Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Челябинский институт путей сообщения

филиал федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

(ЧИПС УрГУПС)

Кафедра ОПД

Курсовой проект

по дисциплине: «Мосты на железных дорогах»

на тему: «Разработка проекта однопутного железнодорожного моста из обычного железобетона»

Выполнил:

ст.гр. СЖДт-419

Марков Э.Е.

Проверил:

доцент

Абраров Р.Г.

Челябинск

2023



Содержание

Исходные данные

1. ХАРАКТЕРИСТИКА МОСТА

1.1 Компоновка сооружения

1.2 Обоснование выбора опоры

1.3 Растёт фундаментов опор

1.4 Расчёт устоев

1.5 Расчёт размыва

1.6 Фактическое отверстие моста

1.7 Расчёт стоимости по укрупнённым показателям

2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПС

2.1 Определение усилий внешней консоли

2.2 Определение моментов

2.3 Расчет временной нагрузки

2.4 Армирование плиты балластного корыта

2.5 Определение толщины защитного слоя

2.6 Расчёт прогиба моста

3. РАСЧЁТ РЕБРА ГЛАВНОЙ БАЛКИ

3.1 Постоянные нагрузки

3.2 Временные нагрузки

3.3 Нормативные усилия

3.4 Определение расчётных усилий на прочность в середине пролёта

3.5 Определение приближенного расчета арматуры в растянутой зоне

3.6 Определение границы сжатой зоны

3.7 Требования (правила) при армировании ребра

3.8 Конструктивные требования для размещения продольной рабочей арматуры

Список литературы



Исходные данные

1. Номер рельефа - №125

2. Отверстие моста (L₀) = 100 м;

3. Уровень меженных вод (УМВ) 134,7 м;

4. Расчётный горизонт высоких вод (РГВВ) 136,75 м;

5. Наивысший уровень ледохода (НВУЛ) 135,8 м;

6. Наинизший уровень ледохода (НИУЛ) 134,25 м;

7. Расчётная толщина льда (h_л) = 0,8 м;

8. Коэффициент общего размыва 1,20;

9. Географическое местоположение моста - Западная Сибирь;

10. Расчётная временная нагрузка С13;

11. Устой - Необсыпной;

железнодорожный мост опора консоль момент прочность ребро балка



1. ХАРАКТЕРИСТИКА МОСТА

Основная характеристика, которой определяется длина моста - это его отверстие, L₀. Оно равно расстоянию в свету между передними стенками устоев или конусами насыпей по расчетному горизонту высоких вод (РГВВ) за вычетом суммарной толщины промежуточных опор. Для перекрытия заданного отверстия будем использовать балочно-разрезную схему, так как она позволяет широко использовать типовые конструкции пролетных строений и опор.

Прежде всего, необходимо правильно назначить величину перекрывающих пролетов. Для несудоходных водотоков с ледоходом величина пролетов определяется исходя из двух условий:

- экономичности конструкции моста;

- беззаторного пропуска льда под мостом

Последнее может быть обеспечено применением пролетных строений длиной:

10…15 м при слабом ледоходе (h_л <0.5 м);

15…20 м при среднем ледоходе (0.5 ? h_л <1.0)

20…30 м при сильном ледоходе (h_л ?1.0 м).

1.1 Компоновка сооружения

Таблица 1

Характеристика железобетонных пролетных строений

Основные данные	Расчетный пролет м
	1 балка 8,7	2 балка 10,8	3 балка 12,8	4 балка 15,8	5 балка 18,0	6 балка 22,9	7 балка 26,9
Полная длина ПС, lп, см	930	1150	1350	1650	1870	2360	2760
hстр, см(строительная высота)	В пролете hs	140	156	170	190	205	235	275
	На опоре hso	160	176	190	210	243	285	326
Обьем бетона, м3	16,3	21,2	27,6	36,9	44,4	64,33	83

Так как h_л=0,8, значит выбор необходимой длины пролетного строения опор будет от 15 м до 20 м. Принимаем двухблочные пролетные строения из обычного железобетона по типовому проекту № 556 (ЛГТМ - 1967г.) длиной l_п = 15,8 м (т.е. балку 4).

При заданном отверстии моста L₀ = 100 м и толщине льда h_л = 0,8 м, условно принимаем ширину промежуточной опоры = 2,2 м (т.к РГВВ - УМВ < 10 м)

Графическую работу по составлению вариантов моста начинаем с вычерчивания профиля перехода, на котором указываем:

Уровни воды: расчетный горизонт высокой воды (РГВВ) и уровень меженной воды (УМВ);

Отметку низа конструкции (НК). НК на не судоходных реках назначают исходя из условия:

ЎНК ЎРГВВ 1,0;

ЎНК 136,751,0 137,75 м;

Отметка подошвы рельсов (ПР) определяется по формуле:

ПР=НК+=137,75 + 1,9 =139,65 м;

Определяем отметку верха опоры ВО:

?ВО=ПР- 139,65 - 2,1 = 137,55 м

Определяем отметку бровки земляного полотна (БЗП):

Определяем высоту опоры :

Определяем количество пролетных строений и промежуточных опор по формуле:

Где n - количество промежуточных опор; b - ширина опоры

Количество промежуточных опор n, можно найти по формуле:

lп-полная длина пролетного строения. (берем из таблицы 1)

Тогда,

Количество пролетных строений находится по формуле:

Определяем разность длины фактического отверстия заданным:

- суммарная длина сооружения после определения количества пролетного строения определяется по формуле:

=16,50·7 =115,5 м

Условие выполняется.

Мост будем проектировать по схеме: (пойма и русло) по 16,5·7

Рис. 1 -- Поперечное сечение пролетного строения длиной 16,5м

1.2 Обоснование выбора опоры

Функциональное назначение опор - передача на грунт основания вертикальных и горизонтальных нагрузок от веса пролетных строений, верхнего строения пути железнодорожных мостов или подвижного состава, ветра и др.

Оголовок опоры - воспринимает давление от пролетного строения и передает нагрузку от опорных частей вниз на тело и фундамент.

Тело опоры - средняя часть опоры между оголовком и фундаментом, конструкция которой и определяет тип опоры.

Фундамент опоры - часть опоры, располагающаяся под землей или водой.

Поскольку толщина льда равна 0,8 м, примем промежуточные массивные опоры шириной 2,2 м, которые объединены между собой сборным ригелем.

Основные размеры опоры одноярусной при высоте 3,45 метров (тело и оголовок)

Высота оголовка 110 см,

Ширина тела опоры 220 см,

Свесы 10 см,

Ширина оголовка 240 см

Длина опоры (поперёк моста) 620 смШирина у оголовка (поперёк моста) 640 см

Горизонтальные размеры по длине сооружения - ширина, по разрезу моста - длина

Рис. 2 -- Промежуточная опора №4

1.3 Растёт фундаментов опор

Фундамент опор представляет собой ростверков плиту с забивными сваями. Ростверк - это железобетонная монолитная конструкция, связывающая между собой сваи. Он предназначен для распределения нагрузки между сваями, и является надежной и устойчивой основой.

Плита ростверка высотой 1,5 м. Устанавливается ниже линии УМВ на 50 и более см. На пойме, где уровень земли выше УМВ, плита устанавливается в грунт, ниже уровня рельефа на 0,5 м

Сваи - это погруженные на определенный уровень в землю столбы прямоугольного сечения 40Ч40 см и длиной 8 м.

Количество фундаментов = количеству опор (6 шт.)

Рис. 3 - Определение основных размеров ростверковой плиты.

Рис. 4 - Ростверковая плита. Вид снизу.

1.4 Расчёт устоев

Устои - крайние опоры, на которые опираются концы пролетных строений.

Поскольку высота обеих насыпей подхода менее 6м, выбираем необсыпной свайный устой под железобетонные пролетные строения с ездой по верху по со сваями 40Ч40 см, и длиной свай lсв = 9 м.

Рис. 5-- Схема необсыпного свайного устой

1.5 Расчёт размыва

Определяем глубину размыва дна водотока у опор вследствие стеснения его живого сечения мостом:

hp = h·(p -1)

h - глубина воды у опоры до размыва, отсчитываемая от РГВВ до земли.

р - расчетный коэффициент общего размыва (р =1,20);

Линия общего размыва:

Линия общего размыва ограничена внутренними гранями устоя.

Определим линию местного размыва, так как имеется фундамент:

, где

В - ширина ростверковой плиты, в нашем случае В=3,6 м.

1.6 Фактическое отверстие моста

Необходимо по чертежу определить фактическое отверстие моста. Если оно отличается от заданного более чем на 5%, то схему моста следует переработать.

Фактическое отверстие моста равно:

полная длина моста

n- количество промежуточных опор,

B- ширина промежуточных опор,

a- количество зазоров между пролетными строениями и устоями,

A-величина зазоров между пролетными строениями, А= 5 см,

C- величина ширины задней грани устоев,

c- количество устоев;

условие выполняется.

1.7 Расчёт стоимости по укрупнённым показателям

Стоимость элементов определяем по ценам 2001г.

Стоимость фундамента

Стоимость бетонного фундамента - 3,0 тыс.руб.

Для промежуточных опор:

Для устоев:

Стоимость забивных свай

Стоимость забивных свай - 5,5 тыс.руб.

Количество свай:

Для одной опоры =12 шт

Для свайного устоя = 12 шт

Тогда количество свай для 6 опор и 2 устоев = 96 шт

Объём одной сваи: V_св = 0,4·0,4·9 = 1,44 м³

Суммарный объём свай: V_св = 1,44 · 96 шт = 138,24 м³

Стоимость промежуточных опор (тело + оголовок)

Тела промежуточных опор выполнены из монолитного бетона. Стоимость монолитного бетона 4,0 тыс.руб.

Суммарный объём тел опор:

Стоимость тел опор:

Оголовок промежуточных опор выполнены из сборно-монолитного железобетона. Стоимость монолитного бетона 4,3 тыс.руб.

Стоимость оголовков:

Суммарная стоимость промежуточных опор (тело + оголовок) составит:

Стоимость пролетных строений:

Стоимость разрезного пролетного строения на железных дорогах из обычного железобетона - 7,5 тыс.руб.

7 пролетных строений по 16,5

Объем пролетного строения: V_16,5 = 36,90 м³

Суммарный объем пролетных строений: м³

Суммарная стоимость пролетных строений:

Стоимость мостового полотна

Стоимость мостового полотна с ездой на балласте на однопутных мостах - 6,8 тыс.руб/п.м.

L - полная длина моста в п.м.

Определим соотношение стоимости пролётных строений к стоимости опорных частей:

Соотношение попадает в необходимые пределы от 1,1 до 1,5, значит сооружать такой мост экономически выгодно. Стоимость строительства основных конструкций моста по укрупненным показателям в ценах на 2001 год составляет: 4,907 млн.руб.



2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПС

Рис. 6 -- Схема плиты проезжей части пролетных строений с ездой на балласте.

Расчетные схемы ПС:

1. Разрезная балка (Перекрывает 1 пролет)

2. Не разрезная балка (Перекрывает 2 или более пролетов)

3. Разрезная с консолью (После опоры с 1-го конца балка свешивается)

4. Разрезная балка с 2-мя консолями

5. Жестко защемленная балка

При нагружении верхние волокна поперечного сечения балки - растянуты, а нижние - сжаты

Расчет конструкций по предельным состояниям

I предельное состояние: при неудовлетворительном расчете, эксплуатация запрещена

· Расчет на прочность

· Расчет на выносливость

II предельное состояние: при неудовлетворительном расчете, ограничение условий работы (снижение скорости состава, грузоподъемности и т.п.)

· Расчет на прогиб

Для расчета по II предельному состоянию, необходимы НОРМАТИВНЫЕ характеристики, а по I - РАСЧЕТНЫЕ.

Для расчета характеристик первого предельного состояния, вводятся коэффициенты:

1. - коэффициент надежности материала:

2. (1+м) - динамический коэффициент

Для расчета на прочность, динамический коэффициент принимаем:

(1+м) =

l_р (Расчетная длинна ПС)

Для расчета на выносливость:

- коэффициент надежности материала

(1+) - не полный динамический коэффициент

2.1 Определение усилий внешней консоли

Постоянные нагрузки по внешней консоли (расчет ведется на 1 погонный метр вдоль ПС)

1) Отвеса плиты консоли

P₁ = ?_жб · h_п · 1м = 25 кН/м³ · 0,18м · 1м = 4,5 кН/м

?_жб = 25 кН/м³

2) От веса балласта

P₂ = ?_б · h_б ·1м = 19 кН/м³ · 0,5м · 1м = 9,5 кН/м

?_б = 19 кН/м³

3) От веса бортика

P_бор = ?_жб · b₁ · h₁ · 1м = 25 кН/м³ · 0,1м · 0,35м · 1м = 0,875 кН

4) От веса тротуара

P_т = 5,8 кН/м

5) От веса перил

P_п = 0,7 кН

2.2 Определение моментов

Определение момента в консоли от постоянной нагрузки

Условие обозначения геометрических размеров:

Нормативный момент

= 0,94 м - длина консоли;

= 0,57 м -длина тротуара

Используется в расчетах по II предельному состоянию

Определение момента для расчета на выносливость

1) Коэффициент надежности

2) Для постоянных нагрузок динамический коэффициент не принимаются



Расчет момента для определения прочности

Где, = 1,1 - коэффициент надежности ЖБ

= 1,3 - коэффициент балласта

2.3 Расчет временной нагрузки

1. Определение интенсивности эквивалентной нагрузки на один погонный метр:

При определении ширины распределения нагрузки рассмотрим два случая:

Первый случай:

??₁ = 2,7+0,35=3,05 м

2,7 - шпала; 0,35- ширина балласта за пределами с двух сторон

Второй случай:

??₂ = 2,7+0,7=3,4 м

2. Определение консоли слоя балласта относительно ребра

Первый случай:

Второй случай:

3. Определение интенсивности временной нагрузки на квадратный метр

Первый случай:

Второй случай:

4. Момент нормативный в корне консоли от временной нагрузки

Первый случай:

Второй случай:

Используем его для расчёта по предельным состояниям

Из двух вариантов при расчете II предельного состояния принимаем 12,221 кНм

5. Определение момента на выносливость

Для расчёта

1. - коэффициент надежности материала:

2. 1+ (2м/3) = 1,33 - динамический коэффициент ((1+м) = от 1,15 до 1,5 (пункт 6.2))

Первый случай

Второй случай

6. Определение расчётного момента временных нагрузок для определения прочности

Первый случай

Второй случай

2.4 Армирование плиты балластного корыта

Обращаемся к СП 35.13330.2011/Мосты и трубы. Актуализированная редакция/СНиП 2.05.03-84

1. Шаг стрежней на консоли равен 10 см и более (пункт 7.117)

2 . Наименьший диаметр арматуры: расчётный 12 мм и более, конструктивный 6 мм и более (пункт 7.118)

3. Защитный слой бетона в плите от 2 см и более (пункт 7.119)

4.Расстояние в свету между стержнями рабочей арматуры однорядной от 4 см, двухрядно от 5 см и более (пункт 7.122)

5. Шаг распределительной арматуры не более 25 см

6. Шаг между рабочей арматурой плиты не более 15 см

Расчёт на прочность

Материалы

1. Арматура рабочая А400 (III)

2. Бетон марки B30, (прочность при сжатии)

3.

4. Арматура конструктивная А240(I)

Расчёт прочности ведётся на 1 погонный метр ()

Рис.7 - Плита балластного корыта

Необходимое количество арматуры:

- рабочая высота сечения (расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до противоположенной грани сечения)

Тогда,

Задаёмся диаметром рабочей арматуры мм. Тогда площадь сечения стержня

Определим количество стержней

При расчёте на выносливость площадь сечения рабочих стрежней следует увеличить на 20-30% и принимаем n = 9 штук

2.5 Определение толщины защитного слоя

В верхнюю часть устанавливается рабочая арматура арматура диаметром d = 1,2 см, тогда толщина защитного слоя:

В нижнюю часть устанавливается арматура диаметром d= 0,8 см, тогда толщина защитного слоя:

Тогда,

Шаг рабочей арматуры примем равным 10 см, тогда количество рабочих стержней на одном погоном метре равно 9 шт и d = 1,2 см

Шаг конструктивной арматуры примем равным 20 см, тогда количество рабочих стержней на одном погоном метре равно 5 шт и d = 0,8 см

Определяем суммарную площадь поперечного сечения монтажной арматуры:

Определение высоты сжатой зоны сечения:

Конструктивная арматура нижней сетки не находится в сжатой зоне, отсюда

, уточним высоту сжатой зоны (x):

Определим предельный момент, воспринимаемый сжатым сечением:

Прочность плиты балластного корыта обеспечена.

Расчёт плиты на выносливость

1) Определение коэффициента асимметрии цикла:

2) Определение коэффициента условия работы бетона

- коэффициент, учитывающий рост прочности бетона во времени (таблица 7.8 СНиП)

- коэффициент, зависящий от асимметрии цикла (таблица 7.9 СНиП)

3) Определение коэффициента условия работы арматуры:

(таблица 7.17 СНиП)

4) Определение высоты сжатой зоны для выносливости

- отношение модулей упругости стали и бетона (п. 7.48 стр. 49)

Проверка напряжений в бетоне:

- плечо вн пары сил

Проверка напряжений в арматуре:

Выносливость плиты пролётного строения обеспечена.

2.6 Расчёт прогиба моста

Координаты центра тяжести верхней фигуры: X = 79 см ; У = 181 см;

Координаты центра тяжести нижней фигуры: Х = 79 см; У = 86 см;

Площадь верхней фигуры =18·158 = 2844 см⁴

Площадь нижней фигуры =50·172 = 8600 см⁴

Рис. 8 - Схема определения момента инцерции сечения

Определение допустимого прогиба:

Принимаем меньшее значение

Определение фактического прогиба:

- интенсивность нагрузки

2 см см

Условие выполняется

Расчёт ведётся по 2 предельному состоянию по нормативным нагрузками (= 1 - коэффициент надёжности; динамический (1+м) = 1);



3. РАСЧЁТ РЕБРА ГЛАВНОЙ БАЛКИ

1) Рабочая арматура отгибается по мере перемещения сечения к опорному узлу т.к. количество арматуры уменьшается по мере уменьшения изгибающего момента, то есть стержни становятся не нужными.

2) Эпюра материалов представляет собой ступенчатый график, ординаты которой равны предельным изгибающим моментам.

3) Места начала отгибов определяются сравнением огибающей эпюры моментов и предельным значением момента, воспринимаемого сечением с меньшим количеством стержней.

Расчёт на прочность по изгибающему моменту

Предпосылки к расчёту:

1) Сопротивление бетона растяжению равно нулю

2) Сопротивление бетона сжатию равно расчетному сопротивлению

3) Растягивающие напряжение в арматуре равно расчетному сопротивлению арматуры

4) Сжимающее напряжение в арматуре (конструктивно), принимаются равными расчетному сопротивлению сжатию.

При расчёте главной балки действительное сечение заменяют приведенным

Рис. 9 - Приведенное сечение главной балки

- ширина полки приведённого сечения

- - толщина плиты (

- высота балки

- ширина ребра (

Ребро является элементом симметрии сечения т.е консоли равной длины по 54 см

3.1 Постоянный нагрузки

1) Собственный вес главной балки

2) Мостовое полотно

- площадь поперечного сечения балластной призмы

, где 2 - ширина балластного корыта

г - удельный вес балласта = 19кН/м³;

В знаменателе 2 т.к в расчёте 2 балки

3.2 Временные нагрузки

1) К - класс сооружения (С13)

2) Длина линии загружения (л=15,8м)

3) Положение вершины линии влияния

б= 0,5 - середина пролёта

б=0 - сечение, проведённое через опорную точку,

б= 0,25 - четверть длины балки

(СНиП.20503-84. Стр.142)

Рис. 10 - Линии влияния усилий в разрезной балке

3.3 Нормативные усилия

3.4 Определение расчётных усилий на прочность в середине пролёта

Расчетные усилия

Где, .

= 1,3 - 0.003 · л =1,2526

3.5 Определение приближенного расчета арматуры в растянутой зоне

Принимаем диаметр (d) = 0,036 м = 3,6 см

Увеличим количество процентов на 20-30% тогда шт

Уточняем суммарную площадь рабочих стержней:

3.6 Определение границы сжатой зоны

Верхняя часть жата, а нижняя растянута

Высота сжатой зоны определяется из условия равенства нулю в сумме проекции на ось Х:

Увеличение фактического плеча

Определим предельный момент:

Прочность главной балки обеспечена.



3.7 Требования (правила) при армировании ребра

1. При необходимости, можно отгибать стрежни по 2-3 в одном сечении (симметрично относительно оси)

2. Наклонные стержни должны равномерно армировать ребро главной балки. На всем участке расположения отогнутой арматуры любое произвольно выбранное вертикальное сечение должно пересекать хотя бы 1 наклонный стержень

3. Угол наклона стрежней к оси балки принимают 45є

4. Не менее 1/3 стрежней рабочей арматуры должно доводиться без отгибов от опоры (не менее 2х штук)

3.8 Конструктивные требования для размещения продольной рабочей арматуры

(Стр. 113 пункт 7.17)

1. Наименьший диаметр арматуры (рабочей) 12 мм

2. Хомуты стенок балок минимум 8 мм

3. Минимальная толщина защитного слоя бетона в ребристых п.с. - 3 см (для рабочей продольной арматуры)

4. Расстояние между вертикальными рядами стрежней более 6 см

Начало отгибов - длина заводки стержня за сечения (пункт 7.126)

Для арматуры А300 (2 класс):

1. диаметр от 22 мм; Бетон марки В30 и более

2. Диаметр арматуры 25 и более - Бетон В20-Б27,4

Для арматуры А400:

1. Диаметр 27 и более, бетон В30 и более

2. Диаметр 30 мм и боле бетон В20-Б22,5

Высота загиба Ѕ высоты сечения балки

Отгибы арматуры: Радиус от 10 и более

Необходимо обеспечить расстояние от торца балки до оси опирания, равное не менее 30 см, и до края опорной плиты -- не менее 15 см

Рабочий горизонтальный участок - больше 10 см, но не менее 40 см

Хомуты

В стенках толщиной до 50 см, в пределах приопорных участков длиной, равной 1/4 пролета, считая от оси опоры, шаг хомутов принимают не более 15 см.

На среднем участке балки длиной, раной 1/2 пролета, шаг хомутов принимается не более 20 см.

При толщине стенок более 50 см максимальный шаг хомутов в середине пролета допускается увеличивать на 5 см.

Рис. 11 - Эпюра материалов



Список литературы

1. Свод правил. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. / Минрегион России. - М.: ОАО «ЦПП», 2010. - 339 с.

2. Карапетов Э.С. “Расчет балочных пролетных строений железобетонных мостов”. Санкт-Петербург, 2004 г. - 50 с.

3. Круглов В.М. “Методические указания к курсовой работе по мостам”. Новосибирск: изд-во СГУПСа, 2001 г-35 с.

4. Другов Л.И. “Разработка вариантов моста и путепровода под железную дорогу”. Гомель: БелИИЖТ, 1985 г. - 35 с.

Размещено на Allbest.ru

...