Шашлов Никита


Волгоградский государственный технический университет
Институт архитектуры и строительства
Кафедра «Изысканий и проектирования транспортных сооружений»
Расчетно-графическая работа по дисциплине «Инженерные сооружения в дорожном строительстве»
Волгоград 2016
Содержание
1 Конструктивное решение поперечника путепровода
2. Расчет плиты пролетного строения
2.1 Определение нагрузок
2.2 Определение усилий
2.3 Расчет плиты на прочность на стадии эксплуатации по изгибающему моменту и поперечной силы
3. Расчет балки пролетного строения
3.1. Определение нагрузок
3.2. Определение усилий
3.3. Расчет прочности балки по сечениям нормальным к продольной оси
3.4. Расчет прочности балки по сечениям наклонным к продольной оси
3.5. Расчет отогнутых стержней и построение эпюры материалов.
4. Расчет балки по второй группе предельного состояния
4.1. Расчет по раскрытию трещин нормальных к продольной оси.
4.2. Определение прогиба балки
Список литературы

Исходные данные:
Схема путепровода 24х24х24м
Габарит проезжей частиГ-8м
Тротуары 2х1.0 м с тротуарной плитой
Отметка пересекаемой дороги 4 категории
Материал пролетного стр-я:Бетон класса - В 20
Рабочая арматура класса А I
Временная нагрузка :А 14 и НК-100
Опора V-я с наклонными столбами.
1. Конструктивное решение поперечника путепровода
Пролетное строение компонуется из 7 бездиафрагменных балок стендово-
го изготовления, пролет балки (в осях опор) принят 16м. Расстояние между осями смежных балок 1,6м. Соединение балок между собой производится сваркой и бетонированием выпусков арматуры из плиты проезжей части. Балки имеют Т- образное сечение, крайние балки отличаются от промежуточных наличием односторонних выпусков арматуры из плит и закладных деталей для прикрепления тротуарных блоков. Схема поперечного сечения пролетного строения показана на рисунке 1.
Необходимо обеспечить ширину пролетного строения для размещения габарита проезжей части и тротуаров. Тротуары устраивают на плите балок, отделяя их от проезжей части барьерным ограждением, высотой 0,6-0,75м, а снаружи – перильным ограждением, крепящимся к тротуарному блоку.
При применении металлических опорных частей на балках устанавливаются закладные детали, при применении резиновых опорных частей закладные детали не устанавливаются.
Рис. 1. Схема поперечного сечения пролетного строения.
2. Расчет плиты пролетного строения
2.1 Определение нагрузок
Постоянная нагрузка на плиту складывается из веса дорожной одежды и её собственного веса; представлена в табличной форме (табл. 1)
Постоянные нагрузки на 1м2 плиты Таблица 1
Вид нагрузки Нормативная нагрузка, кН/м2 Коэффициент надежности по нагрузке f Расчетная нагрузка кН/м2
1. Асфальтобетон
δ=6см Д= 23кН/м3
Защитный слой из
армированного бетона
δ=5см Д= 25кН/м3
3. Гидроизоляция
δ=1см Д= 15кН/м3
Выравнивающий слой
δ=3см Д= 21кН/м3
5. Железобетонная плита
δ=15см Д= 25кН/м3 0,06х23=1,38
0,05х25=1.25
0,01х15=0,15
0,03х21=0,63
0,15х25=3.75 1,5
1,3
1,3
1,3
1,1 2,07
1,625
0,195
0.819
4.125
Итого: qn =6.47 q= 8.834
Временные нагрузки
Плита рассчитывается на временные нагрузки А 14 и НК-100.
Рассматриваются следующие варианты загружения.
Первый вариант. В пролете плиты размещается одна колея нагрузки А 14
в = 0,6м
h = 0,14
в1 = 0,87
l=1,6
lp = 1,44

q
45
hf’ = 0,15
qАТ



Рис. 2. Загружение плиты одной колеей нагрузки А 14
При интенсивности полосовой нагрузки qпол =14 кН/м равномерно распределенная вдоль одной колеи нагрузка составит

При ширине колеса b=0,6м и распределении нагрузки в толще дорожной одежды под углом 450 ширина площадки распределения нагрузки вдоль пролета плиты составит
b1= b+2h = 0,6+2·0,14=0,88 м
Интенсивность этой нагрузки на 1 м2

Давление одного колеса тележки вдоль колеи распределяется на длине 0,2м (рис. 3). Усилие от полосы поперек пролета плиты вовлекает в работу участки длиной.
,
а = 0,2
h = 0,14
 = 45
а1
а = 0,2
а1
1,5м
а2
а2
но не менее Принимаем =0.96м
Рис. 3. Установка колес автомобильной тележки
перпендикулярно пролету плиты
Интенсивность нагрузки от одного колеса тележки при давлении на ось
РАТ= 140 кН

Динамический коэффициент (1+μ) при длине загружения λ= lp=1,44 м определим по следующей формуле:

Принимаем 1+μ=1,3;
Таким образом: qA =7,45 кН/м2;
qAТ =57,36 кН/м2;
1+μ =1,3
Второй вариант. В пролете плиты размещается одно колесо нагрузки НК-100 (рис. 4).
При ширине колеса b=0,8 м и распределении давления от него в толще дорожной одежды под углом 450 ширина площадки давления составит:
b2=b+2h=0,8+2·0,14=1,08 м
Вдоль движения длина площадки распределения совпадает с длиной площадки для колеса тележки А 14 и может быть принята равной 2/3lp, но не более расстояния между колесами 1,2 м.
в = 0,8
h = 0,14
в2 = 1,14
1,6
lp = 1,44

q
45
hf’ = 0.15
Исходя из этого принимаем =1,02 м.
Рис. 4 Загружение плиты нагрузкой НК-100
Интенсивность нагрузки на 1м2

Динамический коэффициент для НК-100 при длине загружения м
и условии 1> λ=1,44м > 5 определим по формуле
1+μ=1,278≈1,3
Таким образом: qk=181.55 кН/м2;
(1+ μ) = 1,3
2.2. Определение усилий в плите пролетного строения.
Плиту пролетного строения поперек пролета путепровода рассматриваем как многопролетную неразрезную балку, опирающуюся на упругие опоры. Изгибающий момент в пролетах и на опорах этой балки определяется по моменту М0 для однопролетной балки с помощью поправочных коэффициен-
тов, учитывающих снижение момента за счет влияния защемления плиты в ребрах и податливости последних.
Для полосы плиты шириной 1м, изгибающий момент в середине пролета от постоянной нагрузки и нагрузки А 11
,
где: =1,2 -коэффициент надежности по нагрузке для полосовой А 14;
=1,5 -коэффициент надежности по нагрузке для тележки А 14.

Изгибающий момент в середине пролета от постоянной нагрузки и нагрузки НК-100
,
где: =1,0-коэффициент надежности по нагрузке НК-100

В качестве расчетного усилия однопролетной плиты для расчетов на прочность принимаем наибольшее, полученное при загружении ее постоянной нагрузкой и нагрузкой А-14
М0=29,16 кН·м принимаем при нагрузке А-14
Изгибающие моменты неразрезной плиты определяем, используя коэффициенты табл.3 прилож.1. Для этого сечение балки приводим к прямоугольной форме в соответствии с рисунком 5.
160
20
115
84
16
b=16
вf’=160
24
h=115
R = 20
85
hf’=15
а)б)
Рис.5. Поперечное сечение балки а) действительное
б) приведенное
Приведенная толщина верхней полки равна:

Поправочный коэффициент для определения Моп и Мпрол рассчитывается по формуле:
где, - цилиндрическая жесткость
Gb =0,42 Ев - модуль сдвига бетона
Еb – модуль упругости бетона
IK – момент инерции при кручении
ν=0,2- коэффициент Пуассона
При определении поправочного коэффициента n1 все значения подставляются в сантиметрах.

Момент инерции при кручении составит:

где hi и δi – длина и ширина прямоугольников, из которых составлено сечение балки.
< 30
По таблице 3 приложения 1 при n1<30 находим:
на опоре в пролете
Mon= -0,8 M0 Mпрол = -0,25М0
Mon = 0,25 M0 Mпрол = 0,5М0
Окончательно изгибающие моменты в неразрезной плите равны:
на опоре в пролете
Mon= -0,8·38.58 = -30.86 кН·м Mпрол= -0,25·38.58 = - 9.64 кН·м
Mon= 0,25·38.58 = 9.64 кН·м Mпрол= 0,5·38.58 =19.29 кН·м
2.3. Расчет плиты на прочность на стадии эксплуатации по изгибающему
моменту
Бетон класса В20 Rb=10,5 МПа
Рабочая арматура класса A-I RS=210 МПа
Рабочая высота плиты
где - c=2 см - защитный слой бетона
d=6 мм - диаметр рабочей арматуры
Определение площади рабочей арматуры плиты.
Нижняя зона. Максимальный момент в пролете Мпрол=19.29 кН·м
Определяем коэффициенты А0 и η; ширина плиты b=1 м

По таблице 1 приложения 1 находим η=0,76

Принимаем: армирование нижней зоны сеткой из стержней Ø 25,
шаг 500 мм (2 стержней на 1п.м.) AS=9.82 см2 > 9.52 см2
Верхняя зона. Максимальный момент на опоре Моn=30.86 кНм
η=0,9
см2
Принимаем армирование верхней зоны плиты сеткой из стрежней Ø22,
шаг 250мм (4 стержней на 1п.м.) АS=12.86 см2> 15.20 см2
Расчет балки пролетного строения
3.1 Определение нагрузок
Постоянная нагрузка
Нагрузка собирается на 1 метр длины пролетного строения.
Таблица 2
Вид нагрузки Нормативная нагрузка кН/м Коэф(γf) надеж. по нагрузке Расчетная нагрузка
кН/м
1 2 3 4
Асфальтобетон ездового полотна δ=10см и литой асфальт тротуаров
δ=2см Д=23 кН/м3
2. Защитный слой из армированного бетона
δ=5 см Д=25 кН/м3
Гидроизоляция
δ=1см Д=15 кН/м3
5. Выравнивающий слой δ=3 см Д=21 кН/м3
6. Перильное ограждение
7. Барьерное ограждение
8. Собственный вес балки Д·h·b (по приведенному сечению) 0,10·23·10+0,02· · 23·1.5=23.46
0,05(10+0,25·2+
+2·1.5) ·25=10
0,01(10+2·0,25+
+2·1,5) ·15=2
0,03(10+2·0,25+
+2·1,5) ·21=8.505
2,5·2=5
2,0·2=4
(0,19·1,6+0,84·0,2)· ·25·7=74.2 1,5
1,3
1,3
1,3
1,1
1,1
1,1 23.46·1,5=35.19
10·1,3=13
2·1,3=1.56
8.505·1,3=11.05
5·1,1=5,5
4·1,1=4,4
74.2·1,1=81.62
qn=126.36 q=149.12
Считаем постоянную нагрузку распределенной поровну между всеми балками. Тогда на одну балку придется:
qn=126.36:7=18.05 кН/м q=149.12:7=21.30 кН/м
На тротуарах покрытие выполнено из литого асфальтобетона толщиной 2см, остальные слои дорожной одежды те же, что и на проезжей части. Вес одного метра длины перильного ограждения тротуаров, барьерного ограждения проезжей части принимаем по типовым проектам.
Временная нагрузка
Временные нагрузки А 14 и НК-100 распределяются между балками в соответствии с коэффициентом поперечной установки (КПУ). КПУ определяется по обобщенному методу внецентренного сжатия М.Е. Гибшмана для каждого вида нагрузки отдельно, как сумма ординат линий влияния давления под центрами тяжести транспортных единиц или полос нагрузки, для толпы как ордината под точкой приложения равнодействующей. Рассматривают три варианта временного загружения.
Первый вариант загружения А 14 + толпа
Расчетные полосы нагрузки смещаются на край проезжей части с расстоянием 1,5м от оси нагрузки до полосы безопасности и далее через 3м. В этом варианте нагрузка от транспортных средств сочетается с нагрузкой от толпы на тротуаре.
Второй вариант загружения А 14
Расчетные полосы нагрузки смещаются на край ездового поля с расстоя-
нием 1,5 м от бордюра до оси нагрузки и далее через 3м. Учитываются две полосы нагружения независимо от габарита моста, предусматривающего более одной полосы движения.
Третий вариант загружения НК-100
27,1
72,9
х0
Ц.Т.
Рис. 6.
хн
160
20
100
84
16
Расчетная полоса смещается на край проезжей части с расстоянием 1,75м от оси нагрузки до полосы безопасности.
Вычисляем геометрические характе-ристики приведенного сечения балки (рис.6). Статический момент сечения относительно нижней грани балки:
Sb=см3
Площадь сечения:
Аb=20·84+16·160=4240 см2
Расстояние от нижней грани сечения до его центра тяжести

Расстояние от верхней грани сечения до его центра тяжести

Момент инерции сечения относительно оси, проходящей через его центр тяжести перпендикулярно плоскости изгиба: Расчетную длину балки пролетного строения определим в соответствии с рисунком 7. Зазор между балками принят 50мм, ширина опорной площадки балки – 300мм, тогда
lp = l-50-2·300=16000-50-2·300=15350мм
Рис. 7. Конструктивная и расчетная длина балки
300
300
50
300
300
50
lp = 15350
15950
14000

На рисунке 8 представлена схема для определения КПУ по методу внеце-
нтренного сжатия М.Е. Гибшмана. При определении КПУ для полосовой нагрузки для всех полос кроме первой, в качестве множителя к ординатам должен быть введен коэффициент S1=0,6, учитывающий возможное неполное загружения полос автомобилями. Ординаты линий влияния давления под центрами тяжести крайних балок определяются по формуле:
, где Gb = 0,42 Еb, тогда
Число балок в поперечном сечении n=7, м2
Определим ординаты линий влияний давления для первой балки:

;y1=0.413

Определение коэффициента поперечной установки.
Для первой балки (крайняя)
первый вариант загружения:ηА=0,358+0,6·0,275=0,523;
ηАТ=0,358+0,275=0,633;
ηТ=0,110;
второй вариант загружения:ηА=0,275+0,6·0,192=0,390;
ηАТ=0,275+0,192=0,467;
третий вариант загружения:ηk=0,261;
Таблица 3
Коэффициенты поперечной установки
Балки 1 вариант 2 вариант 3-й вариант
ηА ηАТ ηТ ηА ηАТ ηК
1-я 0.523 0.633 0.110 0.390 0.467 0.261
3.2. Определение усилий
А 14
НК-100
qпол=14 кН/м
1,5 м
1,2 м
140 кН
250 кН
15,35 м
Л.В. Мпр
у2
у3
у1
у4
у5
140 кН
Определение изгибающих моментов от постоянных и временных нагру-зок проводим по линии влияния. Тележку автомобильной нагрузки распола-гаем в самом невыгодном месте в середине пролета (рис. 9)
Рис 9. Схема для определения Мmax в середине пролета балки
Площадь линии влияния Мпр
ωM= 0,125 2 = 0,125·15,35 2 =29.45 м2
Ординаты линии влияния под колесами грузовой тележки нагрузки А-14

Ординаты под колесами машины НК-100
Нормативная нагрузка на тротуары зависит от длины загружения, равной длине пролета, но должна быть не менее 2 кН/м2
PT=4-0,02·λ=4-0,02 ·15.35= 3,693 кН/м2 > 2 кН/м2
Принимаем Рт =3,693 кН/м2
Коэффициенты надежности по нагрузке:
- для тележки А 14 но не менее 1,2
> 1,2
- для полосовой А 14 =1,2
- для толпы на тротуарах при учете ее совместно с А-14 =1,2
- для нагрузки НК-100 =1,0
Динамические коэффициенты:
- для А -14
- для НК-100 при λ=lр=15,35 >5 (1+μ)К=1,1
Изгибающий момент от внешней нагрузки равен
М=Мпост+Мвр
Изгибающий момент от постоянной нагрузки
кН·м
Изгибающий момент от временной нагрузки
Первый вариант загружения А 14 + толпа:
в балке 1:

Второй вариант загружения А-14
в балке 1:

Третий вариант загружения НК-100
в балке 1:

Расчет по 2 группе предельных состояний.
Определение прогиба балки
f ≤ [f][f]=
где [f] – предельная величина прогиба, принимается для балочных разрезных мостов и путепроводов 1/400 lр
f- фактический прогиб от нормативной подвижной нагрузки без учета коэффициента надежности по нагрузке и динамического коэффициента.
Прогиб в первой балке от второго варианта нагружения определится как сумма прогибов от полосовой нагрузки и нагрузок от тележек.

Ired- момент инерции приведенного сечения с учетом продольной арматуры.
A’s
12
хн
х0
160
20
115
96
19
As
Определим приведенную площадь

;
где- AS, - соответственно площадь
продольной рабочей и
монтажной арматуры
Продольная монтажная арматура принимается Ø20мм класса A II
Рис. 15 Схема для определения Ired
Ared=20·96+19·160+(7,63-1) 68,9+(7,63-1)·6,28=4898,44 см2
Статический момент приведенного сечения относительно нижней грани

Расстояние от центра тяжести до нижней и верхней граней


Момент инерции приведенного сечения составит

Геометрические характеристики приведенного сечения можно также определить по программе «МNES»
Определяем прогиб балки


qэАТ=26,81 кН/м – эквивалентная нагрузка от тележек (прилож. 1, табл. 8)
ηА, ηАТ – коэффициенты поперечной установки (табл.3)
Полный прогиб равен:
fn = fAT + fA =0,141+0.10=0.241 см < 4,34 см
Условие выполнено. Балка соответствует требованиям СниП 2.05.03-84* по деформативности.
Список литературы
СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы.: Госстрой СССР, - М: ЦИТП
Госстроя СССР, 1985 – 200с.
Саламахин О.В., Воля Н.П., Лукин Н.П. и др.; Мосты и сооружения на
дорогах: Под ред. Саламахина П.М. Ч.1, – М.: Транспорт 1991. 344с.
Лившиц Я.Д.,Онищенко М.М., Шкуратовский А.А.; Примеры расчета железобетонных мостов; Киев, «Высшая школа», 1986г., 283с.
Городской путепровод; Методическое указание /ВолгИСИ, Волгоград, 1986г.

Приложенные файлы

  • docx 11111085
    Размер файла: 615 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий