Методические указания к выполнению курсового проекта
Кафедра «Мосты и транспортные тоннели»
А.П. Котельников
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
Екатеринбург
2006
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщений
Кафедра «Мосты и транспортные тоннели»
А.П. Котельников
КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
Методические указания к выполнению курсового проекта
для студентов специальностей:
270201 – «Мосты и транспортные тоннели»,
270204 – «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство»
Екатеринбург
В методических указаниях приведены нормы и расчетные зависимости для определения грузоподъемности железобетонных пролетных строений железнодорожных мостов методом классификации. Рассмотрены алгоритмы расчетов: плиты балластного корыта на прочность – по изгибающему моменту и поперечной силе; главной балки на прочность по изгибающему моменту и на выносливость. Рассмотрен метод классификации подвижного состава и определение условий пропуска поездных нагрузок.
Указания могут быть использованы для самостоятельной работы студентов всех форм обучения по специальностям: 270201 – «Мосты и транспортные тоннели», 270204 – «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство».
Методические указания рассмотрены на заседании кафедры «Мосты и транспортные тоннели» Уральского государственного университета путей сообщений 22.06.2006, протокол № 8.
Автор: А.П. Котельников, доцент кафедры «Мосты и транспортные
тоннели» (УрГУПС), кандидат технических наук.
Рецензент: Г.В. Десятых, доцент кафедры «Мосты и транспортные
тоннели» (УрГУПС), кандидат технических наук.
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ.. 2
ВВЕДЕНИЕ.. 4
1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ СООРУЖЕНИЯ.. 4
1.1. Общие замечания. 4
1.2. Характерные схемы мостов и путепроводов. 5
1.2.1. Большие мосты через судоходные реки. 5
1.2.2. Большие мосты через несудоходные реки и средние мосты.. 6
1.2.3. Малые мосты.. 6
1.2.4. Большие путепроводы на косых пересечениях железных и автомобильных дорог. 7
1.2.5. Средние путепроводы на прямых пересечениях железных и автомобильных дорог. 8
2. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ И ОПОР. 9
2.1. Железобетонные балочно – разрезные пролетные строения. 9
2.1.1. Плитные двухблочные пролетные строения из обычного железобетона. Типовой проект № 557, ЛГТМ – 1967 г. 9
2.1.2. Двухблочные пролетные строения из обычного железобетона с пониженной строительной высотой. Типовой проект № 557, ЛГТМ – 1967г. 10
2.1.3. Балочные двухблочные пролетные строения из обычного железобетона с пониженной строительной высотой. Типовой проект № 557, ЛГТМ – 1967г. 11
2.1.4. Балочные двухблочные пролетные строения из предварительно напряженного железобетона. Типовой проект № 556, ЛГТМ – 1967г. 12
2.2. Стальные и сталежелезобетонные балочно – разрезные пролетные строения со сплошными балками. 13
2.2.1. Стальные клепаные пролетные строения со сплошными балками из стали 10Г2С1Д (или 15ХСНД) на деревянных поперечинах и ездой поверху. Типовой проект № 630, ЛГТМ – 1968 г. 13
2.2.2. Сталежелезобетонные сварные пролетные строения со сплошными балками из стали 10Г2С1Д (или 15ХСНД) с ездой поверху на балласте. Типовой проект № 739, ГТМ – 1969 г. 14
2.2.3. Стальные сварные пролетные строения со сплошными балками из стали М16С (или 15ХСНД) с ездой понизу на металлических поперечинах. Типовой проект № 563, ГТМ – 1967 г. 15
2.3. Стальные балочно – разрезные болтосварные пролетные строения сквозной конструкции из стали 10Г2С1Д (или 15ХСНД) с ездой понизу на деревянных поперечинах. Типовой проект № 690, ГТМ – 1969 г. 16
2.4. Опоры балочно – разрезных мостов и путепроводов. 16
2.4.1. Свайные опоры.. 16
2.4.1.1. Привязка к местным условиям.. 16
2.4.1.2. Свайные устои для мостов эстакадного типа под железобетонные пролетные строения с ездой поверху. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г. 17
2.4.1.3. Свайные промежуточные опоры для мостов эстакадного типа под железобетонные пролетные строения с ездой поверху. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г. 18
2.4.1.4. Свайные устои под железобетонные пролетные строения длиной lп = 16,5…34,2 м с ездой поверху. Типовой проект № 828/1, ЛГТМ – 1971 г. 19
2.4.2. Стоечные и рамные опоры.. 20
2.4.2.1. Привязка к местным условиям.. 20
2.4.2.2. Стоечные устои для мостов эстакадного типа на вертикальных стойках. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г. 21
2.4.2.3. Стоечные устои для мостов эстакадного типа на вертикальных и наклонных стойках. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г. 22
2.4.2.4. Стоечные промежуточные опоры для мостов эстакадного типа под железобетонные пролетные строения с ездой поверху. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г. 24
2.4.2.5. Стоечные устои под железобетонные пролетные строения длиной lп = 16,5…34,2 м с ездой поверху. Типовой проект № 828/1, ЛГТМ – 1971 г. 25
2.4.3. Массивные опоры.. 26
2.4.3.1. Массивные сборно - монолитные устои под железобетонные пролетные строения длиной lп = 16,5…34,2 м с ездой поверху. Типовой проект № 828/1, ЛГТМ – 1971 г. 28
2.4.3.2. Массивные промежуточные сборно - монолитные и монолитные бетонные опоры под железобетонные пролетные строения длиной lп = 16,5…34,2 м с ездой поверху. Типовой проект № 828/2 и 828/3, ЛГТМ – 1971 г. 30
2.4.3.3. Массивные промежуточные сборно - монолитные и монолитные бетонные опоры под сталежелезобетонные пролетные строения длиной lп = 44…55 м с ездой поверху. Типовой проект № 999, ГТМ – 1974 г. 34
2.4.3.4. Массивные промежуточные сборно - монолитные и монолитные бетонные опоры под стальные пролетные строения длиной lп = 44…66 м с ездой понизу. Типовой проект № 387, ЛГТМ – 1965 г. 36
3. РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ (по СН 200 – 62) 39
ЛИТЕРАТУРА.. 40
Оглавление
1. Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Расчет плиты балластного корыта по изгибающему моменту . . . . . . . . . . . . 7
3. Расчет плиты балластного корыта по поперечной силе . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4. Расчет главной балки по изгибающему моменту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5. Расчет главной балки на выносливость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
6. Определение условий пропуска поездных нагрузок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены для использования в дипломном проектировании студентами специальности 1210 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство» при разработке разделов по искусственным сооружениям. Имеется в виду разработка проектов мостов и путепроводов в увязке с трассой проектируемого или реконструируемого участка дороги.
Предусмотрено применение для большинства сооружений типовых пролетных строений и опор, не требующих при использовании почти никаких расчетов; последние нужны только для фундаментов и предельно упрощены, поскольку могут базироваться на табличных значениях усилий в сваях и в сечении по обрезу фундамента или напряжений по подошве фундамента, подсчитанных в типовых проектах.
Применительно к большим и средним мостам использование настоящих методических указаний предусмотрено совместно с учебно–методическим пособием [9], действующими ТУ, СНиП и учебниками по дисциплинам «Мосты и тоннели» и «Изыскания и проектирование железных дорог».
1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа по мостам состоит из двух взаимосвязанных разделов:
составление и анализ трех вариантов железобетонного моста под однопутную железную дорогу, как правило, через несудоходную реку с выбором наилучшего решения;
классификация по грузоподъемности одного из элементов железобетонного пролетного строения и решение вопроса об условиях дальнейшей эксплуатации сооружения в целом.
Некоторым студентам взамен рекомендуемого задания но первой части дополнительно может быть предложена разработка конкурентоспособного варианта металлического моста, а по второй — выполнение статического расчета и конструирование одного из элементов моста. В последнем случае целесообразно использовать методические разработки [1, 2].
Исходные данные для выполнения первой части курсовой работы выдаются каждому студенту на специальном бланке, в котором указаны отверстие моста, тип преодолеваемого препятствия, номер профиля перехода, уровни высоких и меженных вод, отметка бровки земляного полотна, проектная нагрузка и коэффициент размыва. Вторая часть курсовой работы выполняется на основе решений, принятых при вариантном проектировании моста, и дополнительной информации (степень поражения рабочей арматуры коррозией, наличие выключенных из работы арматурных стержней, расчетные прочностные характеристики бетона, тип мостового полотна, толщина балласта под шпалой, величины эксцентриситетов пути и класс обращающейся нагрузки), которая предоставляется студентам только по окончании вариантного проектирования.
Курсовая работа выполняется на листе формата А1 (594x841 мм), где представляются конструктивные решения и технико-экономические показатели по каждому из вариантов со степенью деталировки, показанной в прил. 1. К листу прилагается пояснительная записка, написанная чернилами па листах писчей бумаги стандартного формата 210x297 мм и содержащая 30...40 страниц. Чертеж и записку оформляют в соответствии с требованиями стандартов Системы проектной документации для строительства (СПДС) [3].
Задание на курсовую работу для студентов заочной формы обучения дано в прил. 5.
1. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ СООРУЖЕНИЯ
1.1. Общие замечания
Рациональная схема моста (путепровода) формируется на основе параметров пересекаемой реки (проезда) с учетом требований минимального осложнения и удорожания примыкающих к сооружению участков железной дороги.
Мосты и путепроводы на железных дорогах за редким исключением имеют балочно-разрезную систему и сооружаются из типовых пролетных строений и опор индустриального изготовления. Схема балочно-разрезного моста (путепровода) заданного отверстия (габарита) характеризуется разбивкой на пролеты и расположением езды (поверху и понизу).
Минимальная длина пролетов определяется шириной нормированных подмостовых габаритов или – для мостов – условиями пропуска ледохода, карчехода или селевых потоков. Для сооружений на кривых ограничивается также максимальная возможная длина пролетов. При отсутствии технических ограничений длины пролетов назначают оптимальными по экономическому критерию (lопт).
Наиболее экономичное, технологичное и конструктивно простое решение моста (путепровода) обеспечивается расположением езды поверху. При пролетах до 33 м оно позволяет обойтись без применения дефицитных металлических пролетных строений. Балластное мостовое полотно на пролетных строениях с ездой поверху дает возможность расположить мосты (путепроводы) на кривых и больших уклонах. Езда поверху требует минимального развития ширины опор. При наличии двух или более путей она обеспечивает минимальные размеры междупутий, а, следовательно, и ширины земляного полотна.
Однако в равнинных условиях, когда подмостовыми габаритами задано положение низа пролетных строений, при средних и крупных пролетах (l > 30 м) расположение езды поверху приводит к нежелательно высокому уровню проезда. Это влечет за собой большие объемы подходных насыпей, а иногда даже требует искусственного развития трассы. По этой причине, несмотря на усложнение и удорожание моста (путепровода), более выгодным становится использование пролетных строений с ездой понизу, позволяющей обеспечить самую низкую отметку проезда, что во многих случаях является самым главным для улучшения трассы.
Требования к размерам пролетов и отметкам низа пролетных строений могут быть неодинаковыми в разных частях моста (путепровода), в связи с чем езду понизу обычно используют только на части длины сооружения – в судоходных пролетах больших мостов и главных пролетах больших косых путепроводов. Остальная часть сооружения решается при этом в виде эстакады с ездой поверху, в пределах которой за счет уклона иногда удается дополнительно понизить отметку проезда. При необходимости такие эстакады могут быть в плане размещены на кривых. Крайние пролеты мостов и путепроводов всегда назначаются небольшими (lк ≤ 33 м) и с ездой поверху, чтобы не осложнять устоев.
Этими соображениями обоснованы представленные ниже схемы мостов и путепроводов, выработанные практикой современного строительства.
1.2. Характерные схемы мостов и путепроводов
1.2.1. Большие мосты через судоходные реки
Для рек не ниже V класса по судоходству при устойчивом фарватере целесообразно назначать не более двух судоходных пролетов (рис. 1.1), поскольку судоходная часть на единицу длины оказывается дороже эстакадной и требует, к тому же, дефицитных металлических пролетных строений. Эстакада при балластном мостовом полотне и достаточной протяженности может быть использована для спуска к пойменной насыпи с целью сокращения ее объема.
Рис. 1.1. Схема большого моста через судоходную реку с устойчивым фарватером
Для мостов через реки не ниже III класса по судоходству при неустойчивом фарватере судоходными пролетами принято перекрывать все отверстия моста с тем, чтобы избежать работ по принудительному удержанию фарватера в постоянном положении. На таком мосту не может быть переломов профиля и уклонов более 4‰ (рис. 1.2). К такой же схеме могут привести и другие обстоятельства – особо мощный ледоход или необычно высокая стоимость промежуточных опор, отвечающая большой длине оптимального пролета.
Мосты через судоходные реки класса VII (и класса VI при отсутствии лесосплава) могут иметь эстакадную схему с ездой поверху (рис. 1.3). При большой длине моста целесообразен его продольный профиль в виде вертикальной кривой с радиусом 10000…15000 м, позволяющий поднять до нужного по условиям судоходства уровня только часть моста над фарватером, а концы расположить значительно ниже. Может оказаться удачной компоновка моста через реку VI – VII классов по типу, представленному на рис. 1.1, с назначением одного судоходного пролета с ездой понизу, вмещающего в себя суммарную ширину габаритов для движения судов в обе стороны. В связи с различиями в уровне проезда, профиле моста и типе мостового полотна описанные возможные схемы приводят к двум решениям плана и профиля трассы. Поэтому сравнение таких вариантов следует делать с учетом разницы в стоимости и других показателей подходов.
Рис. 1.2. Схема большого моста через судоходную реку с неустойчивым фарватером
Рис. 1.3. Схема большого моста через реку класса VI – VII по судоходству
1.2.2. Большие мосты через несудоходные реки и средние мосты
В соответствии с одинаковым назначением всех пролетов моста при отсутствии судоходства логично однообразное решение его по всей длине, причем, как правило, возможны два варианта – с ездой поверху и ездой понизу (рис. 1.4). Эти два варианта подлежат сравнению в совокупности с подходами, разрабатываемыми для каждого из них в отдельности.
Для средних мостов схема с ездой понизу, как правило, однопролетная, не считая небольших крайних пролетов (рис. 1.5). Она может быть оправдана наличием таких факторов, как сильный карчеход или селевые потоки. В остальных случаях обычно предпочтительной является эстакадная схема с ездой поверху, тем более, что она нередко открывает возможности улучшения трассы за счет расположения моста на большом уклоне или кривой, эффект от которого следует учитывать при сравнении вариантов моста.
1.2.3. Малые мосты
Современные малые мосты решаются чаще всего по однопролетной или трехпролетной – в зависимости от требуемого отверстия – схеме с ездой поверху на балласте (рис. 1.6). Малые мосты в таком виде не предъявляют никаких специальных требований к трассе, тем более, что при недостаточной высоте насыпи может быть применено искусственное углубление русла.
а)
б)
Рис. 1.4. Схема большого моста через несудоходную реку
Рис. 1.5. Схема среднего моста
Рис. 1.6. Схема малого моста
1.2.4. Большие путепроводы на косых пересечениях железных и автомобильных дорог
Основными факторами, определяющими схему косого путепровода, являются габарит приближения строений для нижнего проезда и угол пересечения дорог (рис. 1.7). Наименьший размер главного пролета lг путепровода над железной дорогой находится из условия приближения угла опоры к оси пути на 3,1 м. Одновременно должно выполняться аналогичное условие для расстояния от угла фундамента b, которое должно быть не менее 1 м. При b < 2,6 м сооружение фундаментов возможно с установкой металлических пакетов на действующем пути, а при b > 2,6 м достаточно лишь ограждения котлована шпунтом. Для путепроводов над автодорогами определяющим является условие расположения тела опор за пределами площадки земляного полотна.
Рис. 1.7. Схема большого косого путепровода
При избыточной (принятой конструктивно) длине главного пролета водоотводы вдоль нижнего проезда пропускаются без отклонения в боковые пролеты.
При значительных размерах главного пролета (lг > 23 м) целесообразно расположение езды в нем понизу – во избежание нежелательного повышения уровня верхнего проезда. Полная длина путепровода определяется из условия размещения конусов насыпи верхнего пути вне расположения водоотводов нижнего проезда. Боковые части путепровода образуют эстакады с ездой поверху и пролетами оптимальной длины. Из – за недостаточной общей длины – тем более при балластном мостовом полотне в главном пролете – путь в пределах сооружения, как правило, располагается на площадке, и спуски с путепровода целиком размещаются на подходных насыпях.
1.2.5. Средние путепроводы на прямых пересечениях железных и автомобильных дорог
Размеры главного пролета путепровода lг и полной его длины L определяются здесь теми же условиями, что и у косых путепроводов (см. п. 1.2.4). При углах пересечения, близких к прямому, ( 
> 60°) величина lг и L становятся такими небольшими, что оказывается приемлемой трехпролетная схема с расположением езды поверху (рис. 1.8). При большой высоте и протяженности подходов к величине главного пролета lг > 16,5 м должен быть рассмотрен вариант с ездой понизу в главном пролете (рис. 1.9). Эти варианты следует сравнивать в совокупности с подходами.
Рис. 1.8. Схема среднего путепровода с ездой поверху
Рис. 1.9. Схема среднего путепровода с ездой понизу
2. СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ
Для выбора оптимальной схемы сооружения следует разработать и сравнить несколько вариантов мостового перехода, отличающихся между собой величинами пролетов, системами пролетных строений, конструкциями опор и фундаментов. При этом следует ориентироваться на наиболее прогрессивные технические решения и индустриальные методы строительства, на широкое применение типовых конструкций.
Для того, чтобы наиболее полно удовлетворить указанным требованиям, необходимо внимательно проанализировать задание на проектирование, изучить § 2.2 гл. 1; гл. 5; § 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 и 6.5 гл. 6; § 9.1 и 9.2 гл. 9 [4] и разд. 1 СНиП 2.05.03-84* [5]. Рекомендуется также ознакомиться с типовыми проектами сборных железобетонных пролетных строений под железную дорогу с инв. № 556, 557 серии 3.501.18, металлических пролетных строений инв. № 563, 739/11, 821 - К, 1062, 1293 серии 3.501.2 - 139 Ленгипротрансмоста и опор серии 3.501.1 — 150.0 - Ч.
Основная характеристика, которой определяется длина моста,— это его отверстие Lо . Оно равно расстоянию в свету между передними стенками устоев или конусами насыпей по расчетному уровню высоких вод РУВВ за вычетом суммарной толщины промежуточных опор.
Для перекрытия заданного отверстия могут быть применены пролетные строения балочной, рамной, арочной и комбинированных систем. Однако в настоящее время проектирование малых (длиной до 25 м) и средних мостов (длиной до 100 м) ведется, как правило, но балочно-разрезной схеме, так как она позволяет широко использовать типовые конструкции пролетных строений и опор. Благодаря этому повышается уровень сборности, обеспечивается индустриальность строительства и снижается стоимость сооружения.
Порядок разработки может быть рекомендован таким.
Прежде пест необходимо правильно назначить величину перекрывающих пролетов. Наибольшая длина типовых железобетонных балок под железную дорогу равна 34,2 м (см. табл. П. 2.2). На судоходных реках величины пролетов определяются подмостовыми габаритами и соответствии с заданным классом водного пути (см. ГОСТ 26775-97). Дня несудоходных водотоков с ледоходом величина пролетов назначается в первую очередь из условия беззаторного пропуска льда под мостом. Опыт проектирования показывает, что ото условие может быть обеспечено применением пролетных строении длиной 10... 15 м при слабом ледоходе (толщина льда hл < 0,5 м), 15...20 м при среднем (0,5 < hл < 1,0 м) и 20...30 м при сильном ледоходе (hл > 1,0 м). И только тогда, когда можно предполагать, что минимальная стоимость моста может быть достигнута при пролетах, больших, чем максимальная длина типовых пролетных строении, или когда заданы особые условия (преодолеваемое препятствие — ущелье, дорога или архитектурные требования и т. п.), может понадобиться разработка варианта моста балочно-неразрезной, арочной пли рамной системы.
Далее производится разбивка моста на пролеты методом попыток. Для этого выбирается типовое пролетное строение полной длиной lп отвечающее указанным выше рекомендациям и применение которого в многопролетной схеме обеспечит перекрытие заданного отверстия.
Графическую работу по составлению вариантов моста начинают с вычерчивания профиля перехода в масштабе 1 : 100... 1 : 200. На чертеже указываются уровни поды и льда, отметки бровки земляного полотна (БЗП) и подошвы рельса (ПР). Последняя возвышается над БЗП па 90 см. Если БЗП не задана, то БЗП определяется из условий:
 ,
| (2.1) |
 ,
| (2.2) |
где 
— отметка ни за пролетного строения; 
— отметка верха подферменной плиты; hстр, hстр оп — строительная высота балки в пролете и па опоре (отсчитывается соответственно от подошвы рельса до низа конструкции и до опорной площадки).
Отметки НК и ОП для водотоков без судоходства назначают по нормируемым минимальным возвышениям над расчетным или наибольшим уровнем воды или наивысшим уровнем ледохода (см. табл. 2 СНиП 2.05.03-84*). На судоходных реках НК вычисляют по формуле
 ,
| (2.3) |
где ÑРСУ — расчетный судоходный уровень воды; Нr — высота подмостового габарита [4]; D = 0,1...0,2 м — запас на осадку фундаментов, прогибы пролетного строения и т. п.
Следует отметить, что условие (2.2) для судоходных рек обычно выполняется автоматически. После окончательного назначения ПР уточняются отметки низа конструкций балок и опорной площадки.
Суммарная длина пролетных строений, которая соответствует заданному отверстию моста, может быть ориентировочно подсчитана по формуле
 ,
| (2.4) |
если устои необсыпные (высота подходных насыпей меньше 5...6 м), и но формуле
 ,
| (2.5) |
если устои обсыпные (высота подходных насыпей более 5...6 м).
В формулах (2.4)...(2.5):
n — количество балок длиной ln, перекрывающих заданное отверстие моста;
А — толщина опоры, определяемая в зависимости от ее высоты и длины пролетного строения ln (см. прил. 3).
Высота опоры вычисляется, как разность отметок подферменной плиты и обреза фундамента. Отметка последнего принимается в первом приближении ниже уровня меженных вод на 0,5 м.
Если длина пролетного строения ln (при количестве пролетов п) подобрана верно, то должно выполняться условие:
 .
| (2.6) |
В противном случае следует перейти к балке другой длины. Если не удается выполнить условие (2.6) ни при каких типовых значениях ln то необходимо рассмотреть схему с пролетными строениями разной длины (рекомендуется не более двух типоразмеров).
Пролетные строения на чертеже следует расположить так, чтобы под мостом обеспечивался наиболее благоприятным пропуск как меженных, так и высоких вод, т. е. конструкции большем длины должны перекрывать наиболее глубокую часть русла реки. Между торцами балок необходимо предусмотреть деформационные зазоры. При пролетах до 30 м их величина принимается равной 5 см.
После определения положения пролетных строений переходят к конструированию опор и фундаментов. Устои могут быть сборными или монолитными (см. прил. 3). Промежуточные опоры чаще всего выполняются массивными сборно-монолитной конструкции, причем ниже уровня высоких вод им придается обтекаемая форма. Если толщина льда не превышает 0,5 м, то опора может быть выполнена из железобетонных стоек (свай), при толщине льда от 0,5 до 0,7 м — из железобетонных оболочек диаметром 1,6...2,0 м, заполняемых бетоном.
В первом варианте моста можно принять монолитную конструкцию устоев и сборно-монолитную — промежуточных опор. Основные размеры опор определяются в зависимости от их высоты и длины опирающихся на них пролетных строений (см. прил. 3). При этом, если высота насыпи не превышает 5...6 м, экономичнее применять необсыпной устой, если больше, то обсыпной.
Вычертив все опоры (без фундаментов) и проведя линии конусов насыпей, необходимо но чертежу определить фактическое отверстие моста. Если оно отличается от заданного более чем на 5%, схему моста следует переработать. При выполнении этого условия можно переходить к конструированию фундаментов опор.
Прежде всего устанавливаются глубины размыва дна водотока у опор вследствие стеснения его живого сечения мостом:
| (2.7) |
где h — глубина поды у опоры до размыва, отсчитываемая от РУВВ; р — расчетный коэффициент общего размыва (задается); Dloc— местный размыв дна водотока у опоры.
Величина Dloc зависит от скорости воды, физико-механических параметров фунта, формы поперечного сечения опоры и определяется сложными соотношениями, однако при курсовом проектировании разрешается принять ее равной ширине фундамента Аф — при прямоугольной или 0,5Аф при обтекаемой форме фундамента опоры. Параметр Аф можно считать большим, чем толщина опоры А, на 1 м.
Затем необходимо определить положение обреза фундамента (ОФ) опоры. Если опора находится и пределах русла, то обычно обрез фундамента располагают ниже уровня низкого ледостава (УНЛ) с учетом толщины льда:
 ,
| (2.8) |
где hл — толщина льда.
Однако нормы допускают расположение ОФ впределах колебаний уровнем льда и воды, если фундаменту придана обтекаемая форма и на его обрезе устроена фаска 50 х 50 см. Вэтом случае
 .
| (2.9) |
Для пойменных опор обрез фундамента должен быть расположен ниже линии размыва на 0,3...0,5 м, но не ниже отметки, рассчитанной по формулам (2.8), (2.9). Отметку обреза фундамента необсыпных устоев назначают из тех же условий, а обсыпных — на любой высоте, определяемой их конструкцией.
Наиболее предпочтительный тип фундамента — высокий ростверк на железобетонных сваях или оболочках. Массивные фундаменты следует устраивать, как правило, тогда, коша по фунтовым условиям свайные фундаменты невозможны. Конструкцию массивных и свайных фундаментов следует разрабатывать в соответствии с ни. 3.174*....3.181* СНиП 2.05-03-84*. Количество свай (оболочек) в ростверке или площадь подошвы фундамента определяются в зависимости от расчетных нагрузок на фундамент, несущей способности сваи (оболочки), рекомендации по методике определения которых приведены в прил. 3, и расчетного сопротивления фунта, определяемою по значению условного сопротивления в соответствии с прил. 24 СНиП 2.05.03-84*.
При конструировании свайного ростверки следует обратить внимание на размещение свай в соответствии со СНиП 2.02.03-85, а также учесть, что при определении несущей способности длина сваи отсчитывается от линии размыва, причем она должна быть не менее 4 м.
Подошва массивною фундамента должна быть ниже линии размыва не менее чем на 2,5 м, а при отсутствии размыва не менее 1,0 м от дневной поверхности.
Если опора находится вне пределов воздействия водотока, то подошва фундамента (плиты ростверка) на пучинистых грунтах должна быть ниже глубины промерзания не меньше чем на 0,25 м.
В процессе работы над вариантом необходимо определять принципиальную схему производства работ по сооружению моста в соответствии с принятыми конструкциями пролетных строений и опор. При этом полезно предварительно ознакомиться с соответствующими разделами книги [6].
Стоимость варианта складывается из стоимостей пролетных строений, опор, фундаментов, включая стоимость работ по их сооружению. При подсчете объемов элементов моста можно использовать соответствующие данные по пролетным строениям и опорам, приведенные в прил. 1... прил. 3. Укрупненные расценки работ даны в прил. 4.
Перед тем, как перейти к разработке следующего варианта, необходимо проанализировать технико-экономические показатели составленного. Как правило, оптимальной по стоимости схеме моста соответствует величина отношения стоимостей пролетных строений и опор в пределах 1,2... 1,5. В зависимости от того, больше или меньше фактическое значение этого соотношения, следует соответственно уменьшать или увеличивать величину пролета в следующем варианте. Необходимо также попытаться уменьшить расход материалов, повысить сборность элементов, снизить трудоемкость работ по сооружению моста.
Практически трех вариантов достаточно для определения оптимальной схемы балочно-разрезной конструкции моста. Однако если оптимальность достигается при пролетах, превышающих максимальные в типовых пролетных строениях, то следует рассмотреть также схему моста балочно-неразрезной, арочной или рамной системы.
При разработке вариантов путепроводов прежде всего следует определить положение габаритов приближения строений [7] на продольном профиле перехода, а затем подобрать типовое пролетное строение, обеспечивающее перекрытие заданного габарита. Отметка низа конструкции пролетного строения зависит от высоты габарита Нr и равна:
 ,
| (2.10) |
где ÑУП — уровень ездового полотна или головки рельса пересекаемой дороги; D = 400...500 мм — резерв на возможное в перспективе повышение уровня головки рельсов.
Отметка ПР определяется по формуле (2.1). Могут быть рассмотрены следующие схемы: однопролетная балочная с необсыпными или обсыпными устоями; трехпролетная балочно-разрезная с опорами рамно-стоечной конструкции при обсыпных устоях; балочно-неразрезная; рамная.
Сравнение вариантов выполняется но следующим технико-экономическим показателям:
строительной стоимости;
расходу основных материалов;
уровню сборности (отношение объема сборного бетона и железобетона к общему объему кладки);
трудоемкости строительства;
продолжительности строительства, определяемой, прежде всего, количеством опор;
условиям эксплуатации;
архитектурным качествам сооружения.
При этом главный показатель — стоимость моста, однако при небольших различиях в стоимости важное значение приобретают расход материалов и уровень сборности. Оценка влияния остальных показателей в курсовом проекте носит качественный характер, однако и они в некоторых случаях могут иметь решающее значение (как, например, трудоемкость и сроки строительства).
2. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ И ОПОР
2.1. Железобетонные балочно – разрезные пролетные строения
2.1.1. Плитные двухблочные пролетные строения из обычного железобетона. Типовой проект № 557, ЛГТМ – 1967 г.
Рис. 2.10. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет, м | |||||
| 3,6 | 4,5 | 4,8 | 5,4 | 6,7 | 7,1 | |
| Полная длина lп, см | ||||||
| Толщина плиты, см | ||||||
| Строительная высота, см: | ||||||
| в пролете hс | ||||||
| на опоре h°c | ||||||
| Объем бетона, м3, общий | 5,5 | 7,4 | 7,8 | 9,7 | 12,6 | 13,3 |
| В том числе объем главной плиты | 2,7 | 3,9 | 4,1 | 5,5 | 7,5 | 7,9 |
| Размеры опорной части в плане, см: | ||||||
| вдоль моста | ||||||
| поперек моста | ||||||
| Масса комплекта опорных частей, т | 0,8 | 0,83 | 0,83 | 0,88 | 0,88 | 0,88 |
Под каждый блок устанавливаются 4 опорные части. В таблице приведены размеры прямоугольного контура под одним концом блока.
2.1.2. Двухблочные пролетные строения из обычного железобетона с пониженной строительной высотой. Типовой проект № 557, ЛГТМ – 1967г.
Рис. 2.11. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет, м | |||
| 8,7 | 10,8 | 12,8 | 15,8 | |
| Полная длина lп, см | ||||
| Толщина плиты, см | ||||
| Строительная высота, см: | ||||
| в пролете hс | ||||
| на опоре h°c | ||||
| Объем бетона, м3, общий | 17,2 | 23,4 | 33,3 | 49,9 |
| В том числе объем главной плиты | 10,7 | 15,3 | 23,9 | 38,4 |
| Размеры опорной части в плане, см: | ||||
| вдоль моста | ||||
| поперек моста | ||||
| Масса комплекта опорных частей, т | 1,18 | 1,2 | 1,2 | 1,2 |
Под каждый блок устанавливаются 4 опорные части. В таблице приведены размеры прямоугольного контура под одним концом блока.
2.1.3. Балочные двухблочные пролетные строения из обычного железобетона с пониженной строительной высотой. Типовой проект № 557, ЛГТМ – 1967г.
Рис. 2.12. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет, м | |||
| 8,7 | 10,8 | 12,8 | 15,8 | |
| Полная длина lп, см | ||||
| Высота балки, см | ||||
| Строительная высота, см: | ||||
| в пролете hс | ||||
| на опоре h°c | ||||
| Объем бетона, м3, общий | 16,3 | 21,2 | 27,6 | 36,9 |
| В том числе главных балок и диафрагм | 9,8 | 13,2 | 18,2 | 25,4 |
| Размеры опорной части в плане, см: | ||||
| вдоль моста | ||||
| поперек моста | ||||
| Масса комплекта опорных частей, т | 1,4 | 1,4 | 1,4 | 1,4 |
2.1.4. Балочные двухблочные пролетные строения из предварительно напряженного железобетона. Типовой проект № 556, ЛГТМ – 1967г.
Рис. 2.13. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет, м | ||||
| 15,8 | 22,9 | 26,9 | 33,5* | ||
| Полная длина lп, см | |||||
| Высота балки, см | |||||
| Строительная высота, см: | |||||
| в пролете hс | |||||
| на опоре h°c | |||||
| Объем бетона, м3, общий | 35,21 | 44,4 | 64,33 | 99,34 | |
| В том числе главных балок и диафрагм | 23,7 | 31,3 | 47,8 | 62,7 | 75,4 |
| Размеры опорной части в плане, см: | |||||
| вдоль моста | |||||
| поперек моста | |||||
| Масса комплекта опорных частей, т | 1,4 | 2,61 | 2,61 | 2,61 | 3,18 |
* Пролетное строение длиной 34,2 м разработано институтом ГТМ для опытного применения.
2.2. Стальные и сталежелезобетонные балочно – разрезные пролетные строения со сплошными балками
2.2.1. Стальные клепаные пролетные строения со сплошными балками из стали 10Г2С1Д (или 15ХСНД) на деревянных поперечинах и ездой поверху. Типовой проект № 630, ЛГТМ – 1968 г.
Рис. 2.14. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет, м | |||
| 18,2 | 33,6 | |||
| Полная длина lп, см | ||||
| Строительная высота, см: | ||||
| в пролете hс | ||||
| на опоре h°c | ||||
| Размеры опорной части в плане, см: | ||||
| вдоль моста | ||||
| поперек моста | ||||
| Масса металла пролетного строения, т | ||||
| общая | 27,67 | 38,2 | 50,46 | 73,59 |
| В том числе главных балок и связей | 26,52 | 36,8 | 48,76 | 71,53 |
| Масса комплекта опорных частей, т | 2,22 | 2,22 | 3,18 | 3,18 |
2.2.2. Сталежелезобетонные сварные пролетные строения со сплошными балками из стали 10Г2С1Д (или 15ХСНД) с ездой поверху на балласте. Типовой проект № 739, ГТМ – 1969 г.
Рис. 2.15. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет, м | |||||
| 18,2 | 33,6 | |||||
| Полная длина lп, см | ||||||
| Строительная высота, см: | ||||||
| в пролете hс | ||||||
| на опоре h°c | ||||||
| Расстояние между балками b, см | ||||||
| Размеры опорной части в плане, см: | ||||||
| вдоль моста | ||||||
| поперек моста | ||||||
| Масса металла пролетного строения, т, | ||||||
| общая | 17,96 | 25,2 | 32,6 | 85,3 | 123,7 | |
| В том числе главных балок и связей | 17,1 | 24,1 | 31,4 | 48,6 | 81,3 | 119,1 |
| Объем железобетона плиты, м3 | 21,7 | 31,5 | 68,1 | 82,9 | ||
| Масса комплекта опорных частей, т | 2,22 | 3,18 | 3,18 | 3,18 | 3,86 | 6,04 |
2.2.3. Стальные сварные пролетные строения со сплошными балками из стали М16С (или 15ХСНД) с ездой понизу на металлических поперечинах. Типовой проект № 563, ГТМ – 1967 г.
Рис. 2.16. Поперечное сечение пролетного строения
| Основные данные | Расчетный пролет lр, м | ||||
| 18,2 | 33,6 | ||||
| Полная длина lп, см | |||||
| Высота главных балок h, см | |||||
| Строительная высота, см: | |||||
| в пролете hс | |||||
| на опоре h°c | |||||
| Размеры опорной части в плане, см: | |||||
| вдоль моста | |||||
| поперек моста | |||||
| Масса металла пролетного строения, т, | |||||
| общая | М16С | 44,05 | 60,17 | 75,33 | 103,44 |
| 15ХСНД | 44,05 | 57,16 | 72,19 | 93,79 | |
| Масса металла главных балок и связей, т, | |||||
| М16С | 20,35 | 30,6 | 41,2 | 61,4 | |
| 15ХСНД | 20,35 | 39,4 | 58,6 | ||
| Масса комплекта опорных частей, т | 2,22 | 2,22 | 3,18 | 3,18 |
2.3. Стальные балочно – разрезные болтосварные пролетные строения сквозной конструкции из стали 10Г2С1Д (или 15ХСНД) с ездой понизу на деревянных поперечинах. Типовой проект № 690, ГТМ – 1969 г.
Рис. 2.17. Схемы стальных сквозных пролетных строений с ездой
понизу: а) фрагмент фасада; б, в, г) поперечные сечения
| Основные данные | Расчетный пролет lр, м | |||||
| Полная длина по проезду lп, см | ||||||
| Количество панелей n | ||||||
| Длина панели d, см | ||||||
| Строительная высота, см: | ||||||
| в пролете hс | ||||||
| на опоре h°c | ||||||
| Размеры опорной части в плане, см: | ||||||
| вдоль моста | ||||||
| поперек моста | ||||||
| Масса металла пролетного строения, т, | ||||||
| общая | 84,9 | 113,3 | 147,6 | 185,1 | 319,7 | 456,1 |
| В том числе главных ферм и связей | 60,6 | 81,06 | 107,4 | 136,9 | 246,6 | |
| Масса комплекта опорных частей, т | 3,18 | 3,86 | 3,86 | 6,04 | 7,78 | 10,77 |
2.4. Опоры балочно – разрезных мостов и путепроводов
Ниже приведены схемы и основные данные по современным типовым опорам. Возможность применения того или иного типа опор помимо других факторов ограничивается их высотой, а также типом и длиной опирающихся пролетных строений. Для промежуточных опор возможно опирание неодинаковых пролетных строений. В таком случае конструкция их оголовков дополняется переходными железобетонными подферменниками (на схемах показаны пунктиром), имеющими размеры в плане, отвечающие размерам опорных частей, увеличенным на 30…40 см в каждом направлении.
2.4.1. Свайные опоры
2.4.1.1. Привязка к местным условиям
При оценке возможности использования свайных опор следует учитывать, что их высота отсчитывается от линии размыва дна, а на болоте – от уровня минерального дна до проектной линии профиля (бровки насыпи).
Привязка свайных опор к местным условиям требует расчета несущей способности свай по грунту, в результате которого устанавливается необходимая глубина их забивки lз и полная длина. Эти данные позволяют определить объемы свай, не включенные в таблицы основных данных по опорам; расчетные нагрузки на сваю – сжимающая Nс и растягивающая Nр – приведены в таблицах.
2.4.1.2. Свайные устои для мостов эстакадного типа под железобетонные пролетные строения с ездой поверху. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г.
Рис. 2.18. Схема опоры
| Размеры, см | Объемы, м3 | |||||
| lп | h°c | lу | a | Сборный железобетон без свай | Монолитный бетон | |
| 8,8 | 0,9 | |||||
| 11,6 | 0,9 | |||||
| 12,4 | 0,9 |
Количество вертикальных nв и наклонных nн сваи в опоре, расчетные усилия в сваях
| lп, м | 9,3 | 11,5 | |||||||||||||
| H, м | |||||||||||||||
| nв | |||||||||||||||
| nн | |||||||||||||||
| Nс, кН | |||||||||||||||
| Nр, кН | - | - | - | - | - |
При использовании сваи сечением 40х40 см (nв = nн = 4) допустимая высота устоя увеличивается до 8 м.
2.4.1.3. Свайные промежуточные опоры для мостов эстакадного типа под железобетонные пролетные строения с ездой поверху. Типовой проект № 708/11, ЛГТМ – 1974 г.
Рис. 2.19. Схема опоры (размеры в скобках при сечении сваи 40х40 см)
| Размеры, см | Объемы, м3 | ||
| lп2 | h°c2 | при сваях 35х35 см | при сваях 40х40 см |
| сборный железобетон без свай | монолитный железобетон без свай | ||
| 4,5 | 5,9 | ||
| 4,5 | 5,9 | ||
| 4,5 | 5,9 | ||
| 4,5 | 5,9 | ||
| 4,5 | 5,9 |
Сечения свай и расчетные усилия в сваях
| lп2, м | 9,3 | |||||||||
| Hу, м | ||||||||||
| d, см | ||||||||||
| Nс, кН | ||||||||||
| Nр, кН | - | - | - | - | - | - | - | - |
| lп2, м | 11,5 | 13,5 | 16,5 | |||||||||||
| Hу, м | ||||||||||||||
| d, см | ||||||||||||||
| Nс, кН | ||||||||||||||
| Nр, кН | - | - | - | - | - | - |
2.4.1.4. Свайные устои под железобетонные пролетные строения длиной lп = 16,5…34,2 м с ездой поверху. Типовой проект № 828/1, ЛГТМ – 1971 г.
| lп, м | H, м | Размеры, см | |||||||
| lу | h°c | a | b | c | d | e | f | ||
| 16,5 | 8…10 | ||||||||
| 18,7 | 8…10 | ||||||||
| 23,6 | 8…12 | ||||||||
| 27,6 | 8…12 | ||||||||
| 34,2 | 8…12 |
Рис. 2.20. Схема опоры. Примечание. При использовании в опоре 12
призматических свай их располагают в 3 поперечных ряда
по 4 шт. с интервалом 120 см