3.1. Анализ местных условий и требований (рис 5, а, б).
При назначении конструктивных схем мостовых сооружений исходят из следующих местных условий, характеризующих место перехода:
-продольного профиля по оси сооружения;
-геологического разреза;
-гидрологических данных;
-отверстия моста, которое в общем случае определяют на основе гидравлических расчетов (в нашем случае оно является заданным в зависимости от класса водного пути);
-требуемых размеров подмостового габарита;
-габарита проезжей части моста и ширины тротуаров.
Оценка отдельных местных условий позволяет сделать общие выводы по конструированию.
3.1.1. Продольный профиль по оси мостового перехода показывает расположение наибольших глубин по ширине реки и в мостах через судоходные реки предопределяет расположение судоходных пролетов.
В зависимости от характера продольного профиля перехода могут оказаться рациональными следующие решения:
мост с однотипными и одинаковыми по величине пролетными строениями (см. рис. 2);
мост с разнотипными железобетонными пролетными строениями с различной величиной пролетов для руслового и пойменного участков (см. рис. 3);
3. мост с пролетными строениями из разных материалов судоходные пролеты из стали, а береговые - из железобетона (см. рис.5).
Первое решение может быть рекомендовано при однородном строении грунтов, равномерном распределении глубин по ширине реки и если экономически выгодный пролет равен судоходному или более его. В этом случае, исходя из требований стандартизации и типизации, все отверстия моста перекрывают одинаковыми пролетными строениями, получая минимальную стоимость моста. В остальных случаях принимают решение 2 или 3 (см. рис.3,5).
Нами предложено именно это 3 решение для разработки вариантов в курсовом проекте с целью познакомить студентов с наиболее типичными вариантами устройства мостового перехода с использованием стальных и железобетонных пролетных строений с различной длиной пролетов и состоящих из сплошных балок и сквозных балочных ферм.
3.1.2. Геологический разрез по оси мостового перехода позволяет назначить типы фундаментов опор. На геологических разрезах кратко указываются типы пород и их характеристики по плотности сложения, прочности, крупности элементов, пластичности. Варианты геологических данных принимаются по приложению 13. Расчет фундаментов мелкого заложения и свайных проводится в соответствии с требованиями норм [10] и [9] по специальным компьютерным программам, например, FUNDAMENT.
При наличии скальных и крупнообломочных грунтов, а так же супесей, суглинков, глин и песков с расчетным сопротивлением грунта R н > 300 кПа возможно устройство фундаментов мелкого заложения на естественном основании. К фундаментам мелкого заложения относят фундаменты, у которых глубина заложения не превосходит 4…6м. Обычно фундаменты мелкого заложения имеют ступенчато изменяющиеся по высоте ширину и длину. Бетонные фундаменты (жесткого типа) имеют ширину и длину уступов меньше их высоты. Железобетонные фундаменты (гибкого типа) имеют значительную ширину и длину уступов, что приводит к их изгибу и необходимости установки арматуры для восприятия растягивающих напряжений при изгибе. Железобетонные фундаменты при этом имеют меньший объем при той же площади по обрезу фундамента, чем бетонные. Расчетные сопротивления различных грунтов для определения размеров фундаментов мелкого заложения приведены в [10]. Размеры подошвы фундамента могут быть определены приближенно без учета горизонтальных сил и эксцентриситетов вертикальных реакций, действующих на опоры:
F= (V+G)/R, (1)
где F- площадь подошвы фундамента мелкого заложения;
V- расчетная вертикальная реакция пролетного строения (одной или сумма двух в зависимости от схемы закрепления на опоре) на рассматриваемой опоре, принимается на основании данных приложения путем умножения значений реакций с 1кв.м проезжей части на ширину габарита проезда и на длину пролетного строения;
G- расчетный вес опоры и фундамента (с учетом коэффициента надежности к=1,1);
R- расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента.
Длину и ширину подошвы фундамента принимают с большими значениями, чем соответствующие размеры длины и ширины тела опоры в ее нижней части.
Длину опоры (протяженность поперек оси моста) поверху можно принять по выражению:
В=D+d+2c, (2)
B- длина опоры поверху;
D- расстояние между осями крайних балок (ферм);
d- ширина подферменника поперек оси моста, которая принимается на 0,2…0,3м больше, чем ширина подушек опорных частей в этом направлении (см. приложение );
c- расстояние от подферменника до края опоры, которое принимается 0,4…0,5м для прямоугольных опор в плане и А/2 при закругленных торцах опоры радиусом равным А/2, где А-ширина опоры (протяженность вдоль оси моста) поверху.
Ширину опоры поверху необходимо принимать по значению:
А=С+f+2g, (3)
C- расстояние между осями опирания пролетных строений (по длине моста);
f- ширина подферменника вдоль оси моста, которая принимается на 0,2…0,3м больше, чем ширина подушек опорных частей в этом направлении (см. приложение 7,8 );
g- расстояние от подферменника до края опоры, которое принимается 0,4…0,5м.
Расстояние между осями опирания пролетных строений С принимается для случая промежуточной опоры одного неразрезного пролетного строения равное нулю, а для других случаев (промежуточной опоры двух любых пролетных строений) сумме расстояний от оси опирания каждого пролетного строения до его торца с зазором между торцами пролетных строений. Расстояние от оси опирания до торца пролетного строения определяется по данным приложения как разность между полной длиной пролетного строения и суммой длин расчетных пролетов для неразрезной системы (одного пролета для разрезной системы), деленной на два. Расстояние между торцами смежных пролетных строений определяется из условия обеспечения перемещений пролетных строений от постоянных нагрузок, временных нагрузок, температурных воздействий. Необходимая ширина зазора между торцами пролетных строений (или между торцом пролетного строения и шкафной стенки береговой опоры – устоя) может быть определена из условия:
S=y( a·T·L + H·Y+К), (4)
y- коэффициент надежности для температурных и вертикальных временных нагрузок (можно принять 1,2);
S- величина необходимого зазора;
a- коэффициент линейного расширения, который может быть принят 1,2· 10**(-5) 1/м·град;
T- разность между расчетными максимальными и расчетными минимальными температурами в районе строительства моста (можно принять 80 град);
L- сумма (по обоим пролетным строениям для промежуточных опор) длин от торцов пролетных строений до осей неподвижных опорных частей этих пролетных строений;
Y- углы поворота опорных сечений от постоянных и временных нагрузок (для стальных пролетных строений со стальной плитой проезжей части можно принять 0,007рад,
для железобетонных пролетных строений- 0,015рад, для сталежелезобетонных- 0,01рад);
Н- высоты крайних граней пролетных строений (от нейтральной оси до крайних нижних или верхних элементов, где возможно соприкосновение смежных элементов). Для учебных целей можно принять эти высоты равные строительным высотам пролетных строений (приложение 7,8). В этом случае условно считается, что поворот опорных сечений происходит относительно точки опирания низа пролетного строения на верхний балансир опорной части;
К- дополнительный зазор, необходимый для размещения конструкций швов перекрытого типа (учитывается для швов со смежными пролетами длиной более 80м или для неразрезных систем при таком же расстоянии до неподвижной опорной части).
Изменение ширины и длины опоры по высоте достигается наклоном ее граней или ступенчато уступами по 0,1…0,2м при вертикальных гранях опоры. Необходимость увеличения ширины и длины опоры снизу возникает при значении площади фундамента мелкого заложения (или свайного ростверка для фундамента глубокого заложения) F больше, чем площадь опоры поверху. Площадь плиты ростверка определяется условиями размещения необходимого по несущей способности количества свай и ограничением в виде произведения параметров длины и ширины тела опоры понизу. Длина и ширина плиты ростверка обычно больше соответствующих размеров тела опоры понизу (до 0,5 высоты плиты ростверка), причем расстояния от осей крайних свай до краев плиты принимают до значения толщины сваи.
Для фундамента опоры моста отметку плоскости обреза фундамента назначают обычно на 0,5м ниже ГМВ. При наличии значительного ледохода отметку обреза выбирают ниже РГНЛ с учетом толщины льда с тем, чтобы давление льда не передавалось непосредственно на фундамент, а воспринималось опорой. Обрез фундамента на местности, не покрытой водой, назначают на 0,1…0,2м ниже поверхности грунта.
Глубину заложения фундамента в зависимости от грунтовых и гидрологических условий можно принять согласно рекомендациям, приведенным в приложении 10.
При наличии слабых песчаных, глинистых и суглинистых грунтов, залегающих достаточно мощным слоем, часто фундаменты устраивают на железобетонных призматических сваях или на сваях-оболочках (см. стр.8 2). Для определения требуемой несущей способности свайных фундаментов нужно сначала оценить нагрузку на сваю:
N=у(V+G+S)/n, (5)
Где N- расчетная вертикальная нагрузка на одну сваю; V- вертикальная реакция на опору от пролетных строений; G- расчетный вес тела опоры; S- расчетный вес свайного фундамента (ростверка и свай); n -количество свай в фундаменте опоры; у- коэффициент надежности, принимаемый:
1.75 для свай при их количестве в фундаменте опоры от 1 до 5,
1.65 –при количестве свай от 6 до 10,
1.55- при количестве свай от 11 до 20,
1.4 – при количестве свай более 21.
Hесущая способность призматических и цилиндрических свай в зависимости от их сечений, глубины погружения и грунтовых условий приведена в [9]. Данная несущая способность должна соответствовать расчетной нагрузке на сваю. Из этого условия подбирают тип свай, их количество. Глубину погружения свай принимают по инженерно-геологическим условиям с тем, чтобы низ свай опирался на достаточно прочные грунты. При этом необходимо учитывать рекомендуемые способы погружения свай в зависимости от грунтовых условий. Если призматические сваи (при максимальной длине 16м) могут погружаться только дизель-молотами, вибромолотами и вибропогружателями, то цилиндрические сваи (при любой их длине) кроме этих способов могут устраиваться в буровых скважинах. Такие сваи называются буровыми, набивными, камуфлетными (с устройством уширения в нижней части с использованием механических уширителей или взрывчатых веществ). Буровые сваи во всех грунтах (кроме водонасыщенных песчаных при отсутствии обсадной трубы), в том числе применяют в скальных, крупнообломочных, других грунтах с включениями валунов, затопленных предметов, что невозможно при других способах погружения свай.. Грунтовые условия в большой степени определяют тип конструкции пролетного строения и характер его статической схемы.
Выбор типа основания и его увязку с применяемой системой пролетных строений рекомендуется выполнять по таблице 1, стр. 11 3.
3.1.3. Гидрологические данные. Горизонт межени (ГМВ) необходимо знать для размещения судоходных пролетов по ширине реки и заложения верхнего обреза плиты ростверка.
Расчетный судоходный горизонт (РСГ) указывает на каком самом высоком уровне воды возможно судоходство (на нем размещается низ судоходных подмостовых габаритов).
Расчетные горизонты низкого ледохода (РГНЛ) и высокого ледохода (РГВЛ) указывают, в каких отметках тело опоры должно быть массивным, чтобы воспринимать давление льда. Расчетный горизонт высоких вод (РГВВ) указывает на расположение низа пролетных строений и опорных частей – они не должны замачиваться этими водами, запас должен составлять не менее 0,75м. Для судоходных рек при назначении отметки низа пролетных строений это обычно не имеет значения, так как данная отметка определяется высотой подмостового судоходного габарита (в судоходных пролетах):
НП= РСГ+Н, (6)
где НП- отметка низа пролетного строения в судоходном пролете;
РСГ- отметка расчетного судоходного горизонта;
Н- высота подмостового судоходного габарита.