Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование вантового моста

Министерство Путей Сообщения

Российской Федерации

Петербургский Государственный Университет

Путей Сообщения.

Кафедра: «Мосты»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАНТОВОГО

МОСТА.

Выполнил студент Пушкарев М.В.

Группа МТ-901

Руководитель: Барановский А. А.

Принял: Кондратов В. В.

Санкт-Петербург

2003

Содержание:

1	Разработка вариантов металлического моста под железную дорогу	3
1.1	Вариант №1	-
1.2	Вариант №2	4
1.3	Вариант №3	6
1.4	Сравнение вариантов	7
2	Расчет пролетного строения L_р=110.0 м	9
2.1	Расчет проезжей части	-
2.1.1	Определение усилий в продольных балках при расчете на прочность и выносливость	-
2.1.2	Определение усилий в поперечных балках при расчете на прочность и выносливость	19
2.1.3	Подбор сечений продольных и поперечных балок	21
2.1.4	Подбор сечения “рыбок”	24
2.1.5	Расчет прикреплений	-
2.1.6	Расчет связей между продольными балками	26
2.1.7	Подбор ребер жесткости	-
2.2	Расчет элементов главных ферм	27
2.2.1	Построение линий влияния усилий элементов ферм	-
2.2.2	Определение усилий	28
2.2.3	Подбор сечений элементов главных ферм	32
2.2.4	Расчет прикреплений элементов решетки ферм	35
2.2.5	Расчет стыков элементов поясов	36
2.2.6	Расчет продольных связей между фермами	38
	Список литературы	39

Исходные данные.

В соответствии с заданием требуется составить эскизный проект моста с металлическими пролетными строениями под автомобильную дорогу при следующих данных:

1. Место строительства – Краснодарский Край.

2. Отверстие моста 460 метров при коэффициенте размыва К=1,2.

3. Река по судоходным требованиям относится к 2 классу. Это означает необходимость обеспечить двух подмостовых габаритов – 140 и 100 метров и по высоте, считается от расчетного судоходного горизонта до низа конструкции, сплав леса производится.

4. Габарит проезжей части Г-16.5+2х3.0

5. Временная расчетная нагрузка А11.

В ходе выполнения курсового проекта выполняются следующие задачи:

- разработка 3-х вариантов моста;

- определение объемов работ;

- определение стоимости по каждому варианту;

- выбор наилучшего варианта на основании технико-экономического сравнения.

Разработка вариантов металлического моста под

автомобильную дорогу.

Наиболее ответственной задачей при проектировании моста является выбор рациональной схемы. При этом рассматриваются следующие вопросы:

1) разбивка моста на пролеты, система пролетных строений, тип основания, принципиальные конструктивные особенности пролетных строений и опор, условия осуществления строительства;

2) выбор принципиальной схемы определяет основные особенности сооружения, условия его работы и внешний вид;

3) для выбора наиболее рационального решения составляется несколько вариантов моста, удовлетворяющих заданным условиям;

Задача состоит в следующем, чтобы найти решение, которое позволило бы при наименьших затратах построить рациональное для эксплуатации, надежное, долговечное сооружение.

1.1 Вариант №1

По заданию следует предусмотреть судоходные пролеты равные: основной – 140 метров и смежный – 100 метров. Отверстие моста составляет 460 метров. Исходя из этого первый вариант представляет собой вантовый мост с неразрезной железобетонной балкой жесткостью. Общая длина моста составляет 528 метров. Пролеты расположены по схеме 78х180х180х78 м. Ванты расположены по схеме «пучок», т.е. непараллельны и имеют общий узел крепления на вершине пилона. Высота пилона hп=75 м. Для повышения жесткости системы в местах крепления вант к балке жесткости в меньших пролетах устанавливают дополнительные промежуточные опоры. Конструктивное решение пилона – в виде портальной железобетонной рамы. В связи с большой высотой подмостового пространства рама пилона устраивается одноярусной n-образного вида.

ПР=hстр. + РСУ + H=2.97+35+14.5=52.47 м

БП=ПР-0.9=52.47-0.9=51.57 м

Теоретическая длина моста составляет:

Lm =460 +3*3.0+3*16.57 +2*1 =520.71 м

Фактическая длина моста при принятых конструкциях составляет (с учетом расстояния между торцами балок по 0,1 м).

Lf =360+78*2+5.3*2+2*0.5= 527.6 м

Разница между теоретической и фактической длиной составляет;

( Lm-Lf)/ Lf*100 = ((520.71 – 527.6)/527.6)х100% = -1.3%

Определение параметров и размеров моста:

Главный пролет: L₀=360 м
Высота балки жесткости h_б_ж=2.97 м
Высота пилона составляет: H_п=1/3,5*L=75 м
Ширина пилона h_п=1/30* H_п=2.4 м
Шаг вант 60 м.

Определение объемов работ.

1.Пролетные строения.

Q_б=q_б*B*åL_i=0.34*22.5*516=3947.4 м3

2.Ванты

Q_в=q_в*B*L_max=0.14*22.5*360=1134 т

3.Пилон

Q_п=q_п*B*L_max=0.34*22.5*360=2754 м3

4. Промежуточные опоры в виде монолитных конструкций из железобетона, hоп.=16.31 м.

а) объем блоков;

Vб=1.8(13.43*11+17.99*14+11.22)=740 м3

б) объем бетона и раствора заполнения;

Vз=1.8(3.06*11+3.75*14+32.47)=213.5 м3

Объем ростверка

Объем ростверка высотой 2.6 м из монолитного бетона с размерами в плане 5.5х30.0 м

Vрост.=2.6х5.5х30.0=429 м3;

Сваи.

Учитывая грунтовую обстановку принимаем сваи диаметром 1.0 м.

Несущая способность такой одной сваи Рд=350тс;

а) Максимальная нагрузка на свайный фундамент для схемы 78.0х180.0

- от временной нагрузки А11

Nвр.=1.5х11х(78+180)/2=2128.5 тс;

- от веса пролетного строения

Nпр.стр.=1.1х3947.4 х0.5х2.5=5427.7 тс;

- от веса опоры

Nоп.=1.1х2.4х(953.5+429)=1844.4 тс;

-от вант

Nв.= 567 тс;

∑N=Nвр..+Nпр.стр.+Nоп.+Nв.=2128.5+5427.7+1844.4+567=9967.6 тс;

Количество свай-оболочек

n=Mх∑N/Рд=1.5х9967.6/350=42 шт.

Принимаем 42 штуки.

Объем свай (d=1.0 м, толщина,l=20 м)

Vсв.=42х3.14х20х(0.5х0.5)=659.4 м3;

б) Максимальная нагрузка на свайный фундамент для схемы 180.0х180.0

- от временной нагрузки А11

Nвр.=1.5х11х(180+180)/2=2970 тс;

- от веса пролетного строения

Nпр.стр.=1.1х3947.4 х0.5х2.5=5427.7 тс;

- от веса опоры

Nоп.=1.1х2.4х(953.5+429)=1844.4 тс;

-от вант

Nв.= 1134 тс;

-от веса пилона

Nп.= 2754х2.5=6885 тс;

∑N=Nвр..+Nпр.стр.+Nоп.+Nв.+Nп.=2970+5427.7+1844.4+1134+6885 =18261.1 тс;

Количество свай-оболочек

n=Mх∑N/Рд=1.5х18261.1/350=78 шт.

Принимаем 78 штук.

Объем свай (d=1.0 м, толщина,l=20 м)

Vсв.=78х3.14х20х(0.5х0.5)=1224.6 м3;

Свайные устои

Vуст. = 274.2 м3; Vсв. = 12х3.14х20х(0.5х0.5)=188.4 м3

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов приведены в табл.1.

Таблица 1

Наименование работ	Единица измерения	количество	Стоимость одной ед.измерения, руб.	Общая стоимость тыс. руб.
Изготовление и монтаж ж/б пролетных строений L=516 м	м3	3947.4	680	2684.2
Изготовление и монтаж ж/б пилона	м3	2754	90	247.9
Изготовление и монтаж вант	т	1134	3000	3402
Ростверк из монолитного бетона	м³	3х429	140	180,18
Сооружение тела опоры	м³	3*953.5	180	514.9
Сооружение свайных устоев	м³	2*274.2	140	76,78
Изготовление и погружение Æ1.0м, l=20м устои – 12 шт. промежуточные опоры – 42 шт. пр.опора (пилон) – 78 шт.	м³	2х188.4 2х659.4 1224.6	380	143,2 501,1 465.4

Полная стоимость моста по первому варианту 8216 тыс.руб

1.2 Вариант №2

Второй вариант представляет собой вантовый мост с неразрезной металлической балкой жесткостью. Общая длина моста составляет 515.6 метров. Пролеты расположены по схеме 117х270х117 м. Ванты расположены по схеме «арфа», т.е. параллельны и имеют раздельное опирание на пилоне. Высота пилонов hп=47 м. Ванты-оттяжки крепятся к устою, этим достигается упрощенность узла, т.е. в качестве опоры используем устой. Чтобы при этом система осталась безраспорной, балка жесткости упирается своим торцом в шкафную стенку устоя и выполняется в виде жесткого закрепления конца балки в устое. Этим одновременно добиваются снижения изгибающих элементов в пролете. Пилоны принимаем металлическими А-образного сечения.

ПР=hстр. + РСУ + H=2.5+35+14.5=52 м

БП=ПР-0.9=52 - 0.9=51.1 м

Теоретическая длина моста составляет:

Lm =460 +2.2*2 +3*16.1 +2*1 =514.7 м

Lf =270+117*2+5.3*2+2*0.5= 515.6 м

Разница между теоретической и фактической длиной составляет;

( Lm-Lf)/ Lf*100 = ((514.7 – 515.6)/515.6)х100% = -0.2%

Определение параметров и размеров моста:

Главный пролет: L₀=270 м
Высота балки жесткости h_б_ж=2.5 м
Высота пилона составляет: H_п=1/6*L=47 м
Ширина пилона h_п=1/30* H_п=2.2 м
Шаг вант 7 м.

Определение объемов работ.

1.Пролетные строения.

Q_б=q_б*B*åL_i=0.35*22.5*504=3969 т

2.Ванты

Q_в=q_в*B*L_max=0.045*22.5*270=273.4 т

3.Пилон

Q_п=q_п*B*L_max=0.08*22.5*270=486 т

4.Промежуточные опоры (пилоны)

Vоп.=280 м3;

Объем ростверка

Объем ростверка высотой 2.6 м из монолитного бетона с размерами в плане 5.5х20.0 м

Vрост.=2.6х5.5х20.0=286 м3;

Сваи.

Учитывая грунтовую обстановку принимаем сваи диаметром 1.0 м.

Несущая способность такой одной сваи Рд=350тс;

а) Максимальная нагрузка на свайный фундамент для схемы 117.0х270.0

- от временной нагрузки А11

Nвр.=1.5х11х(117+270)/2=3192.75 тс;

- от веса пролетного строения

Nпр.стр.=1.1х3969х0.5=2018 тс;

- от веса опоры

Nоп.=1.1х7.85х140=1208.9 тс;

-от вант

Nв.=273.4 тс;

-от веса пилона

Nп.=486 тс;

∑N=Nвр..+Nпр.стр.+Nоп.+Nв.+Nп.=3192.75+2018+1208.9+273.3+486 =7179 тс;

Количество свай-оболочек

n=Mх∑N/Рд=1.5х7179/350=31 шт.

Принимаем 32 штук.

Объем свай (d=1.0 м, толщина,l=20 м)

Vсв.=32х3.14х20х(0.5х0.5)=502.4 м3;

Свайные устои

Vуст. = 274.2 м3; Vсв. = 12х3.14х20х(0.5х0.5)=188.4 м3

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов приведены в табл.1.

Таблица 2

Наименование работ	Единица измерения	количество	Стоимость одной ед. измерения, руб.	Общая стоимость тыс. руб.
Изготовление и монтаж металлических пролетных строений L=504 м	т	3969	1120	4445.3
Изготовление и монтаж металлических пилонов	т	486	1200	583.2
Изготовление и монтаж вант	т	273.4	3000	820.2
Ростверк из монолитного бетона	м³	2х286	140	80.1
Тела опоры	м³	2х140	1200	2637.6
Сооружение свайных устоев	м³	2*274.2	140	76,78
Изготовление и погружение Æ1.0м, l=20м 1.устои – 12 шт. 2.пр.опора (пилон) – 36 шт.	м³	2х188.4 502.4	380	143.2 191

Полная стоимость моста по второму варианту 8977 тыс.руб.

1.3 Вариант №3

Третий вариант представляет собой висячий мост с металлической балкой жесткостью. Пролеты расположены по схеме 64х183х183х64 м. Высота пилонов hп=24.5 м. Мост является внешне распорным.

ПР=hстр. + РСУ + H=2.5+35+14.5=52 м

БП=ПР-0.9=52 - 0.9=51.1 м

Теоретическая длина моста составляет:

Lm =460 +2*1.0 +3*16.1 +2*1 =512.3 м

Lf =181*2+63*2+15*2+2*0.5+6*0.1= 519.6 м

Разница между теоретической и фактической длиной составляет;

( Lm-Lf)/ Lf*100 = ((512.5 – 519.6)/519.6)х100% = -1.4%

Определение параметров и размеров моста:

Главный пролет: L₀=183м
Возвышение кабеля в середине пролета над балкой жесткости h₀=2м
высота балки жесткости h_б_ж=1/87*L=2.5м
Стрела кабеля в центральном пролете f=1/10,4*L=20м
Высота пилона составляет: H_п=24.5м
Ширина пилона h_п=1/33* H_п=1.0м

Определение объемов работ.

1.Пролетные строения.

Q_б=q_б*B*åL_i=0.26*22.5*488=2854.8 т

2.Подвески

Q_в=q_в*B*L_max=0.125*22.5*181=509 т

3.Пилон

Q_п=q_п*B*L_max=0.037*22.5*181=150.7 т

4.Промежуточные опоры (пилоны)

а) объем блоков;

Vб=1.8(13.43*11+17.99*14+11.22)=740 м3

б) объем бетона и раствора заполнения;

Vз=1.8(3.06*11+3.75*14+32.47)=213.5 м3

Объем ростверка

Объем ростверка высотой 2.6 м из монолитного бетона с размерами в плане 5.5х30.0 м

Vрост.=2.6х5.5х30.0=429 м3;

Сваи.

Учитывая грунтовую обстановку принимаем сваи диаметром 1.0 м.

Несущая способность такой одной сваи Рд=350тс;

а) Максимальная нагрузка на свайный фундамент для схемы 63.0х181.0

- от временной нагрузки А11

Nвр.=1.5х11х(63+181)/2=2013 тс;

- от веса пролетного строения

Nпр.стр.=1.1х2854.8х0.5=1570 тс;

- от веса опоры

Nоп.=1.1х2.4х(953.5+429)=1844.4 тс;

-от подвесок и кабеля

Nв.=509 тс;

-от веса пилона

Nп.=150.7 тс;

∑N=Nвр..+Nпр.стр.+Nоп.+Nв.+Nп.=2013+1570+1844.4+509+150.7 =6087.1 тс;

Количество свай-оболочек

n=Mх∑N/Рд=1.5х6087.1/350=27 шт.

Принимаем 28 штук.

Объем свай (d=1.0 м, толщина,l=20 м)

Vсв.=28х3.14х20х(0.5х0.5)=439.6 м3;

б) Максимальная нагрузка на свайный фундамент для схемы 181.0х181.0

- от временной нагрузки А11

Nвр.=1.5х11х(181+181)/2=2986.5 тс;

- от веса пролетного строения

Nпр.стр.=1.1х2854.8х0.5=1570 тс;

- от веса опоры

Nоп.=1.1х2.4х(953.5+429)=1844.4 тс;

-от подвесок и кабеля

Nв.=509 тс;

-от веса пилона

Nп.=150.7 тс;

∑N=Nвр..+Nпр.стр.+Nоп.+Nв.+Nп.=2986.5+1570+1844.4+509+150.7 =7060.6 тс;

Количество свай-оболочек

n=Mх∑N/Рд=1.5х7060.6/350=30 шт.

Принимаем 30 штук.

Объем свай (d=1.0 м, толщина,l=20 м)

Vсв.=30х3.14х20х(0.5х0.5)=471 м3;

Свайные устои

Vуст. = 274.2 м3; Vсв. = 12х3.14х20х(0.5х0.5)=188.4 м3

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов приведены в табл.2. Таблица 2

Наименование работ	Единица измерения	количество	Стоимость одной ед. измерения, руб.	Общая стоимость тыс. руб.
Изготовление и монтаж металлических пролетных строений L=488 м	т	2854.8	1120	3197.4
Изготовление и монтаж металлического пилона	т	150.7	1200	180.84
Изготовление и монтаж вант	т	509	3000	1527
Ростверк из монолитного бетона	м³	2х286	140	80.1
Тела опоры	т	280	1200	2637.6
Сооружение свайных устоев	м³	2*274.2	140	76,78
Изготовление и погружение Æ1.0м, l=20м 1.устои – 12 шт. 2.пр.опора (пилон) – 44 шт.	м³	2х188.4 690.8	380	143.2 262.5

Полная стоимость моста по второму варианту 8105 тыс.руб

1.2 Сравнение вариантов.

Сопоставление капитальных затрат по вариантам приведено в табл.4

№ варианта	Строительная стоимость моста, тыс.руб
1	8216
2	8977
3	8105

Самым экономным по капитальным затратам оказался третий вариант моста.

Сравнивая вариант все 3 варианта следует выделить вариант №2 по следующим причинам:

Первый вариант:

недостатки:

- сложность прикрепления узла

- монтаж дополнительных промежуточных опор

достоинства:

Второй вариант:

недостатки

сложность регулирования усилий в системе
большое количество узлов
много дельный монтаж

достоинства

эстетичность
простота конструкций вант и их прикрепления
аэродинамическая устойчивость
“живучесть” системы

Третий вариант:

недостатки

невыразительный внешний вид

- пониженная жесткость

- повышенная чувствительность к ветровой нагрузке

достоинства

пилон работает на выгодных условиях.

Вывод:

Принимаем к разработке и строительству вариант моста № 2, т.к. он имеет относительно небольшую стоимость, ряд технических особенностей при строительстве и эксплуатации моста.

2. Расчет балки жесткости.

К расчету принимаем неразрезную балку жесткости 117х270х117 м. Поперечное сечение балки принимаем коробчатого сечения обтекаемой формы, что уменьшает аэродинамическую неустойчивость. Ширина проезжей части принимается из условия размещения габарита проезжей части (Г-16.5), тротуаров Т - 3.0м, прикрепления вант.

Расчет проезжей части.

Проезжая часть оформляется в виде ортотропной плиты. Лист настила подпирается продольными ребрами – стрингерами, поперечными балками.

Расчет продольного ребра.

Продольное ребро при расчете рассматривается как разрезная балка с пролетом равным d.

Рис. 1. Расчетная схема продольного ребра.

Расстояние между продольными ребрами принимаем равным 3.0м. Усилия в продольном ребре определяем по следующим формулам:

изгибающий момент:

где - коэффициенты надежности к постоянной и временной

нагрузке равные соответственно 1.5, 1.2, 1.5;

w - площадь линии влияния М, равная 0.75м;

- коэффициент динамики к временной нагрузке,

р – постоянная нагрузка от собственного веса дорожного покрытия;

Определяется из приведенной ниже расчетной схемы.

Рис. 2. Расчетная схема продольного ребра при определении постоянной нагрузки.

Р_А – временная нагрузка от тележки, определяется из

расчетной схемы на рис. 3.

Рис. 3. Расчетная схема при определении временной нагрузки.

;

n - распределенная временная нагрузка

поперечная сила:

С учетом неразрезности продольного ребра:

М_оп=-0.6×М_пр=-2.3т×м;
М_0,5=0.8×М_пр=3.08т×м.

Расчет продольного ребра на прочность

t=0.012м,

B=0.15м,

tc=0.012м.

F=0.00526м²

W^В_Х=0.000305м³

W^Н_Х=0.0000752м³

I_Х=0.00000905м⁴

S=0.0000869м³

по нормальным напряжениям:

верхние волокна:

;

нижние волокна:

по касательным напряжениям:

по главным напряжениям:

Рис.4. Эпюра нормальных напряжений.

Величину нормальных напряжений берем с эпюры напряжений:

s_m=7324т/м²

Величина касательных напряжений определяется по формуле:

Тогда

Расчет прикреплений продольного ребра.

Стык продольного ребра представляет собой комбинированное соединение:

болтовое соединение вертикальной стенки продольного ребра;
сварка покрывающего листа.

Рис. 5.Схема стыка продольного ребра.

Количество болтов требуемое для прикрепления продольного ребра:

где n_s – количество плоскостей трения;

Q_bh – несущая способность одного болтоконтакта;

m – коэффициент условий работы;

m_b – коэффициент, равный 0.85.

N – усилие действующее на один болтоконтакт, принимаемое равным .

Расчет поперечной балки.

Определение усилий.

Расчет нагрузок на поперечную балку ведем на пролет 2d.

Рис. 6. Расчетная схема при определении нагрузок на поперечную балку.

Пролет d принимаем равным 3.0м. Усилия в поперечной балке определяем по следующим формулам:

изгибающий момент:

где - коэффициенты надежности к постоянной и временной

нагрузке равные соответственно 1.5, 1.2, 1.5;

w - площадь линии влияния М, равная 0.75м;

- коэффициент динамики к временной нагрузке,

р – постоянная нагрузка от собственного веса дорожного покрытия;

Определяется из

К’ – временная нагрузка от тележки, определяется из

расчетной схемы на рис. 6.

;

n - распределенная временная нагрузка

Рис. 7. Расчетная схема при определении изгибающего момента.

y₁-y₁₀ – ординаты с линии влияния “М”:

y₁=1.125;
y₂=2.075;
y₃=2.625;
y₄=3.575;
y₅=4.125;
y₆=3.175;
y₇=2.625;
y₈=1.675.