обернулся быком Геракл сломил ему рог.
23906. Филоктет - характеристика литературного героя 14.8 KB
  Филоктет характеристика литературного героя персонажа Филоктет ФИЛОКТЕТ герой трагедии Софокла Филоктет поставлена в 409 г. создали кроме Софокла и Эсхил и Еврипид обе хронологически предшествовали Софокловой но последние произведения не сохранились. на пути под Трою во время жертвоприношения у Софокла на Хрисе около Лемноса по другим версиям на о. исключительный для Софокла случай наученный Одиссеем выдает себя за жертву Атридов.
23907. Софокл Царь Эдип 16.7 KB
  Назвали мальчика Эдип. Эдип вырос сильным и умным. Эдип был в ужасе.
23908. Софокл Эдип в Колоне 16.43 KB
  Среди этой рощи стоял алтарь в честь героя Эдипа: считалось что этот фиванский герой здесь похоронен и охраняет эту землю. От кровосмесительного брака с матерью у Эдипа были два сына и две дочери: Этеокл и Полиник Антигона и Исмена. Когда Эдип ослепил себя за грехи и ушел от власти оба сына отшатнулись от него.