Поперечное усилие, передавае мое ограждению,
где т, Q — масса и вес автомобиля; g — ускорение свободного падения.
Под действием силы удара Z автомобиль не должен опрокиды ваться через ограждение (рис. 13.15, б). Условие устойчивости против опрокидывания можно записать так;
Рис. 13.16. Зависимость между углом наезда автомобиля и его скоростью:
1 —для двух полос движения; 2 —для че тырех полос движения
7 Q |
^ Qb |
ИЛИ Уз |
bg |
(13.4) |
Z = — уз < —и----Г |
K—ha |
g |
h — h0 |
|
|
где b — расстояние от центра тяжести автомобиля до внешней грани ко леса; hi —высота центра тяжести автомобиля; h0 — высота ограждения.
По действующим нормам [25] при расчете жестких парапетных огра ждений горизонтальную нагрузку принимают в виде поперечного воз действия равной 11,8 К кН, распределенной по длине 1 м. При расчете полужестких ограждений в качестве нагрузок принимают сосредото ченные силы, действующие одновременно в уровне горизонтальных планок и равные; поперек проезда 4,41 кН; вдоль 2,45К кН, где К— класс временной нагрузки АК.
В зависимости от конструкции ограждений их расчетные схемы в первом приближении можно принимать в виде разрезных или неразрез ных балок. При расчете жестких ограждений нагрузку прикладывают на уровне 2/3 их высоты, что соответствует примерно радиусу качения колес грузовых автомобилей (0,50—0,55 м). Для металлических ограж дений нагрузку распределяют на четыре рядом расположенные стой ки.
13.5. ОСВЕЩЕНИЕ
Для обеспечения безопасности движения транспорта в темное время суток на городских мостах, эстакадах и путепроводах предусматрива ют искусственное освещение.
Средняя освещенность у середины проезжей части должна быть не менее 16—20 лк с постепенным переходом к неосвещенной части. Сред няя и минимальная освещенность не должна различаться более чем в 2—3 раза, а максимальная и минимальная освещенность — более чем в 4—6 раз.
Для освещения проезжей части и тротуаров транспортных сооруже ний применяют различные осветительные устройства. Наиболее часто по краям проезжей части в створе перильных или защитных огражде ний устанавливают осветительные мачты высотой 8—10 м. Светильни-
Рис. 13.17. Способы освещения про езжей части и тротуаров иа транс
портных сооружениях
6)
ки должны быть расположены так, чтобы наилучшим образом обеспе чивалась освещенность проезжей части. С этой целью мачты выполня ют с выносом светильников в сторону проезжей части (рис. 13.17, а). Источники света размещают в рефлекторах, ограничивающих угол распространения пучка света и предотвращающих ослепление водителей транспорта.
Для эстакад и путепроводов может оказаться удобным размещение светильников в поручнях перильного ограждения (рис. 13.17, б). В этом случае достигается достаточно равномерная освещенность про езжей части и тротуаров, а защитные ограждения выделяются темными полосами, что улучшает ориентацию водителей при проезде через со оружение. Перильные ограждения со светильниками имеют высоту 1,0—1,2 м и могут быть как металлическими, так и железобетонными. Светильники в обоих поручнях располагают непрерывно или с интер валами в шахматном порядке.
При освещении пересечений в разных уровнях применяют высокие мачты, располагаемые на нижнем уровне (рис. 13.17, в). Этим исключа ется необходимость устройства сложной системы освещения с частым расположением осветительных мачт в каждом уровне. Вместе с тем такой способ освещения становится малоэффективным при туманах и снегопадах.
На нижней поверхности эстакад в городах и в многоярусных соору жениях можно также прикреплять светильники для освещения под эстакадного пространства.
Количество светильников, их мощность и тип освещения опреде ляют соответствующими светотехническими расчетами.
13.6. РАЗМЕЩЕНИЕ ГОРОДСКИХ КОММУНИКАЦИЙ
Для пропуска над реками, оврагами и другими естественными пре пятствиями коммуникаций используют, помимо специальных сооруже ний, и городские мосты.
Элементы подземных сетей (водопровода, газопровода, электрока белей и др.) следует прокладывать по мостам так, чтобы удовлетворя лись эксплуатационные требования для этих сетей, не нарушались требования, предъявляемые к самому мосту, не усложнялось его стро ительство. В период эксплуатации моста необходимо обеспечить удоб ный доступ ко всем трубопроводам, уложенным на мосту, для их ос мотра, ремонта, а при необходимости изамены. Уложенные коммуника ции не должны ухудшить архитектурный облик сооружения.
Для размещения коммуникаций используют имеющиеся в пролет ных строениях свободные пространства. Для прокладки труб и кабелей [25] требуется устройство специальных конструктивных элементов, не препятствующих выполнению работ по текущему содержанию и ре монту сооружений. В зарубежной практике электрокабели размещают под тротуарами и в блоках резделительной полосы (рис. 13.18, а). Такое же решение допускалось ранее и в отечественной практике. Действующие отечественные нормы не допускают прокладку комму никаций под тротуарными блоками.
Вкоробчатых пролетных строениях все коммуникации распо лагают внутри конструкции. При этом трубы укладывают по нижним плитам пролетного строения, а кабели — на специальные стеллажи (рис. 13.18, б). Нормами допускается прокладка на мостовых сооруже ниях линий электропередачи с напряжением не свыше 1000 В.
Во всех случаях должны быть предусмотрены меры по обеспечению сохранности пролетных строений, а также непрерывности и безопас ности движения по ним при прорывах и повреждениях трубопроводов
икабелей. Для этого на сооружениях необходимы устройства для вы ключения этих линий и коммуникаций.
Встальных и сталежелезобетонных пролетных строениях с полу открытым или открытым поперечным сечением коммуникационные тру бы размещают на элементах поперечных связей. Осмотр труб во время эксплуатации осуществляется со смотровых мостиков, предусматривае мых между раскосами связей (рис. 13.18, в).
Вжелезобетонных ребристых пролетных строениях коммуникации подвешивают под плитой проезжей части, используя для этого метал лические хомуты, заанкеренные в плите. Если пролетное строение име ет разделительную полосу, то в ее пределах можно установить короб чатый коллектор для пропуска всех сетей (рис. 13.18, г).
Элементы пролетных строений, на которые опираются коммуника ции, должны быть рассчитаны на вес заполненных трубопроводов, ка белей и поддерживающих их устройств.
Для обеспечения ввода коммуникационных сетей с подходов на мост предусматривают специальные колодцы, совмещаемые с устоями.
Поскольку температурные деформации пролетных строений и тру бопроводов, проходящих по ним, в общем случае различны, то под
трубопроводами приходится устанавливать опорные части, обеспечи вающие их свободные смещения. По концам моста для трубопроводов устраивают специальные компенсаторы температурных перемещений. Размещение коммуникаций связано с необходимостью расчетов про летных строений на температуру.
Глава 14 ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭСТАКАД И ПУТЕПРОВОДОВ
14.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Проектирование городского моста, эстакады или путепровода на чинается с технико-экономического обоснования необходимости строи тельства сооружения. В мостах эта необходимость определяется потреб ностью пропуска движения через реку и экономическими потерями при отсутствии сооружения. В городских эстакадах, путепроводах или многоярусных транспортных пересечениях технико-экономическое обо снование основано на необходимости исключить потери от простоя транспорта на перекрестках, перерасход топливо-смазочных материа лов, дополнительный износ резины и дорожной одежды на участках торможения, потери времени пассажиров, затраты на устройство и со держание оборудования для регулирования движения и др. Строи тельство пересечения в разных уровнях считается целесообразным, если срок его окупаемости не превышает 10 лет.
После выявления необходимости строительства сооружения состав ляют его рабочий проект, являющийся первой стадией проектирова ния, на которой определяют такие данные, как ширина несущей кон струкции, ее пролеты, вид материала, и тип конструкции, методы ор ганизации строительства, его трудоемкость и сметную стоимость. На этой же стадии решаются общие вопросы по планировке сооружения.
Важнейшим компонентом рабочего проекта является вариантное проектирование, обеспечивающее сравнение вариантов сооружения по расходу материалов, стоимости и трудоемкости их возведения. При выборе вариантов городских транспортных сооружений необходим учет условий их планировки и связи с прилегающими улицами и суще ствующей застройкой (см. п. 1.3). После выбора планировочного реше ния определяют рациональные пролеты несущей конструкции и при ближенную стоимость вариантов. Следует заметить, что принятое пла нировочное решение часто оказывает существенное влияние на выбор типа несущей конструкции.
Для получения по вариантам расходов материалов и стоимости обычно используют укрупненные показатели расходов на единицу объ ема или веса, а также единичные расценки в соответствии с действую щими нормативными документами.
Расход материалов в пролетных строениях зависит от статической схемы несущей конструкции, длины пролетов и может изменяться в до статочно широких пределах. Отмеченный факт отражается на графи ках расхода железобетона и стали (иа арматуру и несущие конструк ции) заштрихованными областями, в пределах которых укладываются показатели для большинства построенных сооружений (рис. 14.1).
Рис. 14.1. Зависимость расхода матери алов иа пролетные строения от длины
пролета:
/ —расход железобетона в балочно-разрезной системе; 2 —то же в балочно-неразрезной н рамной системах; 3 —суммарный расход ста ли в железобетонных зарубежных мостовых сооружениях; 4 —то же в отечественных сооружениях: 5 —расход стали в сталежелезобетониых зарубежных балочных пролетных строениях; 6 -то же в отечественных соору жениях; 7 - то же в цельнометаллических зарубежных балочных пролетных строениях
Расходы железобетона в отечественных и зарубежных сооружениях практически не отличаются между собой. Расход арматурной стали вы ше в отечественных конструкциях из-за более жестких требований строительных норм и правил.
Такое же положение и с расходом стали в металлических пролет ных строениях.
Второй стадией проектирования является составление рабочей до кументации. На этой стадии должны быть сделаны все уточненные расчеты, запроектированы все элементы конструкции и составлен про ект организации работ, а также вспомогательных сооружений. При разработке рабочей документации следует строго соблюдать принци пиальные решения, заложенные в рабочем проекте. В процессе проек тирования надо стремиться максимально использовать типовые реше ния, если их применение экономически целесообразно и не теряются архитектурные достоинства транспортного сооружения. Городские мосты, эстакады и путепроводы из типовых конструктивных элемен тов могут быть запроектированы в одну стадию, когда одновременно составляют рабочий проект и рабочую документацию транспортных сооружений.
14.2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
Одной из первых задач, решаемых в процессе проектирования мо стовой конструкции, является выбор системы пролетного строения и назначение формы поперечного сечения. Наибольшее распростране ние в современных городских мостах, эстакадах и путепроводах нахо дит балочная система несущей конструкции, причем неразрезная много-
пролетная схема оказывается для большинства случаев наиболее ра циональной. Реже применяется рамная система и лишь для больших пролетов (более 200 м для железобетонных и более 300 м для металли ческих пролетных строений) эффективной становится вантово-балоч ная система 1.
Рассмотрим критерии выбора типа поперечного сечения железобе тонных эстакад в зависимости от ее кривизны в плане. Известно, что высота сечения, размеры плит в основном определяются работой про летного строения на изгиб. Толщина стенок зависит от поперечной си лы Q, а для криволинейных пролетных строений существенным обра зом и крутящего момента Mt. Поэтому на изменение расхода материа лов для криволинейной несущей конструкции по отношению к прямо линейной равной длины основное влияние будет оказывать толщина
стенок.
Относительный расход железобетона, пропорциональный площади поперечного сечения Аь, для конструкций с открытым или замкнутым профилем может быть представлен графиком (рис. 14.2).
При малых Mt/Q открытые сечения выгоднее замкнутых, а при M(/Q > 1,0 целесообразны коробчатые сечения.
Области рационального применения той или иной формы сечения могут быть определены на основе анализа данных по построенным со оружениям. Для пролетных строений с замкнутой формой сечения мож но использовать рис. 14.3, где в зависимости от длины наибольшего пролета L и отношения ширины сечения к длине этого пролета B/L ука заны области применения четырех наиболее распространенных типов поперечных сечений. В наибольшем диапазоне пролетов применяется одноконтурная форма сечения (тип Л) с шириной верхней плиты до 18 м. При больших пролетах, превышающих 100 м, одноконтурные ко робчатые пролетные строения используются под каждое направление движения (тип Г). При пролетах до 100 м и ширине поверху более 18 м чаще всего оказываются целесообразными полуоткрытые поперечные
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечения |
(тип Б). |
Если |
требуется |
|
|
|
|
|
обеспечить ширину проезжей части |
V |
|
|
|
|
более 30 м при пролетах до 100 м, |
|
|
|
|
то для уменьшения неравномерно |
2ft |
|
|
|
|
сти распределения |
напряжений по |
|
|
|
|
|
ширине пролетных |
строений мож |
|
|
|
|
|
но считать рациональным примене |
U |
|
|
|
|
ние двух |
полуоткрытых |
сечений |
|
|
|
|
(тип В). |
Однако четкой |
границы |
|
|
|
|
|
перехода от сечений типа Б к се |
1,0 |
|
|
|
|
чению типа В указать нельзя. Для |
|
|
|
|
пролетйых |
строений |
эстакад и |
|
|
|
|
|
1 Способы предварительного назна |
0.5 |
0ft |
0,8 |
1,2 |
Mt/a,M»/H |
0 |
чения длины пролетов, а также разме |
Рис. 14.2. Кривые для выбора формы |
ров поперечных сечений |
|
пролетных |
строений изложены в общем курсе про |
балок |
криволинейных |
пролетных |
ектирования |
мостов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
А
~ п г
U 6 М Г
В
T T T J — с г и
г
Т = Г 1 Z 7
Рис. 14.3. Области рационального применения некоторых типов поперечных се чений с замкнутыми контурами
путепроводов коробчатая форма сечения наиболее распространена при пролетах более 25 м.
При составлении вариантов сооружений требуется назначить высо ту пролетных строений, при которой обеспечивалась бы как прочность конструкции, так и жесткость. Д ля металлических коробчатых пролет ных строений оптимальную высоту сечений, отвечающую максималь ному использованию прочности поясов и стенок, приближенно можно определить по формуле [10]
|
7 Г г |
|
з |
|
|
lopt" |
и |
Ц |
^ - 1 |
, ^ |
0,53п£г Е |
(14.1) |
|
У |
L |
2,5Ry п |
\ ' |
Q 0 - ^ 2) . |
|
где М — расчетный |
изгибающий |
момент; Ry — расчетное |
сопротивле |
ние материала пролетного строения; п — число стенок в сечении; k%— коэффи
циент, зависящий от отношения alb (а — расстояние между поперечными реб рами жесткости; Ь — высота пластинки, заключенной между этими ребрами) и от условий закрепления краев стенки (табл. 14.1); Е — модуль упругости; Q — расчетная поперечная сила в сечеиии; |х — коэффициент Пуассона.
Одновременно может быть определена оптимальная с точки зре
ния затраты материала высота сечения, |
которая отвечает расчету кон- |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
14.1 |
Способ закрепления |
|
Коэффициент кх при отношении а/b, равном |
|
краев стенкн |
1.0 |
1.5 | |
2.0 |
2.5 |
з.о |
00 |
|
Все края шариирио |
12,3 |
7,1 |
6,6 |
6,3 |
6,1 |
5,3 |
закреплены |
14,6 |
11,4 |
11,0 |
10,8 |
9,9 |
9,0 |
Все края защемлены |
|
етрукции по жесткости с максимальным |
использованием прочности |
|
стенок на срезывание, т. е. |
|
|
|
|
8.4.ML |
J _ .3 |
0.53feT пЕ |
(14.2) |
|
1.25АЕп |
\ ) |
Q (1 —р2) |
|
|
|
где L — пролет; А — коэффициент, |
зависящий от характера нагрузки н |
статической схемы пролетного строения (можно принять равным 9,6 как для
разрезной схемы); |
материала пролетного строения; Д — нормируе |
Е — модуль упругости |
мый относительный прогиб |
пролетного строения. |
В общем случае задача определения оптимальной высоты сечения пролетного строения более сложная.
При уточненных расчетах на стадии составления рабочих чертежей получаемая высота сечения будет отличаться от определяемых по фор мулам (14.1) и (14.2) величин.
Одна из важнейших характеристик пролетного строения — рас
стояние |
между ребрами или стенками. Когда пролеты эстакады и ее |
ширина |
уже определены, рациональное расстояние можно найти из |
условия |
минимума площади поперечного сечения, т. е. наименьшего |
расхода материала. |
|
Считаем заданными отношение высоты главных |
балок к их пролету |
а х = h L и отношение толщины плиты проезжей |
части к расстоянию |
между ребрами или стенками а 2 == thix. Средние толщины нижней пли ты (п в коробчатом поперечном сечении и толщины стенок tc также счи таем принятыми из конструктивных соображений. Тогда площадь по перечного сечения пролетного строения (рис. 14.4, а)
|
-4с — hn-\-(B—tc п) tb+ h n (x—tc) (n — 1), |
где п — число вертикальных ребер. |
Принимая |
приближенно / i ^ — l 1 и учитывая отношения а , и |
а 2, получим |
выражение для площади в виде |
Вычислив производную dA, и приравнивая ее к нулю, определим расстояние
(14.3)
Обозначив ф “ £ для коробчатого сечения, из формулы (14.3) полу чим
(14.4)
|
а для ребристого сечения из этой же формулы |
|
|
А' =/. |
Ус |
(Н.5) |
|
Ф/ - I,- |
|
V |
|
Расчеты показывают, что отношение ф весьма незначительно влияет
на величину лг. и поэтому, |
принимая »| |
= 1 , формулы (14.4) и (14.5) |
получают вид: |
|
|
|
|
для коробчатого сечения |
|
|
L \ T t r . V W |
' - ^ 7 1 |
для |
ребристого сечения |
(14.6) |
|
- |
I |
L |
1А |
|
Определив .v. можно найти затем число ребер стенок в поперечном сечении из выражения
/ |
в |
■ II |
(14.7) |
п —entier ( — |
\ |
т |
/ |
|
Величины .V. определяемые второй формулой из (14.6), представле ны на графиках (рис. 14.4,6) заштрихованными областями. Нижняя область соответствует случаю, ко гда ребра не требуются, т. е. сече ние должно быть плитным. Для коробчатых сечений величины д\ получаемые по тем же графикам,
следует умножить на
Рис. 14.4. Графики определения рас стояния между ребрами и стенками в ребристых н коробчатых пролетных строениях
Пролетные строения эстакад, в том числе и криволинейных, могут быть образованы из сборных бло ков. При проектировании в этом случае возникает необходимость выбора типа сборных элементов. Предположим, что криволинейное пролетное строение составлено из сборных прямолинейных балок п имеет переломы оси в приопорных сечениях. Чтобы грани плиты про езжей части были очерчены по кривой, внешнюю и внутреннюю консоли у крайних балок следует выполнять с переменным вылетом.
