Розрахунок залізобетонного моста

Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України Харківський національний автомобільно-дорожній університет Кафедра мостів, конструкцій та будівельної механіки

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни: «Мости та споруди на автомобільних дорогах»

на тему: «Розрахунок залізобетонного моста»

Виконав: ст. Гр. Д — 44 Салій О.В.

Перевірив: ст. вик. Краснов С.М.

Харків 2011

Зміст Завдання Вступ

1.Варіантне проектування моста

1.1 Складання 3х варіантів моста. Короткий опис варіантів. Вибір варіанту

2. Розрахунок залізобетонної будови.

2.1 Вихідні дані

2.2 Розрахунок геометричних характеристик

2.3 Визначення внутрішніх зусиль. Розрахунок балки на міцність за згинальним моментом

2.4 Геометричні характеристики приведеного перетину в середині прольоту

2.5 Утрати сил попереднього напруження

2.6 Перевірка прийнятого армування

2.7 Розрахунок балки на міцність за поперечною силою

2.8 Розрахунок на тріщиностійкість

2.9 Розрахунок плити на міцність на стадії експлуатації за згинальним моментом.

3. Короткий опис способу провадження робіт

4. Охорона праці

Література

ВСТУП

Проектування, будівництво й експлуатація штучних споруд — складний і взаємозалежний процес, керівництво яким повинно здійснюватися висококваліфікованими інженерами за фахом «Мости і транспортні тунелі». Необхідну підготовку в цій області повинні мати й інженери-шляховики, тому що у практичній роботі доводитися вирішувати питання будівництва й експлуатації мостів.

Проектування штучних споруд у сучасних умовах розвивається за рахунок розробки нових ефективних конструктивних форм, удосконалювання методів розрахунку, застосування нових матеріалів, використання ЕОМ для розрахунків, конструювання елементів мостів і видачі їхніх робочих креслень.

Визначення зусиль в елементах пролітних будівлях рекомендується виконувати в такій послідовності:

Підготувати дані для розрахунку пролітної будівлі на ЕОМ.

Заповнити бланк та одержати роздруківку і результати розрахунку на ЕОМ.

Визначити прогини і зусилля шляхом навантаження епюр. При проектуванні нового моста завантажують нормативними навантаженнями (А11, НК-80, натовп на тротуарах), виходячи з умови визначення найбільших величин розрахункових зусиль в елементах пролітної будови.

Проектування мостів, шляхопроводів, естакад та інших споруд мостового типу починається з розгляду можливих варіантів спорудження і вибору з них найбільш доцільного. Для цього розглядають три варіанти моста. Варіюють конструктивні схеми моста з різною розбивкою на прольоти, застосовують різні матеріали і типи опор.

При варіантному проектуванні моста в конкретному місці, визначеному загальними умовами прокладення траси дороги, необхідно дотримуватися таких вимог:

габарити дороги повинні відповідати категорії дороги;

ширину тротуарів установлюють відповідно до інтенсивності руху пішоходів;

конструкції пролітних будівель, опор і фундаментів повинні бути можливими для виконання будівельними організаціями;

у порівнюваних варіантах повинні бути використані новітні досягнення науки і техніки, типові конструктивні рішення, досвід проектування аналогічних споруд.

Комплексним показником оцінки економічної ефективності кожного варіанта спорудження є приведені витрати, обумовлені з урахуванням вартості зведення конструкцій, тривалості і трудомісткості будівництва, експлуатаційних витрат і, при необхідності, капіталовкладень у виробничу базу по виготовленню конструкцій і придбання в власність чи в оренду необхідних механізмів.

1. ВАРІАНТНЕ ПРОЕКТУВАННЯ МОСТА

При виконанні курсового проекту необхідно дотримувати описаний нижче порядок проектування варіантів моста.

На листі формату А1 викреслено три поздовжніх профілі мостового переходу, нанесено рівні води і геологічна будівля в межах мостового переходу. Необхідно враховувати, що на відміну від поздовжніх профілів доріг креслення мостів, у тому числі і поздовжні профілі мостових переходів, необхідно виконувати в однаковому горизонтальному і вертикальному масштабах.

1.1 Складання 3х варіантів моста. Короткий опис варіантів. Вибір варіанту

Варіант 1: Залізобетонний, балковий міст із металевою фермою з трикутними ґратами, багатопрогоновий розрізний, з ребристою пролітною будовою, бездіафрагмовий, збірний з їздою поверху зі змішаним армуванням. Довжина моста складає LМ = 253 м.

Варіант 2: Стале залізобетонний міст, багатопрогінний розрізний збірний, з їздою поверху. Довжина моста LМ = 253 м.

Варіант 3: Залізобетонний, балковий міст, багатопрогінний розрізний з коробчатою прольотною будовою, збірний з їздою поверху. Довжина LМ = 253 м.

Таблиця 1.1

Таким чином найбільш економічно вигідним є третій варіант

2. РОЗРАХУНОК ЗАЛІЗОБЕТОННОЇ БУДОВИ

2.1 Вихідні дані

Таблиця 2.1

2.2 Розрахунок геометричних характеристик

Розглянемо приведений переріз:

Визначаємо ширину прольотної будови поверху:

м Визначаємо потрібну кількість балок:

d2=м

d1=м Назначаємо 7 балок.

Визначаємо геометричні характеристики балки прольотної будови.

Для балки l = 15м: Н = 95 см, hн = 10 см, bн = 60 см. Арматура: 5 пучків.

hfсм

А1см см см см см

bср=61 см

Yвг=95−61,98=33,02

см4

2.3 Розрахунок головної балки прогінної будови. Визначення внутрішніх зусиль

Діючий документ при проектуванні автодорожніх мостів БНіП включає наступні види нормативних тимчасових вертикальних рухомих навантажень: автотранспортні у виді А15 важкі одиночні колісні машини НК-10

Автотранспортне навантаження А15включає рівномірно розподілене навантаження інтенсивністю V=10.8кН/м і один двовісний візок з осьовим навантаженням Р=147кН

Навантаження від важких одиночних колісних чи гусеничних транспортних засобів приймаємо для мостів і труб, проектованих під навантаження А15у вигляді колісного чотиривісного одиночного візка НК-10 навантаженням на вісь Р=245кН

Таблиця 3.1Визначення згинальних моментів у головних балках

Табл.5.1Сумарні значення зусиль у головних балках

Максимальне зусилля виникає в балці 4 М=2119,59 кНм, при цьому нормативне зусилля буде дорівнювати

Мн=536,8+554,67+194,32=1285,79кНм

Момент від власної ваги балки з урахуванням плити

Мд=кНм

Для визначення поперечної сили виконуємо наступні розрахунки

Розрахунок балки на міцність за згинальним моментом.

Для балки прийнятий бетон класу В-40, Rб=20,5МПа Rbf=1,30МПа Rbn=29,5МПа

Поздовжня арматура — попередньо напружена дротова класу B-II діаметром 5 мм у пучках по 24 дроти з Rp=1075, Rpn=1360, Rp?=752МПа.

Поперечна арматура класу A-II, Rs?=215 МПа.

Найбільший згинальний момент від постійних і тимчасових навантажень виникає в середині прольоту:

кНм

Розрахунок виконуємо для приведеного моменту.

Приймаємо робочу висоту:

hd=0,87 95=82,65 м

Орієнтовно визначимо необхідна кількість розтягнутої арматури нижньої зони:

Площа арматури одного пучка:

Визначимо необхідна кількість пучків:

Приймаємо 6пучків, кожний із 24 дротів з повною площею:

2.4 Геометричні характеристики приведеного перетину в середині прольоту

Визначимо відстань від центра ваги арматурних пучків до нижньої грані:

Площа приведеного перетину:

см2

Статичний момент приведеного перерізу відносно нижньої грані балки:

Положення центра ваги приведеного перерізу відносно нижньої та верхньої граней перерізу:

Момент інерції приведеного перерізу відносно осі, яка проходить через його центр ваги перпендикулярно площині вигину:

2.5 Втрати сил попереднього напруження Попереднє напруження, яке контролюється до кінця напруження арматури, приймається:

До моменту закінчення обтиснення бетону для конструкцій з натягом арматури на упори виявляються втрати першої групи:

від релаксації напруг у дротовій арматурі при механічному способі її натягу.

при натягу з двох сторін від деформації анкерних пристроїв на упорах:

залізобетонний проліт напруження балка від перепаду температур натягнутої арматури і пристрою, що сприймає зусилля натягнення при пропарюванні бетону, при t=65:

Таким чином, перші втрати в прямолінійних пучках складають:

Напруга в попередньо напружених прямолінійних пучках за винятком перших утрат дорівнює:

Другі втрати — від усадки і повзучості бетону визначають за наближеними формулами. Втрати від усадки бетону при класі міцності В40 і тепловій обробці конструкцій 1 = 40 МПа. Втрати від повзучості бетону залежать від напружень у бетоні на рівні центра ваги апаратури, для якої визначаються втрати від постійного впливу (сили попереднього напруження, власна вага).

Для перерізу всередині прольоту рівнодіюча зусиль попереднього напруження у попередньо напруженій арматурі з урахуванням перших втрат:

Центр ваги приведеного перерізу розташований від нижньої грані перерізу на відстані, відстань від центра ваги прямолінійних пучків до нижньої грані ар = 11,33 см Напруження у бетоні на рівні центра ваги арматури, для якої визначаються втрати, від сил попереднього напруження та власної ваги конструкції визначаємо за формулою:

Втрати від повзучості при передаточній міцності бетону R0 = 0.7B = = 0.7•40=28 МПа > 25МПа:

.

Разом другі втрати складають

Повні втрати

Попередні напруження на стадії експлуатації у перерізі в середині прольоту

2.6 Перевірка прийнятого армування Робоча висота перерізу за прийнятим розміщенням арматури:

Визначаємо висоту зжатої зони, допускаючи, що нейтральна вісь проходить по лінії грані плити, тоді згинальний момент:

М=

Отже, нейтральна вісь проходить у плиті висота стиснутої зони:

Несуча здатність перерізу:

Таким чином, міцність перерізу за моментом забезпечена.

2.7 Розрахунок балки на міцність за поперечною силою

Найбільша поперечна сила на опорі Q = 690.43 кН. Ширина ребра в цьому місці b =26 см. Повинна бути виконана умова яка забезпечує міцність по стиснутому бетону між похилими тріщинами за формулою

Площа поперечного перерізу хомутів з двома вітками

Тоді

Поперечна сила, що витримає балка Умова виконана.

Розрахунок нахилених перерізів

Визначимо довжину с проекції на горизонталь нахиленого перерізу за цією умовою Довжина проекції небезпечного похилого перерізу на вісь елемента:

Приймаємо с=1.21м. У межах цієї довжини розташовано хомутів, тобто 9 штук. Опорний хомут не враховується. Тоді 8 штук, які будуть сприймати поперечну силу Зусилля, яке сприймає бетон за першою умовою Визначимо за формулою Для запасу приймаємо m=1.3. Тоді

Приймаємо

Балка може сприйняти поперечну силу Визначимо поперечну силу, яку може сприйняти переріз розташований на межі с середньою ділянкою. Хомути мають діаметр 8 мм, а шаг 20 см, товщина стінки балки b=16 см.

Довжина проекції

Приймаємо с=1.09м. Хомути сприймуть поперечну силу Зусилля яке сприймає бетон Приймаємо

Сила, яку сприйме переріз в четверті прольоту Визначимо поперечну силу, яку сприймає балка на відстані трьох метрів від опорного перерізу. Товщина стінки у цьому перерізі b=16 см=0.16 м, крок поперечної арматури — 0.15 м. Поперечна сила, яка виникає від дії постійного і тимчасового навантаження складає

Визначимо Довжина проекції

Приймаємо с=0.95м. У межах цієї довжини розташовано шт., тобто 7 хомутів. Нижній хомут не будемо враховувати, тобто в розрахунок введено 6 хомутів.

Зусилля, яке сприймає бетон за першою умовою Приймаємо 227.14кН Сумарна поперечна сила, яку витримає переріз, дорівнює

Отже, міцність перерізу за поперечною силою забезпечена.

2.8 Розрахунок на тріщиностійкість

Розрахунок виконується по двох стадіях роботи конструкції:

виготовлення;

експлуатації.

На стадії експлуатації до балки пред’являються вимоги II б категорії тріщиностійкості, як до конструкцій автодорожніх мостів, армованої дротовою попередньо напруженою арматурою d = 5 мм.

Відповідно до вимог, повинні бути перевірені:

· Утворення нормальних тріщин під тимчасовим навантаженням:

· Закриття нормальних тріщин під постійним навантаженням

· Поздовжнє тріщиноутворення під дією постійного і тимчасового навантаження:

У разі потреби розкриття нормальних і похилих тріщин:

Розрахунок на стадії експлуатації.

За утворенням нормальних тріщин під тимчасовим навантаженням.

Рівнодіюча зусиль попереднього напруження з урахуванням усіх втрат:

Положення рівнодіючої щодо центра ваги приведеного перерізу:

Напруга на нижній грані перерізу

По закриттю нормальних тріщин під постійним навантаженням Перевірка утворення поздовжніх тріщин від постійного та тимчасового навантаження (для верхньої грані перерізу)

2.9 Розрахунок плити прогонової будови Табл.1-Конструкція і навантаження від ваги їздового полотна

Тимчасове навантаження Розрахунковий прольот плити дорівнює відстані у світу між ребрами головних балок

Перший випадок завантаження Рівномірно розподілене поздовж колії навантаження Ширина площадки розподілу навантаження поздовж прольоту плити

Інтенсивність цього навантаження на 1 м²

Тиск одного колеса тандема діє на довжині 0.2 м. Поперек прольоту плити ширина площадки розподілу приймається Але не менш

Інтенсивність від одного колеса тандему при тиску на вісь Р=150кН Для смуги плити шириною 1 м згинальний момент в середині прольоту визначаємо Другий випадок завантаження Приймаємо загальну площадку розподілу тиску від двох коліс шириною

Інтенсивність рівномірно розподіленого навантаження

Інтенсивність навантаження від тандему Згинальний момент в середині прольоту смуги шириною 1 м складає

Розрахунковий Нормативний:

Моп=кНм а0=0,2+2 0,12=0,44 мм Приймаємо а0=0,65 м

y1=

y2=

Розрахункова поперечна сила біля опори:

Qo=135,27 кН Третя схема завантаження У прольоті плити розташовується одне колесо завантаження НК-100

b3=b+2H=0,8+2 0,12=1,04 м Ширина майданчику розподілу навантаження:

а1=а+2Н+lp/3=1,09 м Приймаємо а=1,2

Згинальний момент в середині прольоту смуги шириною 1 м складає

Поперечна сила у опори

Qo=кН Приймаємо найбільше значення зусилля Мо=75,84 кНм Qo=186,93 кН Мпр=0,5*75,84=37,92кНм Мпр=-0,25*75,84=-18,96кНм Мпр=0,5*35,45=17,725кНм Мпр. п=0,25*35,45±8,86кНм Мпр. п=0,8*75,84=60,67кНм Моп, 5*75,84=37,92кНм Моп=0,25*75,84=18,96кНм Нормативні моменти на опорі

Моп.п=0,25*35,45=-28,36кНм Моп. п=-0,25*35,45=-8.86кНм Поперечна сила біля опор:

Q=Qоп=186,93кН Розрахунок плити на міцність на стадії експлуатації за згинальним моментом.

Для плити прийнятий бетон класу В40 з Rb = 20 МПа, Rbn = 29 МПа та арматура класу А-ІІ з Rs = 265 МПа, Rsn = 300 МПа.

При товщині плити hf = 15 см та арматурі d = 12 мм робоча висота плити hd = 20 — 2 — 1.2 / 2 = 17.4 см. Розрахунок виконуємо для перерізу шириною b = 100 см.

У відповідності із згинаючими моментами потрібна кількість арматури:

в нижній зоні (М = +37,92кНм) в верхній зоні (М = -18,96 кНм) На опорі у верхній зоні(М=-60,67)

Аs=14,76 см²

На опорі унижні зоні(М=18,96кНм)

As=4,61 см²

Для середини прольоту приймаємо 6 стержнів діаметром 14 мм Аs=9,23 см²

Для опор 10 стержныв дыаметром 14 мм Аs=15,41 см²

Висота стиснутої зони Гранична величина стиснутої зони

Таким чином висота стиснутої зони Х=1.216<10.03см Для As=15.41см2

перевірку виконано.

Розрахунок плити на міцність при дії поперечної сили умова виконується.

отже плита в змозі витримати діючу поперечну силу без поперечного армування.

Розрахунок плити на тріщиностійкість Радіус взаємодії

Площа зони взаємодії

Крок арматури 125 мм Радіус армування Коефіцієнт Напруження в арматурі

Плече внутрішньої пари сил Ширина розкриття тріщин Крок 85 мм Тріщиностійкість плити забезпечена.

3. Короткий опис способу виконання робіт При масовому будівництві малих і середніх мостів, а також у більшості випадків великих мостів приймають збірні залізобетонні конструкції. Тоді весь процес будівництва складається з двох самостійних етапів — виготовлення елементів і монтажу споруди. Виготовлення елементів на стаціонарних заводах є цілком відособленим від монтажу споруди етапом. Якщо ж споруда знаходиться на тимчасовій базі, то технічні процеси виготовлення конструкції і монтажу хоч і розділені, однак організаційно вони можуть бути зв’язані.

У сучасних умовах елементи збірних мостів виготовляють на стаціонарних заводах мостових залізобетонних конструкцій, центральних і приоб'єктних полігонах.

До складу полігона входять:

Виробничі приміщення і площі. До них відносяться силові і трансформаторні установки, арматурне і бетонозмішувальне устаткування, формувальне відділення і ремонтне відділення.

Склад для збереження цементу, металу, лісу й інших будівельних матеріалів (піску, кам’яних матеріалів і готової продукції)

Під'їзні і внутрішньобазові шляхи.

Елементи збірних мостів з заводів полігонів, а також залізничних станцій і пристаней доставляють на місце будівництва автомобілями і тракторами. Елементи довжиною до 6−7 м — на сідельних тягачах з напівпричепами. Елементи 10−12 м — на автомобілях з одноосьовими чи двохосьовими причепами. Балки довжиною 12−33 м — на сідельних тягачах або за допомогою трейлерів з причепами-ваговозами.

Будівництво пальових опор складається з двох видів робіт: занурення паль і влаштування посадок. Для занурення паль можуть бути використані самохідні крани, обладнані направляючими стрілами та дизельні або парові молоти.

У мостобудуванні поширене збирання прольотних будівель портальними кранами, що піднімають всю пролітну будівлю і пересуваються по нижнім риштуванням. Перевагою цього методу є те, що він у значній мірі універсальний, оскільки за допомогою портальних кранів можна зводити опори і монтувати пролітні будівлі мостів різних типів.

Портальні крани виготовляються з інвентарних елементів. Вони переміщуються по рейковим шляхам вздовж моста. Елементи, які монтуються, підводять до крана вагонетками по іншим рейковим шляхам всередині габариту крана. За допомогою візка поперечного переміщення, що рухається паралельно крану і підведеної до вагонетки, доставляють у будь-яке місце поперек моста елемента і ставлять їх на опорні частини моста.

4. Охорона праці

Основними причинами травматизму при будівництві мостів та труб є падіння з висоти та предметів на людей. Причини можуть бути організаційними, технічними або психофізіологічними. До організаційних причин слід віднести недотримання правил безпеки. Технічні причини падіння людей з висоти частіше всього пов’язані із застосуванням недостатньо надійних допоміжних пристроїв, несправних монтажних механізмів, такелажних пристроїв та інше.

В процесі завантаження паль небезпека травмування людей існує у можливості падіння робочої палі, пальобійного агрегату або травмування шматками, які розлітаються при руйнуванні оголовка залізобетонної палі.

Безпека підйому та встановлення палі забезпечується надійним кріпленням. Стропування повинне виконуватися тільки за спеціально виготовлені для цього претлі. Робітники в процесі завантаження повинні знаходитись на безпечній відстані.

До особливо небезпечних відносяться роботи з опускними колодязями. Небезпека існує у вигляді можливості обрушення грунту, виникненні перекосів, нерівномірної кладки колодязя, які сприяють втраті стійкості та міцності. При наявності людей у колодязі необхідно влаштовувати вентиляцію, яка забезпечує необхідний повітрообмін.

Зведення опор, монтаж прольотних споруд мостів здійснюється з використанням різних допоміжних пристроїв та споруд. Допоміжні пристрої та споруди призначені для полегшення праці та забезпечення безпеки зведення основних конструкцій. Основними вимогами до допоміжних пристроїв та споруд є забезпечення міцності, стійкості та жорсткості їх самих та конструкцій, що монтуються, а також окремих частин мосту, що зводиться, в період виконання робіт. Тому допоміжні пристрої та споруди повинні розраховуватися на постійні та тимчасові навантаження з урахуванням специфічних особливостей їх роботи.

ЛІТЕРАТУРА

1 Саламахин П. М., Воля О. В., Лукин Н. П., Леонов В. П., Маковский Л. В. Мосты и сооружения на дорогах. Ч1 и 2. — М: Транспорт, 1991.

2 СНиП 2.05.03−84. Мосты и трубы — М: ЦИТП Госстрой СРСР 1985. — 199с.

3 Гибшман Е. Е., Назаренко Б. П., Кирилов В. С., Маковский П. В. Мосты и сооружения на дорогах, ч1 и ч2. — М: Транспорт, 1972.

4 Назаренко Б. П. Железобетонные мосты. М: Вища школа, 1972 .

5 Методические указания для составления вариантов мостов при курсовом и дипломном проектировании.

6 Типовые проекты конструкций ж/б металических пролетных строений.

7 Методические указания к выполнению курсовых и дипломных проектов по дисциплине «Мосты и сооружения на дорогах. Основания и фундаменты» (роздягнув «Визначення зусиль в елементах пролітних будівель»)