- •Введение
- •Общие сведения об искусственных сооружениях
- •3.1. Мост и его конструктивные элементы
- •3.2. Разновидности мостов
- •3.3. Разновидности искусственных сооружений
- •3.4. Основные положения проектирования мостов и труб
- •3.4.1. Общие требования
- •3.4.2. Габариты мостов
- •3.4.3. Вариантное проектирование
- •3.4.4. Основные положения расчета мостов и труб
- •3.4.5. Принципы унификации и типизации пролетных строений
- •Контрольные вопросы
- •Железобетонные мосты
- •4.1. Область применения, основные системы и материалы
- •4.2. Конструкции пролетных строений балочных мостов
- •4.2.1. Плитные пролетные строения
- •4.2.2. Ребристые пролетные строения с ненапрягаемой арматурой
- •4.2.3. Свайные и стоечно-эстакадные мосты
- •4.2.4. Ребристые пролетные строения с напрягаемой арматурой
- •4.2.5. Конструктивные детали железобетонных пролетных строений
- •4.3. Балочно-неразрезные мосты
- •4.4. Общие сведения о рамных и арочных мостах
- •4.4.1. Рамные мосты
- •4.4.2. Арочные и комбинированные мосты
- •4.5.Основные положения проектирования железобетонныхбалочно-разрезных пролетных строений
- •Контрольные вопросы
- •Опоры балочных мостов
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Промежуточные опоры
- •5.3. Береговые опоры
- •5.4. Основные положения расчета опор
- •Контрольные вопросы
- •Стальные мосты
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Пролетные строения со сплошными балками
- •6.3. Сталежелезобетонные пролетные строения
- •6.4. Коробчатые пролетные строения
- •6.5. Балочно-разрезные пролетные строения с фермами
- •6.6. Балочно-неразрезные пролетные строения с фермами
- •6.7. Арочные пролетные строения
- •6.8. Рамные пролетные строения
- •6.9. Основные положения расчета пролетных строений со сплошными балками
- •Контрольные вопросы
- •Водопропускные трубы
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Конструкции сборных железобетонных и бетонных труб
- •7.3. Конструкции металлических труб
- •7.4. Водопропускные трубы в условиях наледеобразования
- •7.5. Основные положения расчета труб
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
4.4.2. Арочные и комбинированные мосты
Характерной особенностью работы арочных систем является возникновение распора в опорных сечениях при действии вертикальных нагрузок. Сечения арок под действием нагрузок работают на внецентренное сжатие, что приводит к более экономичным решениям по сравнению с сечениями балок одинаковых пролетов.
В мостах находят применение различные типы арочных пролетных строений: бесшарнирные, двух- и трехшарнирные; с ездой поверху, понизу, посредине (рис. 4.30) [11].
Рис. 4.30. Схемы арочных пролетных строений: а, б, в – с ездой поверху; г – с ездой посередине; д – с ездой понизу; е – с опиранием балок проезжей части на свод и опору; ж – с дисковыми арками
В арочных пролетных строениях усилия от временной нагрузки воспринимаются балками проезжей части и через стойки или подвески передаются на арки. Арки объединяются между собой системой связей, обеспечивающих единую пространственную конструкцию и устойчивость арок при продольном изгибе из их плоскости.
Конструкцию проезжей части арочных пролетных строений выполняют в виде плиты, опертой на поперечные стенки-стойки или ребристой конструкции, опертой на арки (рис. 4.31).
Рис. 4.31. Поперечные сечения арочных пролетных строений: а, б – с плитой проезжей части, опертой на поперечные стенки-стойки; в, г – с ребристой плитой, опертой на арки через стойки
В практике мостостроения применяют различные типы поперечных сечений арок (рис. 4.32) [11].
Рис. 4.32. Поперечные сечения сводов и арок: а, б – сплошные и коробчатые своды; в, г, д – прямоугольная, двутавровая и коробчатая формы арок
Высоту сечения арок изменяют в пределах (1/251/60)l. Элементы арок работают преимущественно на сжатие и изгиб в вертикальной плоскости. При различных положениях временной нагрузки в сечениях арок могут возникать изгибающие моменты разных знаков, поэтому арки армируют в верхней и нижней зонах сечения.
Выделяют комбинированные системы, которые для железнодорожных мостов образованы из балки и арки, имеющих различные сочетания жестких и гибких элементов (рис. 4.33).
Рис. 4.33. Схемы арок с затяжками: а – с жесткими арками и гибкими затяжками; б – с гибкими арками и жесткими затяжками; в – с жесткими арками и жесткими затяжками
Наиболее распространенным типом комбинированных систем для железнодорожных мостов являются арки с затяжками, в которых распор воспринимается затяжками, расположенными в уровне проезжей части [11]. Поперечные сечения жестких арок и затяжек имеют, как правило, двутавровую форму. Считается, что арки или затяжки являются жесткими, если отношение моментов инерции не менее 80. Они являются наиболее экономичными.
К числу достоинств арочных мостов относят их долговечность, высокие эстетические и архитектурные качества, а к основным недостаткам – большую стоимость и конструктивную индивидуальность (рис. 4.34).
Рис. 4.34. Арочный мост через р. Амур у г. Хабаровска
4.5.Основные положения проектирования железобетонныхбалочно-разрезных пролетных строений
В условиях сурового климата на эксплуатационную надежность железобетонных пролетных строений оказывают воздействие такие климатические факторы, как низкие отрицательные температуры наружного воздуха, их перепады в течение короткого промежутка времени и многократная повторяемость, солнечная радиация, влажность, ветер.
Степень воздействия климатических условий на работу пролетных строений значительно зависит от свойств и качества строительных материалов, конструктивных особенностей, технологии изготовления и монтажа.
Согласно СНиП [12,17] зону сурового климата в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца подразделяют на два вида: с суровыми климатическими условиями приот минус 10 до минус 30оС и особо суровыми климатическими условиями приниже минус 30оС .
В настоящее время в качестве основного критерия климатических показателей зоны сурового климата при проектировании железобетонных пролетных строений принята средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки минус 40 оС и ниже. Разработаны типовые проекты пролетных строений из обычного и предварительно напряженногожелезобетона северного исполнения (Ленгипротрансмост, серия 3.501.1-146,инв. № 557/11, № 556/11-15).
Конструкции пролетных строений северного исполнения изготовляют по специальным технологиям, что приводит к их более высокой стоимости.
Бетон для пролетных строений рекомендуют применять класса В25 и выше, а по морозостойкости – марки не менееF300. При этом для приготовления бетонной смеси предъявляют высокие требования к свойствам цемента, отдавая предпочтение сульфатостойким портландцементам или портландцементам с минеральными добавками. Кроме того, в состав бетонной смеси для пролетных строений вводят комплексные добавки: пластифицирующие в виде СДБ (сульфтно-дрожжевой бражки) и смолы или кремнийорганического полимера. Применение комплексных добавок обеспечивает получение бетона требуемой марочной морозостойкости, а также увеличивает его стойкость к перепадам отрицательных температур. В качестве крупного заполнителя рекомендуют применять щебень из горных пород, а мелкого – крупный и средний песок с модулем крупности не менее 2,2.
Арматурная сталь железобетонных пролетных строений должна отвечать требованиям хладостойкости, при которой в условиях низких отрицательных температур (ниже минус 60оС) она обеспечивала бы стойкость против хрупкого разрушения. Количественным показателем стали принято считать ударную вязкость, поэтому рекомендуют для работы пролетных строений в условиях низких отрицательных температур применять стали с ударной вязкостью не менее 3–2,5 кгс м/см2.
Для пролетных строений из обычного железобетона этим требованиям отвечает арматура из низколегированной стали класса Ас-IIмарки Ст10ГТ, диаметром 16–32 мм и класса А-IIIмарки Ст25Г2С, диаметром 6–40 мм. Рекомендуют применять вязаные арматурные каркасы, так как при наличии низких температур происходит разрушение сварных стыков арматурных сеток сварного типа.
Для железобетонных пролетных строений в качестве предварительно напряженной арматуры рекомендуют применять высокопрочную проволоку класса В-II диаметром 5 мм из стали марки Ст20ХГ2Ц [12]. Особые требования по хладостойкости предъявляют к стали для закладных деталей [12].
Для элементов и деталей тротуарных консолей, диафрагм, смотровых приспособлений применяют низколегированную сталь марок Ст10ХСНД, Ст15ХСНД, Ст10Г2С1Д; для болтов крепления – низколегированную сталь марок Ст09Г2 и Ст09Г2С.
Гидроизоляцию проезжей части пролетных строений применяют оклеечную на тиоколовой мастике (марки См-1,0), сохраняющей водонепроницаемый слой, который не имеет признаков разрушения при температуре от плюс 60 до минус 50 оС. В качестве армирующего слоя гидроизоляции применяют стеклосетчатую ткань марки Э3-200.
При проектировании пролетных строений соблюдают требования СНиП 2.05.03-84[12] в целях обеспечения долговечности и расчетной несущей способности в течение нормативного срока службы с учетом их работы в более сложных климатических условиях.
Бетон в раннем возрасте при низких температурах (минус 50 оС) с последующим оттаиванием имеет тенденцию к снижению прочности на сжатие, поэтому расчетные сопротивления бетона принимаются по 2.05.03-84 [12] с учетом понижающих коэффициентов условий работы.
Расчет. Железобетонные балочные пролетные строения рассчитывают по предельным состояниям первой и второй групп. По первой группе производят расчеты по прочности и выносливости, а по второй – по трещиностойкости (образованию, раскрытию трещин) и деформациям (прогибам).
При расчетах по прочности расчетные нагрузки принимают с коэффициентами надежности f, а к временной вертикальной нагрузке от подвижного состава вводят динамический коэффициент (1+) [12]. В расчетах на выносливость принимаютf=1, а динамический коэффициент (1+2/3).
Расчеты по второй группе предельных состояний производят по нормативным нагрузкам.
Главные балки пролетных строений балочно-разрезной системы рассчитывают по линиям влияния изгибающих моментов и поперечных сил [11, 13, 16] (рис. 4.35).
Рис. 4.35. Линии влияния и схемы загружения главной балки пролетного строения
П
Рис.
4.36. Расчетная схема двухконсольной
плиты пролетного строения: h
– высота балласта;
b
– ширина главной балки; а1,
а2,
а3,
а4
– размеры консолей плиты; g1,
g2,
g3
– погонная нагрузка от веса плиты; g
– временная нагрузка от подвижного
состава
Расчет по прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента, включает в себя подбор рабочей арматуры растянутой зоны , определение высоты сжатой зоны бетонахиз условия равенства нулю суммы проекций всех сил на горизонтальную ось и проверку прочности сечений при условии [11, 12, 13, 16]:
если граница сжатой зоны проходит в плите
+ ; (4.2)
если граница сжатой зоны проходит в ребре
, (4.3)
где М0,5– изгибающий момент из расчета на прочность в сечении посередине балки;– расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии;– расчетная ширина плиты балластного корыта;– толщина ребра балки;– высота сжатой зоны;– рабочая высота сечения балки;– расчетное сопротивление сжатой арматуры;– площадь поперечного сечения сжатой арматуры;– расстояние от центра тяжести сжатой арматуры до сжатой грани сечения;– приведенная толщина полки плиты.
Расчет по прочности сечений, наклонных к оси элемента, производят на действие поперечной силы , возникающей в конце наклонного сечения, а также на действие изгибающего моментапо наклонному сечению [11, 12, 13, 16]:
; (4.4)
, (4.5)
где ,– суммы проекций усилий отогнутой арматуры и хомутов, пересекающих наклонное сечение;– угол наклона отогнутых стержней арматуры к продольной оси балки;– поперечное усилие, передаваемое на бетон сжатой зоны над концом наклонного сечения;– расстояние от усилий в рабочей, отогнутой арматуре и хомутах, пересекающих наклонное сечение, до точки приложения равнодействующей усилий в сжатой зоне бетона.
Расчет на выносливость гарантирует конструкции целостность от усталостных напряжений. В этих целях расчет сводится к определению напряжений в бетоне и арматуре[11, 12, 13, 16]:
; (4.6)
, (4.7)
где – изгибающий момент из расчета по выносливости в сечении посередине балки;– момент инерции приведенного к бетону сечения относительно нейтральной оси [16];– высота сжатой зоны бетона из расчета на выносливость [16];– коэффициент приведения арматуры к бетону;– высота балки;– расстояние от центра тяжести первого ряда рабочей арматуры балки до растянутой грани сечения;– параметры, определяемые по [12, 16].
Принято, что железобетонные балки с ненапрягаемой арматурой должны удовлетворять категории требований по трещиностойкости 3в [12]. При этом трещиностойкость обеспечивается, если соблюдается условие [11, 12, 13, 16]:
,(4.8)
где – напряжения в наиболее растянутых стержнях продольной арматуры [12, 16];– модуль упругости арматурной стали;– коэффициент раскрытия трещин [12, 16].
Расчет по деформациям (прогибов) выполняют с использованием методов сопротивления упругих материалов, а также с учетом жесткости сечений [12, 13]. Жесткость сечений при действии временной нагрузки определяют с учетом образования трещин, а при действии постоянной нагрузки – с учетом образования трещин ползучести бетона [11]. Вертикальные прогибы при действии временной нагрузки не должны превышать для железнодорожных мостов [11]:
или, (4.9)
где – расчетная длина пролета, м.
Плавность движения подвижного состава обеспечивают путем создания строительного подъема пролетных строений, стрела которого после учета деформаций от постоянной нагрузки составляет 40% упругого прогиба от временной нагрузки [11].
Расчет балочных пролетных строений из напрягаемой арматуры имеет свои особенности, изложенные в [11, 12, 13, 18].