Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ императора Александра I»

_________________________________________________________________________

Кафедра «Мосты»

Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему Проектирование металлического моста

Выполнил студент ________________________________________Фащевский Д.Р.

Факультет «Транспортное строительство» группа МТ-201

Проверил _______________________________________________асс. Е.А. Евстигнеев

Принял ________________________________________________доцент Ю.Ю. Крылов

Санкт-Петербург

2016

Оглавление

Введение 3

1.Разработка вариантов. 4

Вариант №1 4

Вариант №2 7

Вариант №3 10

2.Расчет и конструкция элементов балочного пролетного строения автодорожного моста (Вариант 3) 13

2.1.Расчет металлической ортотропной плиты в программе ORTO-PL 13

2.1.1.Геометрические характеристики сечений элементов сечений 14

2.1.2.Расчет стрингера на прочность: 15

2.1.3.Расчет поперечного ребра 20

2.1.4.Расчет плиты на устойчивость 21

2.2.Расчет балочных пролетных строений в программе STRINGER 25

2.2.1.Ввод данных 25

2.2.2.Вывод результатов расчета. 29

2.3Расчет соединений 37

3. Список использованной литературы 39

Введение

Под металлическим мостом подразумевается транспортное сооружение, у которого металлические пролетные строения имеют наибольшие пролеты и перекрывают, как правило, основную (русловую) часть мостового перехода.

Общая методика проектирования и в случае металлического моста остается в целом неизменной. Вместе с тем имеется ряд особенностей, вызывающих определенные трудности:

• конструкции металлических мостов и способы их возведения обладают большим разнообразием, что создает сложности при разработке вариантов моста и выборе оптимальных решений;

• в этом проекте впервые приходится сталкиваться с мостом через многоводную судоходную реку.

Курсовой проект состоит из трех частей: составление вариантов моста; расчет; конструирование металлического пролетного строения.

Мост расположен в Московской области. Габарит проезжей части – Г-13,25+2х2,25. Временная нагрузка – А11. Класс реки по судоходству – IV. Отверстие моста – 490 метров. Коэффициент общего размыва – 1,1.

Уровень меженных вод (УМВ) – 121 м.

Уровень высоких вод (УВВ) – 132 м.

Расчетный судоходный уровень (РСУ) – 126 м.

1. Разработка вариантов.

Вариант №1

Для первого варианта принимаю металлическое пролётное строение по схеме 2х64+84+126х2+84. Главные балки – коробчатого сечения.

Назначение основных размеров.

Полная длина моста определяется по заданному отверстию моста с учетом количества пролетов в схеме моста и конструктивных параметров опор (тип устоя, толщина промежуточной опоры и т.д.).

Необходимая длина моста при обсыпных устоях рассчитывается по формуле:

L_п=l₀+n*b+3*H+2*a, где

-L- необходимая длина моста между концами устоев, м;

-n-количество промежуточных опор, попадающих в воду, м;

-b-средняя толщина промежуточной опоры, м;

-H-высота от средней линии трапеции, образуемой горизонталями высоких и меженных вод (по которой измеряется отверстие моста), до отметки бровки полотна, м;

-l₀-отверстие моста, м;

-a-величина захода устоя в насыпь

(a=0,75 при <6м. и a=1 при высоте насыпи>6м).

Таким образом

L_т=490+3*14,37+2*1+5*3,3+2*1=551,61 м.

ПР=РСУ+h_стр+h_габ=126+12+3,77=141,77 м

БН=ПР-0,9=140,87 м.

Устои приняты свайные. Длина крыла устоя поверху составит 4,35 м. Фактическая длина моста при принятых конструкциях составит:

L_ф=2*4,35+2*0,3+546=555,3 м.

или 0,7 %, что допустимо нормами.

Определение объемов работ

Пролетные строения из металла.

№ п/п	Полная длина, м	Количество	Объем металла, т
1	546	1	3583

Промежуточные опоры. Имеем 5 промежуточных опор высотой по 17 м.,

Промежуточная опора высотой 17 м

Объем ростверка высотой 3 м из монолитного железобетона с размерами в плане 4,3х14,3 м:

V_роств.=3*4,3*14,3=184,47 м³.

Промежуточная опора высотой 17 м

При назначении размеров промежуточных опор необходимо учитывать требования норм, в которых указано, как определяются размеры подферменных плит промежуточных опор.

Для определения количества свай в свайном фундаменте промежуточной опоры балочного моста можно пользоваться приближенным способом расчета.

Количество свай определяется по формуле:

--коэффициент, учитывающий влияние изгибающего момента, действующего по подошве ростверка, равный 1,5-1,8;

N - сумма расчетных вертикальных сил, действующих по подошве фундамента.

N=N_вр+N_пр.стр.+N_оп.

Здесь N_вр, N_пр.стр., N_оп вертикальные давления, тс, соответственно от временной нагрузки при загружении двух прилегающих пролетов, , от веса железобетонных пролетных строений и от веса опоры с фундаментом.

Указанные величины определяются по формулам

N_вр=*к_э;

N_пр.стр =1,1*M_пр.стр.;

N_оп=1,1*V_оп*2,4, где

-l₁,l₂-полные длины пролетных строений, опирающихся на опоры, м;

--коэффициент надежности для временной нагрузки;

-1,1-коэффициент надежности для собственного веса конструкции;

-M_пр.стр- вес металла пролетных строений, опирающихся на опору;

- 2,4 - объемная масса железобетона, т/м³

-V_оп- объем тела опоры и фундамента, м³;

-P_d-расчетная несущая способность одной сваи (сваи оболочки);

N_вр=1,3*22*(126+126)/2/10=277,2тс.

N_пр.стр=1,1*0,5*1654=909,563тс.

N_оп=1,1*2,4*(566,8+184,47)=1983,96 тс.

N=277,2+909,563+1983,96=3170 тс.

При применении свай-оболочек диаметром 1,6 м длиной 15 м несущая способность сваи по грунту составит 700 тс и тогда необходимое количество свай

Примем 8 свай диаметром 160 см и длиной 15 м под опору. Объем полых свай при толщине стенки 12 см составит

Объем бетона для заполнения полых свай

Устой. Объем железобетонного устоя составляет 72,8 м³

Объем 10 полых свай d=1,0 м при длине 16 м составит:40,12 м³

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов моста приведены в таблице. Табл.1

	Наименование работ	Единица измерения	Объем	Количество	Стоимость единицы измерения, руб.	Общая стоимость, руб.
1	Забивные сваи устоев d=1,0, 10 шт	1 м3	40,12	2	180	144 40
	Сборный железобетон устоев	1 м3	72,8	2	250	36 400
2	Сваи-оболочки d=1.6м промежуточных опор	1 м3	321,21	-	420	134 910
	Монолитный бетон заполнения свай-оболочек	1 м3	836,32	-	60	50 180
	Монолитные ростверки промежуточных опор	1 м3	184,47	5	140	129 100
	Тело промежуточных опор	1 м3	566,8	5	140	396 760
3	Пролетные строения
	Металлические пролетные строения пролетом >100 м (546 м)	т	3583.13	1	1000	3 583 130
	Устройство асфальтового покрытия	м2	10237,5	-	20	204 750
	Общая стоимость моста						4 522 670

Вариант №2

Назначение основных размеров.

Для второго варианта в качестве пролётных строений, перекрывающий судоходный габарит принимаю арочное пролётное строение полной длиной 130 метров. С одной стороны в качестве подходов принимаю неразрезное стележелезобетонные пролётное строение полной длиной 2х42 метра, с другой – неразрезное сталежелезобетонное пролётное строение по схеме 3х63.

Полная длина моста определяется по заданному отверстию моста с учетом количества пролетов в схеме моста и конструктивных параметров опор (тип устоя, толщина промежуточной опоры и т.д.).

Необходимая длина моста при обсыпных устоях рассчитывается по формуле:

L_п=l₀+n*b+3*H+2*a, где

Таким образом

L_т=490+3*9,8+2*1+6*3,3+2*1=541,2 м..

Устои принимаю свайные. Длина крыла устоя поверху при пролете примыкающих балок 42 и 62 м составит 4,35 м. Фактическая длина моста, полученная с чертежа, при принятых конструкциях составит:

L_ф=539,115м.

или 0,4 %, что допустимо нормами.

Определение объемов работ

Пролетные строения из металла.

№ п/п	Полная длина, м	Количество	Объем металла, т
1	130	2	1100
2	84	1	197
3	186	1	872

Промежуточные опоры. Имеем одну промежуточную опору высотой 17 м, по одной промежуточной опоре высотой 15,8, 14,5, 14,2, 13,7 и 12,7 метра.

Промежуточная опора высотой 17 м

Промежуточная опора высотой 15,8 м

Промежуточная опора высотой 14,2 м

Промежуточная опора высотой 14,5 м

Промежуточная опора высотой 13,7 м

Промежуточная опора высотой 12,7 м

Объем ростверка высотой 3 м из монолитного железобетона с размерами в плане 4,3х14,3 м:

V_роств.=3*4,3*14,3=184,47 м³.

Объем ростверка высотой 3 м из монолитного железобетона с размерами в плане 4,3х18,6 м:

V_роств.=3*4,3*18,6=239,94 м³.

Промежуточная опора высотой 17 м

N_вр=1,3*22*(130+130)/2/10=286 тс.

N_пр.стр=1,1*0,5*(1100+1100)=1210 тс.

N_оп=1,1*2,4*(948,6+239,9)=3137,75 тс.

N=286+1210+3137,75=6173,75 тс.

При применении свай-оболочек диаметром 1,6 м длиной 17 м несущая способность сваи по грунту составит 800 тс и тогда необходимое количество свай

Примем 10 свай диаметром 160 см и длиной 17 м под опору. Объем полых свай при толщине стенки 12 см составит

Объем бетона для заполнения полых свай

Промежуточная опора высотой 13,7 м

N_вр=1,3*22*(62+62)/2/10=136,4тс.

N_пр.стр=1,1*0,5*(62+62)/2*18,75*(0,25+0,22*2,4)=994,868тс.

N_оп=1,1*2,4*(522,18+184,47)=1865,57 тс.

N=136,4+994,868+1865,57=2996,834 тс.

При применении свай-оболочек диаметром 1,6 м длиной 15 м несущая способность сваи по грунту составит 700 тс и тогда необходимое количество свай

Примем 8 свай диаметром 160 см и длиной 15 м под опору. Объем полых свай при толщине стенки 12 см составит

Объем бетона для заполнения полых свай

Устой. Объем железобетонного устоя составляет 72,8

Объем 10 полых свай d=1,0 при длине 16м составит: 40,12 м³

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов моста приведены в таблице. Табл.2

	Наименование работ	Единица измерения	Объем	Количество	Стоимость единицы измерения, руб.	Общая стоимость, руб.
1.	Забивные сваи устоев d=1,0, 10 шт	1 м3	40,12	2	180	14 440
	Сборный железобетон устоев	1 м3	72,8	2	250	36 400
2.	Сваи-оболочки d=1.6м промежуточных опор	1 м3	487,4	-	420	204 710
	Монолитный бетон заполнения свай-оболочек	1 м3	1268.99	-	60	76 140
	Монолитные ростверки промежуточных опор	1 м3	239,94 184,47	3 3	140	178 500
	Тело промежуточных опор	1 м3	4207.22	-	140	589 010
3.
	Металлические пролетные строения, по схеме 2х42	т	393,74	1	800	315 000
	Железобетон для пролётного строения, по схеме 2х42	м3	346,5	1	140	48 510
	Металлические пролетные строения, по схеме 3х62 м	т	871,87	1	1000	871 870
	Железобетон для пролётного строения, по схеме 3х62 м	м3	767,25	1	140	107 420
	Металлическое арочное пролетное строение пролетом >100м(169,92)	т	1100	2	1000	2 200 000
	Устройство асфальтового покрытия	м2	9945,49	-	20	198 910
	Общая стоимость моста						4 800 870

Вариант №3

Для первого варианта принимаю металлическое пролётное строение по схеме 42+84+126х2+84. Главные балки – коробчатого сечения.

Назначение основных размеров.

Полная длина моста определяется по заданному отверстию моста с учетом количества пролетов в схеме моста и конструктивных параметров опор (тип устоя, толщина промежуточной опоры и т.д.).

Необходимая длина моста при обсыпных устоях рассчитывается по формуле:

L_п=l₀+n*b+3*H+2*a, где

-L- необходимая длина моста между концами устоев, м;

-n-количество промежуточных опор, попадающих в воду, м;

-b-средняя толщина промежуточной опоры, м;

-H-высота от средней линии трапеции, образуемой горизонталями высоких и меженных вод (по которой измеряется отверстие моста), до отметки бровки полотна, м;

-l₀-отверстие моста, м;

-a-величина захода устоя в насыпь

(a=0,75 при <6м. и a=1 при высоте насыпи>6м).

Таким образом

L_т=490+3*14,37+2*1+4*3,3+2*1=548,31 м.

ПР=РСУ+h_стр+h_габ=126+12+3,77=141,77 м

БН=ПР-0,9=140,87 м.

Устои приняты свайные. Длина крыла устоя поверху составит 4,35 м. Фактическая длина моста при принятых конструкциях составит:

L_ф=2*4,35+2*0,3+546=555,3 м.

или 1,3 %, что допустимо нормами.

Определение объемов работ

Пролетные строения из металла.

№ п/п	Полная длина, м	Количество	Объем металла, т
1	546	1	3378

Промежуточные опоры. Имеем 4 промежуточные опоры высотой по 17 м.,

Промежуточная опора высотой 17 м

Объем ростверка высотой 3 м из монолитного железобетона с размерами в плане 4,3х14,3 м:

V_роств.=3*4,3*14,3=184,47 м³.

Промежуточная опора высотой 17 м

N_вр=1,3*22*(126+126)/2/10=277,2тс.

N_пр.стр=1,1*0,5*(126+126)/2*18,75*0,33=857,588тс.

N_оп=1,1*2,4*(566,8+184,47)=1983,96 тс.

N=277,2+857,588+1983,96=3118 тс.

При применении свай-оболочек диаметром 1,6 м длиной 15 м несущая способность сваи по грунту составит 700 тс и тогда необходимое количество свай

Примем 8 свай диаметром 160 см и длиной 15 м под опору. Объем полых свай при толщине стенки 12 см составит

Объем бетона для заполнения полых свай

Устой. Объем железобетонного устоя составляет 72,8 м³

Объем 10 полых свай d=1,0 м при длине 16 м составит:40,12 м³

Объемы работ и определение стоимостей конструктивных элементов моста приведены в таблице. Табл.3

	Наименование работ	Единица измерения	Объем	Количество	Стоимость единицы измерения, руб.	Общая стоимость, руб.
1.	Забивные сваи устоев d=1,0, 10 шт	1 м3	40,12	2	180	144 40
	Сборный железобетон устоев	1 м3	72,8	2	250	36 400
2.	Сваи-оболочки d=1.6м промежуточных опор	1 м3	267,70	-	420	112 430
	Монолитный бетон заполнения свай-оболочек	1 м3	696,93	-	60	41 820
	Монолитные ростверки промежуточных опор	1 м3	184,47	4	140	103 280
	Тело промежуточных опор	1 м3	566,8	4	140	317 410
3.	Пролетные строения
	Металлические пролетные строения пролетом >100 м (546 м)	т	3378,38	1	1000	3 378 380
	Устройство асфальтового покрытия	м2	10237,5	-	20	204 750
	Общая стоимость моста						4 235 910

Соотношение вариантов моста по стоимости

№	Длина моста, м	Стоимость моста, руб	Стоимость пог.м, руб.	Процентное соотношение,%
1	555,300	4 522 670	127210,8	100
2	539,114	4 800 870	131196,28	106,15
3	555,300	4 235 910	107331,5	93,66

Вывод:

В ходе выполнения курсового проекта по дисциплине «Металлические мосты» было выполнено проектирование нескольких вариантов металлического моста.

Каждый из которых имеет свои особенности.

С точки зрения статической работы неразрезных балок наибольший эффект по отношению к разрезным достигается от постоянных нагрузок, и чем больше длина пролётных строений, тем эффективнее неразрезные схемы. Отношение постоянной нагрузки к временной в автодорожных мостах больше, чем у железнодорожных. Поэтому во всех 3 вариантах были применены балочные неразрезные системы.

Достоинства неразрезных балок по сравнению с аналогичными разрезными:

• Расчётные положительные моменты существенно ниже, что позволяет применять более экономичные сечения и снизить строительную высоту;

• Создаёт благоприятные условия работы промежуточных опор и позволяет применять наиболее экономичную конструкцию опор, т.к. располагается лишь одна опорная часть, передающая временную нагрузку на опору центрально;

• Существенно меньшие прогибы (в 3..5 раз), их плавные линии, уменьшение числа деформационных швов проезжей части;

• Позволяет применить эффективный способ монтажа пролётных строений – продольную надвижку.

Промежуточные опоры во всех 3 вариантах применены массивными монолитными железобетонными, с облегченной верхней частью, на которую не воздействует вода. Главными достоинствами этого решения является индивидуальная конструкция, спроектированная под данные пролётные строения, её мощность и спокойное восприятие нагрузок от пролётного строения, льда и возможного навала судов. Облегченная верхняя часть позволяет снизить стоимость опоры. Но применение арочных пролетных строений во второй варианте вынуждает использовать монолитные массивные опоры увеличенного сечения. Так же данный район строительства позволяет проводить работы с мокрым бетоном.

Одной из задач при проектировании было обеспечение требуемого судоходного габарита – IV. Необходимо было обеспечить пролеты – 120+120. Для этого использовалось металлическое неразрезное пролётное строение схемой. В варианте 1 была применена схема 2х63+84+2х126+84, в 3 варианте – 84+3х126+84. Во втором же варианте применено арочное пролётное строение полной длиной 130 метров.

В результате сравнения вариантов видим, что вариант № 3 обладает наименьшими стоимостью и материалоемкостью и хорошим архитектурным видом.

По указанию преподавателя в дальнейшем ведется расчет балочного неразрезного пролетного строения с ездой поверху с коробчатыми главными балками с ортотропной плитой по схеме 84+3х126+84, полной длинной 546,0 м из варианта № 3.