Расчет конструкций сталежелезобетонного пролетного строения

Глава 1. Разработка вариантов

Проектируемый мост-эстакада находится на ПК 269 федеральной автомобильной дороги М10 «Скандинавия», на участке обхода города Выборг и пересекает реку Селезневку и железную дорогу Выборг-Лужайка.

1.1 Общие данные

1.1.1 Климат

Город Выборг и его окрестности относятся к атлантико-континентальной климатической области умеренного пояса. При взаимодействии всех климатообразующих факторов решающее значение здесь приобретают условия атмосферной циркуляции, т.е. воздействие морских (атлантических) и континентальных воздушных масс, арктические вхождения и интенсивная циклоническая деятельность. Все это определяет климат Выборга, как близкий к морскому, где зима обычно умеренно теплая, а лето нежаркое.

Самыми холодными месяцами в году являются январь и февраль; в эти месяцы отмечается абсолютный минимум температуры.

Самым теплым месяцем является июль, со средней температурой воздуха 17,60 С, с абсолютным максимумом 330.

За начало весны принимается устойчивый переход температуры воздуха через 0 - в первой декаде апреля. Весна характеризуется частыми возвратами холодов, а иногда и кратковременными установлениями снежного покрова.

Лето, за начало которого принимается переход средней суточной температуры воздуха через 100 С, наступает в середине мая, продолжительность его 3,5 - 4,0 месяца.

Осень наступает в середине сентября и длится около двух месяцев.

Зима начинается в середине ноября. Первая половина ее, или так называемое предзимье, характеризуется преобладанием ненастной погоды с выпадением дождя и мокрого снега. И только с установлением снежного покрова, с первой декады декабря, собственно начинается зима. Максимальной мощности снежный покров достигает в третьей декаде февраля - первой декаде марта.

Одной из особенностей данного климата является его повышенная влажность; относительная влажность в среднем за год составляет почти 80 %, максимальное значение влажности наблюдается в ноябре - январе.

В среднем в год в данном районе выпадает 700-750 мм осадков. На теплый период года приходится 55-60 % осадков; осадки холодного (ноябрь-март) периода составляют 40-45 %. Максимум количества осадков приходится на июль-август.

На рассматриваемой территории в течение всего года преобладают ветры южного, юго-западного и западного направлений.

Максимальные среднемесячные скорости ветра приходятся на октябрь-декабрь и составляют 3-5 м/сек. Наименьшие скорости наблюдаются в июле-августе (2-4 м/сек).

1.1.2 Растительность и почвы

Район строительства моста характеризуется, в основном, лесной растительностью. Распространены смешанные и сосновые леса. Почвы - торфяно-подзолистые и подзолистые.

1.1.3 Снос строений

В районе строительства мостового перехода через р. Селезневка потребуется снос двух жилых и трех нежилых домов в районе мостового перехода, т.к. уровень шума и загазованности будет превышать предельно допустимые величины.

1.1.4 Гидрологические характеристики реки Селезневки по створу перехода

Река Селезневка берет начало на территории Финляндии из оз. Хана-Ярви и впадает в Финский залив. Общая длина реки - 35 км, на территории России - 27 км. Площадь водосбора - 623 кв.км.

Река имеет несколько крупных притоков: рр. Бусловка, Гусиная и более 50 мелких ручек и ручьев.

На водосборе р. Селезневка расположено около 30 озер, площадь зеркала которых составляет 3.60 кв. км. Поверхность водосбора на 85 % покрыта лесами, 3 % занимают болота. Средний уклон - 1,5 %о.

Долина реки неясно выраженная, в нижнем течении шириной до 500-700 м, борта облесенные. Пойма двухсторонняя, луговая, покрыта мелиоративной сетью. Русло реки слабоизвилистое, шириной от 20 до 50 метров, глубиной 2-3 м. Берега невысокие, обрывистые, поросшие кустарником. Скорость течения воды в межень составляет 0.2-0.3 м/с.

Проектируемая автодорога пересекает р. Селезневка на 3 км от устья, в 500 м ниже впадения р. Гусиная. Площадь водосбора до расчетного створа составляет 602 кв.км.

В гидрологическом отношении река изучена недостаточно. На 12 км от устья с 1940 г. действует водомерный пост «Лужайка».

На этом посту ведутся наблюдения над уровнем и стоком воды, ледовыми явлениями и толщиной льда, температурой воды. Основные гидрологические характеристики реки приведены в таблице.

Водный и уровенный режимы:

Река Селезневка, как и все реки Северо-запада, принадлежит к типу равнинных рек, для которых характерно смешанное питание с преобладанием снегового.

В годовом ходе уровня воды четко выражены четыре фазы: весеннее половодье, летне-осенняя межень, почти ежегодно нарушаемая дождевыми паводками, затем короткий осенне-зимний период с несколько повышенной водностью и, наконец, устанавливается зимняя межень.

Весеннее половодье начинается обычно в первых числах апреля, а заканчивается в первой декаде июня. Пик половодья наступает, как правило, в конце апреля. Средняя продолжительность подъема составляет 15-20 дней, общая продолжительность половодья - 65-70 суток.

Максимальная продолжительность половодья отмечалась в 1974 г. и составила 94 дня.

Высота подъема весеннего половодья над меженным уровнем составляет 1.5-2.5 м. За половодье проходит в среднем около 50 % годового объема стока. В годы с высоким весенним половодьем до 75 %.

Вслед за половодьем, в начале-середине июня, наступает летне-осенняя межень, продолжительность которой колеблется от 80 до 100 дней; она характеризуется незначительными колебаниями уровней. Наименьшие уровни отмечаются в июле и октябре.

Ежегодно 2-3 раза межень нарушается дождевыми паводками. Особенно дождливыми бывают август и сентябрь. В наиболее дождливые годы на реке может проходить до пяти паводков. По высоте подъема уровня эти паводки, как правило, значительно ниже снеговых, а по объему составляют 0,4-0,5 величины весеннего половодья. Заканчивается летне-осенняя межень, как правило, в октябре.

В конце ноября - середине декабря устанавливается зимняя межень, которая заканчивается с началом подъема весеннего половодья. Продолжительность зимней межени в среднем составляет 90-100 дней, на ее долю приходится 10-15 % годового объема стока. Наиболее маловодный период отмечается в марте.

На устьевом участке, где расположен мостовой переход, сказывается влияние Финского залива. Особенно ярко его влияние наблюдается осенью - в октябре и ноябре, в период наиболее частых сгонов и нагонов воды, вызывающих катастрофические наводнения в Санкт-Петербурге и наиболее высокие уровни воды в Выборгском заливе.

Ледовый режим:

Первые ледяные образования на реке - шуга, забереги - появляются в первой декаде ноября, но крайние сроки их появления могут отличаться от средних на 2 - 30 дней. Осеннего ледохода не бывает.

Ледостав устанавливается путем постепенного смыкания заберегов, обычно в конце ноября. После образования ледостава происходит сначала ускоренное, а затем более замедленное нарастание толщины ледяного покрова.

Наибольшая толщина льда наблюдается в марте. По данным наблюдений на водомерном посту «Лужайка» максимальная толщина льда отмечалась в 1960 году и составила 99 см. Расчетная толщина льда определена по клетчатке вероятностей и составила 80 см.

Вскрытие реки начинается в среднем в двадцатых числах апреля. Ледоход слабый, обычно длится 1-2 дня, в отдельные годы лед тает на месте.

Продолжительность ледостава в среднем составляет около 150 дней, максимальная - до 170 дней. Общая продолжительность периода с ледовыми явлениями в среднем достигает 170 дней, максимальная до 200.

1.1.5 Инженерно-геологические условия

Характерной особенностью исследуемого участка является близкое залегание коренных кристаллических пород, слагающих так называемый Балтийский щит. Кровля коренных пород находится на самых различных отметках.

Понижения в кристаллическом фундаменте заполнены либо озерно-морскими отложениями, либо болотными осадками.

С поверхности коренная толща перекрыта четвертичной толщей, представленной в основном ледниковыми образованьями.

По гранулометрическому составу выделяются морены галечно-гравийные, песчаные, реже супесчаные. Для всех разностей характерны высокое содержание валунов, гравия и гальки и неоднородность механического состава.

Осадки, залегающие в понижениях, относятся к нерасчлененной толще озерно-морских отложений и представлены суглинками и супесями сильно пылеватыми, скрытотекучими.

1.2 Разработка вариантов моста-эстакады

Схема и общая длина моста-эстакады определена следующими пересечениями:

реки Селезневки при ширине русла около 50 метров (косое пересечение);

железной дороги Выборг-Лужайка (один действующий и один перспективный путь);

автомобильной дороги Пригородное - Лужайка (левый берег);

автомобильной дороги, связывающей п. Харитоново и п. Селезнево (правый берег);

Габарит сооружения Г-11,5+2х1.5 м.

Наличие тротуаров - по причине расположения сооружения в населенном пункте.

Положение моста-эстакады определено:

в плане проложением трассы автомобильной дороги, поэтому частично сооружение находится на кривой;

в продольном профиле - высота сооружения определилась проектированием красной линии продольного профиля автодороги с обеспечением подмостового габарита над железной дорогой - 7.15 м.

Река Селезневка не судоходная, расчетная толщина льда при ледоходе - 0.8 м.

1.2.1 Вариант 1

В первом варианте, исходя их условия необходимых пересечений моста-эстакады с железной дорогой, рекой Селезневкой и двумя автомобильными дорогами принимаем разбивку на пролеты по схеме:

16х24 м

Схему моста назначаем исходя из условия соблюдения всех необходимых габаритов проезда, а также однотипности применяемых железобетонных балок. Ширина моста-эстакады назначена в соответствии с необходимым габаритом проезда Г 11,5+2х1,5.

Концевые опоры (устои) принимаем козлового типа. В соответствии с геологическими условиями фундаменты устоев принимаем свайные (сваи железобетонные призматические 35х35).

Промежуточные опоры эстакадной части под железобетонные пролетные строения стоечного типа, состоящие из двух стоек, объединенные поверху железобетонным ригелем. Фундаменты опор свайные, с опиранием свай на скальный грунт (сваи-стойки).

Промежуточные опоры русловой части комбинированного типа, состоящие из цокольной сборно-монолитной части и надстройки в виде двух стоек (под каждую главную балку). Фундаменты опор мелкого заложения, с опиранием на скальный грунт (гранит мелкозернистый, очень прочный).

Так как сооружение находится в зоне жилой застройки, предусматривается устройство лестничных сходов с насыпи, а также устройство искусственного освещения.

1.2.2 Вариант 2

С целью уменьшения количества опор и числа пролетов в конструкции моста-эстакады во втором варианте применяются железобетонные типовые разрезные балочные пролетные строения 24 и 33 метра, с разбивкой на пролеты по схеме:

24+10х33+24.

Решения промежуточных и концевых опор оставлены без изменения.

1.2.3 Вариант 3

В третьем варианте для увеличения речного пролета и исключения постановки промежуточных опор в межень применяем в качестве руслового - сталежелезобетонное неразрезное пролетное строение индивидуальной проектировки 42,3+42+42,3. Остальные пролеты перекрываются железобетонными типовыми неразрезными балочными пролетными строениями 21, 24, 33 метра. Наличие большого числа балок различных типоразмеров объясняется необходимостью перекрытия железной дороги и двух автомобильных дорог.

Решения промежуточных и концевых опор в данном варианте принимаем аналогичными предыдущим. Для сопряжения железобетонных и сталежелезобетонных пролетных строений применяются стоечные опоры из четырех стоек с фундаментом на забивных сваях.

1.2.4 Вариант 4

В варианте 4 идем на дальнейшее увеличение речного пролета с целью упрощения производста работ при строительстве (исключение строительства рабочего моста и возможности отсыпки островков с берега); применяем сталежелезобетонное пролетное строение индивидуальной проектировки по схеме 42,3+63+42,3 м. Пролеты эстакадной части перекрываем типовыми железобетонными пролетными строениями длиной 21, 18, 24-метра, руководствуясь в первую очередь необходимостью обеспечения всех заданных пересечений.

Решения промежуточных и концевых опор в данном варианте принимаем аналогичными предыдущему варианту.

1.2.5 Вариант 5

В пятом варианте с целью уменьшения числа типоразмеров железобетонных балок применяем в эстакадной части типовые железобетонные балки расчетными пролетами 21 и 24 метра. В речном пролете - неразрезное балочное сталежелезобетонное пролетное строение индивидуальной проектировки 42,3+63+42,3 метра. Схема моста-эстакады по варианту 5:

21+24+24+24+24+24+24+42,3+63+42,3+21+21+21

Решения промежуточных и концевых опор в данном варианте принимаем аналогичными предыдущим.

1.2.5 Вариант 5А

Принимая вариант № 5 в качестве базового заменяем в нем железобетонные пролетные строения на сталежелезобетонные неразрезные, оставляя схему разбивки на пролеты неизменной с целью установки пролетных строений из одинакового материла и улучшения внешнего вида моста. Таким образом, в составе модернизированного варианта имеются сталежелезобетонные неразрезные балочные пролетные строения по схемам:

21,3+24+24,3;

24,3+24+24+24,3;

42,3+63+42,3;

21,3+21+21,3.

Решения промежуточных и концевых опор в данном варианте принимаем аналогичными базовому варианту.

1.2.6 Определение стоимости по вариантам

Таблица 1.1