Эксплуатация и реконструкция мостового сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образованияРФ

ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный технический университет»

Кафедра ТСиСМ

Курсовая работа

Эксплуатация и реконструкция мостового сооружения

Выполнил: Рабаданов Р.М.

Проверил: к.т.н., доцент Азаев Т.М.

Махачкала 2022г.

Содержание

Введение

1. Характеристика района

2. Расчет грузоподъемности пролетного строения моста при отсутствии дефектов

3. Расчет предельного допущенного изгибающего момента балки пролетного строения

4. Расчет пролетного строения

4.1 Постоянные нагрузки на один погонный метр главной балки

4.2 Определение коэффициентов динамичности

4.3 Определение коэффициентов поперечной установки

4.4 Расчетные усилия в сечениях главной балки

5. Расчет грузоподъемности пролетного строения моста по балке, имеющей дефекты

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Грузоподъемность моста - это величина подвижной нагрузки, к-рая м. б. допущена при движении поездов по мосту с соблюдением условий безопасности, регулярности и неограниченной скорости. Г. м. определяется на основании результатов расчета классификации и освидетельствования состояния моста. Для пропуска подвижного состава того или иного веса все мосты жел.-дор. сети классифицируются по грузоподъемности их на основании действующих расчетных норм и инструкций

Необходимость определения грузоподъемности мостов возникает в следующих вариантах:

1) определение грузоподъемности путем перерасчета сооружения с учетом его фактического состояния;

2) определение возможности пропуска нестандартных нагрузок путем сравнения эквивалентных нагрузок, на которые проектировался мост, с эквивалентными нагрузками, создаваемыми пропускаемым транспортным средством;

3) определение возможности пропуска транспортного средства путем сопоставления класса нагрузки по его воздействию на наиболее слабый элемент сооружения с классом этого элемента по грузоподъемности.

Третий вариант самый удобный, так как предполагает наличие в банках данных о мостах классов элементов по их грузоподъемности. Однако, так как работы по классификации автодорожных мостов приостановлены и заранее подготовленных необходимых данных о классах грузоподъемности мостов нет, то при решении практических задач определения грузоподъемности проще пользоваться первым или вторым вариантом.

Должным образом нормируя грузоподъёмность, мы тем самым обеспечиваем механическую безопасность моста, то есть, страхуем его от разрушения. Грузоподъёмность моста может быть представлена в разных формах. Нормативная грузоподъёмность автодорожных мостов выражается в предельно допустимых для данного моста класса нормативной нагрузки, определяемых по схемам действующих нормативных нагрузок от автотранспортных средств -АК (соответствует свободному автомобильному движению без ограничений) и НК (одиночное тяжёлое транспортное средство, следующее по мосту в назначенном режиме при отсутствии других временных нагрузок).

Для пешеходных мостов грузоподъемность выражается в наибольшей допустимой интенсивности нагрузки на один квадратный метр. Грузоподъемность, определённая в классах нормативной нагрузки, дает возможность оценивать состояние мостового хозяйства в целом, определять стратегию строительства, содержания и ремонта мостов в рамках развития и эксплуатации того или иного направления. Кроме того, эта форма позволяет намечать маршруты движения перевозок крупногабаритных и крупнотоннажных грузов.

1. Характеристика района

Республика Дагестан.

Общая характеристика

ДАГЕСТАН (Республика Дагестан) входит в состав Российской Федерации. Площадь составляет 50,3 тыс. км². Население 2621.8 тыс. человек (по 2005г.). В составе республики 39 районов: 10 городов, 14 поселков городского типа. Столица -- Махачкала. Другие крупные города: Дербент, Буйнакск, Хасавюрт, Каспийск, Кизляр, Избербаш, Дагестанские Огни. Дагестанская АССР в составе РСФСР образована 20 января 1921. С 1991 Республика Дагестан входит в состав Южного федерального округа.

География и климат республики Дагестан

Дагестан расположен в восточной части Кавказа, вдоль побережья Каспийского моря. На российской территории с республикой граничат Ставропольский край, Калмыкия и Чеченская Республика. По суше и Каспийскому морю проходят границы с пятью государствами -- Азербайджаном, Грузией, Казахстаном, Туркменией и Ираном. На границе с Азербайджаном -- крайняя южная точка России (41°10' с. ш.).

В северной части -- Терско-Кумская низменность (на 28 м ниже уровня моря), в южной -- предгорья и горы Б. Кавказа (плато Гуниб); высшая точка гора Базардюзю -- высота до 4466. «Дагестан» в переводе с тюркского «горная страна» (горы занимают 44 % территории). На востоке омывается Каспийским морем. Главные реки -- Терек и Сулак.

Полезные ископаемые:

Нефть, горючий газ, кварцевые пески, горючие сланцы, каменный уголь, железная руда, минеральные источники.

Климат:

Умеренный континентальный, засушливый. В горной части изменяется с высотой: падает температура, растет влажность. В южной, прибрежной части переходный, от умеренного к субтропическому. Средняя температура января от +1 ⁰С на низменности до -11 ⁰С в горах, средняя температура июля до +24 ⁰С. Осадков выпадает 200-800 мм в год. Вегетационный период 200-240 дней.

Дагестан отличает разнообразие растительно-климатических поясов: субтропические леса, пустыни и полупустыни, высокогорные тундры и ледники. На территории республики свыше100 небольших озер (в основном в низовьях Терека и Сулака). На высоте от 500-600 м до 1500-1600 м располагаются лесные массивы из дуба, граба, бука, а также березы и сосны. Леса и кустарники занимают 9% территории Дагестана.

В животном мире встречаются типичные представители азиатских степей и европейской фауны: дагестанский тур, кавказский улар, хомяк Радде, северокавказская ласка и др. В пойменных лесах и в долинах Терека и Сулака сохранились благородный олень, косуля, камышовый кот, кабан.

Из птиц -- кавказский фазан, рябчик, кавказский тетерев, утки, гуси, лебеди, цапли. Многочисленные озера богаты рыбой (сазан, лещ, судак, сом, щука, форель). В Каспийском море обитают осетровые, сельдь, лещ, судак, вобла и др.

2. Расчет грузоподъемности пролетного строения моста при отсутствии дефектов

Грузоподъемность моста определяется грузоподъемностью поперечных сечений его пролетного строения. Для неразрезных и разрезных пролетных строений неравенство для поперечных сечений имеет следующий вид:

(1)

где М_пр - предельное значение изгибающего момента в том же сечении (наиболее напряженной балки пролетного строения), которое оно может воспринять по его несущей способности с учетом его фактического состояния, кН•м; Мр - изгибающий моментв том же сечении пролетного строения от постоянной и временной нагрузок, кН•м. 27451.5>1514.42кН/м.

3. Расчет предельного допущенного изгибающего момента балки пролетного строения

Расчет сечения сводим к определению нагрузки, которую выдерживает арматура балки пролетного строения.

Определение предельного значения изгибающего момента М_пр определяется по следующей формуле:

(2)

М_пр=1.1*94.8 *2700*(1.05-0.5*0.15)=27451.5 кН*м

где А_р- площадь рабочей арматуры, см²; R_p-расчетное сопротивление растяжению напрягаемой арматуры, кг/см²; h₀ - рабочая высота балки, м; h_f-расчетная толщина плиты, м.

4. Расчет пролетного строения

4.1 Постоянные нагрузки на один погонный метр главной балки

Определение усилий производим с учетом совместного действия постоянной и временной нагрузок. Различают первую и вторую части постоянной нагрузки. К первой части относят вес несущих элементов пролетного строения, ко второй - вес мостового полотна, устраиваемого после завершения монтажа и объединения несущих элементов.

Нормативная постоянная нагрузка на один погонный метр (п. м) балки от ее собственного веса и веса шва омоноличивания, объединяющего соседние балки, кН/м:

для крайней балки

(3)

=+ 0.5*0.4*0.15*25=6.54 кН/м;

для промежуточной балки

= +0.4*0.15*25=7.29 кН/м (4)

где Р_кб и Р_пб - соответственно вес крайней и промежуточной балок, кН; l_n- полная длина балки, м; h_пл - толщина плиты, м; С₀ - ширина шва омоноличивания между соседними балками, м; г_ж/б- удельный вес железобетона (25 кН/м³).

Нормативный вес 1 п. м. типовых железобетонных блоков тротуаров пониженного типа:

q₂= 5,7 кН/м при ширине тротуара Т = 1,0 м.

Нормативный вес 1 п. м. типовых металлических перил:

q₃= 0,42 кН/м.

Нормативный вес 1 п. м.асфальтобетонного покрытия шириной габарита моста (Г), кН/м:

балка пролетный мост

q₄ = h₁г₁Г, (5)

q₄=0.07*23*11.5=18.51 кН/м;

где h₁- толщина асфальтобетонного покрытия, м; г₁ - удельный вес асфальтобетона (23 кН/м³); Г - габарит моста (путепровода), м.

Нормативный вес 1 п. м. трехслойного основания под покрытие шириной равной габариту моста, кН/м:

q₅ = (h₂г₂ + h₃г₃ + h₄г₄)Г,(6)

q₅=(0.04*23.5+0.01*15+0.03*23.5)*11.5=20.64 кН/м

где h₂- толщина защитного слоя бетона, м; h₃ - толщина слоев гидроизоляции, м; h₄- толщина выравнивающего слоя бетона, м; г₂ - удельный вес защитного слоя бетона (23,5 кН/м³); г₃ - удельный вес слоя изоляции (15 кН/м³); г₄ - удельный вес выравнивающего слоя бетона (23,5 кН/м³).

Суммарная постоянная нормативная нагрузка на 1 п. м. балки определяется по формуле:

(7)

=6.54+ =14.17 кН/м;

Расчетная постоянная нагрузка получается умножением постоянной нормативной нагрузки на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке г_f:

для крайней балки, кН/м

(8)

=1.1*6.54+ =17,23 кН/м.

где: г_f= 1,1 - коэффициент надежности по нагрузке для всех постоянных нагрузок кроме q₄и q₅; г_f= 1,3 - коэффициент надежности по нагрузке для трехслойного основания под покрытие (q₅); г_fа= 1,5 - коэффициент надежности для асфальтобетонного покрытия; n_б - количество балок в поперечном сечении.

4.2 Определение коэффициентов динамичности

Временные нагрузки, находящиеся на пролетном строении моста (рис. 1), не одинаково нагружает каждую балку пролетного строения. Кроме того при движении она создает дополнение к статической динамической нагрузке. При расчетах балок пролетных строений мостов динамическое воздействие временной нагрузки учитывается коэффициентом динамичности (1+м), а неравномерность нагружения балок - коэффициентом поперечной установки (о).

Коэффициент поперечной установки показывает, какая часть всей временной нагрузки приходится на конкретную балку пролетного строения.

Коэффициенты динамичности для автодорожных и городских мостов:

а) для автомобильной нагрузки А-14

(9)

(1+м)₁₄=1+ =1.25;

где л - длина загружения линии влияния принимается равной расчетному пролету балки при определении изгибающего момента в середине пролета балки, м;

б) для колесной нагрузки НК-100

(1 + м)100 = 1,1 при л? 0,5;(10)

в) для толпы на тротуарах

(1 + м)_Т = 1,0. (11)

4.3 Определение коэффициентов поперечной установки

Для мостовых сооружений класс нагрузки АК принимается равным 14, для нагрузки НК - 100.



Рис. 1. Временные нагрузки от подвижного состава:

а - нагрузка А-14; б - нагрузка НК-100.

Над линией влияния в пределах ширины пролетного строения устанавливаем временную нагрузку с соблюдением требований ГОСТ Р 52748-2007 по установке временных нагрузок по ширине моста (путепровода), т. е. автомобильная нагрузка А-14 установлена на мосту с соблюдением и без соблюдения полосы безопасности, нагрузка НК-100 - только с соблюдением полосы безопасности и только на одной полосе движения (чертеж).

Ординаты линии влияния давления под центрами тяжести крайних балок для разрезной системы:

(12)

=0.64;

(13)

=-0.35;

где:n - количество балок в поперечном сечении; а - расстояние между осями балок, м.

Коэффициенты поперечной установки:

а) для НК-100

(14)

₁₀₀=0.5*(0.48+0.25)=0.38;

б) для толпы на одном тротуаре (левом)

(15)

о_Т=0.68;

в) для автомобильной равномерной части нагрузки А-14, установленной без соблюдения полосы безопасности:

(16)

=0.5*(0.48+0.32)+0.3*(0.23+0.07)=0.49;

г) для автомобильной нагрузки А-14, установленной без соблюдения полосы безопасности для тележки А-14

(17)

=0.5*(0.48+0.32)+0.5*(0.23+0.07)=0.55;

д) для автомобильной равномерной части нагрузки А-14, установленной с соблюдением полосы безопасности:

(18)

=0.5*(0.60+0.44)+0.3*(0.35+0.20)=0.685;

е) для автомобильной нагрузки А-14, установленной с соблюдением полосы безопасности для тележки А-14:

(19)

=0.5*(0.60+0.44)+0.5*(0.35+0.20)=0.79.

4.4 Расчетные усилия в сечениях главной балки

Расчетную временную нагрузку на главную балку получают умножением нормативной нагрузки на соответствующие коэффициенты надежности по нагрузке г_f, коэффициенты динамичности (1 + м) и коэффициенты поперечной установки о.

Коэффициенты надежности по нагрузке г_fдля временныхвертикальных нагрузок [1, таблица 14] имеют следующие величины:

- для нагрузки НК-100 - 1,0;

- для нагрузки от толпы на тротуаре при учете совместно с другими нагрузками - 1,2;

- для равномерной части нагрузки А-14 - 1,2;

- для тележки нагрузки А-14-г^t_f;

г^t_f= 1,5 - 0,01л=1.4, но не менее 1,2;

где л - длина загружения линии влияния одного знака.

При расчете элементов пролетных строений автодорожных мостов (главные балки, диафрагмы) должны рассматриваться три основных сочетания постоянных и временных нагрузок [1,п. 2.12]:

первое - постоянная нагрузка плюс НК-100;

второе - постоянная нагрузка плюс А-14 без соблюдения полосы безопасности;

третье - постоянная нагрузка плюс А-14 с соблюдением полосы безопасности и плюс толпа на тротуаре.

При этом число полос нагрузки, размещаемой на мосту, не должно превышать установленного числа полос движения.

Расстояние между осями смежных полос нагрузки должны быть не менее 3,0 м.

При многополосном движении в каждом направлении и отсутствии разделительной полосы на мосту ось крайней (внутренней) полосы нагрузки каждого направления не должна быть расположена ближе 1,5 м от осевой линии или линии, разделяющей направления движения. При этом на мосту размещается столько полос движения, сколько их поместится над линией влияния давлений на главную балку одного знака.

При вычислении изгибающего момента удобно пользоваться линией влияния моментов для расчетного сечения, загруженной действующими равномерно распределенными и сосредоточенными нагрузками (рис. 2).



Рис. 3. Схема к определению изгибающего момента в середине пролета балки: l_p-расчетный пролет балки; y₁чy₆-ординаты линии влияния под осями тележки А-14 и НК-100; q₁₄-полосовая нагрузка

Ординаты линии влияния под осями тележки А-14 и НК-100.

y1=L/4=23.40/4=5.85;

y2=(0.5*L-1.5)/2=(0.5*23.4-1.5)/2=5.1;

y3=(0.5*L-1.2)/2=(0.5*23.4-1.2)/2=5.25;

y4=L/4=23.40/4=5.85;

y5=(0.5*L-1.2)/2=(0.5*23.4-1.2)/2=5.25;

y6=(0.5*L-1.2*2)/2=(0.5*23.4-1.2*2)/2=4.65;

Изгибающий момент в середине пролета балки М^p_0,5l, кН м,вычисляем для трех сочетаний загружения.

Первое загружение - постоянная нагрузка плюс НК-100

(20)

=22.07*16.24+1.1*1.0*250*0.37*(5.25+5.85+5.25+4.65)= кН/м;

где:q^p_П- расчетная постоянная нагрузка на 1 погонный метр главной балки, кН/м;

Р₁₀₀ - эквивалентная равномерно распределенная нагрузка от НК-80, кН/м;

о₁₀₀ - коэффициент поперечной установки для НК-100;

(1 + м)₁₀₀ - коэффициент динамичности;

щ₁- площадь линии влияния (l_p²/8), м².

Второе загружение - постоянная нагрузка плюс нагрузка А-14 без соблюдения полосы безопасности:

(21)

=[???+14*0.47*1.25*1.2]*16.24+140*(5.85+5.1)*0.68*1.25*1.4=1149.34 кН/м;

где:q₁₄- равномерная часть нагрузки А-14, кН/м;

Р₁₄-давление одной оси тележки А-14, кН;

y₁, y₂- ординаты линии влияния;

г_f, г^t_f- коэффициент надежности по нагрузке для равномернойчасти А-14 и тележки соответственно.

Третье загружение - постоянная нагрузка, плюс А-14 с соблюдением полосы безопасности и плюс толпа на тротуаре

(22)

=[22.07+14*0.47*1.25*1.2+3.7*1.0*0.69*1.2]*16.24+140*(2.85+2.1)*0.78*1.25*1.4=1514.42 кН/м.

где: о_14П - коэффициент поперечной установки для нагрузки А-14, установленной на мосту с соблюдением полосы безопасности;

q_T= 3,92 - 0,0196л, но не менее 1,96 кН/м² - равномерная нагрузка на один м² тротуара от толпы;

л - длина загружения линии влияния, м;

Т - ширина тротуара, м.

Из трех значений момента Мр = (М^р0,5l) за расчетное значение момента принимаем большееМр=1514.42 кН/м.

5. Расчет грузоподъемности пролетного строения моста по балке, имеющей дефекты

Перечень дефектов, влияющих на несущую способность элементов пролетных строений железобетонных мостов, даны по заданию с таблицы ОДН 218.017-2003 со следующими исходными данными:

Категория неисправностей-?;

Характеристика дефектов -Отдельные трещины раскрытием до 0,3 мм; значительные повреждения защитного слоя бетона с оголением арматуры; в преднапряженных конструкциях трещины раскрытием до 0,15 мм.

Срок эксплуатации моста - 9 лет;

С потерей несущей способностью -45%.

При потери несущей способностью 45% Мпр=4490.8 кН/м, условие по грузоподъемности пролетного строения выполняется Мпр>Мр - 4490.8>1514.42 кН/м даже при выявлении дефекта ? категории.

Заключение

После проведения специального осмотра были выявлены дефекты пролетных железобетонных балок ?-й категории: 1) трещины раскрытием до 0.15мм; 2) значительными повреждениями защитного слоя бетона с оголением арматуры, по которому необходимо было делать расчет по грузоподъемности пролетных балок по нагрузкам НК-100 и А-14.

Цель специальных осмотров (обследований) мостов. определение технического состояния сооружения с выявлением дефектов, снижающих грузоподъемность, долговечность н безопасность движения, проверка качества содержания сооружения, проверка наличия и качества ведеиия технической документации (в том числе карточек на мост, книг искусствен ного сооружения и пр), разработка предложений по устранению повреждении, определение грузоподъемности и назначение режима эксплуатации сооружения.

По проведенным расчетам данные мостовое сооружение отвечает характеристикам грузоподъемности. А при выявленных дефектах необходимо провести ремонтные работы, принятые поОДМ 218.11.004-2020.

При локальных крупных сколах бетона, раковинах, обнажении арматуры, а также в местах отслаивающегося и трещиноватого бетона дефектные места заделывать полимербетоном (полимерраствором) или бетоном на комплексном вяжущем КЦК с восстановлением сечения конструкции до проектного размера. Бетоны на основе КЦК рекомендуются для средних балок пролетных строений. Полимербетон или полимерраствор укладывать по грунтовочному слою на полимерной основе. Время схватывания применяемых материалов определяют опытным путем. Все работы необходимо производить в сухую погоду при температуре окружающего воздуха не ниже 10°С.

Перед ремонтом поверхность дефектного участка очищать от слабого и трещиноватого бетона, грязи и масел, а обнаженную арматуру от ржавчины. Очистку производить щетками и скребками или с помощью пескоструйных аппаратов. При сильном загрязнении поверхности маслами, жирами и битумом ее обрабатывать 10%-м раствором каустической соды с последующей промывкой струей воды.

Трещины в бетоне с раскрытием свыше 0,3 мм, а также трещины более 0,1 мм в предварительно напряженных конструкциях с проволочной арматурой и трещины на открытых сверху поверхностях бетона должны быть загерметизированы.

Трещины с общим раскрытием до 0,5 мм, не влияющие на прочность сооружения и изменяющие раскрытие под временной нагрузкой и от температуры на величину не более 0,1 мм, покрывать пленкообразующими материалами - полимерцементными красками на основе синтетического латекса СКС-65ГП или эпоксидных смол.

Список использованной литературы

1. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы [Текст] / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 200 с.

2. ГОСТ Р 52748-2007. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения [Текст] - М.:Стандартинформ, 2008. - 12 с.

3. ОДН 218.017-2003. Руководство по оценке транспортноэксплуатационного состояния мостовых конструкций.

4. Карманов В. Ф. Проектирование и расчет автодорожных мостов в условиях Сибири [Текст]: учеб.пособие / В. Ф. Карманов, С. В. Лазарев. - Кемерово, 1984. - 92 с.

5. Саламахин П. М. Инженерные сооружения в транспортном строительстве [Текст]: учеб.для вузов / П. М. Саламахин [и др.]; под общ. ред. П. М. Саламахина. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 352 с.

6. Саламахин П. М. Мосты и сооружения на дорогах [Текст]: учеб.для вузов: в 2 т. / П. М. Саламахин [и др.]. - М.: Транспорт, 1991. -450 с.

7. СНиП 23-01-99. Строительная климатология [Текст] / Госстрой России. - М.:Стройиздат, 2000. - 68 с.

8. Коваленко С. Н. Опоры мостов [Текст]: учеб. пособие / С. Н. Коваленко. - М.: Транспорт, 1966. - 252 с.

9. Лившиц Я. Д. Примеры расчетов железобетонных мостов [Текст]: учеб.пособие / Я. Д. Лившиц, М. М. Онищенко, А. А. Шкуратовский. - Киев:Высш. шк., 1986. - 263 с.

10. ГибшманМ. Е. Проектирование транспортных сооружений [Текст] / М. Е. Гибшман: учебник. - М.: Транспорт, 1980. -391 с.

11. Гибшман М. Е. Мосты и сооружения на автомобильных дорогах [Текст] / М. Е. Гибшман, И. Е. Дедух. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1981. - 399 с.

12. Колоколов Н. М. Искусственные сооружения [Текст]: учебник / Н. М. Колоколов, Л. Н. Копац, И. С. Файнштейн. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1988. - 440 с.

13. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись и библиографическое описание. Общие требования и правила составления [Текст]. - М.: Изд-во стандартов, 2004. - 62 с.

Размещено на Allbest.ru

...