КЛ Спец констр МК
.pdf
рамні - у разі виникнення аналогічного розпору і виконання верхніх елементів опор жорстко з єднанними із прогінними будовами (Рис. П.1.5.);
висячі - у разі виникнення розпору, який прагне зблизити анкерні масиви або опори, коли несуча кабельна конструкція працює як висяча нитка (Рис.7, Рис. П.1.7.);
підвісні - з обладнанням високих опор і з'єднанням прогінної будови моста з опорою за допомогою елементів, працюючих на розтягування. Такі мости ще називають вантові, кабельні, вантово-балкові (Рис.8, Рис. П.1.8.);
комбіновані - з'єднання декількох схем, здебільше балкові схеми мостів, суміщені з висячими або підвісними (Рис.9, Рис. П.1.5.).
а. б. Рис. 7. Типи висячих мостів.
а. «Storebaelt East» (Данія); б. «Akashi-Kaikyo» (Японія)
а. |
б. |
Рис. 8. Типи вантових мостів.
а. «Sun Marine» (Японія) б. «Sunshine Skyway» (США)
а. |
б. |
|
Рис. 9. Типи комбінованих мостів. |
|
а. «Great Belt East» (Данія-Зеландія ); б. «Lake Marakaibo» (Венесуела); |
101
розвідні - можливість підняття або повороту прогінної будови для пропуску кораблів
(Рис. 10).
Рис. 10. Розвідний міст «Porta dґEuropa» в Барселоні (Іспанія)
складні (Рис. 11)
Рис. 11. Складаний міст в Килі (Німеччина), головний проліт 25.6 м.
1.3.Основні вимоги, яким мають відповідати штучні споруди
Дорожні штучні споруди мають задовольняти виробничим, експлуатаційним, розрахунково-конструктивним, економічним і архітектурним вимогам.
Виробничими і експлуатаційними вимогами передбачається забезпечення зручного і безпечного руху по мосту або іншій штучній споруді без зниження швидкості.
Ширина проїжджої частини і тротуарів споруди повинна відповідати розрахунковій пропускній спроможності з урахуванням перспективи зростання інтенсивності руху. Полотно проїжджої частини має бути влаштованим з міцного зносостійкого матеріалу. Необхідне добре відведення води з поверхні полотна. Схема моста, величини прольотів і піднесення конструкції над рівнем води в річці, повинні забезпечувати безпечне пропущення паводків чи льодоходу, а також задовольняти вимогам судноплавства. Всі споруди повинні мати конструкцію з тривалим терміном роботи і зручну для огляду в процесі експлуатації. Перевагу слід віддавати таким видам споруд, матеріалам і конструкціям, які надалі у майбутньому потребують мінімальнихексплуатаційних витрат на утримання і ремонт.
Конструкції штучних споруд мають відповідати вимогам індустріального виготовлення (на заводах, полігонах) і механізованого зведення при високих темпах будівництва і гарній якості робіт.
102
На автомобільних дорогах, і особливо в містах, мости бажано влаштовувати з їздою зверху. Вони мають конструктивніпереваги і, крім того, для проїжджаючихпо мостуоточуючий пейзаж залишається відкритим, а в міських умовах такий міст не порушує загального вигляду прилеглої забудови.
Розрахунково-конструктивні вимоги направлені на те, щоб споруда в цілому і окремі її елементи були міцними, стійкими іжорсткими.
Міцність споруди досягається, якщо зусилля (або напруги) у всіх її елементах і з'єднаннях не перевершують допускних. Стійкість забезпечується, якщо прогінні будови і опори є стійкими до перекидання і зсуву, а стислі до -випинання від поздовжнього згину. Вимог до жорсткості споруди дотримуються, якщо деформації її під дією навантажень не перевершують допускних величин. Значні деформації (недостатня жорсткість) є шкідливими, а іноді і небезпечними для споруди. Так, наприклад, якщо міст недостатньо жорсткий і під навантаженням дає великі прогинання, то це може утрудняти рух по ньому автомобілів з великими швидкостями. Виникнення значних вібрацій моста неприємне для пішоходів і може бути небезпечним для його конструкції.
Економічні вимоги випливають з необхідності вибору при проектуванні такого рішення, при якому витрата засобів і матеріалів для зведення споруди, а також трудомісткість робіт будуть якнайменшими. Зважаючи на труднощі, які виникають при урахуванні всієї сукупності економічних вимог, часто користуються будівельною вартістю як економічною характеристикою споруди. Проте оцінка економічності за однєю тільки будівельною вартістью є недостатньою. Необхідно також ураховувати термін служби, експлуатаційні умови, витрати на утримання, ремонт і можливу реконструкцію споруди. Крім того, треба оцінювати наявні місцеві ресурси і можливості, а також загальні народногосподарські умови, що впливають на вибір економічно обґрунтованого варіанту.
Архітектурні вимоги пов'язані з необхідністю вибору такого варіанту, при якому споруда має кращий зовнішній вигляд і гармонує з оточуючою місцевістю або міською забудовою. При цьому архітектурні вимоги мають бути органічно пов'язані з будівельно-технічними. Особливо серйозні архітектурні вимоги висуваються до міських мостів, які повинні гармоніювати із загальним архітектурним ансамблем оточуючої забудови.
103
Лекція 2.
2.1. Особливості проектування мостів. Навантаження, які діють на мости
Мости і аналогічні їм штучні споруди піддаються дії різних навантажень, які можуть бути розділені на два основні види: вертикальні — рухома, або тимчасова, і постійна; горизонтальні — вітрова, відцентрова, гальмівна, поперечні поштовхи і удари рухомого навантаження.
Крім того, на штучні споруди може також діяти тиск ґрунту, зміна температури, удари та тиск льоду, навантаження від навалювання суден на опори мостів, осідання опор, сейсмічні дії, а також навантаження, що виникають у процесі будівництва споруди тощо.
Рухоме, або тимчасове — це навантаження від прохідних автомобілів, тракторів та інших видів транспортних засобів, а також пішоходів, а постійне - від власної ваги моста і тиску ґрунту.
В розрахунках ураховують навантаження в різних можливих їхніх сполученнях, беручи при цьому до уваги вірогідність їхньої одночасної дії. Основними сполученнями вважають одночасну дію: постійного, тимчасового (рухомого) вертикального навантаження, тиск ґрунту, викликаного тимчасовим навантаженням, і відцентрової сили. Додатковими вважають сполучення, при яких водночас з одним або декількома навантаженнями основних сполучень діє також одна або декілька інших видів навантажень, окрім сейсмічних і будівельних. Особливими називають сполучення, що включають навантаження сейсмічні або будівельні разом з іншими.
Рухоме вертикальне навантаження. За СНіП 2.05.03-84. «Мости і труби» навантаження від автомобілів береться у вигляді нормативного рівномірно розподіленого і одного двовісного візка на кожній смузі руху по мосту (Рис П.2.1). Клас навантаження позначається буквами АК, де друга буква К замінюється цифрою, що дорівнює зусиллю на одну вісь візка в тонно-силах. Отже, на кожне колесо візка доводиться 0,5К. Ця сила розподіляється по поверхні покриття на прямокутному майданчику із сторонами 0,2 м уздовж руху і 0,6 м упоперек руху візка. Рівномірно розподілене навантаження, яке виражає навантаження від колони автомобілів на одній смузі руху, має загальну інтенсивність до = 0,1К і розташовується двома поздовжніми смугами на тій самій відстані, що і колеса в поперечному перерізі (див. мал. 2.4,а). Кожна подзовжня смуга розподіленого навантаження має інтенсивність 0,05К = 0,5к, а оскільки в поперечному напрямі вона розподілена на 0,6 м, на одиницю площі в смузі завантаження припадає тиск 0.5к/0.6= 0,0833К.
Клас навантаження беруть рівним А11 (тобто К=11тс ~110кН) для мостів і труб на автомобільних дорогах І—III категорій і в містах, а також для великих мостів на дорогах IV і V категорій.
Для середніх і невеликих мостів на дорогах IV і V категорій беруть навантаження класу А8. Крім того, елементи проїжджої частини мостів, що розраховуються на навантаження А8, перевіряють на зусилля від окремої осі, яке дорівнює 11 тс ~110кН.
104
На кожній смузі навантаження АК встановлюють тільки один візок в найнесприятливіше положення по довжині навантаження незалежно від кількості ділянок навантаження. Рівномірно розподілене навантаження встановлюють на усіх ділянках лінії впливу одного знака. По ширині моста смуги навантаження АК розташовують у межах проїжджої частини паралельно поздовжній осі моста і в кількості, яка не є більшою за число смуг руху. Їх потрібно розташовувати в найнесприятливішому місці, але не ближче ніж на 1,5 м від осі навантаження до краю найближчої запобіжної або роздільної смуги, а за відсутності останньої — від осі проїжджої частини. Відстань між осями сусідніх смуг навантаження має бути не менше 3 м.
По мостах і інших штучних спорудах доводиться пропускати особливо важкі вантажівки —трейлери, тягачі, трактори й інші машини. Тому, окрім розрахунку на колони автомобілів, необхідно перевіряти конструкції на пропускання одиночних важких колісних або гусеничних навантажень. Мости, що розраховуються на навантаження А11, перевіряють щодо дії одного важкого трейлера НК-80 вагою 80 тс ~ 800 кН, а мости під навантаження А8
— на дію одної гусеничної вантажівки НГ-60 вагою 60 тс~600 кН. В поперечному напрямі навантаження НК-80 або НГ-60 розташовують на проїжджій частині у будь-якому найнесприятливішому положенні, але так, щоб край колеса або гусениці не виступав на запобіжну смугу.
Вертикальне навантаження тротуарів і пішохідних мостів беруть у вигляді натовпу людей. На мостах з тротуарами його враховують разом з навантаженням АК. Під час пропускання навантажень НК-80 і НГ-60 тротуари не завантажують.
Нормативне навантаження від натовпу людей на пішохідних мостах беруть вертикальним і рівномірно розподіленим на всій поверхні проходу з інтенсивністю 400 кгс/м2 ~ 4 кПа.
Міські мости, що мають рейки метрополітену або трамвая на спеціально виділеному полотні, перевіряють на дію нормативних потягів метро або трамвая. Мости, розташовані на дорогах промислових підприємств, перевіряють на спеціальні автомобільні навантаження, відповідні важким реальним автомашинам, що обертаються.
Автомобільне навантаження може викликати і додаткову дію на споруди у вигляді поштовхів, ударів, перевантажень та ін. Сукупність цих динамічних дій прийнято ураховувати спрощено помноженням навантажень або зусиль від статичної їх дії на динамічний коефіцієнт, більший за одиницю, визначуваний за нормами. Динамічний коефіцієнт вводять тільки при розрахунку залізобетонних і металевих штучних споруд. Для дерев'яних та кам'яних мостів, а також для труб під насипами динамічний коефіцієнт не враховують. Навантаження тротуарів і пішохідних мостів також беруть без динамічного коефіцієнта.
Важке колісне НК-80 або гусеничне НГ-60 навантаження враховують зі введенням динамічного коефіцієнта.
105
При розташуванні споруди на горизонтальній кривій радіусом 600 м і менше необхідно ураховувати горизонтальне поперечне навантаження, що виникає від відцентрових сил, викликаних рухом тимчасового навантаження по кривій. Величина відцентрової сили залежить від радіусу горизонтальної кривої, класу тимчасового вертикального навантаження і кількості смуг руху, а також довжини завантаження. Відцентрову силу від навантаження АК беруть у вигляді горизонтального рівномірно розподіленого навантаження, прикладеного на висоті 1,5 м над поверхнею проїжджої частини моста і направленого у бік опуклості кривої.
Окрім розрахунку на автомобільні навантаження і навантаження від власної ваги моста і натовпу на тротуарах, в розрахунках ураховуються вітрові навантаження, відцентрові і горизонтальні складові від автомобільного навантаження, тиск льоду, навалювання судів і т.п.
2.2. Габарити мостів. Розбивання штучних споруд на прогони. Судноплавні вимоги
підмостові габарити
При виборі схеми штучної споруди і величини окремих її прогонів необхідно виходити з технічних та економічних рішень, а в мостах ураховувати також вимоги судноплавства. На розрахунок габаритів мостів впливає стан русла річки і регуляційні споруди (Рис. П.2.1).
У мостах через багатоводні річки зазвичай розрізняють дві характерні частини: річкову, розташовану над основним руслом, і заплавну, що перекриває ділянки, затоплювані високими водами. Прогони, призначені для пропускання судів (або сплавляння), розташовують в основному руслі над судновим ходом (фарватером) річки так, щоб опори моста не утрудняли руху судів. Кількість і величина судноплавних прогонів визначаються вимогами судноплавства у вигляді спеціально розроблених підмостових габаритів. Підмостовим габаритом називають граничний контур простору під мостом, який має залишатися вільним для безперешкодного пропускання судноплавства і сплаву. Всередину цього габариту не повинні заходити ніякі елементи моста і розташовані на ньому пристрої. Залежно від умов судноплавства або сплавляння та від багатоводності річок всі водотоки поділено на класи і для кожного з них встановлено підмостові габарити.
В багатопрогінних мостах повинно бути не менше двох судноплавних прогонів, розташованих над судновими ходами; улаштування одного судноплавного прогону припускається тільки в разі недостатньої ширини річки, а також у розвідних, наплавних або тимчасових мостах. Якщо на річці є як судноплавство, так і лісосплав, то судноплавний прогін низового напряму приймають дещо більшим, ніж звідного. За відсутності лісосплаву або обмежених його розмірах величину обох судноплавних прогонів приймають як для звідного напряму. Якщо в мосту влаштовують тільки один судноплавний прогін, то розміри габариту за наявності лісосплаву треба брати як для прогону низового напряму. В мостах через несудноплавні річки, а також в несудноплавних прогонах судноплавних річок піднімання низу прогінних будов над розрахунковим рівнем з урахуванням підпору має бути не менш 0,5 м, а над рівнем щонайвищого льодоходу - не менше 0,75 м.
106
При зведенні шляхопроводів через залізничні колії необхідно, щоб під ними вписувався залізничний габарит наближення будов. Висота залізничного габариту Н відраховується від верху головки рейки і є різною для різних умов.
При перетині шляхопроводом автомобільної дороги І—III категорії під шляхопроводом повинен вписуватися габарит з висотою Н 5 м і горизонтальною відстанню а від брівки земляного полотна, що беруться згідно до відповідних таблиць. Для автомобільних доріг IV і V категорій габарит під шляхопроводом має висоту Н 4,5 м. Ширина габариту залежить від ширини земляного полотна і розділової смуги на дорозі.
Для пропускання під автомобільною дорогою місцевих польових доріг якнайменший отвір має бути 6 м завширшки і 4,5 м заввишки.
Ширину проїжджої частини мостів або інших дорожніх штучних споруд визначають, керуючись стандартними габаритами. Габарит моста, який називають також габаритом наближення конструкцій — це контур, необхідний для безперешкодного пропуску по споруді рухомих транспортних засобів та пішоходів, всередину якого не повинні потрапляти ніякі частини конструкції.
Габарити мостів на автомобільних дорогах і в містах позначають буквою Г і числом, відповідним ширині в метрах проїжджої частини між бордюрами або огорожами. За наявності розділової смуги до позначення габариту додається її ширина, що позначається буквою С. Схеми габаритів мостів на автомобільних дорогах і в містах, а також їхні основні розміри наведені в СНіП [1] (Рис. П.2.3).
По краях проїжджої частини розташовують запобіжні смуги завширки П. За запобіжними смугами мають знаходитися огорожі безпеки або бордюри. Тротуари завширки Т і заввишки проходу не менше 2,5 м можуть прилягати до проїжджої частини моста або відокремленими від неї. На мостах з розділовою смугою С ширина примикаючих до неї запобіжних смуг входить у її ширину.
Ширину розділової смуги рекомендується приймати такою ж самою, якою вона є на прилеглій до моста дорозі або вулиці. На великих мостах при відповідному технікоекономічному обгрунтуванні її можна зменшувати до величини не менше ніж 2 м.
Висоту габаритів визначають Н = 5 м на автомобільних дорогах 1—111 категорій і в містах, або Н = 4,5 м на дорогах IV і V категорій. На автомобільних дорогах промислових підприємств категорії Ш або 1У висоту габариту визначають не менше висоти розрахункового автомобіля плюс 1 м, але не менше 4,5 м.
На міських мостах або шляхопроводах, призначених тільки для трамвайного руху, ширину габариту приймають не менше 9 м.
107
2.3. Сталі, що використовуються у мостах
Для мостів з групи звичайних вуглецевих сталей бажаним є застосування спокійної сталі. Значно кращі механічні якості має сталь, одержувана введенням в неї при виплавці (легуванням) домішок, що збільшують її міцність. У мостах застосовують сталі з домішками в невеликих кількостях, тобто низьколеговані, марок ЮХСНД-2, 15ХСНД-2, 14Г2АФД-14, 14Г2АФД-12, 15Г2АФДпс-14, 15ХСНД-40 тощо. Ці сталі добре зварюються, що забезпечує індустріальне виготовлення металевих конструкцій. Істотне значення при виборі матеріалу і марок сталей мають кліматичні умови в місці зведення металевого моста. Якщо якнайменші температури в районі будівництва вище за 400С, то до металу не висувають спеціальних вимог за холодостійкістю (категорія 0). При найменших температурах нижче за 400С або 500С матеріал повинен мати встановлювану нормами холодностійкість (категорія 1, 2 або 3) і відповідати низці додаткових вимог. Для висячих і вантовых мостів застосовують сталеві виті канати і пучки з паралельних дротів.
Для стиків елементів металевих мостів застосовують високоміцні болти відповідними гайками і шайбами, а клепки — із сталі марок Ст2сп і марки 09Г2, для опорних частин — сталеве литво із сталі марок 25Л, 35Л, 20ГЛ і 20ФЛ для шарнірів, катків, болтів-шарнірів та прокладних листів, катки — сталь марок ВСт5сп2, ЗОГ, 35Г, 40ХНМА та ін.
У зварних конструкціях мостів необхідно, щоб механічні властивості зварних швів були не нижче, ніж основного металу. Це вимагає застосування електродів, відповідних виду зварюваної сталі, а також флюсів, що забезпечують нормальний процес зварки.
Істотний недолік сталі і сталевих конструкцій — корозія від атмосферних впливів. Для захисту від іржавіння металеві мости покривають стійкими фарбами. Є також сталі, які не вимагають пофарбування завдяки їхній властивості покриватися під впливом атмосферних дій тонким стійким шаром.
2.4. Етапи розрахунків
Проект моста розробляють за даними попередніх досліджень. Дослідження мають виявити всі місцеві умови, необхідні для вибору місця розміщення споруди, його системи, основних розмірів і особливостей конструкції. При дослідженнях з'ясовують топографічні і геологічні умови в місці возведення споруди, а для мостів і труб - також дані про можливі припливи води. Для труб і невеликих мостів визначають розміри і характер басейну стоку, для мостових переходів — характерні рівні води в річці, швидкості і напрями течії, умови проходу льодоходу та ін. Досліджкення мостових переходів та інших штучних споруд зазвичай здійснюють у тісному взаємнозв'язку і водночас з вивченням самої дороги.
Проекти мостів та інших штучних споруд розробляють послідовно, стадіями, залежно від їх розмірів.
108
Для більшості малих і середніх мостів застосовують типові проекти, складені для проїжджої частини різної ширини та нормативних навантажень, розміри яких приймають з урахуванням матеріалу споруди. Типовий проект містить комплект робочих креслень конструкцій прогінних будівель та опор, а також відомості щодо витрати матеріалів на будівництво. Задача проектування у цьому випадку полягає у виборі найбільш раціональної типової конструкції, що відповідає реальним місцевим умовам, з урахуванням можливостей виготовлення конструкцій на найближчому заводі мостових конструкцій, умов їхнього транспортування і монтажу, а також прив'язки її в плані і профілі до реального рельєфу місцевості.
Для розробки типових конструкцій мостів застосовують автоматизовані системи проектування. Автоматично розглядається декілько різних варіантів моста, і найраціональніші з них видаються у вигляді різних таблиць з переліком типових елементів або креслень. Розглянувши надані варіанти конструкцій, ухвалюють остаточне рішення і передають будівельним організаціям типові робочі креслення, креслення розташування конструкції на реальній місцевості і необхідну документацію щодо витрат матеріалів, їхній вартості та способам зведення моста.
Отже, проектування з використанням типових конструкцій має одну стадію — робочі креслення.
Конструкції середніх і великих мостів здебільшо розробляють як індивідуальні проекти, їхнє проектування здійснюють у дві стадії. Першою стадією проектних робіт є складання технічного проекту споруди.
На цій стадії вирішують усі принципові питання щодо вибору місця розташування та системи моста, конструкції прогінних будов і опор, методів організації будівництва, а також складають кошторис на будівництво. При розробці технічного проекту моста визначають розміри його отвору, виходячи з умови безпечного пропускання під мостом високих вод. Водночас підраховують можливі глибини розмивання дна, необхідні зрізання в живому перерізі русла, а також виявляють потребу в зміцненні дна і берегів, у струмененапрямних пристроях.
Дуже важливим є правильний вибір схеми моста. Так, наприклад, нераціональна система моста може викликати зайві витрати матеріалів і грошових коштів на його зведення. Невдале розташування опор може утрудняти пропускання високих вод і льодоходу або призвести до підмивів, що вимагає додаткових експлуатаційних витрат. Визначаючи розміри окремих прогонів моста, враховують як судноплавні вимоги або умови безпечного пропускання льодоходу, так і економічні міркування. Якщо споруда призначена для пропускання автомобільної дороги над залізницею, каналом, автомагістраллю, вулицею, то розміри її прогогів визначаються відповідними підмостовими габаритами. Прогони віадуків розраховують згідно з економічними міркуваннями.
Ураховуючи загальний напрям в будівництві, що передбачає всебічну його індустріалізацію, а також уніфікацію і стандартизацію конструкцій, при складанні схеми моста
109
необхідно максимально застосовувати типові конструкції, що виправдали себе як технічно, так і економічно. Для вибору найбільш раціональної конструкції моста зазвичай складають декілька варіантів споруди і здійснюють їхнє техніко-економічне порівняння. В процесі розробки технічного проекту роблять усі основні розрахунки споруди, переважно з використанням спеціалізованих програмних комплексів.
Друга стадія проектування — складання робочих креслень споруди. Їх розробляють на основі затвердженого технічного проекту, деталізуючи і докладно конструюючи усі елементи споруди. Робочі креслення містять також проект організації будівництва, проекти всіх допоміжних пристроїв, специфікації та інші дані, необхідні для виконання всіх робіт з будівництва. При складанні робочих креслень не можна відступати від принципових розв'язань, прийнятих в технічному проекті. На основі робочих креслень будівельна організація розробляє проект здійснення робіт.
При розробці проектів великих мостів до технічного проекта складають технікоекономічне обґрунтовування будівництва моста, в якому на підставі аналізу місцевих умов і транспортних потоків доводиться економічна доцільність його будівництва. Середні і великі мости з типових конструкцій можуть бути запроектовані в одну стадію у вигляді техноробочого проекту, коли одночасно складаються технічний проект і робочі креслення.
У результаті проектування моста иають бути визначені і розраховані усі конструкції та елементи як проїжджої частини (див. Рис. П.2.4), так і пілони, фундаменти, канати, регуляційні споруди і підходи.
2.5. Особливості проектування
Мости та інші штучні споруди розраховують, користуючись методом граничних станів. Граничні стани мостів та інших штучних споруд підрозділяють на дві групи.
Граничний стан першої групи характеризується непридатністю до експлуатації або неможливістю будівництва через втрату загальної або місцевої стійкості, руйнування елементів споруди, зсуву або випирання ґрунту. Також вони викликають необхідність припинення експлуатації або будівництва через великі пластичні деформації, зсувів у фрикційних з'єднаннях, неприпустимі резонансні коливання, втрати місцевої стійкості без руйнування, а також унаслідок сумісної дії силових чинників і несприятливих впливів навколишнього середовища.
На початку граничних станів другої групи виникають утруднення у нормальній експлуатації споруди, які викликаються значними прогинаннями, осіданнями опор або іншими зсувами конструкції, а також утворенням або неприпустимим розкриттям тріщин у бетоні.
Залежно від сполучення діючих на споруду навантажень (основного, додаткового або особливого) до них вводять коефіцієнти поєднань, що ураховують можливість неспівпадання
110