Расчет главной балки пролетного строения
Проект стального пролетного строения со сплошной главной балкой под железнодорожную нагрузку. Характеристики нагрузок, габарита, материального исполнения пролетного строения. Подбор сечения главной балки. Проектирование и расчет монтажного стыка балок.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.02.2012 |
| Размер файла | 221,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
В области строительства искусственных сооружений одним из главных направлений является дальнейшее повышение индустриализации путем ускорения комплексной механизации, организации поточного производства элементов конструкций и их монтажа. В настоящее время стальные мосты наиболее полно удовлетворяют этим условиям.
Большим преимуществом стальных мостов является максимальная индустриализация их изготовления на специальных заводах, применение автоматической электросварки, высокое качество и степень заводской готовности комплексной механизации и малая трудоемкость монтажа различными способами, в любое время года и очень короткие сроки.
Стальные пролетные строения имеют длительный срок службы.
- Стальные мосты сооружают на различных дорогах в районах с любыми климатическими условиями. На железных дорогах нашей страны они составляют более 50% протяженности всех мостов.
1. Исходные данные
1.1 Характеристики нагрузок, габарита, материального исполнения пролетного строения
В соответствии с заданием на разработку курсовой работы требуется запроектировать стальное пролетное строение со сплошной главной балкой под нормативную временную нагрузку от железнодорожного подвижного состава С-14.
Габарит приближения строения «С».
Заданный тип исполнения - северное А. Тип сечения главной балки - двутавровое. Вид мостового полотна - безбалластная железобетонная плита. Тип соединения - фрикционно-сварное. Марка стали - 15ХСНД.
Характеристики принятой марки стали приведены в таблице 1.1, составленной по данным таблицы 50 [1].
Таблица 1.1. Характеристики стали
|
Марка стали |
Толщина проката, мм |
Нормативное сопротивление, МПа |
Расчетное сопротивление, МПа |
||||
|
По пределу текучести |
По временному сопротивлению |
По пределу текучести |
По временному сопротивлению, |
Сдвигу |
|||
|
15ХСНД |
8-32 |
340 |
490 |
295 |
415 |
169,3 |
|
|
15ХСНД |
33-50 |
330 |
470 |
285 |
400 |
164,3 |
1.2 Конструктивная характеристика пролетного строения
Типовое пролетное строение по Типовому проекту представляет собой две двутавровые балки, жестко объединенные между собой системой продольных и поперечных связей. Характеристики типового решения пролетного строения приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Характеристики типового пролетного строения lp = 23,0 м
|
Расчетная длина lр, м |
Полная длина lп, м |
Высота балки hб, м |
|
|
23,0 |
23,6 |
2,25 |
Главная балка пролетного строения составного сечения. Объединение горизонтальных поясов и вертикальной стенкой - сварное, объединение главных балок в пролетное строение - фрикционное.
2. Расчет главной балки пролетного строения
2.1 Сбор нагрузок и определение расчетных усилий
Расчетные усилия (изгибающие моменты в середине и четверти пролета и перерезывающей силы в опорном сечении и в четверти пролета) определяются от воздействия постоянных и временных нагрузок распределенных по длине пролета.
Постоянная нагрузка складывается из нагрузок от веса пролетного строения gб =14 кН/м и от веса мостового полотна gбмп =20 кН/м.
Временная нагрузка от подвижного состава железных дорог определим по таблице 1.п.5.[1] в зависимости от характеристик линий влияния (;).
Расчетные усилия по методу предельных состояний для расчетов на прочность определяются по формуле:
где, Sр - расчетное усилие;
fgi и fg - коэффициенты надежности по нагрузке (постоянной и временной соответственно), определяемые по таблице 8, таблице 13 [1];
1+ - динамический коэффициент, для железнодорожных мостов вычисляемый по формуле:
;
;
где fgi = 1,1; ? fgi = 1,2; f? (при = 23,0м) = 1,219;
кНм;
кНм;
кН;
f (при = 17,25м) =1,202 ;
кН
Расчетные усилия для расчетов на выносливость определяют по формулам
Где Е - коэффициент, исключающий из временной подвижной нагрузки влияние транспортера, определенный по таблице 9 [1].
Е (при = 23,6м) = 0,85;
кНм;
кНм.
Вычисленные величины расчетных усилий сведены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 - Значения расчетных усилий
|
Расчетное усилие |
Для расчетов по прочности |
Для расчетов на выносливость |
|
|
М0,5 |
10830,721 кНм |
7164,308 кНм |
|
|
М0,25 |
8629,251 кНм |
5805,416 кНм |
|
|
Q0 |
2118,347 кН |
||
|
Q0,25 |
1235,512 кН |
2.2 Подбор сечения главной балки
2.2.1 Определение требуемого момента сопротивления
Требуемый момент сопротивления Wтр сечения балки определим из условия прочности по нормальным напряжениям, принимаем:
где: m - коэффициент условий работы, равный 0,9.
Момент сопротивления:
2.2.2 Определение оптимальной высоты балки, исходя из экономических соображений
Определяем высоту плиты по формуле
где, Wтр - момент сопротивления;
tw- толщина вертикальной стенки, принимаем равной 12 мм;
k - коэффициент, равный 1,2
2.2.3 Определение высоты балки из условия жесткости
Требуемую высоту балки из условия жесткости определяем по формуле
,
где ;
;
.
2.2.4 Корректировка толщины вертикальной стенки
Корректируем толщину вертикальной стенки из расчета по касательным напряжениям:
где Rs - расчетное сопротивление на сдвиг, определяемое по формуле:
Толщину стенки оставляем равной 0,018 мм.
2.2.5 Определение требуемого момента инерции в середине пролета
Момент инерции в середине пролета определяем по формуле:
.
2.2.6 Определение момента инерции вертикальной стенки
Момент инерции вертикальной стенки определяется по формуле:
,
где tf принимается равным 0,020м;
2.2.7 Определение момента инерции поясов
Момент инерции поясов определяется по формуле:
2.2.8 Определение требуемой площади сечения поясов
Требуемая площадь сечения определяется по формуле:
.
2.2.9 Определение толщины пояса при максимальной его ширине
;
Таким образом, толщина пояса равна tf=0,020м.
2.2.10 Определение ширины пояса
Ширина пояса должна удовлетворять условиям:
.
Таким образом, принимаем ширину пояса равной 0,37 м.
Геометрические характеристики сечения балки в середине пролета приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Геометрические характеристики сечения
|
Схема сечения |
Состав сечения |
А, м2 |
Ix , м4 |
Wx , м3 |
So , м3 |
Sп, м3 |
|
|
Вертикальный 0,018х2,20 |
0,0397 |
0,01604 |
0,0338 |
0,0192 |
0,0626 |
||
|
Горизонтальный 2х0,020х0,37 |
0,0147 |
0,01102 |
|||||
|
0,038 |
2.3 Расчет на прочность по нормальным напряжениям
Производится по формуле
где1 - коэффициент, учитывающий ограниченное развитие пластических деформаций, определяемый по таблице 61[1];
Wn - минимальный момент сопротивления сечения нетто;
1 определяется в зависимости от соотношения площадей:
и .
??=1.283
МПа < МПа;
=2.73%.
2.4 Расчет на выносливость
Производится по формуле
Где max,ef - абсолютное наибольшее нормальное напряжение,
- коэффициент, принимаемый равным 1,05;
w - коэффициент, определяемый по формуле 189 [1]:
где - коэффициент, равный 1,0 для железнодорожных мостов;
- коэффициент, принимаемый по условию 192 [1],?
- (при > 22 м) = 1;
- коэффициенты, учитывающие марку стали и не стационарность режима загруженности, определяемый по таблице для стали 15ХСНД - = 0,72;? - 0,24;
- эффективный коэффициент концентрации напряжений принимаемый по таблице - коэффициент асимметрии цикла переменных напряжений,
; ,
,
.
,
=16,4%.
2.5 Изменение сечения поясов по длине балки
Из условия прочности на смятие деревянных подкладок ширину пояса в приопорном сечении bfII принимаем равной 310 мм.
Геометрические характеристики приопорного сечения приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3
Геометрические характеристики в приопорном сечении балки
|
Схема сечения |
Состав сечения |
А, м2 |
Ix , м4 |
Wx , м3 |
So , м3 |
Sп, м3 |
|
|
Вертикальный 0,018х2,20 |
0,0397 |
0,01604 |
0,0307 |
0,0179 |
0,0595 |
||
|
Горизонтальный 2х0,020х0,31 |
0,0123 |
0,00924 |
|||||
|
0,03451 |
,
.
;
;
;
.
Ширину пояса по концам балки принимаем равной .
2.6 Проверка опорного сечения по касательным напряжениям
Опорное сечение является сечением, перерезывающие силы в котором имеют максимальное значение. Проверка производится по формуле 159 [1]:
где - коэффициент, определяемый по формуле:
< ;? = 1.14 %
2.7 Проверка по приведенным напряжениям
Проверка выполняется по формуле 161 [1]:
где` - коэффициент, равный 1,15 при ?y = 0;
x - нормальные напряжения в проверяемой точке;
xy - среднее касательное напряжение в стенки балки.
x - определяется по формуле:
где Qx - в курсовой работе принимается равной Q0,25.
;
;
2.8 Обеспечение общей устойчивости балок
Проверка на общую устойчивость заключается в следующем:
напряжения в верхнем сжатом поясе балки не должны превышать величину критического напряжения.
В балке, под действием критических нагрузок, может произойти потеря устойчивости.
- следовательно, проверка на потерю общей устойчивости не нужна.
3. Расчет прикреплений поясов к стенке балки
3.1 Определение расчетных усилий
Сдвигающее усилие Т определим по формуле
;
кН/м;
Вертикальное усилие определяется по формуле
Где Pк - вертикальное давление от колесной пары, определяемое как Рк 24,5К
где К - класс нагрузки, кН/м;
f - коэффициент надежности по временной нагрузке, определяемый при 3м;
1+ - динамический коэффициент, определяемый при?? = 3м;
кН/м; ; ;
кН/м;
; кН/м.
стальной пролетный строение балка
3.2 Расчет на прочность сварного углового шва
3.2.1 Проверка сварного шва по металлу шва
Производится по формуле:
Где tf - расчетная высота сварного шва по металлу шва, определяемая как:
;
где F - коэффициент расчетных сечений угловых швов, принимаемый по таблице 80 [1], ?F =0,9;
Rwf - расчетное сопротивление сварного соединения срезу по металлу шва, принимаемое по таблице 53 [1], RwF = 300 МПа ;
m = 0,85 - коэффициент условий работы;
f = 1 - коэффициент надежности по сварному шву;
мм;
МПа МПа.
Для прикрепления нижнего и верхнего поясов к вертикальной стенке используется непрерывный угловой шов, выполняемый автоматической сваркой.
Отношение катетов 1:1, размер катета kf= 12мм. Положение шва при сварке нижнее.
3.2.2 Проверка по металлу на границе сплавления
Производится по формуле
Где tz - расчетная высота сварного шва по металлу границе сплавления, принимаемая равной tz z*kf
z - коэффициент расчетных сечений угловых швов, принимаемый по таблице 80 [1];
Rwz - расчетное сопротивления сварного соединения по металлу границе сплавления, принимаемый равным по таблице 0.45 Run =211.5МПа;
m = 1 - коэффициент условий работы;
kf - для проката толщиной t = 40 мм стали марки 15ХСНД принимаем равным 12 мм.
;
;
.
4. Проектирование и расчет монтажного стыка балок
4.1 Проверка необходимости установки компенсаторов
Статистические данные показывают, что ослабление сечения за счет отверстий в монтажном стыке не превышает 15 % несущей способности балки т.е.:
По эпюре материала определяем:
,
;
= 5675кНм >1489,5 кНм.
В результате выполнения проверки выяснилось, что не требуется устройство компенсаторов. Для расчета принимается два монтажных стыка.
4.2 Расчет стыка горизонтальных листов
4.2.1 Определение несущей способности одного болтоконтакта
Расчет усилия Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом (одним болтоконтактом), определяется по формуле 226:
Где Р - усилие натяжения высокопрочного болта;
- коэффициент трения, принимаемый по таблице 57 [1].При обработке контактных поверхностей пескоструйным способом, ? принимается равным 0,58;
bh - коэффициент надежности, зависящий от количества болтов в стыке и принимаемый по таблице 83 [1],??bh при обработке контактных поверхностей пескоструйным способом принимается равным 1,184.
Усилие натяжения Р высокопрочного болта определяется по формуле 227
Где Rbh - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению, определяемое по формуле 139 [1];
mbh - коэффициент условий работы высокопрочных болтов при натяжении их крутящим моментом, равным 0,95.
Где Rbun - наименьшее временное сопротивление высокопрочных болтов разрыву. Для стали марки 40Х Rbun = 1100 МПа.
Диаметр высокопрочного болта dbh = 24мм;
;
;
;
.
4.2.2 Определение требуемого количества высокопрочных болтов в полунакладке
Производится по формуле
где N - продольная сила, определяемая по формуле:
;
;
.
Принимаем nf = 20шт.
4.3 Расчет стыка вертикальных листов
Число высокопрочных болтов и размещение их в полунакладке определяется методом подбора.
4.3.1 Определение усилий, действующих на один болт
Расчет ведется для крайнего болта в накладке.
Максимальное усилие в крайнем болте определим по формуле
Где Rm - усилие в болте от изгибающего момента Mw;
Mw - часть расчетного момента в сечении 0,33 lp, воспринимаемая только вертикальной стенкой балки;
yi - расcтояние от горизонтального i - го ряда болтов до центральной оси x,м;
k - количество вертикальных рядов болтов в полунакладке, k=2.
Mw определяется по формуле
;
;
.
Усилие в болтоконтакте от действия перерезывающей силы Q0,33 определим по выражению:
Где n - число болтов в полунакладке n = 26.
.
.
4.3.2 Проверка достаточности принятых размеров в полунакладке
Производится по формуле
;
.
5. Обеспечение местной устойчивости стенки балки
5.1 Проверка местной устойчивости в опорном отсеке А
Расчет по устойчивости стенки сплошных изгибаемых элементов, имеющие только поперечные ребра жесткости, следует выполнять по формуле
Где x,cr,?y,cr - критические нормальные напряжения соответственно продольное и поперечное;
xy,cr - критическое касательное напряжение;
???- коэффициенты, учитывающие соответственно симметричность приложения нагрузки и симметричность сечения, в курсовой работе принимаемые равными 1;
Критические напряжения x,cr,?y,cr, xy,cr определяются в зависимости от приведенных критических напряжений?x,cr,ef,? y,cr,ef, xy,cr,ef , y,cr,ef определяется по формуле
Где y - коэффициент упругого защемления стенки
hef - эффективная высота балки, определяемая по выражению:
;
Где в- коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 16 [1], в=0.5;
t1= tf= 0,020м;
=12 для стали 15ХСНД;
z - коэффициент принимаемый по табл. 8 прил. 16 [1], равный 6,03.
;
;
Где х - коэффициент упругого защемления стенки, принимаемый по таблице 4 прил. 16 [1], равный 1,20;
xy,cr,ef определяется по формуле
Где d - меньшая сторона отсека;
1 - коэффициент, принимаемый равным , при a < hef.
.
Значение критических нагрузок определяется по формулам табл. 3 прил.16[1] в зависимости от величины приведенных напряжений и марки стали
;
;
.
Расчетное поперечное нормальное напряжение ?y определяется по формуле
Среднее касательное напряжение ?xy определим по формуле
,
.
;
.
Проверка на местную устойчивость опорного отсека выполняется.
5.2 Обеспечение местной устойчивости для отсека, расположенного в середине пролета балки
.
,
.
,
.
Проверка на местную устойчивость отсека, расположенного в середине пролета балки, выполняется.
5.3 Назначение размеров поперечных ребер жесткости
Размеры ребер жесткости назначаются в соответствии с указаниями п.4.131 - п.4.136 [1].
Ширина bh поперечного ребра жесткости определяется по выражению:
Принимаем ширину ребра жесткости bh равным 115мм;
Толщина ts поперечного ребра жесткости определяется по формуле
Принимаем толщину поперечного ребра ts равную 10мм.
6. Расчет опорных ребер жесткости
Опорные ребра жесткости рассчитываются как центрально сжатый стержень.
Расчет заключается в выполнение условия
где - коэффициент снижения расчетного сопротивления, принимаемый по таблице 2 Прил.15 [1] в зависимости от гибкости стойки
;
,
принимаем равным 0,30м.
Где bh - принимается из п.5.4. , принимается равным 0,115м;
ts - принимается равным 0,02 м;
bw - ширина части сечения вертикальной стенки балки в сторону от ребра жесткости, воспринимающий совместно с ним поперечное усилие Q0.
;
Где ix - радиус инерции сечения, равный 0,0658.
? (л=33,74) =0,86;
,
.
Условие выполняется.
Размеры сечения опорного ребра жесткости принимаем равными:
bh = 115мм; ts = 20мм.
7. Определение вертикального прогиба пролетного строения
;
Допускаемый прогиб:
;
,условие выполняется.
8. Расчет продольных связей между балками
8.1 Основные положения расчета
Для упрощения расчета вводятся следующие условия:
1) крестовую решетку ферм связей заменим фермой с треугольной решеткой и шарнирными соединениями в узлах.
2) продольные связи рассчитываются как плоская ферма из центрально загруженных стержневых элементов.
Расчет ведется на дополнительное сочетание нагрузок, то есть в качестве временной нагрузки принимается ветровая нагрузка. Ветровую нагрузку необходимо собирать с учетом нахождения подвижного состава на пролетном строении.
Нагрузка qwпс от ветрового воздействия на подвижной состав, находящийся на пролетном строении определяется по формуле:
гдеnс - нормативная интенсивность статической составляющей горизонтальной ветровой нагрузки;
- коэффициент сплошности;
nс определяется по формуле;
Где q0 - скоростной напор ветра, равный 0,69 кН/м2;
C - коэффициент кругового сцепления, принимаемый по приложению 9, C=1,8;
kh - коэффициент, учитывающий изменения скоростного напора по высоте. В курсовой работе kh = 1,45.
;
.
Нагрузка qwб от ветрового воздействия на пролетное строение и мостовое полотно определим по формуле.
C для сплошностенчатых главных балок равен 1,9;
;
.
;
.
Суммарную ветровую нагрузку на пролётное строение и подвижной состав qw определим как сумму qwпс и qwб:
;
.
8.2 Определение расчетных усилий в элементах продольных связей
Расчетное усилие Nd в диагонали определим по формуле:
Где - площадь л.вл. Nd (рис. 8.1.);
f? = 1,5 - коэффициент надежности по ветровой нагрузке;
;
.
Расчетное усилие в распорке Nр определяем по формуле для расчетного усилия в диагонали, с соответствующими изменениями:
Где - площадь л.вл. Nр;
.
8.3 Назначение размеров сечения и расчетные проверки связей
При назначении размеров поперечного сечения продольных связей между балками необходимо учитывать следующие ограничения:
1) минимальный размер уголка L 80x80х8;
2) гибкость элементов связей должна быть не более 130.
определяются как максимальная из x и?:
;
Где ,- радиусы инерции сечения связей.
Принимаем уголок L 80x80х8. , принимаем из сортамента прокатной стали.
; ;
;
; .
Выполняем проверку на устойчивость:
,
;.
;
, условие выполняется.
8.4 Прикрепление уголковых связей
Расчет прикрепления уголковых связей определяется по формуле:
Принимаем минимальное количество болтов .
Список литературы
1. СНиП 2.05.03 - 84* Мосты и трубы/ Госстрой СССР. - М: ЦИПТ Госстроя СССР, 1985 - 200с.
2. Богданов Г.И., Владимирский С.Р., Козьмин Ю.Г., Кондратов В.В. «Проектирование мостов и труб. Металлические мосты»
3. «Мосты и тоннели на железных дорогах»: учебник для ВУЗов/ Под редакцией В. О. Осипова. - М: Транспорт, 1988 - 367с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Описание условий проектирования моста. Расчет главной балки пролетного строения. Геометрические параметры расчетных сечений балки. Подбор арматуры и расчет по прочности сечения, нормального к продольной оси балки. Конструирование элементов моста.
курсовая работа [4,1 M], добавлен 28.05.2012Назначение формы пролетного строения и его элементов. Определение внутренних усилий в плите проезжей части. Расчёт балок на прочность. Конструирование продольной и наклонной арматуры. Расчет по раскрытию нормальных трещин железобетонных элементов.
курсовая работа [576,8 K], добавлен 27.02.2015Компоновка балочной клетки. Определение размеров поперечных ребер. Сопряжение главной балки с балкой настила. Расчет стыка поясов, стыка стенки, опорной части балки, сварных швов крепления опорного ребра к стенке главной балки, колонны сквозного сечения.
курсовая работа [968,9 K], добавлен 09.11.2015Компоновка и подбор сечения главной балки. Проверка и обеспечение местной устойчивости сжатого пояса и стенки балки. Вычисление поясного шва, монтажного стыка и опорного ребра сварной балки. Подбор сечения и базы сплошной центрально-сжатой колонны.
курсовая работа [227,1 K], добавлен 09.10.2012Основные задачи при проектировании железобетонного балочного пролетного строения. Применение метода вариантного проектирования. Анализ эксплуатационных и технических показателей. Эскизное проектирование, расчет плиты проезжей части и главной балки.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 22.12.2013Выбор схемы балочной клетки и подбор сечения балок настила и вспомогательных балок. Расчет и конструирование главной балки. Примыкание вспомогательных балок к главной. Уточнение собственного веса главной балки. Проверка местной устойчивости стенки.
курсовая работа [6,4 M], добавлен 14.06.2011Выбор схемы балочной клетки. Методы расчета балок настила и сравнение вариантов. Расчет и конструирование главной балки: расчетные нагрузки и усилия, расчетная схема и усилие в главной балке, подбор сечения главной балки. Расчет и конструирование колоны.
курсовая работа [560,5 K], добавлен 20.08.2010Расчет параметров балочной клетки по заданным показателям. Подбор сечения главной балки, ее материал, высота, нагрузка, геометрические характеристики принятого сечения. Изменение сечения главной балки. Проверка общей устойчивости балки и ее элементов.
практическая работа [688,5 K], добавлен 31.07.2012Назначение конструкции дорожной одежды подходных насыпей. Разработка вариантов сооружения пролетного строения. Проектирование снабжения строительства водой, паром, сжатым воздухом и электроэнергией. Технологическая карта на монтаж пролетного строения.
дипломная работа [10,9 M], добавлен 05.10.2022Расчет соединения поясов со стенкой и изменения сечения главной балки по длине. Проверка общей и местной устойчивости элементов балки. Определение ее опирания на колонну. Расчет крепления опорного столика. Требуемый момент сопротивления сечения балки.
курсовая работа [540,9 K], добавлен 13.07.2015
