Расчет проезжей части

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СамГУПС)

Кафедра «Железнодорожный путь и строительство»

Отчет по практическим работам

по дисциплине «Мосты на железных дорогах»

Выполнил: студент гр. СЖД-94

Лысенко Д.О.

Самара 2023

• Содержание
• 1. Расчет проезжей части
• 1.1 Расчет продольной балки
• 1.2 Подбор сечения и расчет на прочность по нормальным напряжениям
• 2, Расчет поперечной балки
• 2.1 Расчет на прочность по приведенным и касательным напряжениям
• 3, Расчет соединения элементов проезжей части
• 3.1 Расчет соединения продольных балок с поперечной
• 4, Расчет узла главной фермы моста
• 5. Расчет прикрепления и соединения элементов главной фермы
• Список литературы
• 1. Расчет проезжей части
• Исходные данные
• Вид мостового полотна - на деревянных поперечинах
• Число панелей фермы 8
• Марка стали пролетного строения 16Д
• Узлы главной фермы, подлежащие расчету и конструированию H0, B3, H3
• Высота главной фермы H_m = 15 м
• Расстояние между осями главной фермы B = 5,6 м
• Длина панели l_m = 7,5 м
• Длина загружения л = 7,5 м
• Длина пролета л_пр = 115 м

1.1 Расчет продольной балки

В курсовом проекте рекомендуется принимать продольные балки не включенными в совместную работу с главными фермами. В расчетах на прочность и выносливость (рис. 1.1) расчетная схема принимается в виде разрезной балки на двух опорах с пролетом, равным длине панели главной фермы.

Рисунок 1.1 - Линии влияния внутренних усилий в продольной балке.

Продольные балки загружаются нагрузками от собственного веса, от веса мостового полотна и временной вертикальной нагрузкой. Учитывая, что сечение балок по длине будет постоянным, для их расчета достаточно определить изгибающие моменты в сечении посередине пролета и поперечную силу в опорном сечении по следующим формулам:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

где - максимальные изгибающие моменты в сечении посередине пролета при расчете на прочность и выносливость соответственно;

Q₀ - поперечная сила в опорном сечении при расчете на прочность;

- коэффициент, учитывающий количество продольных балок (n=2);

- коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые 1,1 и 1,4 соответственно;

- сумма постоянных нагрузках;

- динамические коэффициенты для расчетов на прочность и выносливость;

- интенсивность эквивалентной нагрузки в кН/м по табл. 1 прил. 5/2/ в зависимости от длины загружения л (л = l_m) и положения вершины линии влияния б (см. Приложение Е);

е -- коэффициент к временной нагрузке, принимаемый 1,0;

- площади линии влияния.

Сумма постоянных нагрузок от веса продольных балок и от веса мостового полотна :

(1.4)

где - коэффициенты надежности равные 1,1 и 1,2 соответственно.

Сумма постоянных нагрузок будет равна:

Динамические коэффициенты для расчетов на прочность и выносливость:

(1.5)

(1.6)

где л - длина загружения равная 7,5 м.

Тогда, динамические коэффициенты будут равны:

Площади линии влияния:

(1.7)

(1.8)

Тогда, площади линии влияния будут равны:

Интенсивность эквивалентной нагрузки при k=14:

Подставляем найденные значения в формулы (1.1), (1.2) и (1.3).

1.2 Подбор сечения и расчет на прочность по нормальным напряжениям

Сечение продольных балок может определяться из расчета на прочность или выносливость. Для этого необходимо вычислить коэффициент усталости материала :

(1.9)

где - коэффициент, равный 1,0 для железнодорожных мостов;

- коэффициент, зависящий от длины загружения линии влияния при определении _max равный 1,54;

, -- коэффициенты, учитывающие марку стали и нестационарность режима нагруженности равные 0,64 и 0,20 соответственно;

-- эффективный коэффициент концентрации напряжений равный 1,3;

-- коэффициент асимметрии цикла переменных напряжений.

Коэффициент асимметрии цикла напряжений с можно определить как отношение минимальной нагрузки к максимальной по формуле:

(1.10)

Подставляя известные значения в формулы (1.9) и (1.10), получим:

При значениях необходимо сравнить величины M_0,5 и M'_0,5/г_щ. Большая из этих величин определит вид расчета, по которому будет подбираться сечение продольной балки.

Из условия делаем вывод, что расчет будет на прочность. Рекомендуемая последовательность расчета:

Определяется высота сечения продольной балки h_б по приближенной формуле:

(1.11)

где M_0,5 -- изгибающий момент в сечении посередине пролета при расчете на прочность;

R_y - расчетное сопротивление металла равный 215 МПа (см. Приложение Л);

m - коэффициент условий работы равен 0,9 (см. Приложение И);

t_w - толщина вертикального листа балки, принимаемая 0,02 м.

Подставим значения в формулу (1.11):

Требуемый момент инерции нетто из расчета на прочность рассчитаем по формуле:

(1.12)

где - коэффициент, равный 1,05.

Подставляя получим:

Высота вертикального листа h_w и момент инерции брутто этого листа вычисляются по формулам (1.13) и (1.14) ширину стенки принимаем =0,02 м.

(1.13)

(1.14)

Получим h_w и :

Вычисляется необходимая ширина пояса b_f по формуле:

(1.15)

Подставляя известные значения, получим:

Подбираем ширину пояса (Приложение Н) приближенную к расчетному значению .

Вычисляется момент инерции брутто по формуле:

(1.16)

Условие не соблюдается, поэтому необходимо изменить ширину пояса, при этом должно соблюдаться условие и разница между числами не должна превышать 5%. Увеличим ширину пояса до 610 мм.

Тогда момент инерции брутто будет равно:

Оба условия выполняются, следовательно, измененная ширина пояса выбрана правильно. На рис.1.2 представлено сечение продольной балки с подобранными размерами.

По уточненным значениям b_f,, t_f, и h_w определяется момент инерции брутто сечения I_br и момент сопротивления брутто W_br для сечения продольной балки по формулам:

(1.17)

Получим:



Рис.1.2 - Сечение продольной балки.

Рассчитанное на прочность сечение проверяется на прочность по нормальным напряжениям по формуле:

(1.18)

Условия выполняются, поэтому расчет на прочность окончен.

1.3 Расчет на прочность по касательным напряжениям

Рисунок 1.3 - Опорное сечение продольной балки и эпюра касательных напряжений.

Для прямоугольного сечения стенки балки на опоре формула преобразуется в следующую:

(1.22)

где - коэффициент равный 1,25.

t_w -- толщина стенки балки, принимаемая при наличии ослабления болтовыми отверстиями равной t_ef :

(1.23)

где а -- шаг болтов, 80 мм;

d₀ -- диаметр отверстия, под болт Ш18 мм равно 23мм.



Рассчитываем статический момент полусечения S и момент инерции брутто сечения I :

(1.24)

(1.25)

Определим касательные напряжения по формуле

(1.26)

где R_S --расчетное сопротивление сдвигу, принимаемое равным 0,58R_y.

Все условия выполняются, следовательно, расчёт по касательным напряжениям закончен.

2. Расчет поперечной балки

Рис. 2.1 - Схемы к расчету поперечной балки.

Определение расчетных усилий рассчитываем в такой последовательности:

1) Нормативное давление продольных балок на поперечную балку определяют в положении шарнирного прикрепления продольных балок по следующим формулам:

а) от постоянных нагрузок:

(2.1)

б) от временной вертикальной нагрузки:

(2.2)

где v - интенсивность нормативной эквивалентной временной вертикальной нагрузки, кН/м пути, принимаемая по СНиП /3/ при л=2l_m и б=0,5 (;

l_m - пролет продольной балки;

2) Расчетные изгибающие моменты в сечении I посередине пролета поперечной балки вычисляют по формулам:

а) для расчета на прочность:

(2.3)

б) для расчета на выносливость:

(2.4)

где P - нормативная постоянная нагрузка от собственного веса стальной поперечной балки, 480кН/м.

3) Расчетная поперечная сила в сечении II на опоре для расчета на прочность:

(2.5)

4) Расчетные усилия в сечении III в месте прикрепления продольных балок к поперечным вычисляют по формулам:

а) изгибающий момент:

 (2.6)

б) поперечная сила:

(2.7)

2.1 Расчет на прочность по приведенным и касательным напряжениям

Расчет на прочность по приведенным и касательным напряжениям проводится по формулам (2.8 - 2.11). На рисунке 2.2 приведены сечение поперечной балки и эпюры нормальных у и касательных ф_т напряжении.

Рис. 2.2 - Схемы к расчету на приведенные напряжения.

Из рассмотрения эпюр на рисунке 2.2 следует, что приведенные напряжения нужно определять в стенке балки в уровне поясного сварного шва или в уровне начала передачи усилий от продольной балки высокопрочными болтами. В курсовом проекте разрешается определять приведенные напряжения только в уровне поясного сварного шва.

Расчет проводится по формулам:

(2.8)

где у_x -- нормальные напряжения в стенке балки в уровне поясного сварного шва по сечению нетто.

(2.9)

Приведенные напряжения у_пр будут максимальными в сечении поперечной балки, где одновременно возникают М_max и Q_max.

Величина у_х определится по формуле

(2.10)

где I_n - момент инерции нетто сечения поперечной балки, определяется по формуле:

(2.11)

Подставляя данные в формулы, получим:

Все условия выполняются, следовательно, расчёт по напряжениям закончен.

3. Расчет соединения элементов проезжей части

3.1 Расчет соединения продольных балок с поперечной

В современных мостах продольные балки, как правило, присоединяются к поперечной с помощью соединительных уголков сечением не менее 100Ч100Ч12 мм (рисунок 3.1) и высокопрочных болтов, а также с помощью накладок «рыбок».

Рис.3.1 - Схема прикрепления продольных балок к поперечной: 1 - продольная балка; 2 - поперечная балка; 3 - горизонтальная накладка (рыбка); 4 - вертикальный уголок.

Продольные и поперечные балки имеют одинаковую высоту. При расчете предполагается, что опорный изгибающий момент, действующий в местах пересечения продольных балок с поперечными, воспринимается только «рыбками». Тогда для проезжей части, не включаемой в совместную работу с главными фермами, величина опорного момента принимается равной:

(3.1)

где M_0,5 - расчетный изгибающий момент в середине пролета продольной балки. Вертикальное усилие в «рыбке» без учета продольной силы в балке определяется по формуле:

(3.2)

где h - высота сечения продольной балки, мм;

tp - толщина «рыбки», принимаемая равной 14 мм.

При ширине «рыбки», равной ширине пояса продольной балки bf, ее толщина может рассчитываться и по формуле (если известно Np):

(3.3)

Необходимое сечение рыбки Ар определяется из условия прочности, преобразовав формулу:

(3.4)

Фактическое сечение рыбки А_пр вычисляется по формуле

(3.5)

где b_р -- ширина рыбки, принимаемая, как правило, равной ширине пояса продольной балки;

d₀ -- диаметр отверстия, принимаемый по табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Номинальные диаметры отверстий под высокопрочные болты.

Группа соединении	Номинальный диаметр отверстий, мм, во фракционных соединениях при номинальном диаметре болтов, мм
	18	22	24	27
Стыки и прикрепления основных несущих элементов и связей, определяющие проектное положение конструкций	21	25	28	30
Прикрепления: связей, не определяющих проектного положения конструкций; стыковых накладок (рыбок) поясов продольных балок; тормозных связей и горизонтальных диафрагм проезжей части	23	28	30	33

Условие не сходится, Увеличиваем ширину рыбки до 630 мм.

По усилию Nр подбирается сечение «рыбки» по прочности. «Рыбка» рассчитывается, как центрально растянутый элемент, по формуле:

(3.6)

где А_пр - площадь сечения «рыбки» нетто, см².

Количество высокопрочных болтов n₁ (см. рисунок 3.1), необходимое для прикрепления «рыбки» к поясу продольной балки, определяется по формуле:

(3.7)

Принимаем 20 болтов, так как болты ставятся в два ряда.

Число высокопрочных болтов, прикрепляющих соединительные уголки к стенке поперечной балки, определяется по формуле:

(3.8)

Принимаем 12 и 24 болтов соответственно.

где Q - поперечная сила, действующая в соединении (Q₀);

m - расчетный коэффициент условий работы;

m_b - дополнительный коэффициент условий работы в соединении;

n_s - число контактов в соединении;

Q_bh - расчетная несущая способность одного высокопрочного болта по одной плоскости контакта:

(3.9)

где m_bh - коэффициент условий работы высокопрочных болтов, равный 0,95;

R_bh - расчетное сопротивление высокопрочного болта растяжению,

R_bh = 0,7Rbun,

R_bun - наименьшее временное сопротивление стали высокопрочных болтов равное 1100 мПа 40Х «селект»;

4. Расчет узла главной фермы моста

Главные фермы стальных пролетных строений представляют собой плоские стержневые конструкции с жесткими узлами и поэтому являются статически неопределимыми системами. В качестве расчетной схемы главных ферм принимают их проектные геометрические схемы с указанием размеров расчетного пролета, панели и высоты

Осевые усилия в элементах главной фермы от нормативных вертикальных нагрузок вычисляют по следующим формулам:

1) от постоянной нагрузки:

(4.1)

2) от временной подвижной нагрузки:

а) для однозначной линии влияния:

(4.2)

б) для двузначной линии влияния:

(4.3)

(4.4)

где n - количество ферм, 2;

н - интенсивность эквивалентной нагрузки в кН/м;

g - постоянная вертикальная нагрузка, (12,7+5,3+4+40) кН/м;

Щ - площадь линий влияния, м.

Площади линий влияния определяются по формулам, указанным в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Параметры линий влияния для треугольной фермы с параллельными поясами.

Расчетные усилия с соответствующими коэффициентами для расчета на прочность и устойчивость вычисляются по формулам:

а) для однозначной линии влияния:

(4.5)

где - равен 1,22.

б) для двузначной линии влияния:

(4.6)

(4.7)

При подборе поперечного сечения элементов главной фермы принимаем сварную коробчатую форму. Необходимую площадь А определяем следующим образом:

а) для растянутых элементов:

(4.8)

где в₀ - коэффициент, учитывающий ослабление сечения, равный 0,85.

б) для сжатых элементов:

(4.9)

где ц - коэффициент, принимаемый равным 0,9.

Также проверим на прочность элементы:

а) для растянутых элементов:

(4.10)

б) для сжатых элементов:

(4.11)

Ширина во всех элементах фермы должна быть одинаковой для удобного соединения их в узлах фасонными листами (рис. 4,1).

Расчет произведем по полученным линиям влияния (рис.4.2) и оформим данные в таблицу 4.2.



Рисунок 4.1 - Поперечное сечение элементов фермы.

Таблица 4.2 - Расчет узла главной фермы моста

Элемент фермы	б	л, м	Щ, м2	Ng, кН	Nv, кН	N, кН
Верхний пояс	0,375	60	28,125	871,875	1930,78	3738,26
Нижний пояс	0,375	60	28,125	871,875	1930,78	3738,26
Нисходящий раскос	0,125	ллев=17,143	Щлев=2,4	1115,256	Nv1=264,76	Nmax=1499,624
		лпр=42,857	Щпр=14,99		Nv2=1029.06	Nmin=2770,371
Восходящий раскос	0,125	ллев=25,714	Щлев=5,4	464,69	Nv1=370,71	Nmax=1098,363
		лпр=34,286	Щпр=9,59		Nv2=658,35	Nmin=1522,38
Подвеска	0,5	15	7,5	232,500	514,875	1431,35
	Растянутые элементы:
	Ант, м2
Нижний пояс	0,0204
Нисходящий раскос	Ант(Nmax)=0,0082
	Ант(Nmin)=0,015
Подвеска	0,0078
	Сжатые элементы:
	Абр, м2
Верхний пояс	0,019
Восходящий раскос	Абр(Nmax)=0,006
	Абр(Nmin)=0,0083

Произведем подбор поперечного сечения элементов фермы и произведем их проверку на прочность используя формулы (4.10) и (4.11):



Рис. 4.2 - Линии влияния металлической фермы.

а) Нижний пояс:

В = 0,36 м; t₁ = 0,02 м; t₂ = 0,02 м; h = 0,4 м; А_нт = 0,0288 м²

б) Верхний пояс:

В = 0,36 м; t₁ = 0,02 м; t₂ = 0,02 м; h = 0,4 м; А_нт = 0,0288 м²

в) Нисходящий раскос:

В = 0,36 м; t₁ = 0,02 м; t₂ = 0,02 м; h = 0,4 м; А_нт = 0,0288 м²

г) Восходящий раскос:

В = 0,36 м; t₁ = 0,02 м; t₂ = 0,02 м; h = 0,4 м; А_нт = 0,0288 м²

д) Стойка:

Поперечное сечение данного элемента - двутавровое. Определим его площадь и произведем проверку:

В = 0,36 м; t₁ = 0,01 м; t₂ = 0,01 м; h = 0,36 м; А_нт = 0,0106 м²

Все пододранные площади удовлетворяют проверке на прочность.

5. Расчет прикрепления и соединения элементов главной фермы

Требуемое количество высокопрочных болтов для прикрепления конца элемента решетки главной фермы к узловым фасонным листам определяется по формуле:

(5.1)

где N_i -- максимальное усилие в элементе для расчета на прочность;

n_s - равно 1.

Максимальные усилия соответствуют усилиям в элементах, определенные при расчете узла главной фермы.

Рассчитаем количество высокопрочных болтов для всех элементов узла фермы, при этом их количество округлим в большую сторону и определим кратность двум:

а) Верхний пояс:

б) Нижний пояс:

в) Нисходящий раскос:

г) Восходящий раскос:

д) Стойка:



Рис.5.1. - Узел главной фермы.

балка напряжение мост сечение

Список литературы

1. Мосты и тоннели на железных дорогах: Учебник для вузов /В.О. Осипов, В.Г. Храпов, Б.В. Бобриков и др.; Под ред. В.О. Осипова. - М.: Транспорт, 1988. - 367с.

2. Справочник по ремонту мостов и труб на железных дорогах. - М.: Транспорт, 1973. - 544с.

3. Строительные нормы и правила. СНиП 2.05.03-84. Мосты трубы/Госстрой ССР. - М.: ЦИТЛ Госстроя ССР, 1985. - 200с.

Размещено на Allbest.ru