2.5. Определение расхода материалов (веса) элементов висячих и вантовых мостов

На стадии составления вариантов определяются только генеральные размеры конструкций, но не определяются их сечения (кроме опор), что не позволяет судить о приближенном расходе материалов.

Только знание веса элементов позволяет сопоставить варианты по расходу материалов и стоимости, т. е. решить основную задачу эскизного проектирования – выбор оптимального решения.

Существуют различные способы приближенного определения веса мостовых конструкций: по данным ранее выполненных проектировок, по теоретическим формулам и др.

Для металлических пролетных строений нашел применение универсальный способ нахождения веса, получивший название способа характеристик (Н.С. Стрелецкий, 1926). Формула определения погонного веса элемента конструкции имеет вид:

, (2.1)

где v – интенсивность временной нагрузки; – интенсивность постоянной нагрузки;– прочность материала элемента;– плотность материала (удельный вес);– пролет конструкции;А и Б – характеристики.

Характеристики АиБ, которые для разных систем металлических пролетных строений имеют различные значения, приведены в работе [11], для висячих и вантовых мостов не установлены. Имеются предложения (Н.С. Стрелецкий) по определению этих характеристик для металлических пролетных строений и пилонов только висячих систем с помощью графиков [11], использование которых возможно при вводе дополнительных показателей.

В этой связи для определения общего и погонного весов элементов в составе конструкции используется способ непосредственного эскизного расчета на прочность, основанный на следующих общих условиях:

(2.2)

где ,– теоретический и практический веса элемента;– теоретический и практический погонные веса элемента; – расчетное усилие в элементе; – длина элемента;L – величина пролета конструкции; – конструктивный коэффициент.

Входящие в выражения (2.2) характеристики устанавливаются следующим образом:

• расчетные усилия в элементах висячих и вантовых систем определяются на основании аналитических методов расчета;

• расчетные сопротивления материала элементов принимаются в зависимости от конкретного материального исполнения по действующим нормам проектирования [10];

• конструктивный коэффициент принимается различным для отдельных элементов на основании опыта их проектирования.

Ниже приводятся расчетные выражения для определения погонного веса отдельных элементов висячих и вантовых систем на всю ширину моста из расчета на прочность [6].

Определение веса отдельных элементов висячих мостов

1. Погонный вес металлической балки жесткостираздельного или сплошного типа, имеющей двутавровое или коробчатое сечение, определяется как

(2.3)

где – расчетная временная нагрузка соответствующего вида при загружении на всю ширину моста, кН/м (тс/м); – длина основного пролета, м; – удельный вес материала балки, равный 76,5 кН/м³ (7,85 тс/м³); = 1,6 – конструктивный коэффициент балки жесткости;– расчетное сопротивление балки, принимаемое в зависимости от марки стали (например, для стали 15ХСНД== 295 МПа (3010³ тс/м²); – высота балки жесткости, м; – длина загружения.

2. Погонный вес кабеля(с оттяжками) устанавливается из выражения

(2.4)

где– постоянная нагрузка от веса проезжей части, кН/м (тс/м); – стрела провиса кабеля в основном пролете, м; – расчетное сопротивление кабеля, МПа (тс/м²); – длина основного пролета, м; удельный вес материала кабеля, кН/м³ (тс/м³); = 1,3 – конструктивный коэффициент для кабеля;– расчетная временная нагрузка.

Интенсивность нагрузки от веса проезжей части определяется в зависимости от веса конструкции проезжей части, наличия мостового полотна (полотна проезда)и дорожной одеждыи устанавливается по данным прил. 1.

3. Погонный вес подвесок(из канатов или стержней арматуры) определяется по выражению

(2.5)

где – расчетная временная нагрузка;– длина панели, м;– удельный вес материала подвесок, кН/м (тс/м³), = 1,2 – конструктивный коэффициент;– расчетное сопротивление материала подвесок, МПа (тс/м²), – суммарная длина всех подвесок в пределах основного пролета,

где – половина количества панелей. При выполнении подвесок из канатов можно принять

4. Погонный расход материалов, кН/м (тс/м), от веса одного пилона определяется по формулам:

• для промежуточных пилонов

(2.6)

• для береговых пилонов

, (2.7)

где – строительная высота промежуточного пилона, м; – расчетная высота берегового пилона, м; параметры, зависящие от материала пилона:

• для железобетонного пилона: = 2,5 тс/м³; = 3;= (+ + 0,02 ) – расчетное сопротивление железобетона на сжатие;  = 0,8…0,9 – коэффициент продольного изгиба;

• для металлического пилона: = 7,8 тс/м³; = 2;= ;  = 0,6…0,7.

Для железобетонных пилонов погонный расход материала, м³/м, определяется как. Полный погонный расход материалов от веса всех пилонов (промежуточных или береговых) равен удвоенным значениями.

5. Погонный расход металла опорных частейдля балок жесткости и кабеля, а также стального литья для подвесок определяется соответственно как

= 0,35 тс/м (3,5 кН/м).

6. Погонные расходы материалов тела опор(промежуточных, береговых), фундаментов опор и анкерных массивов, м³/м, определяются из общих условий вида

(2.8)

где – соответственно объемы кладки различного вида тела опор, фундаментов, анкерных массивов в пределах моста, м³; – полная длина моста.

Объем анкерного массива (см. рис. 1.20, а,б) приближенно можно определить из условия

(2.9)

где С – параметр;– суммарная постоянная нагрузка веса от балки жесткос­ти, проезжей части, кабеля, подвесок; – временная нагрузка;– удельный вес материала анкерного массива;– угол наклона оттяжки. ПараметрС принимается следующим образом:

С = 0,5…0,6 – при неглубоком ( 10 м) заложении массива в грунте;

С = 0,35…0,4 – при глубоком ( 10 м) заложении массива в грунте;

С = 0,1…0,15 – при заложении анкерного массива в скальном грунте.

Объем тела опор определяется по назначенным геометрическим размерам, а фундаментов:

а) на естественном основании – по результатам обычного эскизного расчета на прочность основания при основном сочетании нагрузок;

б) глубокого заложения из свай или оболочек их длину в грунте при количестве, назначенном по условиям размещения в ростверке, подбирают по вертикальному усилию, действующему на уровне подошвы ростверка.

7. Погонные расходы материалов для отдельных элементов , представляющие по сути интенсивности постоянных нагрузок, определяются с учетом соответствующих коэффициентов надежности по нагрузке [10].

Нормативные значения временной нагрузки, принимаемые в зависимости от назначения моста по действующим нормам [10], учитываются в расчетах с коэффициентами надежности по нагрузке, динамическим коэффициентом, а также коэффициентами загруженности полос движения [10].

Определение веса отдельных элементов вантовых мостов

1. Погонный вес металлических, сталежелезобетонныхбалок жесткости раздельного или сплошного типа, имеющих двутавровое или коробчатое сечение, приопределяется по выражению

(2.10)

принятые обозначения рассмотрены выше.

2. Погонный теоретический вес железобетонных балокжесткости, кН/м (тс/м), коробчатого сечения, раздельного или сплошного типа, приближенно определяется по формуле

(2.11)

где = (0,03…0,05) – коэффициент армирования сечения балки жесткости;– высота балки жесткости, м;– прочность напрягаемой арматуры [10], МПа(тс/м²); = (0,005…0,007) – параметр величины момента в балке жесткости;= 2,5 тс/м³; – погонный вес проезжей части на всю ширину моста (прил. 1).

Окончательно получим (тс/м) или(м³/м), где= 1,2.

3. Полный погонный вес всех вант (вместе с оттяжками), кН/м (тс/м), отнесенный к единице длины основного пролета, определяется как

(2.12)

где – расчетное сопротивление материала вант, МПа/(тс/м²); = 1 конструктивный коэффициент для вант.

4. Погонный вес двух промежуточных или береговых пилонов, кН/м (тс/м),(металлических, железобетонных) определяется как

(2.13)

принятые обозначения рассмотрены выше.

Для железобетонных пилонов погонный расход материала, м³/м, определяется как.

5. Погонный расход металла опорных частейдля балок жесткости и вант, а также стального литья для вант принимается соответственно равным:

= (0,02…0,03) ,= 0,35 тс/м (3,5 кН/м).

6. Погонные расходы материалов тела опор,фундаментов опорианкерных массивовопределяются согласно рекомендациям п. 2.5.1.

7. Для получения расчетных значенийпостоянных и временных нагрузок учитываются коэффициенты надежности по нагрузке, динамический коэффициент, коэффициент загруженности полос движения [10].

8. Погонный вес вантовых фермс треугольной решеткой приближенно определяется из следующих соотношений:

– для однопролетных распорных вантовых ферм (см. рис. 1.4, а) без учета подвесок, кН (тс/м),

(2.14)

где – расчетная временная нагрузка;– расчетная постоянная нагрузка от веса балки жесткости и проезжей части; – расчетное сопротивление материала вант; – плотность материала вант;= 1.

Параметры (характеристики) ипринимаются равными:

; [6].

Погонный вес фермы слагается из двух частей: первая соответствует загружению нагрузкой , вторая – регулированию усилий.

Для однопролетных распорных статически определимых ферм системы Жискляра (см. рис. 1.2) – по формуле Е.И. Крыльцова

(2.15)

где расчетная постоянная нагрузка; – расчетное сопротивление элементов фермы; = 1,4…1,6 – конструктивный коэффициент;, где– ордината среднего узла фермы, отсчитываемая от уровня вершин пилонов.