Металлический мост

Введение

В современном строительстве металл является наиболее совершенным материалом по совокупности своих технических, технологических и экономических  характеристик. При высокой прочности  сталей, позволяющей перекрывать  значительные пролеты, строительные конструкции  из металла обладают также сравнительно небольшим собственным весом, высокой  индустриальностью изготовления и удобством монтажа. Металлические пролетные строения имеют длительный срок службы. Их удобно восстанавливать в случае повреждения и, при необходимости, относительно легко усилить.

Основным недостатком металл является коррозия, поэтому металлические  пролетные строения требуют тщательного  содержания и периодической окраски, что увеличивает эксплуатационные расходы. К недостаткам стальных конструкций также можно отнести  высокий расход прокатного металла.

В настоящей работе разрабатывается  проект металлического моста через  судоходную реку под один железнодорожный  путь. Курсовой проект выполняется  на основе исходных данных, указанных  в бланке задания.

1. Анализ исходных данных

Необходимо запроектировать металлический  мост под железную дорогу.

На основании результатов изысканий  мостового перехода были заданы следующие  данные:

Отверстие моста – 360 м.

Класс реки – IV*.

Уровень меженных вод (УМВ) –75,000 м.

Наивысший уровень высоких вод  – 80,000 м.

Расчётный судоходный уровень – 79,000 м.

Средняя толщина льда – 1,0 м.

Бровка земляного полотна (БЗП) – определить.

Географическое месторасположение  моста – Алтайский край.

Профиль мостового перехода и инженерно-геологический  разрез по оси моста приведен в  приложении к заданию (№ 2).

Расчет производится на временную  нагрузку – С14.

В качестве дополнительных данных приводится коэффициент размыва – Kр=1,1 и глубина промерзания .

Река находится в Алтайском крае, следовательно, условия эксплуатации моста северные «А». Исходя из этого, при проектировании металлических пролетных строений необходимо использовать сталь марки 15ХСНД-3, устоев и промежуточных опор бетон класса В25,  с маркой по морозостойкости не ниже F 300. Так как по заданию имеем толщину льда, равную t =  1,0 м, то для обеспечения беззаторного пропуска льда в русловой части моста следует применять величины пролетов более 20 м. Так как грунтами основания служат песок пылеватый насыщенный водой, супесь пластичная и супесь твердая, то целесообразно использовать фундаменты на свайном основании.

Согласно классу  ВВП- IV* по ГОСТ 26775-97 (Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях) размеры подмостового габарита следующие:

Таблица 1.1 -  Размеры габарита в соответствии с классом реки (IV)

Класс  ВВП	d, м.	h, м.	ширина, м.
			Bниз	Bвзв
IV*	1,5-1,9	12	120(80)	120(100)

2. Вариантное  проектирование

1. Первый вариант

Конструкция первого варианта моста  определяется схемой   3Х34,2 + 88 + 110 + 3Х34,2м Согласно заданию необходимо обеспечить отверстие моста 360м, фактическая величина отверстия равна 364 м. Погрешность в этом случае составляет +1,11%, что является допустимым.

Полная длина первого варианта моста 419,290 м. Проектируемый мост в плане располагается на прямой, в профиле на горизонтальном участке пути.

Для перекрытия судоходных пролётов используем металлические пролётные  строения с ездой понизу со сквозными  фермами, каждое из которых состоит  из проезжей части, главных ферм, продольных и поперечных связей и смотровых  устройств. Несудоходную часть реки перекрываем  пролётными строениями со сплошными главными балками длиной 34,2 м с ездой поверху на поперечинах, которые выбираем из условия пропуска ледохода.

Указанные пролетные строения опираются  на массивные монолитные бетонные опоры. Промежуточные опоры имеют двухъярусную конструкцию. Устои приняты монолитной конструкции.

Фундаменты под опоры приняты  свайными, исходя из геологических  условий, кроме того, свайные фундаменты предпочтительны фундаментам мелкого  заложения с экономической точки  зрения.

Вычислим отметку подошвы рельса:

 

где: H_г  - высота подмостового габарита;

h_стр,п - строительная высота пролетного строения;

h_плит=0,2 м – высота безбалластной железобетонной трубы;

Δ- зазор между габаритом и  пролетным строением, Δ=0,2 м.

 

Из полученной отметки подошвы  рельса получаем отметку бровки земляного  полотна:

 

 

Определим уровень верха опор:  

 

1. l_п = 34,2 м, h_стр.о = 3,32 м;

 

2. l_п = 89,1 м, h_стр.о = 2,23 м;

 

3. l_п = 111,09 м, h_стр.о = 2,32 м;

 

Определим отметку низа конструкции:                                                  

1. l_п = 34,2 м, h_стр.п = 2,8 м;

 

2. l_п = 89,1 м, h_стр.п = 1,69 м;

 

3. l_п = 111,09 м, h_стр.п = 1,69 м;

 

 

Таблица 2.1 - Пролётные строения, использованные в варианте 1

Расчётный пролёт, м	Полная длина, м	Высота ферм (балок), м	Длина панели, м	Расстояние между фермами (балками), м	Строительная  высота, м		Масса металла, т	Объём железобетона, м3
					в пролёте	На  опоре
33,6	34,2	2,8	-	2,1	2,8	3,32	62,1	38,3/14,4
88	89,1	15,0	11,0	5,8	1,69	2,23	387,58	59,7/37,4
110	111,09	15,0	11,0	5,8	1,69	2,32	559,3	74,4/46,7

Определим ширину опор по фасаду:

 

Рисунок 2.1 – Схема к  определению размеров оголовка опоры вдоль моста

 

а) вдоль моста            б) поперек моста

Рисунок 2.2 – Общий вид промежуточной опоры

 

Определим ширину промежуточной опоры  №4:

 

где: с = е + d₁ + d₂  - расстояние между осями опирания пролетных строений;

е - расстояние между торцами пролетных строений, принимаемое равным 10 см;

d₁ - расстояние от оси опирания до торца левого пролетного строения, м;

 

d₂ - то же, для правого пролетного строения, м;

 

 

d_н , d_п - размеры опорной плиты неподвижной и подвижной опорных частей вдоль                                    оси моста м;

c₁ - расстояние от граней нижних подушек опорных частей до граней опорных  

площадок, принимаемые равным 15 см;

c₂ - расстояние в плане от граней опорных площадок до граней подферменной плиты, принимаемое равным 35 см;

m – ширина свеса подферменной плиты, принимаемое равным 10 см.

Принимаем d_н = 0,86 м; d_п = 1 м ; С₁ = 0,15 м ; С₂ = 0,35 м, m=0,1 м.

 

Вычислим длину опоры прямоугольного очертания поперек оси моста:

Рисунок 2.3 – Схема к  определению размеров оголовка поперёк оси моста

 

 

где: B_ф – расстояние между осями ферм (балок),

d – размер опорной плиты опорной части поперек оси моста,

k – расстояние от грани опорной площадки (параллельной оси моста) до грани прямоугольной подферменной плиты (параллельной оси моста), принимаемое равным 50 см.

 

Определим положение обреза фундамента (ОФ):

 

где: t_л=1 м – средняя толщина льда,    

.

Определим высоту опоры (h₁ + h₂+0,4):

 

 

Соблюдая правила проектирования опоры получим h₁=8,67 м, а h₂=7,75 м. Определим ширину опоры по фасаду на отметке ОР+h₂:

 

 

Определим ширину опоры по фасаду на отметке ОР:

 

 

Подошва фундамента: отметка подошвы  ростверка определяется из условия  заделки свай в ростверк по формуле:

 

где: h=1,2 м – толщина ростверка.

 

Аналогично определяются размеры  для остальных опор.

Размещение  свай в ростверке производится согласно «СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84», при размещении свай в фундаменте необходимо знать:

• наименьшие расстояния между осями вертикальных забивных свай принимают равными трем диаметрам круглых свай или трем толщинам свай квадратных.
• минимальное расстояние между гранью сваи и гранью ростверка в плоскости его подошвы должно быть не менее 0,25 м.
• крайние сваи, как вдоль оси моста, так и поперёк, для увеличения жёсткости свайного фундамента, устраиваются наклонными.

В курсовом проекте для определения необходимого количества свай достаточно определить лишь вертикальную нагрузку на основание, взятую с коэффициентом 1,3, приближенно учитывающим действие комбинации вертикальных и горизонтальных сил.

Вертикальные нагрузки на свайный  ростверк складываются из собственного веса частей опоры, давлений от веса пролетных строений и мостового полотна и веса временной вертикальной нагрузки от подвижного состава. Для определения веса самой опоры ее разделяют на части простой геометрической формы: подферменную плиту, тело опоры выше отметки УВВ, тело опоры в пределах переменного уровня воды и ростверк.

Нормативная нагрузка от веса частей опоры:

 

где, γ_б=23,5кН/м³- нормативный удельный вес бетона;

V_i- объем i-ой части опоры, м³.

Нормативная нагрузка на опору от веса двух одинаковых пролетных строений:

где g_ст = 78,5 кН/м³ – нормативный удельный вес стали; g – ускорение свободного падения; G_ст – масса металла пролетного строения; g_жб = 24,5 кН/м³ – нормативный удельный вес железобетона; V_жб – объем железобетона безбалластного мостового полотна и тротуаров, м³.

Нормативное давление на опору от временной подвижной  нагрузки, расположенной на двух пролетах:

 

где g^λ_a=0.5 – интенсивность эквивалентной временной нагрузки от железнодорожного подвижного состава по Приложению K /1/ в зависимости от длины загружения λ = 2(l_р + 0,5с) и коэффициенте a = 0,5;

А = 1/[l_р (l_р + 0,5с)] – площадь линии влияния опорной реакции.

Суммарная расчетная вертикальная нагрузка на свайный ростверк:

 

где, γ_fg=1,1 - коэффициент надежности к постоянным нагрузкам от собственного веса; γ_fv=1,3-0,003λ- коэффициент надежности по временной нагрузке (при λ<50 м), γ_fv=1,75-0,0005λ – то же (при λ>50 м).

Требуемое количество свай в опоре:

 

где, k_г=1,2…1,4- коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных сил (торможения, тяги, ветра): принимаем k_г=1,4; k_н – коэффициент надежности, принимаемый равным: при числе свай 21 и более – 1,4; от 11 до 20 – 1,6; от 6 до 10 – 1,65; 5 и менее – 1,75; Ф=кН – расчетная несущая способность сваи.

Расчет  производится по формулам (2.14-2.18).

Округляем количество свай (формуле 2.18), исходя из условия обеспечения несущей способности фундамента и размещения свай в ростверке.

Промежуточная опора №1:

 n_cв = 1,4´ 1,2´19500/1200=27шт (Примем из конструктивных условий          n_cв=30шт).

Промежуточная опора №2:

n_cв = 1,4´ 1,2´19500/1200=27шт. (Примем из конструктивных условий          n_cв=30шт).

Промежуточная опора №3:

 n_cв = 1,4´ 1,2´31700/1200=45шт

Промежуточная опора №4:

 n_cв = 1,4´ 1,2´42500/1200=60шт

Промежуточная опора №5:

 n_cв = 1,4´ 1,2´35200/1200=50шт

Промежуточная опора №6:

 n_cв = 1,4´ 1,2´19500/1200=27шт. (Примем из конструктивных условий          n_cв=30шт).

Промежуточная опора №7:

 n_cв = 1,4´ 1,2´19500/1200=27шт. (Примем из конструктивных условий          n_cв=30шт).

Устой №1:

 n_cв = 1,4´ 1,2´28100/1200=40шт

Устой №2:

 n_cв = 1,4´ 1,2´28100/1200=40шт

Определим общую стоимость работ по сооружению первого варианта моста.

Работы  по устройству фундаментов ведутся  в котлованах под защитой металлического шпунтового ограждения. Размеры котлованов в плане больше размеров ростверков соответствующих опор на 0,5 м как вдоль, так и поперек моста, для обеспечения необходимого зазора между опалубкой и стенкой ограждения для ведения строительных работ.