Проектирование промежуточной опоры моста

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский Архитектурно-Строительный Университет»

Автомобильно-дорожный факультет

Кафедра: Мосты и тоннели

Курсовой проект

«Проектирование промежуточной опоры моста»

Дисциплина: «Проектирование опор»

Выполнила

Студентка

Группы 2-МТ-IV

Т.А. Билёва

Проверил

Преподаватель

А.В. Сырков



1. Описание вариантов опор

Вариант №1. Опора массивная

2. Сбор нагрузок

А). Собственный вес конструкций

Название	Объемный вес - г, кН/м3	гf - коэф. надежности	h, м	L, м	n, кол-во элементов	Вес на 1 п.м (кН/м)	q, вес (кН/м)
Пролетное строение	-	1,1	-	-	-	25,7	28,27
Железобетонная плита	24,5	1,1	0,16	14,3	-	-	61,66
Асфальтобетон	22,6	1,5	0,07	14,3	-	-	33,93
Защитный слой	24,5	1,3	0,04	14,3	-	-	18,22
Гидроизоляция	15	1,3	0,01	14,3	-	-	2,79
Подготовительный слой	24,5	1,1	0,03	14,3	-	-	11,56
Плита тротуарного блока	24,5	1,1	0,08	1	2	-	4,31
Перильное и барьерное ограждение	-	1,1	-	-	2	0,13	0,29
	Итого:	161,03

Чтобы определить вес пролетного строения, воздействующий на промежуточную опору, построим линию влияния опорной реакции



Рис. 1. Схема нагружения линии влияния опорной реакции

Б). Собственный вес опоры

Название	Объемный вес - г кН/м3	гf - коэф. надежности	V, м3	n, кол-во элементов	P, вес (кН)
Массивная часть опоры	24,5	1,1	343,2	-	9249,24
Облегченная надстройка	24,5	1,1	16,33	3	2200,47
Ригель	24,5	1,1	18,20	-	490,49
Подферменники	24,5	1,1	0,33	3	26,68
«Набетонка»	24,5	1,1	1,01	-	27,11
Сточный треугольник 1	24,5	1,1	0,64	-	17,30
Сточный треугольник 2	24,5	1,1	1,04	-	28,03
Плита ростверка	24,5	1,1	32,92	-	887,13
	Итого:	12926,44

В итоге получаем следующую нагрузку на основание



В). Гидростатическое давление

Определяется только для погруженной в воду части опоры

Где V- объем погруженной в воду части опоры, м3;

- объемный вес воды, ;

- коэффициент надежности по нагрузке.

Г). Временные подвижные нагрузки

Опора рассчитывается под современные нагрузки, то есть А-14 и Н-14, с помощью линии влияния опорной реакции, полученной ранее. Нагрузку необходимо установить в наиболее невыгодное положение. В продольном направлении нагрузку устанавливаем над наибольшими координатами линии влияния, в данном случае непосредственно над опорой.

1). Нагрузка А-14

1-ый случай:

· Количество полос меньше, либо равно количеству полос движения;

· Ось крайней полосы должна быть не ближе, чем 1,5 м от полосы безопасности и от осевой линии;

· Одновременно загружаются тротуары.



Рис. 2. Схема установки нагрузки А-14 в поперечном направлении

Рис. 3. Схема установки нагрузки А-14 в продольном направлении

Определение опорного давления от 1-ой полосы движения

Определение опорного давления от 2-ой полосы движения



Определение опорного давления от пешеходной нагрузки, она должна быть не менее 1,96 кПа (СНиП 2.05.03-84*):

, значит, нагрузку принимаем равной: .

Погонная нагрузка по пролету

Итоговая нагрузка

2-ой случай:

· Количество полос в 2 раза меньше количества полос движения;

· Ось крайней полосы должна быть не ближе, чем 1,5 м от полосы безопасности и от осевой линии;

· Тротуары не загружаются.

Рис. 4. Схема установки нагрузки А-14 в поперечном направлении

Рис. 5. Схема установки нагрузки А-14 в продольном направлении

Определение опорного давления, а следовательно и итоговую нагрузку

2). Нагрузка Н-14

Нагрузка от толпы не учитываем, потому как, такого рода нагрузки пропускают по мостам без пешеходов.

Рис. 6. Схема установки нагрузки А-14 в поперечном направлении



Рис. 7. Схема установки нагрузки А-14 в продольном направлении

Определение опорного давления, а следовательно и итоговой нагрузки

Д). Горизонтальные поперечные удары от транспорта

Рассчитывается от автомобильной нагрузки АК - в виде равномерно распределенной нагрузки, равной 0,39К кН/м (0,04К тс/м), или сосредоточенной силы, равной 5,9К кН (0,6К тс), приложенных в уровне верха покрытия проезжей части, где К - класс нагрузки АК;

Примем нагрузку от поперечного удара в виде сосредоточенной силы

Е). Нагрузка от торможения транспорта

Принимается в размере 50% от веса полосовой нагрузки, приходящейся на опору, но не менее 7,8•K( 109,2 кН) и не более 24,5•К(343 кН)



Так как полученное значение больше 24,5К, то принимаем

Прикладывается в уровне центров опорных частей, влияние моментов от переноса нагрузки с уровня проезжей части допускается не учитывать.

Ж). Ветровая нагрузка

Где Для пролетного строения:

- скоростной напор ветра, ;

k- коэффициент изменения ветрового давления, принимаем по табл. 6 СНиП 2.01.07-85* в зависимости от типа местности), k=0,678

-аэродинамический коэффициент лобового сопротивления, принимаем по табл. 9 СНиП 2.05.03-84*, для закругленных и заостренных опор cw=1,75;

Для опоры:

1). Усилие от поперечной ветровой нагрузки:

Пролетное строение



Опора:

2). Усилие от продольной ветровой нагрузки:

Принимается в размере 20% от поперечной

Пролетное строение

Опора:

З). Ледовая нагрузка

Нормативная ледовая нагрузка принимается наименьшая из двух случаев:

1). При прорезании льда опорой.

- коэффициент формы, для закругленных опор принимается равным 0,9;

- сопротивление льда раздроблению для различных районов строительства

Rzn = kn RS1, для II климатического района kn=1,25

- ширина опоры, м;

- толщина льда, м

2). При остановке ледяного поля опорой

К расчету принимаем нагрузку, полученную при остановке ледяного поле

И). Нагрузка от навала судов

Величина Fc принимается по табл.15 СНиП 2.05.03-84* в зависимости от класса водного пути.

Для VI класса реки по судоходству:

- вдоль моста 245 кН

- поперек моста 295 кН.

С учетом коэффициента надежности по нагрузке, равного 1,2, получим:

3. Сочетание нагрузок

Из СНиП 2.05.03-84*: Конструкции мостов и труб следует рассчитывать на нагрузки и воздействия и их сочетания, принимаемые в соответствии с табл. 5*.



Таблица 5*

Номер нагрузки (воздействия)	Нагрузки и воздействия	Номер нагрузки (воздействия), не учитываемой в сочетании с данной нагрузкой (воздействием)
	А. Постоянные
1	Собственный вес конструкций	-
4	Гидростатическое давление	-
	Б. Временные
	От подвижного состава и пешеходов
7	Вертикальные нагрузки
10	Горизонтальные поперечные удары подвижного состава	11, 12
11	Горизонтальная продольная нагрузка от торможения или силы тяги
	Прочие
12	Ветровая нагрузка	10, 14
13	Ледовая нагрузка	11, 14
14	Нагрузка от навала судов	11-13

Примечание: в таблице не указаны, не посчитанные в п.2 нагрузки; нумерация сохранена исходная

Усилие Наименование	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м	z - высота приложения, м
Собственный вес конструкций
Гидростатическое давление	1586
Опорное давление (А14, 1 случай)	2819,32				2114,49
Опорное давление (А14, 2 случай)	1647,24				1235,43
Опорное давление (Н14)	1093,1				1967,58
Горизонтальные поперечные удары (А14)			826
Торможение транспорта (А14)		411			6247,2	15,2
Давление ветра:
пролетное строение		14,8	74,2	1239,14	247,16	16,7
опоры		1,7	8,3	119,93	24,565	14,45
Давление льда (УНЛ)			510,52	1888,92		3,7
Нагрузка от навала судов		294	354	2708,1	2249,1	7,65

Так как нагрузка от собственного веса и гидростатическое давление являются постоянными, то их учитываем во всех сочетаниях.

Коэффициенты сочетаний з, учитывающие уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок.

Сочетание №1

Усилие Наименование	з	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м
Собственный вес конструкций	1,00
Гидростатическое давление	1,00	1586
Опорное давление (А14, 1 случай)	0,80	2819,32				2114,49
Давление льда (УНЛ)	0,70			510,52	1888,92
	Итого:	28089,95		357,36	1322,25	1691,59

Сочетание №2

Усилие Наименование	з	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м
Собственный вес конструкций	1,00
Гидростатическое давление	1,00	1586
Опорное давление (А14, 1 случай)	0,80	2819,32				2114,49
Горизонтальные поперечные удары (А14)	0,70			826
Нагрузка от навала судов	0,70		294	354	2708,1	2249,1
	Итого:	28089,95	205,80	826,00	1895,67	3265,96

Сочетание №3

Усилие Наименование	з	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м
Собственный вес конструкций	1,00
Гидростатическое давление	1,00	1586
Опорное давление А14, 1 случай)	0,80	2819,32				2114,49
Торможение транспорта(А14)	0,70		411			6247,2
Давление ветра:
пролетное строение	0,25		14,8	74,2	1239,14	247,16
опоры	0,25		1,7	8,3	119,93	24,565
	Итого:	28089,95	291,83	20,63	339,77	6132,56

Сочетание №4

Усилие Наименование	з	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м
Собственный вес конструкций	1,00
Гидростатическое давление	1,00	1586
Опорное давление (Н14)	0,80	1093,1				1967,58
Давление ветра:
пролетное строение	0,25		14,8	74,2	1239,14	247,16
опоры	0,25		1,7	8,3	119,93	24,565
	Итого:	27378,43	4,13	20,63	339,77	1642,00

Сочетание №5

Усилие Наименование	з	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м
Собственный вес конструкций	1,00
Гидростатическое давление	1,00	1586
Опорное давление (14, 2 случай)	0,80	1647,24				1235,43
Давление льда (УНЛ)	0,70			510,52	1888,92
	Итого:	27821,74		357,36	1322,25	988,34

Сочетание №6

Усилие Наименование	з	N, кН	Ty, кН	Tx, кН	My, кН•м	Mx, кН•м
Собственный вес конструкций	1,00
Гидростатическое давление	1,00	1586
Опорное давление (А14, 1 случай)	0,80	2819,32				2114,49
Давление ветра:
пролетное строение	0,25		14,8	74,2	1239,14	247,16
опоры	0,25		1,7	8,3	119,93	24,565
Давление льда (УНЛ)	0,70			510,52	1888,92
	Итого:	28089,95	4,13	377,99	1662,02	1759,52

4. Расчет свайного фундамента

№ слоя	Грунт	гII	гSB	цI	цII	cI	cII	E	R
		кH/м3	кH/м3			кПа	кПа	МПа	кПа
1	Песок мелкий	19	9,46			2,7	4	24	147
2	Песок средней крупности	19,5	10,25			1,3	2	40	245
3	Супесь мягкопластичная	20,3	10.264	17,39?			2	11	165
4	Суглинок тугопластичный	27,1	10,43	20,87?	24?	5,33	8	16	157

Свая - висячая, так как опирается на суглинок тугопластичный с E=16 МПа<50 МПа. Длина сваи равна 12 м.

z	fi, кПа	fihi
2,35	31,75	53,975
3,45	36,35	18,175
6,7	59,4	118,8
7,95	61,9	123,8
8,95	63,425	31,7125
10,45	19,09	28,635
11,45	19,29	28,935
12,7	48,7	97,4
16,7	52,7	105,4
18,7	54,7	60,17
20,25	56,25	61,875
		У=768,2 кН/м

где R- расчетное сопротивление под острием сваи из табл. 7.1 СП 50-102-2003, определяемое по интерполяции, для глубины погружения сваи 19,3 м:

U- периметр сваи, U=4•0,4=1,6 м.

Вес фундамента:

Примерное число свай

Так как вес фундамента сначала считали с минимальными размерами, то необходимо пересчитать вес заново в связи с увеличением размеров ростверка.

Уточненный вес подушки:

Проверка усилий передающихся на сваи.

Проверка производится по всем 6 сочетаниям, значения нагрузок которых даны в п.3.

Сочетание №1.

Определяем расчетное усилие на крайнюю сваю от нагрузки:

1).

-условие устойчивости свай в грунте выполняется.

1).

-условие устойчивости свай в грунте выполняется.

Все полученные при расчете с помощью Excel данные сведены в таблицу:

Нагрузки		Усилия
Сочетание №1
N	28089,95		Npmax	917,9908
My	1322,25		Npmin	784,4302
Mx	1691,59		Npmax	959,6457	<	Fr=
			Npmin	742,7752
Сочетание № 2
N	28089,95		Npmax	946,9514
My	1895,67		Npmin	755,4696
Mx	3265,96		Npmax	972,7278	<	Fr=
			Npmin	729,6932
Сочетание № 3
N	28089,95		Npmax	868,3706
My	339,77		Npmin	834,0504
Mx	6132,56		Npmax	872,9906	<	Fr=
			Npmin	829,4304
Сочетание № 4
N	26708,97		Npmax	826,5228
My	339,77		Npmin	792,2026
Mx	1642		Npmax	831,1429	<	Fr=
			Npmin	787,5826
Сочетание № 5
N	27152,28		Npmax	889,5767
My	1322,25		Npmin	756,0161
Mx	988,34		Npmax	907,556	<	Fr=
			Npmin	738,0368
Сочетание № 6
N	28089,95		Npmax	935,1509
My	1662,02		Npmin	767,2701
Mx	1759,52		Npmax	957,7502	<	Fr=
			Npmin	744,6707

Все необходимые условия выполняются, следовательно, принимаем данный вариант размещения свай в плане.

Проверка свайного фундамента как массивного

Свайный фундамент с окружающим массивом грунта образует единый массив, называемый условным фундаментом.

Допущения:

- Осадка свайного фундамента рассчитывается только ниже подошвы условного фундамента;

- Грунт внутри свайного полупространства не сжимается;

- Давление на грунт под подошвой ростверка принимается равным нулю.

d- диаметр сваи

,

где цi - угол внутреннего трения грунта.

m (масса) сваи =

Давление по подошве условного фундамента



R- расчетное сопротивление грунта основания.

Сочетание №1

Максимальное давление по подошве условного фундамента:

k - табличный коэффициент пропорциональности, кН/м4, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы условного фундамента, k=4900;

cb- коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, кН/м3, определяемый по формулам: при ; при ; cb=74970.

Расчетное сопротивление основания:

Из СНиП 2.05.03-84 табл. для суглинка тугопластичного =0,02, =1,5

По подошве условного фундамента должны выполняться условия

Посчитанные значения для всех сочетаний

Сочетание №1		Сочетание №2
pmaxy	16,01088		pmaxy	235,8061
p	252,6718		p	252,6718
pmaxx	2,209788		pmaxx	2,795037
У	270,8925	<1526,16	У	491,273	<1526,16
Сочетание №3		Сочетание №4
pmaxy	126,2247		pmaxy	15,37539
p	252,6718		p	250,9371
pmaxx	2,617091		pmaxx	4,62396
У	381,5136	<1526,16	У	270,9365	<1526,16
Сочетание №5		Сочетание №6
pmaxy	15,37539		pmaxy	76,77478
p	251,494		p	252,6718
pmaxx	0,46113		pmaxx	0,910475
У	267,3305	<1526,16	У	330,3571	<1526,16

Необходимые условия выполняются.

Определение осадки основания.

Осадка основания определяется методом послойного суммирования. Так как осадка свайного фундамента рассчитывается ниже подошвы условного фундамента, то разбивку грунтов на слои производим от отметки конца свай на глубину равную 3b.

Толща грунта ниже подошвы условного фундамента разбивается на элементарные слои толщиной hi, принимаемой для каждого слоя не более 0,4•by, где by - ширина подошвы условного фундамента.

По определенным в пункте выше данным производим расчет

3b=36,7 м; 0,4•by=4,9м.

Напряжения, влияющие на осадку

Находим вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента

Определяем дополнительное давление под подошвой фундамента

б-табличный коэффициент табл. 11 СНиП 2.02.01-83, зависящий от соотношения сторон условного фундамента



Дальнейший расчет производился в программе Microsoft Excel. Результаты представлены в таблице ниже:

d,м		б	уzp
			51,64	51,47019
0,7	0,114379	0,993423	51,30037	48,59607
4,7	0,767974	0,888686	45,89176	40,6379
8,7	1,421569	0,685206	35,38403	30,71632
12,7	2,075163	0,507766	26,0486	21,79848
16,7	2,728758	0,382386	17,54835	14,04145
20,7	3,382353	0,297721	10,53455	8,443611
24,7	4,035948	0,243877	6,352667	4,954882
28,7	4,689542	0,202703	3,557096	2,704324
32,7	5,343137	0,17576	1,851551	1,406206
36,7	5,996732	0,151253	0,960862	0,960862



Толщина сжимаемой толщи составляет: 2,9 м



- допустимая осадка

Вывод: свайный фундамент подобран, все необходимые условия соблюдены.

свайный фундамент мост нагрузка

5. Расчет опоры по прочности, устойчивости и трещиностойкости

Все расчеты будут производиться для массивной части опоры.

Проверку произведем в сечении по основанию фундамента.

Для облегчения дальнейших расчетов приведем поперечное сечение опоры к прямоугольному.

Массивная часть опоры выполнена из контурных блоков, будем считать, что бетон блоков и бетон заполнения имеют одинаковые прочностные свойства, а следовательно опору можно считать монолитной.

Площадь реального сечения: A=24,9 м2.

A=h•b=2,4•10,2=24,48 м2

Погрешность

.

Расчет по прочности.

Равнодействующая внешних сил не должна выходить за пределы поперечного сечения, при соблюдении условия

,

Где ac= 2,25 - расстояние от центра тяжести реального сечения до наиболее сжатой грани;

- коэффициент, учитывающий влияние прогиба по прочности, определяется по формуле

,

lo- расчетная длина опоры определяется по СНиП 2.05.03-84.

Где Н - высота опоры от центра опорной части до расчетного сечения

При расчете на прочность необходимо учитывать и случайный эксцентриситет

Эксцентриситеты от всех загружений

№ загружения	ecx	ecy
1	0,06022	0,047072
2	0,116268	0,067486
3	0,218319	0,012096
4	0,078517	0,016247
5	0,046279	0,061914
6	0,062639	0,059168

Выбираем наибольшие эксцентриситеты вдоль и поперек моста.

Применим условие прочности для прямоугольной опоры

N ? Rb • b • x

где: x = 2•a (м) - высота сжатой зоны;

Rb - расчетное сопротивление бетона на сжатие;

а = ас - e•з = h/2 - e•з - расстояние от точки приложения силы до наиболее сжатой грани.



Наибольшее усилие N = тс, следовательно условие прочности выполнено.

Расчет на устойчивость формы.

Проверим опору на устойчивость формы, для этого определим радиусы инерции

Потому как эксцентриситеты:

, то очевидно, что сила приложена внутри ядра сечения

Проверим выполнение условия устойчивости:

- составляющая продольной силы от максимальной постоянной нагрузки,

Nm = 2819,32- составляющая продольной силы от временной нагрузки.

N = Nmax+ Nm = 30909,3 кН

ц m = 0,71 ;ц l = 0,93

Расчет на трещиностойкость.

В растянутой зоне образуются поперечные трещины, из-за чего бетон выключается из работы. Поэтому необходимо выполнить условие трещиностойкости, для этого нормативная сжимающая сила должна быть:

Расчет производится на нормативные нагрузки.

где

, значит условие выполняется.

Расчет на устойчивость положения.

Выполним расчет на устойчивость положения:

m=0,8 для железобетонных опор на нескальном основании

Размещено на Allbest.ru

...