Проектування елементів металевої прогонової споруди

1. Проектування елементів металевої прогонової споруди

1.1 Визначення зусиль в елементах ферми

Об'єктом розрахунку є одноколійна, металева прогонова будова з наскрізними фермами і трикутною решіткою, з додатковими стійками і підвісками з проїздом понизу.

Нижній розтягнений пояс ферми підлягає розрахунку на міцність і витривалість, а стиснутий верхній пояс - на міцність, стійкість і витривалість.

Вихідні дані для типової металевої прогонової споруди, обраної при формуванні варіанта мостового переходу, одержуються у завданні та у додатку В [7]:

- розрахунковий прогін ферми lр = 55м;

- кількість та довжина панелей - nЧd = 4x8,25+2x5,5+4x8,25 =77 м;

- висота ферми H = 8,5 м;

- клас тимчасового навантаження К=10;

- марка прокатної сталі - 10ХСНД.

По-перше треба скласти розрахункову схему прогонової споруди. Це геометрична схема однієї плоскої ферми у осях (рис. 8). На схемі приводиться маркування вузлів, розрахунковий прогін lр, висота ферми Н, довжина панелі й та кут нахилу розкосів в.

Розрахунки виконуються з прийняттям таких припущень:

- розглядається тільки основне сполучення навантажень - постійне від власної ваги та тимчасове від рухомого складу;

- з'єднання елементів у вузлах ферми - шарнірне;

- навантаження передається на ферму тільки у вузлах;

- геометричні осі елементів проходять через центри ваги їх перерізів, і тому в елементах виникають тільки поздовжні зусилля.

Для визначення зусиль треба побудувати лінії їх впливу (див. рис.8). В учбовому проекті обчислюються зусилля у найбільш навантажених елементах нижнього та верхнього поясі в середніх панелях (Н4-Н5 і В4-В5). Лінії впливу зусиль в цих елементах наведені на рис.8. Зусилля в нижньому та верхньому поясах позначені, відповідно U4 - 5 і O4 - 5. В учбовому проекті зусилля визначаються тільки від основного сполучення навантаження, яке включає власну вагу прогонової споруди і вертикальне тимчасове навантаження від рухомого складу. Оскільки для одноколійного моста можно вважати обидва навантаження розподіленими симетрично відносно осі моста, то розраховується тільки одна плоска ферма прогонової споруди. Тому обидва навантаження збираються тільки з 1/2 ширини моста. Обидва навантаження можно вважати рівномірно розподіленими по довжині розрахункового прогону.

Для подальшого обчислення навантажень та зусиль визначаються потрібні характеристики трикутних ліній впливу зусиль:

Для л.в. U4 - 5 :

,

Для л.в. O4 - 5 :

,

Таблиця 1 - Нормативна величина інтенсивності навантаження від власної ваги приймається

lp ,м	44,0	55,0	66,0	77,0	88,0	110,0
Інтенсивність навантаження g н,кН/м	33	34	36	40	45	50

Розрахункова величина навантаження від власної ваги для розрахунку на міцність дорівнює: , де гf = 1,1 - коефіцієнт надійності для постійного навантаження.

Для розрахунку на витривалість:

Нормативне значення інтенсивності вертикального тимчасового навантаження визначається за додатком Б до [7].

Для кожного елемента ферми навантаження визначається в залежності від характеристик лінії впливу: л - довжини завантаженої ділянки, б - показника положення вершини лінії впливу відносно лівого кінця.

Визначимо нормативне тимчасове навантаження в елементах ферми:

Для зусилля U4-5:

Для зусилля O4-5:

Розрахункова величина тимчасового навантаження для розрахунку на міцність стійкість:

Для зусилля U4-5: де гf - коефіцієнт надійності з навантаження:

Приймаємо 1,15.

(1+м) - динамічний коефіцієнт для металевих прогонових будов залізничних мостів:

Для зусилля О4-5:

Розрахункова величина навантаження для розрахунку на витривалість:

Для зусилля U4-5:

де

Для зусилля O4-5:

Розрахункове зусилля в обраних елементах ферми від суміснної дії власної ваги і тимчасового навантаження:

Для розрахунку на міцність і стійкість:

Для розрахунку на витривалість:

1.2 Підбирання перерізів та перевірка несучої здатності елементів ферми

Приймаємо рішення, що переріз всіх елементів буде н - подібним:

- Приймаємо ширину перерізу - 480 мм;

- Погонна товщина всіх елементів перерізу - д = 20 мм.

За умовою міцності визначимо потрібну площу перерізу елементів. Міцність стиснутих або розтягнутих елементів визначається за формулою:

(1)

де S - зусилля в елементі;

Ant - площа перерізу з врахуванням послаблення від болтових отворів;

m = 0,9 - коефіцієнт умов роботи для залізничних мостів;

Ry = 355 мПа - розрахунковий опір сталі за межею текучості.

Виходячи з формули (55) визначимо чисту (без отворів для болтів) площу (Ant) поперечних перерізів елементів верхнього та ниижнього поясів:

Для елементів нижнього поясу:

Для елементів верхнього поясу:

Приймаємо, що ослаблення перерізів складає 25% від площі брутто, тобто:

Виходячи з формули (56) обчислимо Abr (повна площа перерізу):

Верхній пояс:

Нижній пояс:

Площа брутто для даного перерізу визначається за формулою з якої ми можемо визначити висоту перерізу елементів ферми:

Для нижнього поясу:

Для верхнього поясу:

Користуючись додатком В з [7] приймаємо висоти перерізів відповідно до стандартів:

Для нижнього поясу: h1 = 480 мм;

Для верхнього поясу: h2 =450 мм.

На рис. 9 наведені прийняті розміри поперечних перерізів елементів верхнього та нижніх поясів.

Для з'єднання елементів приймаємо високоміцні болти діаметром 22 мм , а отвори для них діаметром 25 м.

Мінімальна відстань між осями болтів складає 2,5d болта, що становіть 55 мм.

Мінімальна відстань від центру болта до краю елемента складає 1,5d болта, що становить 33 мм.

Виходячи з цих вимог визначимо кількість болтів по висоті стінки перерізу (див. рис. 10).

Визначимо фактичні площі перерізів елементів за формулою:

 (2)

Для нижнього поясу:

;

Для верхнього поясу:

Визначимо ступінь ослаблення перерізу елементів за формулою:

(3)

де Аосл - ослаблена площа перерізу просвердленням отворів:

(4)

де п - кількість отворів в одній половині листа;

dотв - діаметр отворів;

д - товщина вертикального листа.

(5)

(6)

Оскільки величина ослаблення перерізу не перевищує прогнозовану (25%), то можна вважати міцність перерізу забезпечена.

Зробимо перевірку гнучкості і витривалості за формулою:

(7)

де l0 = d = 5,5 м;

rx(y) - радіус інерції перерізу відносно осі х або у, і визначається за формулою (63):

(8)

де Іх(у) - момент інерції перерізу відносно відповідної осі, який визначається за формулою (9):

(9)

Отже, дані елементи відповідають умовам жорсикості, тому остаточчні розміри елементів будуть наступними:

h1 = 480 мм h2 =450 мм

b1 = 480 мм b2 = 480 мм д1 = 20 мм д2 = 20 мм

Перевіримо елементи на міцність, використовуючи формулу:

Нижній пояс:

Верхній пояс:

Отже, міцність елеме верхнього та нижнього поясів забезпечена.

 (10)

де ц - коефіцієнт зниження несучої здатності при втраті стійкості (приймаємо з дод.Д [7] по значенні rmin, тобто при лmax = лx = 74,3 ц =0,587).

З даного розрахунку видно, що елемент втратить свою стійкість, тому визначимо Abr необхідне для виконання даної умови, використовуючи формулу:

А зміни цієї площі ми можемо досягти шляхом зміни товщини д та висоти h перерізу. Тому розрахуємо величину ?д на яку необхідно збільшити площу перерізу, принявши h = 450 мм:

Тепер використовуючи формулу (59), визначимо фактичну площу перерізу:

А розміщення болтів у переріз буде наступним.

1.3 Розрахунок витривалості

На відміну від розрахунку на міцність розрахункове навантаження приймається не більше з можливих (з коефіцієнтом надійності за навантаженням та динамічним коефіцієнтом), а найбільш вірогідне - нормативне зі зменшеним динамічним коефіцієнтом. Перевірка витривалості виконується за формулою:

(11)

де SBmax - найбільше за модулем зусилля в елементі;

гw - коефіцієнт, який для залізничних мостів при довжині завантаження лінії впливу зусилля не менше за 25 м визначається за формулою:

(12)

де верхні знаки у знаменнику формули використовуються при перевірці на розтяг,а нижні - на стиск;

в = 1,3 - ефективний коефіцієнт концентрації напружень;

с - коефіцієнт асиметрії циклу зміни напружень, який визначається за формулою (68):

Нижній пояс: , в даному випадку SВmax = UB4-5 (яке виникає при сумісній дії власної ваги і навантаження від рухомого складу).

, - мінімальне напруження виникає від дії власної ваги.

- умову виконано.

Верхній пояс: SВmax = OB4-5 = 5363,09 кН

- умову виконано.

Отже, витривалість елементів верхнього та нижнього поясів забезпечена.

1.4 Розрахунок стику нижнього поясу ферми

Необхідно визначити кількість високоміцних болтів для з'єднання елементів нижнього поясу. Визначимо кількість болтів в стику, які кріплять елемент Н4-5, використовуючи формулу:

де Qbh = 94 кН - розрахункове зусилля на один болтоконтакт;

с = 1 - кількість болтоконтактів у з'єднанні.

Список використаної літератури

Розрахунки мостів Ч.1: Методичні вказівки до самостійної роботи студентів. /Укладач Г.М. Ейхе - К, 2002-32 с.

Мосты и тоннели на железных дорогах / Под ред. проф. В.О. Осипова. М.: Транспорт, 1988.-367 с.

СНиП II.05.03-84. Мосты и труби. Нормы проектирования / Минстрой России. М.: ГП ЦПП, 1966.-214 с.

Норми оформлення технічної документації: Методичні вказівки для виконання курсових і дипломних проектів. / Cклав Г.М. Талавіра.-К, 2002.-52 с.

ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.- М.: Изд-во стандартов, 1995.

Розрахунок металевих прогонових будов мостів. Ч 1: Методичні вказівки до самостійної роботи студентів. /Укладач Г.М. Ейхе - К, 2002-24 с.