Проект капитального моста на автомобильной дороге

Анализ исходных данных

Заданием предусмотрено проектирование моста на автомобильной дороге II технической категории  через внутренний водный путь VI класса отверстием 120м.

Задание регламентирует выполнение следующих нормативных и расчетных показателей:

1. по таблице 1 обязательного приложения 1 [1] габарит моста 11,5м;
2. по таблице 2 [2] подмостовые габариты:

·   по ширине не менее 40 и 60м;

·   по высоте 9,5м.

Наименьшая отметка низа конструкции (НК) будет: отм.РСГ+9,5=516,8+9,5=526,3м (по условию безопасного пропуска судов).

Размывающая скорость составляет 0,8 м/с, но с учетом большого колебания уровня воды (ГВВ-ГМВ=518-512=6 м) может увеличиваться в два раза (т.е. до 1,6 м/с). Ширина реки при ГМВ составляет 83м, max глубина 12м; при ГВВ - 120м, max глубина 18м, при РСГ 111,32м, max глубина 16,8м.

Минимальный размер подмостового габарита по ширине для безопасного пропуска ледохода должен составлять:

Геологические данные мостового перехода:

·   Пойменные части сложены супесью и песком, также имеется гравийно-песчаная смесь, далее расположены аргелиты.

·   Русловая часть сложена гравийно-песчаной смесью, на глубине 5-6м начинаются аргелиты.

Варианты мостов и их описание.

Вариант 1

            Комбинированный по материалу мост общей длиной L=148,44м. Схема моста 18+104+18м. Отверстие моста при ГВВ 120,39м.

            Русло перекрыто  двумя главными металлическими фермами длиной по 104м каждая с полигональными поясами и треугольной решеткой, с шагом расстановки С=13,4м. Фермы имеют 8 панелей по 13м каждая. Высота ферм 14,1м. Проезжая часть состоит из ж/б плит, толщиною 15см, уложенных на металлическую балочную клетку, состоящую из поперечных балок (17шт) с шагом расстановки с=6,5 м и продольных вспомогательных балок (6шт) с шагом расстановки с=2,45м. Тротуары, шириной 1м, вынесены на консоли за пределы фермы. Полная ширина фермы в поперечном сечении 16м.

            Поймы перекрыты ж/б ПС, состоящими из типовых преднапряженных ребристых балок заводского изготовления. Длина их составляет - 18м,  высота – 1,2м. шаг расстановки балок 2,45м. Балки объединены продольными швами омоноличивания, шириною 0,65см. В поперечном сечении укладывается 6 балок. Общая ширина пролетного строения 14,3м.  

        Русловые опоры массивные — верхняя часть состоит из 3-х оболочек диаметром по 1,2м и высотой 6,4м, объединенных ригелем, нижняя часть массивная закругленная с размерами 15,2×1,8×0,9м – 1-я опора и 15,2×1,8×7,02м – 2-я опора. Фундамент сплошной с размерами 15,8×2,4×3,0м. Подошвы фундаментов находятся на отметке 513,5м. – 1-я и 507,4м. – 2-я. Общая высота опоры составляет 8,62м. и 14,73м.     

        Пойменные опоры выполнены из ж/б оболочек диаметром 1,2м и длиною 10,1м и 9,88м., заполненных песком.  Количество  в опоре  - 3 штуки, сверху объединены шкафной полкой.      

Высота насыпи на подходах к мосту составляет:

·   Для левой поймы — 5,53м

·   Для правой поймы — 4,67м.

Вариант 2

            Комбинированный по материалу мост общей длиной L=148,44м. Схема моста 18+104+18м. Отверстие моста при ГВВ 120,39м.

            Русло перекрыто  двумя главными металлическими фермами длиной по 104м каждая с параллельными поясами и треугольной решеткой, с шагом расстановки С=13,4м. Фермы имеют 5 панелей по 20,8м каждая. Высота ферм 13м. Проезжая часть состоит из ж/б плит, толщиною 15см, уложенных на металлическую балочную клетку, состоящую из поперечных балок (11шт) с шагом расстановки с=10,4 м и продольных вспомогательных балок (6шт) с шагом расстановки с=2,45м. Тротуары, шириной 1м, вынесены на консоли за пределы фермы. Полная ширина фермы в поперечном сечении 16м.

            Поймы перекрыты ж/б ПС, состоящими из типовых преднапряженных ребристых балок заводского изготовления. Длина их составляет - 18м,  высота – 1,2м. шаг расстановки балок 2,45м. Балки объединены продольными швами омоноличивания, шириною 0,65см. В поперечном сечении укладывается 6 балок. Общая ширина пролетного строения 14,3м.  

        Русловые опоры массивные — верхняя часть состоит из 3-х оболочек диаметром по 1,2м и высотой 6,4м, объединенных ригелем, нижняя часть массивная закругленная с размерами 15,2×1,8×0,9м – 1-я опора и 15,2×1,8×7,02м – 2-я опора. Фундамент сплошной с размерами 15,8×2,4×3,0м. Подошвы фундаментов находятся на отметке 513,5м. – 1-я и 507,4м. – 2-я. Общая высота опоры составляет 8,62м. и 14,73м.     

        Пойменные опоры выполнены из ж/б оболочек диаметром 1,2м и длиною 10,1м и 9,88м., заполненных песком.  Количество  в опоре  - 3 штуки, сверху объединены шкафной полкой.      

Высота насыпи на подходах к мосту составляет:

·   Для левой поймы — 5,53м

·   Для правой поймы — 4,67м.

Вариант 3

Комбинированный по материалу мост общей длиной L=155,61м. Схема моста 12+124+12м. Отверстие моста при ГВВ 125,4м.

         Русло перекрыто  двумя главными металлическими сегментными фермами с жестким нижним поясом  длиной по 124м каждая, с шагом расстановки С=13,4м. Фермы имеют 4 панели по 17,7м и 2 панели по 26,6м каждая. Высота ферм 18,24м. Проезжая часть состоит из ж/б плит, толщиною 15см, уложенных на металлическую балочную клетку, состоящую из поперечных балок (11шт) с шагом расстановки с=4,43м. Тротуары, шириной 1м, вынесены на консоли за пределы фермы. Полная ширина фермы в поперечном сечении 16м.

            Поймы перекрыты ж/б ПС, состоящими из типовых преднапряженных ребристых балок заводского изготовления. Длина их составляет - 12м,  высота – 0,9м. шаг расстановки балок 2,45м. Балки объединены продольными швами омоноличивания, шириною 0,65см. В поперечном сечении укладывается 6 балок. Общая ширина пролетного строения 14,3м.  

        Русловые опоры массивные — верхняя часть состоит из 3-х оболочек диаметром по 1,2м и высотой 6,71м, объединенных ригелем, нижняя часть массивная закругленная с размерами 15,2×1,8×1,5м – 1-я опора и 15,2×1,8×1,5м – 2-я опора. Фундамент сплошной с размерами 15,8×2,4×3,0м. Подошвы фундаментов находятся на отметке 514,09м. – 1-я и 516,52м. – 2-я. Общая высота опоры составляет 11,21м. и 8,78м. 

        Пойменные опоры выполнены из ж/б оболочек диаметром 1,2м и длиною 12,25м и 9,08м., заполненных песком.  Количество  в опоре  - 3 штуки, сверху объединены шкафной полкой.      

Высота насыпи на подходах к мосту составляет:

·   Для левой поймы — 6м

·   Для правой поймы — 3,85м.

Подсчет объемов и стоимости работ

Вариант №1

Мост по схеме 18+104+18 м

Вариант №2

Мост по схеме 18+104+18м

Вариант №3

Мост по схеме 12+124+12м

№ п.п.

Краткая характеристика

Технико-экономические показатели

Стоимость

Расход основных материалов

Условия изготовления и строит-ва

Трудозатраты и срок строит-ва

ч-дн/м²

Общая, тыс.руб.

1 м²,

руб.

бетон, м³

сталь, кг

Земл-е работы, м³

общ.

на 1м²

общ.

на 1м²

высокопр.

общ

на 1м²

I

Lобщ=148,44 м 18+104+18м.

ПС ребристая балка (L=18м, h=1,2м, b=14,3м) ПС разрез- ная полигональная ферма          ( L=1044 м, h=13м,  b=16 м)

(Материал – сталь и ж/б.

459,93

189

1275,84

0,5855

494310

226,95

34440 

15,8

Предварите-льная сборка и установка кранами

II

Lобщ=148,44м 14+104+18м.

ПС ребристая балка (L=18м, h=1,2м, b=14,3м) ПС разрез- ная ферма с парал-ми пояса ми (L=104м, h=13м, b=16 м) (Материал – сталь и ж/б.

458,1716

200

1255,8

0,57637

584660

268,44

34440

15,8

Предварите-льная сборка и установка кранами

III

Lобщ=155,61 м 12+134+13м.

ПС ребристая балка (L=12м, h=0,9м, b=14,3м) ПС разрез- ная сегментная ферма                 ( L=124 м, h=18,24м,  b=16 м)

(Материал – сталь и ж/б.

524,7193

225

1388,82

0,597

682065

293

22500

9,67

Предварите-льная сборка и установка кранами

Выбор варианта моста

     По итогам технико-экономических показателей принимаем к проектированию Вариант № 2, как наиболее дешевый и экономичный.

Загрузка Линий Влияния

Площадь линий влияния расчетных стержней

усилие

обозначение усилий

Размерность площади л.в.

Сумма положительных участков

Сумма отрицательных участков

Суммарная площадь

L1=41,6+4,62

L2=52+5,78

1

2

3

4

5

6

7

8

-

N1-

1×м

-

-

-

-124,8

-124,800

+

N2+

1×м

-

-

130

-

130,000

+

N3+

1×м

-

-

10,4

-

10,400

+

N4+

1×м

11,83

-

11,83

-

-6,690

-

N4-

1×м

-

-18,52

-

-18,52

-

N5-

1×м

-

-

-

-59,96

-59,960

Усилия в стержнях от постоянной нагрузки

Усилие

Суммарная площадь

Усилие от собств.веса П.С g1

Усилие от второй ч. Пост. нагр  g2

нормативные

расчетные

нормативные

расчетные

Gf>1

Gf=0,9

Gf>1

Gf=0,9

1

2

3

4

5

6

7

8

N1-

-124,80

-6849,024

-7533,926

-6164,12

-2881,632

-3847,21

-2593,46

N2+

130,000

7134,400

7847,840

6420,960

3001,700

4007,510

2701,530

N3+

10,400

570,752

627,827

513,677

240,136

320,601

216,122

N4-

-6,690

-367,147

-403,862

-330,432

-154,472

-206,233

-139,025

N5-

-59,960

-3290,605

-3619,665

-2961,54

-1384,476

-1848,38

-1246,02

Усилия в стержнях от нагрузки НК

Усилие

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Y8

Σ Y

1+µ

Усилия

нормат.

расчетн

N1-

-2,19

-2,26

-2,33

-2,4

-1,94

-1,89

-1,85

-1,8

-16,66

1,106

-2716,355

-2716,35

N2+

2,04

2,1

2,15

2,21

2,21

2,15

2,1

2,04

17

1,106

2771,7908

2771,791

N3+

0,827

0,942

0,942

0,827

0

0

0

0

3,538

1,106

576,85859

576,8586

N4+

0,219

0,305

0,32

0,335

0,482

0,497

0,512

0,379

3,049

1,157

520,0525

520,0525

N4-

-0,508

-0,641

-0,626

-0,611

-0,463

-0,449

-0,434

-0,419

-4,151

1,179

-721,4778

-721,477

N5-

-1,02

-1,153

-1,138

-1,123

-0,976

-0,961

-0,946

-0,931

-8,248

1,106

-1344,808

-1344,80

         К_ПУ=0,780                             Р=18 К=252 кН

Усилия в стержнях от нагрузки АК  

Усилие

λ

(1+μ)

A уч загруж

P тротуаров

Ymax/min

Усилия в расчетных стержнях

Суммарная Ак

от тележки АК

от полосовой нагрузки АК

от пешеходов

нормат.

Gf=1,2

нормат.

Gf=1,2

нормат.

Gf=1,2

нормат.

Gf=1,2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

N1-

104

1,1060071

-124,800

1,8816

-2,4

-523,9819

-628,7783

-2266,7234

-2720,068

-137,6498

-165,18

-2928,36

-3514,03

N2+

104

1,1060071

130,000

1,8816

2,5

545,8145

654,97739

2361,1702

2833,4043

143,3852

172,0623

3050,37

3660,444

N3+

104

1,1060071

10,400

1,8816

1

218,3258

261,99095

188,89362

226,67234

11,47082

13,76498

418,6902

502,4283

N4+

46,22

1,1791687

11,830

3,014088

0,512

119,1772

143,01259

229,07976

274,89571

22,28397

26,74076

370,5409

444,6491

N4-

57,78

1,1574307

-18,520

2,787512

-0,641

-146,4536

-175,7444

-352,0157

-422,4188

-31,66858

-38,0023

-530,138

-636,166

N5-

104

1,1060071

-59,960

1,8816

-1,153

-251,7296

-302,0756

-1089,0444

-1306,853

-66,13368

-79,3604

-1406,91

-1688,29

                                                                                      К_ПУ (АК тележки)=1,41     К_ПУ (АК полос)=1,173    К_ПУ (трот)=0,530

Сводная таблица усилий

Усилие

от постоянной нагрузки (собств вес ПС)

Max динамич. нагр. НК

g1

g2

нормативная

расчетн

нормативная

расчетн

норм

Расч. Gf>1

норм

Расч. Gf>1

N1-

-6849,024

-7533,926

-2881,632

-3847,210

-2928,355

-3514,026

-12659,011

-14895,162

N2+

7134,400

7847,840

3001,700

4007,510

3050,37

3660,444

13186,470

15515,794

N3+

570,752

627,827

240,136

320,601

576,8586

576,85859

1387,747

1525,287

N4+

-367,147

-403,862

-154,472

-206,233

520,053

520,0525

-1,567

-90,042

N4-

-367,147

-403,862

-154,472

-206,233

-721,478

-721,4778

-1243,097

-1331,572

N5-

-3290,605

-3619,665

-1384,476

-1848,387

-1406,908

-1688,289

-6081,989

-7156,341

Сбор постоянных нагрузок

  Вариант №2.  Комбинированный по материалу мост общей длиной L=148,44м. Полная ширина фермы в поперечном сечении 16м.

Наименование нагрузки и ее подсчёт

Нормативное значение кН/м

Коэфф. Надежности гаммаf

Расч-ные знач-я

Асфальтобетон тротуаров толщиной 2см

1

1,5

1,5

2×1×0,02×1,25×2×10

Асфальтобетон проезжей части толщиной 5см

11,5

1,5

17,25

1×10×0,05×2,3×10

Защитный слой толщиной 4см

15,36

1,3

19,968

1×16×0,04×2,4×10

Гидроизоляция толщиной 1см

2,4

1,3

3,12

1×16×0,01×1,5×10

Выравнивающий слой толщиной 3см

11,52

1,3

14,976

1×16×0,03×2,4×10

Стальные перила

2

1,1

2,2

2×1

Полужесткий барьер

2,4

1,1

2,64

2×1,2

Итого вторая часть постоянной нагрузки g2

46,18

61,654

Плита проезжей части толщиной 15см

1×16×0,15×2,5×10

60

1,1

66

Собственный вес фермы, т

49,76

1,1

54,736

q*b*k=0,311×16×1×10

Итого первая часть постоянной нагрузки g1

109,76

120,736

                Нормативную временную нагрузку для пешеходных мостов и тротуаров следует принимать в виде:

1) вертикальной равномерно распределенной нагрузки:

  а) на тротуары мостов (при учете совместно с другими действующими нагрузками) — по формуле

                             ,                                

где l - длина загружения (сумма длин при загружении двух участков и более), м;

Динамические коэффициенты 1+m к нагрузкам от подвижного состава железных, автомобильных и городских дорог следует принимать равными:

  а) элементов автодорожных и городских мостов всех систем, кроме главных ферм (балок) и пилонов висячих и вантовых мостов

Кpu=0,5×[ s₁×(у₁+у₂)+s₂×(у₃+у₄)]

Кpu=0,5×[1× (0,888+0,746)+0,6×(0,664+0,522)] =1,173 ( АК полосовой)

Кpu=0,5×[1× (0,888+0,746)+1× (0,664+0,522)] = 1,41 ( АК тележки)

Кpu=0,5×[1× (1,06)] = 0,530 (тротуаров)

Кpu=0,5×[1×(0,881+0,679)] = 0,780 (НК)

Подбор сечений элементов фермы 

         Материал элементов фермы — сталь 15ХСНД по ГОСТ 6713-75 с толщиною проката 8-32мм и расчетными сопротивлениями Rу=295 Мпа и Ru=400 Мпа.

1 Расчет элементов верхнего пояса (усилие N 1):

1.1 По условию прочности:

         Расчет ведем по условию прочности центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов:

  где m=1 — коэффициент условия работы, принимаемый по табл. 60 СНиП 2.05.03-84

           Ry — расчетное сопротивление стали, определенное по пределу текучести, МПа

           А_n — площадь сечения нетто, см²

Требуемая рабочая площадь элемента:

          Потери в сечении принимаем 25% (с учетом перфорационных отверстий и соединения элементов):

Напряжение верхнего пояса:

          291,4 МПа < 295 МПа — условие прочности выполнено

1.2 По условию устойчивости:

Расчет ведем по условию устойчивости

 где m=1 — коэффициент условия работы, принимаемый по табл. 60 СНиП 2.05.03-84

          Ry — расчетное сопротивление стали, определенное по пределу текучести, МПа

           А — площадь сечения брутто фактич, см²

            φ — коэффициент продольного изгиба

Положение центра тяжести верхнего пояса:

Моменты инерции верхнего пояса:

            Радиусы инерции верхнего пояса:

Расчетная длина элемента

    µ=0,5 т.к элемент находится в жесткой заделке

            Гибкость верхнего пояса:

   =>     φ=0,953

            Напряжение верхнего пояса

          231,3 МПа < 295 МПа условие устойчивости выполнено.

2 Расчет элементов раскоса (усилие N 5 - ):

2.1 По условию прочности:

         Расчет ведем по условию прочности центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов:

   Требуемая рабочая площадь элемента:   

Потери в сечении принимаем 30% (с учетом большой гибкости элемента)

Напряжение раскоса:

          289,6 МПа < 295 МПа — условие прочности выполнено.

2.2 По условию устойчивости:

Расчет ведем по условию устойчивости:

Моменты инерции раскоса:

            Радиусы инерции раскоса:

Расчетная длина элемента

    µ=0,5 т.к элемент находится в жесткой заделке

            Гибкость раскоса:

  =>     φ=0,847

            Напряжение раскоса

           239,4 МПа < 295 МПа условие устойчивости выполнено.

2 Расчет элементов раскоса (усилие N 4 ):

2.1 По условию прочности:

         Расчет ведем по условию прочности центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов:

   Требуемая рабочая площадь элемента:   

Потери в сечении принимаем 30%

Напряжение раскоса:

          179 МПа < 295 МПа — условие прочности выполнено.

2.2 По условию устойчивости:

Расчет ведем по условию устойчивости:

Моменты инерции раскоса:

            Радиусы инерции раскоса:

Расчетная длина элемента

    µ=0,5 т.к элемент находится в жесткой заделке

            Гибкость раскоса:

  =>     φ=0,509

            Напряжение раскоса

          246 МПа < 295 МПа условие устойчивости выполнено.

2.3 Расчет  на выносливость :

            Условие выносливости:            

 где —абсолютное наибольшее нормальное напряжение

             — коэффициент

          m=1 — коэффициент условия работы, принимаемый по табл. 60 СНиП 2.05.03-84

             Ry — расчетное сопротивление стали, определенное по пределу текучести, МПа

  Коэффициент  следует определять по формуле:

  где ζ — коэффициент, равный 0,7 для автодорожных и городских мостов

      — коэффициент, зависящий от длины загружения  λ линии влияния при определении   α и δ — коэффициенты, учитывающие марку стали и нестационарность режима                                                                                          

                  Нагруженности, принимается по табл. 78 СНиП 2.05.03-84   

      β — эффективный коэффициент концентрации напряжений, принимаемый по табл. 1 обязательного приложения 17 СНиП 2.05.03-84 ,

      ρ — коэффициент асимметрии цикла переменных напряжений.   

               Коэффициент ρ следует определять по формуле:

          ,

     где              

               Коэффициент  следует принимать равным:

  при  

  при   

       β=1,8 для расчета стальных конструкций мостов на выносливость для ферм с ручной обработкой шва.

167 МПа < 274,64 МПа условие выносливости выполнено

2 Расчет подвески (усилие N 3+):

2.1 По условию прочности:

         Расчет ведем по условию прочности центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов:

   Требуемая рабочая площадь элемента:   

Потери в сечении принимаем 30%

Напряжение подвески:

         252,53 МПа < 295 МПа — условие прочности выполнено.

3 Расчет элементов нижнего пояса (усилие N 2 + ):

3.1 По условию прочности:

            Расчет ведем по условию прочности центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов:

   Требуемая рабочая площадь:    

потери в сечении принимаем 5% (с учетом легкости проведения сварных работ)

Напряжение нижнего пояса:

          288,5 МПа < 295 МПа — условие прочности выполнено.