- •1 Разработка вариантов моста
- •1.1 Разработка первого варианта моста
- •Географическое положение
- •1.2 Разработка второго варианта моста
- •2 Разработка и конструирование железоетонного пролетного строения
- •2.1 Расчетная схема и определение нагрузок
- •Б) Определение нагрузок:
- •2.2 Определение геометрических параметров расчетного сечения балки
- •2.2.1 Расчетная схема
- •2.3 Конструирование
Лист
1 Разработка вариантов моста
1.1 Разработка первого варианта моста
1.1.1 Характеристика района проектирования моста
Район проектирования моста – г. Якутск;
Яку́тск — город в России, столица Республики Саха (Якутия), порт на реке Лене. Крупный культурный, научный центр на северо-востоке России. Третий город Дальневосточного федерального округа по численности населения (267 983 чел.).
Географическое положение
Город расположен в долине Туймаада на левом берегу реки Лена, в среднем ее течении. Находится несколько севернее параллели 62 градуса северной широты, вследствие чего в летнее время наблюдается длительный период «белых ночей», а зимой (в декабре) — светлое время суток длится всего 3-4 часа. Площадь — 122 км². Якутск — самый крупный город, расположенный в зоне вечной мерзлоты.
Рельеф
Якутск расположен в равнинной местности, в долине реки Лена (долина Туймаада). Берега песчаные, на отмелях поросшие камышом. Левый коренной берег Лены обрывается в долину Туймаады крутым задернованным уступом, высотой около 100 метров, покрытым степной растительностью. Со стороны города эти обрывы напоминают горную цепь, но в действительности представляют собой кромку слабо всхолмленной равнины, покрытой сосново-лиственничной тайгой и возвышающейся над ленской долиной. Один из боковых отрогов этого обрыва, имеющий острую вершину — гора Чочур Муран.
Центральная часть Якутска отделена от русла реки Лены широкой травянистой равниной — так называемым «Зелёным лугом», которая представляет собой пойму реки Лена и затопляется в половодье. Лишь к речному порту Якутска подходит одна из проток Лены — Городская протока, которая ныне, после строительства городской дамбы в 60-х гг. XX в., превращена в затон для речного порта, т. н. «канал». Вследствие отложения речных песков данная протока постоянно мелеет, и для обеспечения судоходства её дно регулярно углубляется земснарядами.
Климат
Климат города — резко континентальный.
Якутск — наиболее контрастный по температурному режиму город мира. Климат умеренный резко континентальный, с небольшим годовым количеством осадков. Зима длится с октября по апрель включительно, весна и осень очень коротки. Также, был известен случай выпадения снега в июне.
В противоположность зиме, для лета, несмотря на его изменчивый характер, характерно небольшое количество осадков и часто — сильная жара. Годовая амплитуда Якутска — одна из наибольших на планете, и примерно равна годовой амплитуде «полюсов холода» — ОймяконаиВерхоянска, и превышает 100 °C (102,8 °C).
Температура наружного воздуха самой холодной пятидневки [6]:
с вероятностью Р=0,98 t˚= - 57˚С,
с вероятностью Р=0,92 t˚= - 54˚С;
3. Средняя температура холодного периода - 26,3˚С;
4. Средняя температура теплого периода = 12,2 ˚С;
5. Наличие вечномерзлого грунта основания – зона сплошного распространения с температурами t˚вмо = от -1 до -3˚С и мощностью от 50 до 300 м [6, стр.14];
Глубина сезонного оттаивания (промерзания) грунта
основания – 1,3 м [6, стр.22];
Отверстие моста – 72,7 м;
Расчетная нагрузка – С-14;
Коэффициент общего размыва - 1,198;
10. Ледохода нет.
1.1.2 Обработка продольного профиля
Определение схемы моста
Необходимо определить требуемое количество пролетов nпр.
, шт (1.1)
Где – отверстие моста (по заданию =72,7м);- длина пролета в свету, м;
, м (1.2)
где -полная длина пролета, м;- ширина опоры (принимаем =2,3 м).
Принимаем максимальное значение = 16,5 м, тогда по формулам 1.2 - 1.3:
Принимаю количество пролетов равное 5.
Пересчитываем отверстие моста:
*.
Выполняем проверку:
Δ =- проверка выполняется.
К дальнейший разработке принимаю схему моста 5х15,8 м.
Определение отметок профиля [1, стр.12]
а) Отметка Подошвы рельса - ПР
Отм. ПР = Отм. УВВ + Н0 + hст , м (1.3)
где: Отм.УВВ – отметка уровня высоких вод ( по заданию Отм. УВВ = 98,200 м); Н0 – свободное пространство под мостом [3]; hст–строительная высота (при = 16,5мhст=1,9м);
Отм. ПР = 98,200 + 1,500 + 1,900 = 101,600 м.
б) Отметка низа конструкции НК
Отм. НК = Отм. ПР - hст, м (1.4)
Отм. НК = 101,600-1,900 = 99,700 м.
в) Отметка бортика пролетного строения БПС
Отм. БПС = Отм. ПР - 0,200 м (1.5)
Отм. БПС = 101,600 - 0,200 = 101,400 м.
г) Отметка бровки земляного полотна БЗП
Отм. БЗП = Отм. ПР - 0,900 м (1.6)
Отм. БЗП = 101,600 - 0,900 =100,700 м.
1.1.3 Определение параметров линии общего размыва
Возможный размыв при воздействии паводковой воды
, м (1.7)
, м (1.8)
- высота до размыва; - отметка дневной поверхности грунта;
Таблица 1.1 - Параметры линии общего размыва
№ точек профиля |
Отметка до размыва hдр , м |
Коэффициент размыва Кр |
Отметка после размыва hпр, м |
1 |
0 |
1,198 |
0 |
2 |
0,2 |
0,2 | |
3 |
0,9 |
1,1 | |
4 |
0,9 |
1,1 | |
5 |
3,9 |
4,7 | |
6 |
3,5 |
4,2 | |
7 |
5,9 |
7,1 | |
8 |
7,9 |
9,5 | |
9 |
7,2 |
8,6 | |
10 |
5,3 |
6,3 | |
11 |
4,9 |
5,9 | |
12 |
1,9 |
2,3 | |
13 |
2,5 |
3 | |
14 |
0,5 |
0,6 | |
15 |
0 |
0 |
1.1.4 Разработка конструкции промежуточных опор
Русловая опора
Описание условий проектирования
а) вечномерзлый грунт присутствует, мощностью от 50 до 300 м, вид грунта, t ̊вмг – от -1 до -3˚С [6, стр.14];
б) глубина оттаивания грунта – 1,3 м;
в) подстилающий грунт – диориты (hпг0=4,8 м; hпг1=5,6 м; hпг2=5,1 м;
hпг3=5 м; hпг4=4,8 м);
г) дальность перевозки Lпер < 200 км – перевозка автотранспортом, так как индустриальная база располагается в городе Якутск;
д) бурильная установка КАТО PF1200-YSVII.
Рисунок 1.1 - Буровая машина
КАТО PF1200-YSVII
ОБЩИЕ ДАННЫЕ | |
Наименование машины |
Полностью гидравлическая буровая машина на гусеничном ходу модели PF1200-YSVII с разборным механизмом качания |
Тип привода |
Дизель-гидравлический |
Способ бурения |
Роторный (ковшовым и шнековым бурами на буровой штанге) и ударногрейферный |
Пределы температуры применения | |
Для работы |
От +40°C до -40°C |
Для хранения |
От +40°C до -50°C |
Удельное давление на грунт |
1,0 кгс/см2 |
Продолжение таблицы 1.2 | |
Скорость передвижения |
Около 2,0 км/ч |
Угол поворота платформы |
По 110° в обе стороны |
Частота поворота платформы |
2 об/мин |
Дорожный просвет |
500 мм (без механизма качания) |
База |
3940 мм |
Ширина гусеницы |
600 мм |
Габаритные размеры в рабочем положении | |
Длина |
Около 9710 мм (10520 мм) |
Высота |
Около 23600 мм |
Ширина |
Около 4380 мм |
Габаритные размеры в транспортном положении (без мачты, тяг и кабины) | |
Длина |
Около 8210 мм |
Высота |
Около 3400 мм |
Ширина |
Около 3220 мм |
Масса | |
в рабочем положении (без буровых органов и механизма качания) |
Около 50000 кг |
в транспортном положении |
Около 35000 кг |
СПОСОБНОСТЬ БУРЕНИЯ | |
Диаметр бурения |
от 300 до 1 700 мм |
Глубина бурения |
до 40 м |
|
|
Окончание таблицы 1.2 | |
ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И УЗЛЫ | |
Буровая штанга |
Двухсекционная телескопическая |
Роторный стол для привода буровой штанги | |
Частота вращения буровой штанги |
Около 0-30 об/мин |
Наибольший крутящий момент буровой штанги |
Около 12 тс x м |
Ход вертикального движения |
3,1 м |
Усилие гидроцилиндра погружения штанги |
26 тс |
В первом варианте принимаем промежуточные опоры безростверкового типа на буроопускных столбах, так как подстилающий грунт – диориты.
1.1.5 Определение минимально требуемых размеров опоры
При проектировании промежуточных опор определяют минимально требуемые размеры исходя из геометрических показателей пролетных строений, опирающихся на опору (ln + lр), опорных частей аоч, bоч, опорных площадок с1, подферменной плиты с2, с3 (рис. 1).
а)
б)
Рисунок 1.2 - Схема опоры для определения минимальных размеров:
а – вид вдоль оси моста; б – вид поперек оси моста; Аоп, Воп – размеры опоры вдоль и поперек оси моста; К – расстояния между осями главных балок пролетного строения; аоч, bоч – размеры опорной части вдоль и поперек оси моста; с1 – расстояние между торцами опорной части и опорной части площадки, с1=0,2 м; с2 – расстояние между торцами опорной площадки и подферменной плиты, с2=0,3 м; с3 – поперечный размер подферменника от опорной площадки, с3=0,3 м;
Минимальный требуемый размер опоры вдоль оси моста Аоп, м, определяется из выражения [1, стр.19]
, м (1.9)
где аоч – продольный размер опорной части.
Аоп = 16,5-15,8+0,05+0,4+2*0,2+2*0,3 = 2,15 м.
Минимально требуемый размер опоры поперек оси моста Воп, м, определяется по формуле
, м (1.10)
где К – расстояние между осями главных балок пролетного строения, К = 1,8 м; bоч – поперечный размер опорной части.
Воп = 1,8+0,8+2*0,3+2*0,2 = 3,6 м.
Корректировка размеров по условиям расположения столбов
а)
б)
Рисунок 1.3 – Схема размещения свай в плите: а – до корректировки;
б – после корректировки.
А’оп =В’оп=0,25*2+0,8*2+1= 3,1 м. Так как Воп > В’оп, производим корректировку размеров (рис. 1.2).
Окончательно принимаем размеры: Аоп = 3,1 м; Воп = 3,6 м.
Расчетная схема русловой опоры представлена на рисунке 1.3.
1.1.6 Расчет по несущей способности грунта основания
Глубина заложения, диаметр опор и их количества окончательно определяется из условия [5]:
, кН (1.11)
Где- несущая способность столба по грунту, кН; - расчетная сжимающая сила, действующая на сваив плоскости подошвы ростверка, которая определяется по следующему выражению:
, кН (1.12)
где - собственный вес пролетного строения, опирающегося на опору, кН;- собственный вес опоры выше обреза фундамента, кН;– временная нагрузка от подвижного состава, которая определяется по выражению:
, кН (1.13)
где: - площадь линии влияния, м2; – эквивалентная нагрузка, определяемая в зависимости от длины загружения линии влияния λ и положения её вершины α [3].
Рисунок 1.4 – Расчетная схема безростверковой опоры.
При этом: λ = , (1.14)
, м2 (1.15)
.
λ = 2*16,5+0,05 = 33,05 м.
При λ=33,05 м, α=0,5 и К=14 эквивалентная нагрузка кН/м.
.
.
.
Определяем несущую способность столба по грунту:
dсв, м |
Глубина заложения, м |
Несущая способность сваи, кН*10 |
|
dсв, м |
Глубина заложения, м |
Несущая способность сваи, кН*10 |
0,35 |
6 |
70 |
|
1,6 |
6 |
200 |
6,2 |
72 |
|
6,2 |
209 | ||
8 |
90 |
|
8 |
290 |
dсв, м |
Несущая способность сваи, кН*10 |
0,35 |
72 |
0,8 |
121,32 |
1,6 |
209 |
кН.
Условие выполняется, поэтому окончательно принимаем диаметр столбов равный 0,8 м и глубину заложения столбов 6,2 м. Схема опоры русловой части моста приведена в приложении 1, рисунок 1.
1.1.7 Разработка промежуточной опоры пойменной части
Расчет по несущей способности вечномерзлых грунтов
Расчет несущей способности основания столбчатой опоры производят с учетом условия
, (1.16)
где F – расчетная вертикальная нагрузка на столб и оболочку; - несущая способность столбов;- коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый для основания опор мостов по СНиП 2.05.03-84,=1,4.
, (1.17)
где - температурный коэффициент, учитывающий изменение температуры грунтов основания в период строительства и эксплуатации сооружения [7],= 1;- коэффициент условий работы основания, принимаемый,= 1 [7];R – расчетное сопротивление мерзлого грунта под подошвой столбчатой опоры [7]; А – площадь поперечного сечения подошвы столбчатой опоры; - расчетное сопротивление мерзлого грунта сдвигу по боковой поверхности смерзания фундамента в пределахi-го слоя грунта [7]; - площадь поверхности смерзания грунта с нижней ступенью столба;n – число выделенных при расчете слоев вечномерзлого грунта.
Для первого слоя вечномерзлого грунта – песка = 260,= 8,44 м2 при температуре вечномерзлого грунта (- 3̊ С).
Для второго слоя вечномерзлого грунта – диориты = 280,= 1,3 м2 , А = 0,5м2, R = 1950 при температуре вечномерзлого грунта (- 3̊ С)
Тогда
F = Nd = 4607,73 кН.
,
Условие выполняется.
Окончательно принимаем глубину заложения 5,16 м.
Схема промежуточной опоры пойменной части моста приведена в приложении 1, рисунок 2.
1.1.8 Экономическая оценка рациональности используемой конструкции
Таблица 1.3 – Ведомость строительно-монтажных работ
Наименование строительно-монтажных работ |
Единица измерения |
Единичная стоимость, руб. |
Объём, м3 |
Общая стоимость, руб. | |
1. Промежуточная опора (расчетная русловая опора) | |||||
1.1 Монолитная плита-насадка |
м3 |
83,0 |
15,89 |
1318,87 | |
1.2 Изготовление буроопускных столбов d=0,8 м |
м3 |
348,0 |
26,14 |
9096,72 | |
1.3 Погружение буроопускных столбов d=0,8 м с земли |
1 пог. м бурения |
352,0 |
26,44 |
9306,88 | |
1.4 Разбуривание скальных грунтов |
1 пог. м бурения |
628,0 |
5,92 |
3717,76 | |
|
Σ 23440,23 | ||||
2. Пролетное строение |
м3 |
500,0 |
36,39 |
18195,00 |
Оптимальной по стоимости считается такая схема моста, при которой отношение стоимостей пролетного строения и промежуточной опоры находится в пределах 1,2 – 1,5.
(1.18)
Условие проверки выполняется.
1.1.9 Разработка береговой опоры
Анализ высоты насыпи
, м (1.19)
.
Так как высота насыпи менее 6 м принимаем уклон i = 1:1,5.
, м (1.20)
, м (1.21)
, м (1.22)
Увеличиваем ширину устоя до 3,5 м, путем изменения расстояния между осями столбов.
Конструкция береговых опор приведена в приложении 1, рисунок 3, 4.