Проектирование вантового автодорожного моста через р. Москва, на подъезде к г. Жуковский от автомобильной дороги М-5 "Урал" (Московская обл., Раменский р-н, г. Жуковский)

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

Кафедра мостов и транспортных тоннелей

Пояснительная записка по дипломному проекту на тему:

Проектирование вантового автодорожного моста через р. Москва, на подъезде к г. Жуковский от автомобильной дороги М-5 "Урал" (Московская обл., Раменский р-н, г. Жуковский)

Разработал:

Звонарев Е.В. гр. 5М3

Руководитель дипломного проекта:

Агеев А.В.

Москва 2013



Введение

В современном мостостроении прогрессирует проектирование и строительство вантовых и висячих мостов. За последние годы достигнуты значительные успехи, связанные с проектированием и постройкой ряда выдающихся мостов таких систем.

Висячие и вантовые мосты применяются для перекрытия самых больших пролётов, а также там, где они являются единственно возможными конструкциями: для преодоления горных ущелий, крупных водных преград с интенсивным судоходством, сложными гидрологическими и геологическими условиями, когда затруднено или невозможно строительство промежуточных опор.

Анализ данных о вантовых мостах, построенных в последнее время, позволяет сделать следующие выводы:

· Развитие мостов таких систем имеет значительный шаг вперёд в технике мостостроения.

· Непрерывно возрастают величины пролётов.

· Достигается относительное снижение высоты балки жёсткости.

· Наблюдается тенденция к последовательному сокращению длин панели при увеличении числа вант, что связано со стремлением к снижению изгибающего момента в балке жёсткости.

· Непрерывно возрастает экономичность строительства таких мостов с большими пролётами.

I. 

Общие данные

Дипломный проект по проектированию вантового моста выполнен на основании данных, полученных при прохождении практике в компании ООО «ИЦ «МиТ».

Проектная документация выполнена в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:

- СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы»;

- СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги»;

- СНиП 3.01.01-85 «Организация строительного производства»;

- СНиП 3.06.04-91 «Мосты и трубы»;

- СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»;

- СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»;

ОДН 218.012-99 «Общие технические требования к ограждающим устройствам на мостовых сооружениях, расположенных на магистральных автомобильных дорогах Российской Федерации».



Инженерно-геологические условия по мостовому переходу через р. Москва

Мостовой переход расположен в пределах поймы реки. Поверхность поймы ровная слабо наклоненная в сторону реки, отметки поверхности изменяются незначительно, от 109,5м до 113,7м.

На основании анализа изменчивости физических и физико-механических свойств с учетом геологического строения на геолого-литологических разрезах выделено 17 инженерно-геологических элементов.

Поверхность поймы перекрыта почвенно-растительным слоем, представленным суглинком и песком гумусированным мощностью от 0,1м до 0,6м.

Почвенный слой перекрывает современные аллювиальные отложения поймы, в которых выделено 10 инженерно-геологических элементов.

Для дипломного проекта используем упрошенное строение геолого-литологического разреза - 5 инженерно-геологических элементов:

ИГЭ-8 - суглинок серо-коричневого цвета тугопластичной консистенции, со следами ожелезнения и оглеения, местами с примесью органических веществ 5,0-5,36%. Мощность суглинка от 0,9м до 5,0м.

ИГЭ-9 - суглинок серо-коричневого и серого цвета мягкопластичной консистенции с тонкими прослоями песка насыщенного водой, с примесью органических веществ и слабозаторфованный. Содержание органики в слое от 6,21% до 18,11%. Мощность суглинка 0,9-5,0м.

ИГЭ-10 - глина серого и темно-серого цвета мягкопластичной консистенции с прослоями песка насыщенного водой, с примесью органических веществ и слабозаторфованная. Содержание органических веществ изменяется от 5,9% до 17,5%. Мощность глины 1,5-3,5м.

ИГЭ-12 - супесь темно-коричневого цвета пластичной консистенции с прослоями песка пылеватого. Мощность слоя 1,8-2,9м.

ИГЭ-13 - супесь серо-коричневого цвета текучей консистенции с прослоями песка пылеватого насыщенного водой. Мощность слоя 2,5-2,7м.

ИГЭ-14- песок пылеватый темно-коричневого цвета, рыхлый и средней плотности, малой и средней степени водонасыщения и насыщенный водой. Мощность песка 0,8-3,1м, местами до 5,8-6,5м.

ИГЭ-15 - песок мелкий серо-коричневого цвета средней плотности средней степени водонасыщения и насыщенный водой. Мощность песка 1,5-3,1м, местами до 5,8-6,3м.

Нижняя часть разреза аллювиальных отложений представлена песками средней крупности (ИГЭ-16), крупными (ИГЭ-17), гравелистыми (ИГЭ-18) и гравийным грунтом (ИГЭ-19). Пески серого цвета различной степени водонасыщения средней плотности и плотные в подошве слоя. Мощность песка от 3,8м до 10,6м.

Аллювиальные отложения подстилаются глинами верхней юры.

ИГЭ-26 - глина серого цвета полутвердой консистенции, с остатками фауны, включениями фосфоритов, в подошве слоя с известковистыми конкрециями, опесчаненная, местами с прослоями песка и дресвяного грунта насыщенного водой. Мощность юрских отложений от 1,4м до 19,0м.

Под юрскими глинами залегают отложения карбона, в которых выделено 4 инженерно-геологических элемента. Отложения верхнего яруса карбона представлены глинами.

ИГЭ-27 - глина пестроцветная (темно-коричневого, желтого и серого) цвета полутвердой консистенции с включениями дресвы и щебня известняка, местами с линзами дресвяного грунта насыщенного водой. Мощность глины от 0,5 до 1,9.

В нижней части разреза отмечены отложения среднего карбона, представленные известняком выветрелым в кровле до щебенистого и дресвяного грунта.

ИГЭ-28 - кора выветривания - щебенистый и дресвяный известковистый грунт светло-серого цвета с суглинистым и супесчаным заполнителем, по прослоям насыщенный водой. Мощность отложений от 0,6м до 2,0м.

В нижней части разреза залегают известняки с прослоями доломитов светло-серого цвета средней прочности (ИГЭ-29) и прочные (ИГЭ-30), слабо трещиноватые, трещины заполнены известковой мукой, местами органогенный, кавернозный, часто обводнен по трещинам. Вскрытая мощность известняка до 8,1м.

Подземные воды на участке мостового перехода вскрыты в аллювиальных песках и в каменноугольных отложениях.

Грунтовые воды в аллювиальных отложениях на берегах реки залегают на глубине от 2,3м до 4,7м, на острове на глубине 0,4-1,7м. Водовмещающими породами являются пески. Уровень воды имеет тесную гидравлическую связь с водой в реке. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков и снеготаяния. Уровень воды подвержен сезонным колебаниям.

По химическому составу грунтовые воды гидрокарбонатно - кальциево - натриевые, пресные, умеренно жесткие. Степень агрессивного воздействия воды на бетон марки W4, согласно таблицам 5,6,7,26 СНиП 2.03.11-85, оценивается в основном как слабоагрессивная по содержанию агрессивной углекислоты; к арматуре железобетонных конструкций - неагрессивная, и металлоконструкциям - как сильно агрессивная (СНиП 2.03.11-85). Коррозионная агрессивность воды, согласно таблицам 3,5 ГОСТ 9.602-2005 по отношению к свинцовой оболочке кабеля изменяется от низкой до средней и алюминиевой оболочке - от средней до высокой.

Напорные трещинные воды отмечены в прослоях в коре выветривания известняка и по трещинам в известняке на глубине 20,3-29,7м. Высота напора достигает 17,9м.

По химическому составу напорные воды гидрокарбонатно - натриево - кальциевые, пресные, умеренно жесткие. Степень агрессивного воздействия воды на бетон марки W4, согласно таблицам 5,6,7,26 СНиП 2.03.11-85, оценивается в основном как слабоагрессивная по содержанию агрессивной углекислоты; к арматуре железобетонных конструкций - неагрессивная, и металлоконструкциям - как сильноагрессивная (СНиП 2.03.11-85). Коррозионная агрессивность воды, согласно таблицам 3,5 ГОСТ 9.602-2005, по отношению к свинцовой оболочке изменяется от низкой до средней, к алюминиевой оболочке кабеля - средняя.

Грунты, залегающие с поверхности, обладают высокой степенью коррозионной активности по отношению к свинцу, средней - к алюминию и стали и не агрессивны к бетону, согласно ГОСТ 9.602-2005.



Выводы и рекомендации

1. Исследованный район располагается во II дорожно-климатической зоне, по степени увлажнения относится к 1, 2 и 3 типу местности.

2. В геологическом строении принимают участие породы четвертичного, юрского и каменноугольного возраста.

3. Мостовой переход расположен в пределах поймы реки. Поверхность поймы ровная слабо наклоненная в сторону реки, отметки поверхности изменяются незначительно, от 109,5м до 113,7м.

4. Подземные воды на участке мостового перехода вскрыты в аллювиальных песках и в каменноугольных отложениях. Грунтовые воды в аллювиальных песках на пойме реки залегают на глубине от 0,4м до 4,7м. Уровень воды имеет тесную гидравлическую связь с водой в реке. Напорные трещинные воды отмечены в прослоях в коре выветривания известняка и по трещинам в известняке на глубине 20,3-29,7м. Высота напора достигает 17,9м.

5. По химическому составу подземные воды в основном гидрокарбонатно - натриево - кальциевые и гидрокарбонатно-кальциео-натриевые, пресные, умеренно жесткие. Степень агрессивного воздействия воды на бетон марки W4, согласно таблицам 5,6,7,26 СНиП 2.03.11-85, оценивается как слабоагрессивная по содержанию агрессивной углекислоты; к арматуре железобетонных конструкций - неагрессивная, и металлоконструкциям - как сильноагрессивная (СНиП 2.03.11-85). Коррозионная агрессивность воды по отношению к свинцовой оболочке изменяется от низкой до средней, к алюминиевой оболочке кабеля - средняя, согласно таблицам 3,5 ГОСТ 9.602-2005.

6. Нормативная глубина сезонного промерзания суглинистых грунтов - 1,4м, песчаных - 1,7м.

7. Грунты, залегающие с поверхности, обладают высокой степенью коррозионной активности по отношению к свинцу, средней - к алюминию и стали и не агрессивны к бетону, согласно ГОСТ 9.602-2005.

8. Для расчета оснований сооружения по деформациям и по несущей способности рекомендуется пользоваться расчетными значениями характеристик грунтов, приведенными в таблицах “ Нормативные и расчетные характеристики грунтов по ИГЭ ”.

II. 

Описание вариантов

1 вариант: несимметричная система с одним пилоном

Схема моста: 218,84 м + 144,2 м

Пилон. Пилон представляет собой наклонную стоечную металлическую конструкцию. Высота пилона над пролетным строением 80,16 м. Ширина ноги пилона в поперечном сечении составляет 2 м, в продольном 3 м. Пролетное строение установлено на шарнирно-неподвижных опорах на 2-е наклонные стойки высотой 4,765 м, выходящих из массивной части фундамента пилона. Фундамент пилона представляет собой двухступенчатый ростверк, причем верхняя ступень высотой 3 м высотой и размерами 6х6 м. Нижняя ступень ростверка высотой 3,05 м и размерами 10,6х10,6 м. Опоры фундамента представляют собой 25 буровых столбов диаметром 1,2 м и длиной 12 м. Сваи расположены с шагом 2,2 м в плане. Со стороны большего пролета к пилону анкеруются 8 вант с шагом 3 м; cо стороны меньшего пролета - 5 вант; от верха пилона с шагом 3 м между первыми 2-мя и по 6 м остальные. Точка анкеровки самой верхней ванты находится на 3 м ниже самой верхней точки пилона.

Ванты. Диаметр ванты составляет 450 мм. Ядро ванты состоит из 19 высокопрочных канатов Фрейсине. Внешние два слоя ванты образованы Z-образной проволокой. Длина самой короткой ванты составляет 62,56 м. Длина самой длинной ванты 209,88 м. Угол примыкания вант к балке варьируется: со стороны большего пролета от 22° до 47°; со стороны меньшего пролета от 37° до 65°. Система вантовой фермы радиальная(бинарная?), мало-вантовая, имеет название «пучок».

Балка пролетного строения. Представляет собой неразрезную металлическую коробку с ортотропной плитой, и длинной панели 20 м. Блоки объединяются между собой при помощи высокопрочных болтов. Ширина балки составляет 21,1 м; высота балки 1,5 м. Концы балки опираются на промежуточные опоры эстакадной части. Ванты анкеруются к главным стенкам коробчатой балки.

2 вариант: симметричная система с одним пилоном

Схема моста: 20 м + 20 м + 160 м + 160 м.

Пилон. Пилон представляет собой железобетонную конструкцию высотой 60 м. Расстояние между ногами пилона на опоре составляет 22 м. Ноги пилона сходятся в верхней части на расстоянии 13 м от верха пилона. Расстояние между ногами пилона в верхней части составляет 4 м. В верхней части ноги пилона объединены балкой жесткости высотой 5 м. Толщина ноги пилона - 2 м. Наклон ноги: 6,7:1. Т.к. бетон хорошо работает на сжатие, то анкеры будут располагаться крест накрест. Точка закрепления самой длинной ванты отстоит от верхушки пилона на 6 м. Количество анкеров с одной стороны ноги пилона - 7 штук. Они расположены с шагом 6 м. Пилон опирается на массивную опорную часть шириной 23,5 м и толщиной 5 м, которая в свою очередь опирается на ростверк шириной 21,5 м, толщиной 15,5 м и высотой 3 м. Фундамент состоит из буронабивных свай диаметром 0,6 м, которые располагаются в поперечном направлении в количестве 10 штук с шагом 2,1 м и в продольном направлении - в количестве 9 штук с шагом 1,6 м.

Ванты. Диаметр ванты составляет 450 мм. Ядро ванты состоит из 19 высокопрочных канатов Фрейсине. Внешний слой ванты образован Z-образной проволокой. Длина самой короткой ванты составляет 23,63 м. Длина самой длинной ванты - 147,488 м. Угол примыкания вант к балке варьируется от 20° до 38°. Ванты расположены по системе «веер».

Балка пролетного строения. Она представляет собой сталежелезобетонную конструкцию из блоков длиной 20 м. Блоки объединяются между собой при помощи высокопрочных болтов. Высота главной балки 2 м, ширина - 13,4 м. Высота железобетонной балки проезжей части составляет 25 см. Крайние балки моста опираются на устои, которые представляют собой опоры диаметром 4 м, опирающиеся на ростверк шириной 10 м и высотой 1,5 м. Фундамент устоя в продольном направлении состоит из 8 забивных свай диаметром 0,35м и длиной 6 м, которые располагаются с шагом 1,12м. Ванты анкеруются к балке при помощи серьги и проушины. В левой части моста предусмотрены две промежуточные опоры, на которые опираются два пролета длиной 20 м каждый. Опоры состоят из массивного ригеля высотой 10 м, который опирается на ростверк высотой 3 м и шириной 9 м. Фундамент состоит из 6 рядов забивных свай диаметром 350 мм. Расстояние между сваями 1680 мм.

3 вариант: симметричная система с одним главным пролетом

Схема моста: 50 м + 50 м + 160 м + 50 м + 50 м.

Пилон. Пилон представляет собой массивную сталежелезобетонную конструкцию, которая располагается посередине балки пролетного строения. Высота пилона составляет 50 м. Ширина пилона - 3 м, толщина - 10 м. Фундамент пилона представляет собой массивный ростверк конической формы высотой 9,7 м, шириной по верху 10,9 м, по низу - 14,9 м. Ростверк опирается на ригель шириной 16,9 м и высотой 2,5 м. Фундамент состоит из 5 рядов свай-оболочек диаметром 1,2 м в поперечном направлении и 4 рядов - в продольном направлении. Глубина забивки свай 12 м. Шаг свай: в продольном направлении - 2,5 м, в поперечном - 3,37 м. Ванты анкеруются в массивной верхней части пилона, высота которой составляет 15 м и отстоит от верхушки пилона на 5 м. С левой стороны пилона количество анкеров составляет 13 штук в каждом ряду. Они располагаются с шагом 1 м по вертикали и 1,125 м - по горизонтали. С правой стороны количество анкеров - 10 штук в каждом ряду.

Ванты. Диаметр ванты составляет 450 мм. Она состоит из 19 высокопрочных канатов Фрейсине. Длина самой короткой ванты составляет 40,6 м, самой длинной - 151,5 м. Угол примыкания вант к балке варьируется от 17° до 52°. С левой стороны ванты расположены по системе «веер». С правой стороны все 10 вант выполняют роль оттяжки. Они располагаются параллельно друг другу и анкеруются на устое.

Балка пролетного строения. Она представляет собой сталежелезобетонную конструкцию из блоков длиной 10 м. Блоки объединяются между собой при помощи высокопрочных болтов. Высота главной балки 3 м, ширина - 10,25 м. Высота железобетонной балки проезжей части 0,3 м, ширина - 20,05 м. Ванты анкеруются в середине пролетного строения, тем самым образуя разделительную полосу шириной 4 м. Устой, на который опирается крайняя балка и анкеруютя ванты, имеет массивный ростверк, опирающийся на ригель шириной 22 м и высотой 4 м. Фундамент состоит из 6 рядов свай-оболочек диаметром 1,2 м с шагом 3,76 м и глубиной забивки 12 м. С левой стороны пролетное строение опирается на устой на устои, который представляет собой опору диаметром 4 м, опирающуюся на ростверк шириной 10 м и высотой 1,5 м. Фундамент устоя в продольном направлении состоит из 8 забивных свай диаметром 0,35м и длиной 6 м, которые располагаются с шагом 1,12м. С левой стороны предусмотрены 2 промежуточные опоры, на которые опираются 2 пролета длиной 50 м. Также одна опора расположена посередине справа. Пролеты там также по 50 м. Опоры состоят из массивного ригеля высотой 10 м, который опирается на ростверк высотой 3 м и шириной 9 м. Фундамент состоит из 6 рядов забивных свай диаметром 350 мм. Расстояние между сваями 1680 мм.



Экономическое сравнение вариантов

1 вариант

№ п/п	Наименование сооружения	Наименование материала	Ед. измерения	Количество
1	Пилон	металл	т	10904,4
2		анкеры	шт	40
3	1 ступень фундамента	бетон	м3	1680
4		арматура	т	336
5	2 ступень фундамента	бетон	м3	7200
6		арматура	т	1440
7	Балка	металл	т
8		деформац. швы	м	49,33
9		опорные части	шт	16
10		анкеры	шт	40
11	Устои	бетон	м3	2050
12		арматура	т	393,4
13		бетон свай	м3	623,5
14		арматура свай	т	130
15	Ванты	металл	м/т

2 вариант

№ п/п	Наименование сооружения	Наименование материала	Ед. измерения	Количество
1	Пилон	бетон	м3	600
2		сваи фундамента	м3	1221,5
3		арматура	т	244,3
4		анкеры	шт	28
5	Ростверк пилона	бетон	м3	800
6		арматура	т	160
7	Опоры пилона	бетон	м3	1520
8		арматура	т	304
9	Балка	бетон	м3	1599,3
10		арматура	т	159,93
11		металл	т	2952,3
12		деформац. швы	м	35,54
13		опорные части	шт	16
14		анкеры	шт	28
15	Устои	бетон	м3	1800
16		арматура	т	360
17		бетон свай	м3	591,1
18		арматура свай	т	118,2
19	Ванты	металл	м/т	2386,8/358,02
20	Промежуточные опоры	бетон	м3	2052
21		арматура	т	410,4
22		бетон свай	м3	332,5
23		арматура свай	т	33,25

3 вариант

№ п/п	Наименование сооружения	Наименование материала	Ед. измерения	Количество
1	Пилон	бетон	м3	1200
2		сваи фундамента	м3	90,5
3		арматура	т	18,09
4		анкеры	шт	46
5	Ростверк пилона	бетон	м3	467,5
6		арматура	т	93,5
7	Опоры пилона	бетон	м3	1212,5
8		арматура	т	242,5
9	Балка	бетон	м3	2079
10		арматура	т	207,9
11		металл	т	3452,3
12		деформац. швы	м	40,1
13		опорные части	шт	16
14		анкеры	шт	26
15	Устой	бетон	м3	900
16		арматура	т	180
17		бетон свай	м3	295,6
18		арматура свай	т	118,251
19	Ванты	металл	м/т	4912,4/614,05
20	Промежуточные опоры	бетон	м3	2052
21		арматура	т	410,4
22		бетон свай	м3	332,5
23		арматура свай	т	33,25
24	Устой с оттяжкой	анкеры	шт	20
25		бетон	м3	6920
26		арматура	т	692
27		бетон свай	м3	3908
28		арматура свай	т	781,7

Построение линий влияния

Для определения геометрических характеристик сечения балки, пилона и вант необходимо построить линии влияния. Линии влияния строятся путем создания плоской стержневой модели в программе Nastran.

Необходимо построить линии влияния следующих факторов:

1. В балке:

1) Линии влияния вертикальных прогибов в 0,25, 0,3, 0,5 длины пролета

2) Линии влияния моментов в 0,25, 0,3, 0,5 длины пролета

3) Линии влияния поперечных сил в приопорных сечениях и местах крепления вант

4) Линии влияния продольных сил в сечении возле пилона

5) Линии влияния напряжений в 0, 0,3, 0,5 длины пролета в верхней и нижней точках сечения балки.

2. В пилоне:

1) Линии влияния смещения верха и середины пилона

2) Линии влияния моментов заделки

3) Линии влияния поперечных сил в заделке

4) Линии влияния продольных сил в заделке

5) Линии влияния реакции в заделке

3. В вантах:

1) Линии влияния продольных сил.

Линии влияния в балке.

1. Линии влияния вертикальных прогибов.

По графику можно определить, что наибольшее усилие от временной нагрузки на левом пролете будет возникать в точке 23, т.е. примерно в 0,3 от длины пролета. Максимальная ордината составляет -0,0121 (-0,000000121), площадь линии влияния составляет -0,6728 (-0,000006728).

Наибольшее усилие в правом пролете возникают в точке 64, т.е. также как и в левом пролете в 0,3 от длины пролета. Максимальная ордината в точке составляет -0,0168 (-0,000000168). Она немного больше, чем в левом пролете. Это объясняется тем, что системе несимметрична и когда временная нагрузка находится в левом пролете, то ее небольшая часть воспринимается промежуточными опорами. Когда же нагрузка находится на правом пролете, то эта часть гораздо меньше. Площадь линии влияния составляет -1,0496 (-0,000010496).

Линии влияния моментов.



Максимальное значение ординаты линии влияния в левом пролете находятся в элементе 25, что является серединой пролета. Ордината составляет 1246290 (12,46). Площадь этой линии влияния составляет 84455920 (844,56).

Максимальное значение ординаты линии влияния в правом пролете находится в элементе 65. Он находится на 0,3 длины пролета. Значение ординаты 1712345 (17,12). Площадь линии влияния составляет 120002720 (1200,03). На этом графике наблюдается максимальные ординаты в разных точках пролета с каждой стороны. Это связано с тем, что со стороны левого пролета имеются промежуточные опоры. Кроме того на графике линии влияния элементов 16 и 56 не имеют ярко выраженной максимальной ординаты. Этот эффект возникает из-за того, что в программе Nastran выводить значения моментов можно только для элементов, а не для узлов.

Линии влияния поперечных сил в приопорных сечениях и в сечениях возле крепления вант.

На трех схемах показаны линии влияния для сечений с 1 по 25, с 29 по 49 и с 53 по 72 соответственно. На 1-й схеме имеются 2 точки не характерные для вантовых мостов. Их номера 1 и 5. Эти точки расположены между промежуточных опор, и имеют отличные от других линии влияния, поэтому их учитывать не будем.

Для левого пролета максимальная отрицательная поперечная сила будет возникать в элементе 9. Она находится между опорой и крайней вантой в самом начале пролета. Ордината линии влияния будет составлять -94556 (-0,945). Максимальная положительная поперечная сила в левом пролете возникает в элементе 37. Она будет иметь ординату линии влияния, равную 58443 (0,58). Эта точка находится в левом пролете рядом с вантой, которая находится рядом с пилоном. Амплитудное значение составляет 152999 (1,53).

Для правого пролета максимальное значение отрицательной поперечной силы будет в элементе 41, которая находится рядом с пилоном. Оно составит -83072 (-0,83). Максимальное положительное значение ординаты линии влияния для правого пролета будет иметь элемент 72, которая находится между крайней вантой и устоем. Ее значение составит 83894 (0,84). Амплитудное значение для правого пролета будет равно 166966 (1,67).

Линии влияния продольных сил в сечении у пилона.

В элементах, расположенных у пилона будут возникать большие продольные силы, возникающих от силы натяжения вант. Самые близкие к пилону элементы имеют номера 40 слева и 41 справа. Поскольку система несимметричная, то и значения этих сил будут разные. Причем значение силы в элементе 41 будет несколько больше, чем в элементе 40. Значение ординаты для точки 40 будет равно -142918 (-1,43), площадь -17526933 (-175,27), а для точки 41 - 179142 (-1,79), площадь -18457600 (-184,58).

Линии влияния напряжений.

Линии влияния напряжений строятся для элементов, находящихся у опор и в 0,3 и 0,5 длины пролета. Кроме того, линии влияния строятся 2 раза: для верхней и для нижней точек сечения балки.

Для верхней точки максимальное отрицательное значение линии влияния для левого пролета будет иметь элемент 19. Он находится в 0,3 длины пролета. Его значение равно -2787083 (-27,87) Площадь -222966640 (-2229,67). Помимо этого, элемент 9 будет иметь большое положительное значение 2797298 (27,97) Площадь 248737600 (2487,38). Он находится в рядом с опорой. Для правого пролета максимальное отрицательное значение будет иметь элемент 62. Он находится в 0,3 длины пролета и имеет значение -2908891 (-29,09) Площадь -232711280 (-2327,11). Положительные значения для правого пролета незначительны. Максимальное для элемента 19 имеет значение всего 280766 (2,81), площадь 22461280 (224,61).

Для нижней точки сечения линии влияния имеют практически зеркальное отражение относительно нуля. В левом пролете максимальное отрицательное значение имеет элемент 9. Оно составляет -4325524 (-43,26), площадь -346043360 (-3460,43). Максимальное отрицательное значение имеет элемент 19. Оно составляет 4279548 (42,80), площадь 342363840 (3423,64). В правом пролете максимальное положительное значение имеет элемент 62. Оно составляет 4369337 (43,69), площадь 349546960 (3495,47). Максимальное положительное значение также очень небольшое. В 25 элементе оно составляет 725050 (7,25), площадь 58004000 (580,04).



Линии влияния в пилоне

1. Линии влияния смещения верха и середины пилона.

Линии влияния перемещения в пилоне строятся для верха и середины пилона. Это необходимо для того, чтобы определить, какой вид изгиба имеет пилон. Точка 83 имеет максимальное перемещение -0,00291 (-0,0000000291), площадь -0,259 (-0,00000259) для левого пролета и 0,00371 (0,0000000371), площадь 0,330 (0,0000033) для правого пролета. Точка 88 имеет максимальное перемещение -0,00162 (-0,0000000162), площадь -0,144 (-0,00000144) для левого пролета и 0,00199 (0,0000000199), площадь 0,177 (0,00000177) для правого пролета.

Это говорит о том, что пилон изгибается равномерно, нет S-образного изгиба.

Линия влияния моментов заделки пилона.

Линии влияния моментов пилона строятся для нижнего и верхнего элемента пилона. В верхнем элементе (76) ординаты линии влияния незначительны по сравнению с элементом 73. В элементе 76 ординаты линии влияния имеют координаты 156311 (1,56) для левого пролета и -165519 (-1,66) для правого пролета. В элементе 73 ординаты линия влияния равны -3225115 (-32,25) для левого пролета и 3803988 (38,04) для правого пролета. Подбор сечения пилона будет производиться по элементу 73. Площадь положительной части линии влияния составляет 338132266 (3381,32). Площадь отрицательной части линии влияния составляет -286676888 (-2866,77). Площадь всей линии влияния составляет 51455378 (514,55).

Линия влияния продольной силы в заделке пилона.

вантовый мост нагрузка сечение

Максимальная ордината линии влияния продольной силы будет тогда, когда нагрузка находится между 2-й и 3-й вантами правого пролета и составляет -106794 (-1,07). Площадь линии влияния составляет -22499740 (-225).

Линии влияния вант

Линии влияния продольных сил в вантах.

Для вант строятся только линии влияния продольной силы, поскольку других сил в вантах не возникает. Это нужно для определения самых загруженных вант и подборки соответствующего сечения. Первый график соответствует вантам, расположенных в левом пролете. Второй график соответствует вантам, расположенным в правом пролете.

В левом пролете самой загруженной является ванта 93. Ордината линии влияния составляет 8516230 (85,16). Площадь линии влияния составляет 681298400 (6812,98). Помимо того, когда нагрузка переходит середину левого пролета, то в ванте 89 появляются сжимающие напряжения, и она выключается из работы. Когда нагрузка находится в левом пролете ванта 88 вообще не работает. Она включается в работу только тогда, когда нагрузка перемещается на правый пролет. Но когда нагрузка находится на правом пролете, то из работы выключаются ванты 94, 93 и частично 92.

В правом пролете линии влияния вант практически симметричны линиям влияния вант в левом пролете. Они имеют ординаты немного больше, чем ванты в левом пролете. Самая загруженная ванта 97. Ордината линии влияния 8949337 (89,49). Площадь линии влияния составляет 715946960 (7159,47). Ванта 101 практически не работает, когда нагрузка находится в правом пролете. Ванта 100 также имеет отрицательные значения напряжения, когда нагрузка переходит половину пролета. Когда нагрузка переходит на левый пролет, то нерабочими являются ванты 95, 96 и частично 97.

Для того, чтобы все ванты были включены в работу не зависимо от расположения временной нагрузки, будет производиться натяжение вант.

Обоснование принятых размеров поперечного сечения главных балок по условиям прочности и жесткости

Вычисление расчетных силовых факторов в середине пролета и на опоре

а) построение поперечной линии влияния нагрузки и вычисление коэффициентов поперечной установки.

КПУ для балки:

А14-I тележка КПУ = 0,5х(1+1+1+1) = 2

А14-I распределенная КПУ = 0,5х(1+1+0,6(1+1)) = 1,6

А14-II тележка КПУ = 0,5х(1+1+1+1+1+1+1) = 3

А14-II распределенная КПУ = 0,5х(1+1+0,6(1+1)+0,6(1+1)) = 2,2

НК - 80 КПУ = 0,5х(1+1) = 1

толпа КПУ=3

Далее происходит загружение линий влияния временной нагрузкой.

Линию влияния моментов загружаем:

Для АК: полосовой нагрузкой и тележкой.

Координаты л.в. для ак будут равны: +17,12 и +16,47; -2,12 и -2,11.

Для НК: +16,08; +16,6; +17,12; +16,53

В отрицательной части: -2,11; -2,12; -2,11; -2,11.

Для поперечной силы ординаты для нагрузки будут равны:

АК: +0,945; +0,932.

Отрицательные: -0,839; 0,816

НК: +0,945; +0,935; +0,925; +0,915.

Отрицательные: -0,839; -0,821; -0,803; -0,785.

Изгибающие моменты от временных нагрузок определяются по формулам:

Сечение в середине среднего пролета:

для нагрузки А14:

- первый случай загружения:

Расчетные значения моментов:

для нагрузки А14:

- второй случай загружения:

для нагрузки НК-80:

Нормативные значения моментов:

для нагрузки А14:

- второй случай загружения:

для нагрузки НК-80:

Поперечная сила от временных нагрузок определяются по формулам:

для нагрузки А14:

расчетные значения поперечной силы:

- первый случай загружения:



- второй случай загружения:

Для нагрузки НК-80:

нормативные значения поперечной силы:

- первый случай загружения:

- второй случай загружения:

Для нагрузки НК-80:

(1 + м)- динамический коэффициент

(1 + м)=1+15/(37.5+160)=1,076;

г_f - коэффициент надежности по нагрузке, для тележки А12 г_f=1,2, для равномерно распределенной нагрузки А11 г_f=1,2, для НК-80 г_f=1,0, для толпы на тротуаре г_f=1,2;

КПУ - коэффициент поперечной установки;

Р - величина осевой временной вертикальной нагрузки, для А12 Р=120кН для НК-80 Р=200кН;

н - интенсивность равномерно распределенной вертикальной нагрузки, для А12 н=12кН/м;

р=(400-2·160)х3/10=24кН/м²;

W=1200м² - площадь линии влияния момента в середине пролета;

W=-68,7м²- площадь линии влияния поперечной силы на опоре;

(а₁….а₄) - ординаты линии влияния момента над осевыми нагрузками.

Результаты вычислений сведены в таблицу 6.1.1

Таблица 6.1.1

Силовые факторы в сечениях главной балки от временной нагрузки

Случай загружения	Мсер. пролета	Qопорн
	Расчет.,кНм	Норм, кН м	Расч, кН	Норм, кН
1 случай	158411	122685	-8602	-7011
2 случай	65939	51068	-4744	-3674
3 случай	14274	13266	-801	-744

Подбор сечения главных балок пролетного строения

а) Ранее были определены следующие величины:

- Н₀ = 3200мм - высота главной балки, принята на этапе вариантного проектирования;

- _n = 25мм - толщина листа настила;

- L₃ = 2500мм - шаг между продольными ребрами ортотропной плиты;

- h₂ = 400мм - высота продольного ребра;

- _st2 = 25мм - толщина стенки продольного ребра;

б) По условию местной устойчивости при постановке поперечных и продольных ребер толщина стенки главной балки принимается не менее _st0 = 1/200H₀ = 16мм;

в) Эффективная ширина ортотропной плиты b, включаемая в расчет поперечного сечения главной балки пролетного строения определяется с учетом неравномерности распределения нормальных напряжений по ширине поясов балок определяется ниже.

b₁ = 1.5; b₂ = 3.3; b₃ = 3.3;

- для сечения в середине пролета:

K₁=0.98 = _min/_max = 1.5K-0.5= 0,97;

K₂=0.98 = _min/_max = 1.5K-0.5= 0,97;

K₃=0.89 = _min/_max = 1.5K-0.5= 0,835;

v_1-3=1;

- для сечения на опоре:

K₁=0.74 = _min/_max = 1.5K-0.5= 0,61;

K₂=0.80 = _min/_max = 1.5K-0.5= 0,7;

K₃=0.46 = _min/_max = 1.5K-0.5= 0,19;

v₁=0,43+0,81428х0,61=0,93;

v₂=1;

v₃=0,43+0,81428х0,19=0,58;

Таким образом, значение эффективной ширины пояса, включаемая в расчетное сечение балок:

г) Расчет главной балки.



Таблица 6.2.1

Сбор постоянных нагрузок на 1 п.м. главной балки №1

№п/п	Наименование нагрузки	Нормативноезначение qн, кН	Коэффициент надежности	Расчетное значение qрасч, кН
1	Асфальтобетон, б=2,5т/м3; q=6.5x0.09x2,5= 1,962т	14.6	1,5	21.9
2	Техноэластмост «С», б=1,3 т/м3; q=6.5x0.0055x1.3=0.06т	0,45	1,2	0,54
3	Лист настила, б=7,85т/м3; q=6.5x0.025x7.85=0.82	13	1.1	14,3
4	Продольные ребра, б=7,85т/м3; q=6.5/0.4x0.265x0.025x7.85=0.40	4.0	1.1	4.4
5	Поперечные ребра, б=7,85т/м3; q=1/3,5x(1,1x0.025+0,385х0,025)х5.85=0.04	0,4	1,1	0,4
Итого 2ой части нагрузки от собственного веса	25.55		33.94
6	Главная балка, б=7,85т/м3; q=(3,2х0,025х2+7,1х0,025+0,4х0,025х5)х5.85=10.8	10,8	1,1	11,9
Итого	qн = 43,3кН		qрасч = 53,4кН

Загружение линий влияния постоянной нагрузкой

Таким образом, расчетные моменты и перерезывающие силы от постоянной и временной нагрузки следующие:



Таблица 6.2.2

Расчетные силовые факторы в сечениях главной балки от постоянных и временных нагрузок

Случай загружения	Мсер. пролета	Qопорн
	Расчет.,кНм	Норм, кН м	Расч, кН	Норм, кН
1 случай	222491	210371	-12271	-9986
2 случай	130019	117899	-8413	-6649
3 случай	78354	66234	-4470	-3719

Требуемый момент сопротивления

Приближение 1

Определение геометрических характеристик:

A= 0,933м²;

y_ц.т. = -1,112 м;

Y_x = 17,79 м⁴;

Тогда момент сопротивления , т.к. W<W_тр меняем сечение.

Приближение 2

Увеличим толщины стенок до 40 мм.

Определение геометрических характеристик:

A=1,366м²;

y_ц.т. = -1,089 м;

Y_x = 26,25м⁴;

Тогда момент сопротивления , т.к. W<W_тр Сечение подходит, но имеет большой запас.

Приближение 3

Уменьшим толщину стенок до 35 мм.

Определение геометрических характеристик:

A=1,2061м²;

y_ц.т. = -1,0883 м;

Y_x = 23,17м⁴;

Тогда момент сопротивления , т.к. W<W_тр Сечение подходит. Запас составляет 5,6%

Расчет сечения вант

Необходимо подобрать 3 типоразмера сечения вант.

На графиках линий влияния имеются 3 ярко выраженные группы линий. По максимальному значению которых и будет подбираться сечение.

1) Для вант № 92, 93, 96, 97, 98 сечение будет подбираться по максимальной ординате 89,5.

2) Для вант № 91, 94, 95, 99 сечение будет подбираться по ординате 73,6.

3) Для остальных вант (№ 88, 89, 90, 100, 101) сечение будет подбираться по ординате 48,8.

Усилие определяется по формуле:

(1 + м)- динамический коэффициент

(1 + м)=1+50/(70+320)=1,128;

Площади линий влияния равны соответственно: 7956, 5888, 3718.

1) Продольные усилия в вантах:

для нагрузки А14:

- первый случай загружения:

Расчетные значения усилий:

для нагрузки А14:

- второй случай загружения:

для нагрузки НК-80:

2) Продольные усилия в вантах:

для нагрузки А14:

- первый случай загружения:

Расчетные значения усилий:



для нагрузки А14:

- второй случай загружения:

для нагрузки НК-80:

3) Продольные усилия в вантах:

для нагрузки А14:

- первый случай загружения:

Расчетные значения усилий:

для нагрузки А14:

- второй случай загружения:



для нагрузки НК-80:

Случай загружения	N1	N2	N3
	Расчет.,кН	Расч, кН	Расч, кН
1 случай	1445672	1077372	682516
2 случай	577532	438623	285838
3 случай	80361	66038	43649

Расчетное значение нагрузки от собственного веса составляет q_расч = 53,4кН

Загружение линий влияния постоянной нагрузкой

Расчетные силовые факторы в сечениях главной балки от постоянных и временных нагрузок:

Случай загружения	N1	N2	N3
	Расчет.,кН	Расч, кН	Расч, кН
1 случай	1870522	1391791	881057
2 случай	1002382	753042	484379
3 случай	505211	380457	242190

Для моста применяются ванты Фрейсине. R=1860 МПа. Для пучка 15,7 мм расчетное сопротивление составит 29202 МПа. По условию усталости расчетное сопротивление составляет 0,45R=13141 кН/см².

Количество пучков будет равно:

1) 1870522/13141/2=72 (для вант 92, 93, 96, 97, 98)

2) 1391791/13141/2=53 (для вант 91, 94, 95, 99)

3) 881057/13141/2=34 (для вант 88, 89, 90, 100, 101)

В соответствии с выпускаемой продукцией Фрейсине, будут применяться ванты с количеством пучков соответственно 75, 57 и 42.

Размещено на Allbest.ru