624.2

М545

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Методические указания

к курсовой работе по мостам

для студентов специальности 290900

«Строительство железных дорог,

путь и путевое хозяйство»

Издание второе, переработанное и дополненное

Новосибирск 2001

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.

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 L_о . 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 это условие может быть обеспечено применением пролетных строений длиной 10... 15 м при слабом ледоходе (толщина льда h_л < 0,5 м), 15...20 м при среднем (0,5 < h_л < 1,0 м) и 20...30 м при сильном ледоходе (h_л > 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 l_п 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 воды 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 низа пролетного строения;— отметка верха подферменной плиты;h_стр, h_{стр 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 РСУ — расчетный судоходный уровень воды; Н_r — высота подмостового габарита [4];  = 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 l_n, перекрывающих заданное отверстие моста;

А — толщина опоры, определяемая в зависимости от ее высоты и длины пролетного строения l_n (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 l_n (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 l_n 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); _loc— местный размыв дна водотока у опоры.

Величина _loc 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 А_ф — при прямоугольной или 0,5А_ф при обтекаемой форме фундамента опоры. Параметр А_ф 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 h_л — толщина льда.

Однако нормы допускают расположение ОФ в пределах колебаний уровнем льда и воды, если фундаменту придана обтекаемая форма и на его обрезе устроена фаска 50 х 50 см. В этом 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 Н_r и равна:

,

(2.10)

где УП — уровень ездового полотна или головки рельса пересекаемой дороги;  = 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).