Проект вантового моста

Из условия прочности:

                     А_к^п=N_к/R_к,                                                                                        (3.11)    

где R_к – расчетное сопротивление канатов;

N_к – усилие в оттяжке кабеля, определяемое по формуле:

        N_к=Н/cosa,                                                                                      (3.12) 

H – величина распора, находимая как

        H=(p+v)×l²/8f .                                                                                  (3.13)   

Из условия жесткости:

A_к^ж=(3×v^н×l³×L)/(128×E_к×[D]×f²),                                                                 (3.14)

где L – полная длина кабеля, вычисляемая по формуле:

                     L=l×(1+8×f²/3l²)+2L₀,                                                                         (3.15)

L₀ – длина оттяжек.

кПа – модуль упругости закрытого  кабеля:

максимально допускаемый прогиб, м;

     (3.16)

(м);

 

Из двух полученных значений и выбирается наибольшее.

                     H=582,04×508²/8*50,8= 369595,4 (кН),

                     N_к=369595,4 /cos21°=395890,2 (кН),

                     A_к^п= 395890,2/500/10⁶=0,791(м²).

                     L=508(1+8×50,8²/3/508²)+2×182=885,5  (м),

                     A_к^ж=(3×15,26×508³×885,5)/(128×206000×1,27×50,8²)=0,61 (м²).

Окончательно принимаем большее  A_к = 0,79 м².

Площадь поперечного сечения подвесок A_пд определяется из условия, что усилие от постоянной и временной нагрузок с одной панели d приходится на одну подвеску по формуле:

                     А_пд=(p+v)*d/R_пд,                                                                                   (3.17)   

где R_пд = R_к, если подвески выполнены из канатов.

                     А_пд=582,04×10,5/500000=0,0012 (м²).

Площадь поперечного сечения пилона A_пл определяется через усилие N_пл, найденное из равновесия верхнего узла пилона:

                    N_пл=Н*(tga+tga₁),                                                                         (3.18) тогда

                     A_пл=N_пл/(j×R_пл),                                                                                   (3.19) где R_пл = R_b, j = 0,8¼0,9, если пилон железобетонный;

a₁ – угол наклона кабеля.

                     N_пл= 369595,4 ×(tg21+tg29)=346744,4,2 (кН),

                     A_пл=  346744,4 /0,85/25000=16,3 (м²).

Изгибная жесткость балки  EI_б назначается из условия обеспечения жесткости при загружении половины пролета временной нагрузкой:

I_б≥(5×v^н×l⁴)/(384×32[D]×Е_б).                                                            (3.20) I_б≥(5×15,26×508⁴)/(384×32×1,08×500)=7,65 (м⁴),

                     12,25 м⁴ > 7,65 м⁴ – условие выполняется.

2.2.6. Определение  расхода материалов и стоимости  варианта 3.

 

Определение расхода материалов по найденным ранее размерам и площадям удобно представить в табличной форме (Таблица 2.3).

 

Таблица 2.3.

Определение расхода материалов.

Наименование элемента	Единица измерения	Поперечное сечение элемента, м2	Длина элемента, м	Общий объем элемента
Кабель	Т	0,79	1771	13643,4
Пилон	м3	16,3	50,8	546,4
Подвески	Т	0,0012	4013	45
Балка жесткости: Жб. Плита Балочная клетка	м3 т	6,75 0,222	1030 1030	6952,5 1251,2
Дорожное полотно	м2	27	1030	27810

 

Объем опор и фундаментов определяется после расчета по прочности основания. Усилие в опоре, находящейся под пилоном, рассчитывается исходя из найденного ранее усилия в пилоне N_пл. Расчет количества свай производят по формулам[3]:

                     n_св³N_ф/N_нес,                                                                                   (3.21)      

где N_нес – несущая способность одной сваи;

N_ф – усилие, приходящееся на подошву ростверка, определяемое как

                     N_ф=1,3×(g_fg×(R_g+G_оп+G_ф)+g_fv×R_v),                                           (3.22)

R_g– опорная реакция от постоянной нагрузки левого и правого пролетов;

G_оп, G_ф – вес опоры и фундамента;

R_v – опорная реакция от временной нагрузки.

Для опор под пилонами:

                     N_ф=1,3*(1,1*(94448/4+102320/4+20875)+8724,8)=124500 (кН),

несущая способность одной сваи-оболочки Æ =1,6 м равна N_нес=7500 (кН),

                     n_св³124500/7500»18 (сваи),

Стоимость варианта рассчитывается по элементам мостового перехода и  представлена в табличной форме  в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4.

Определение стоимости варианта.

Наименование	Единицы измерения	Единичная расценка, руб.	Общий объем	Общая стоимость, руб.
Канаты закрытого типа	т	1800	12844,2	23119560
Канаты открытого типа	т	1600	39	62400
Сталь низколегированная	т	850	1264,1	1074400
Железобетон (B40¼B50)	м3	550	21772,8	11975040
Бетон (B20¼B30)	м3	100	12351,3	1235130
Сваи-оболочки	м3	450	1907,55	858397,5
Дорожное покрытие	м2	60	27810	1652440
Общая стоимость варианта				39977367,5

 

2.5. Технико-экономический  анализ вариантов и выбор оптимального.

 

Сравнение вариантов висячих мостов проводится комплексно, по целому ряду критериев. Наиболее важными из них являются: стоимость, расход основных материалов, технологичность и удобство монтажа, эксплуатационные качества, архитектурные достоинства.

Сравнение вариантов по первым двум показателям удобно свести в таблицу 2.12.

Таблица 2.12.

Таблица сравнения вариантов.

Наименование	Единицы измерения	1-й вариант	2-й вариант	3-й вариант
Канаты	т	177.9%	100%	187.7%
Сталь	т	72.6%	100%	61%
Железобетон	м3	116.6%	100%	106.9%
Бетон	м3	32.1%	100%	33.15%
Дорожное покрытие	м2	100.14%	100%	104.4%
Стоимость	%	123.8%	100%	130.2%

Как видно, наиболее оптимальным по экономическим показателям является II вариант, но для пропуска судов и наименшему количеству бетонных работ является I вариант.

 

 

 

 

                  Главным минусом третьего варианта является больший расход дефицитного и дорогостоящего материала канатов. Строительство висячего моста потребует также значительных затрат стали на сооружение пилонов. Продолжением этих недостатков во время эксплуатации будет необходимость периодической окраски металлических конструкций, ремонта защитных антикоррозионных покрытий.

Недостатком вантового моста можно  назвать сложность монтажа узлов  прикрепления вант к пилону, т.к. работы должны производится на высоте от 70 до 95 м от РУВ.  

Кроме того, строительство висячего моста повышенной жесткости - процесс  более трудоемкий, т.к. нужно устраивать дополнительные ванты.

Архитектурные качества мостов сопоставимы. Вантовый мост обладает красивыми П - образными пилонами, в арсенале висячего моста – симметричность схемы и больший русловой пролет, отношение длины которого к длине пойменных пролетов более оптимально с архитектурной точки зрения.

 

Анализ технологических и эстетических свойств вариантов моста дает основание считать второй вариант – трёхпилонный вантовый мост со сталежелезобетонной балкой жесткости – более экономичным и обладающим оптимальным соотношением стоимости  и качества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     3. Расчет вантового моста.

           3.1 Статический расчет

 

Цель статического расчета  – построение эпюр изгибающих моментов, продольных сил и прогибов для  уточнения размеров основных несущих  элементов на основе проверок по прочности,  устойчивости и выносливости.

3.1.1 Расчет балки жесткости на прочность

 

Для определения величин внутренних усилий с помощью ЭВМ были построены  линии влияния. В качестве расчетной  схемы принята плоская стержневая модель, изображенная на рис. 3.1. Характеристики стержней получены эскизным расчетом .

 

 

Рисунок 3.1 - Расчетная схема и линии влияния усилий в балке жесткости

 

В соответствии с параметрами линий  влияния проведены загружения временной и постоянной нагрузкой для получения максимальных и минимальных значений внутренних усилий в балке жесткости. Расчет усилий приведен в табл. 3.1.

 

 

Таблица 3.1. Усилия в балке жесткости

Усилие	P	gf	wp	l	(1+m)	vн	gfv	kv	w	p	gfp	kp	h	Величина
М0,5 макс				117	1,267	51,58	1,2	1,6	748	756,82	1,2	2,0	16,8	30 650
Nсоотв	721	1,00	200,00						101				3	40 619
M0,5 мин				303	1,134	51,58	1,2	1,6	-280	756,82	1,2	2,0	-1,4	-7 395
Nсоотв	721	1,00	200,00						99				0,81	38 800
M0 макс									0				0	0
Nсоотв	721	1,00	-153,00						0				0	-27 540
M0 мин				462	1,081	51,58	1,2	1,6	-658	756,82	1,2	2,0	-5,9	-18 029
Nсоотв	721	1,00	-153,00						-153				0	-30 964
M0,5, б макс				126	1,255	51,58	1,2	1,6	653,2	756,82	1,2	2,0	14,8	26 557
Nсоотв	721	1,00	-238,30						0				0	-42 894
M0,5 б мин				336	1,102	51,58	1,2	1,6	-982	756,82	1,2	2,0	-5,7	-25 663
Nсоотв	721	1,00	-238,30						-260				-1,4	-49 610
N0,5 макс	721	1,00	200,00	336	1,102	51,58	1,2	1,6	200	756,82	1,2	2,0	1	41 133
Mсоотв									468				16,8	20 265
N0,5 мин	721	1,00	200,00	252					0				0	36 000
Mсоотв									0				0	0
N0 макс	721	1,00	-153,00	336	1,102	51,58	1,2	1,6	-153	756,82	1,2	2,0	-1,1	-31 658
Mсоотв									-334				-1	-8 161
N0 мин	721	1,00	-153,00	252					0				0	-27 540
Mсоотв									0				0	0