Проектирование опор мостов

    В курсовой работе к вертикальной нагрузке от подвижного состава вводим дополнительный динамический коэффициент, который в расчётах основания .

    В расчётах оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) используем сочетания нагрузок, в которых для всех видов нагрузок принимается =1.

    Данные  нормативных нагрузок на опору моста (тип III) приведены в таблице 1.1 

    

Нормативные нагрузки, кН, на опору моста (тип I)

 

    Составим  сочетания нагрузок и воздействий, действующих вдоль моста:

    Сочетание 1 (для расчёта на прочность)

F_v=1,1×(P_A+P_F)+1,15×0,8×P_v;   (1.4)        F_v=1,1×(6000+4090)+1,15×0,8×12300=22415кН. 

                      F_h=1,1×0,7×P_vh+1,5×0,5×(P_w1+P_w2);                                                            (1.5)

                      F_h=1,1×0,7×620+1,5×0,5×(280+100)=762,4кН. 

                      M^o=1,1×0,7×P_vh×l₁+1,5×0,5×(P_w1×l₁+P_w2×l₂);  (1.6)

                M^o=1,1×0,7×620×16,55+1,5×0,5×(280×16,55+100×8,4)=12006,47кН. 

    Сочетание 2 (для расчёта на устойчивость)

                    F_v=0,9×(P_A+P_F)+1,15×0,8×P_v;                                                                        (1.7)

                 F_v=0,9×(6000+4090)+1,15×0,8×12300=20397кН. 

                                                                          

           F_h=1,1×0,7×620+1,5×0,5×(280+100)=762,4кН.

                      M^o=1,1×0,7×620×16,55+1,5×0,5×(280×16,55+100×8,4)=12006,47кН.         

      Сочетание 3

                      F_v=P_A+P_F+0,8×P_v;                                                                                           (1.8)

                      F_v=6000+4090+0,8×12300=19930кН. 

                 F_h=0,7×P_vh+0,5×(P_w1+P_w2);                                                                              (1.9)

                 F_h=0,7×620+0,5×(280+100)=624кН. 

                      M^o=0,7×P_vh×l₁+0,5×(P_w1×l₁+P_w2×l₂);  (1.10)

                     M^o=0,7×620×16,55+0,5×(280×16,55+100×8,4)=9919,7кН. 

    Сочетание 4

                      F_v=P_A+P_F+P_V;          (1.11)

                 F_v=6000+4090+12300=22390кН.

                 F_h=0

                 M^o=0 

    Выполненные расчеты сочетаний нагрузок сводим в таблицу 1.5.

    Таблица 1.5 Результаты расчетов сочетаний нагрузок

      

 
 

2. Проектирование  фундамента мелкого  заложения.

 

2.1. Общие сведения. 

   Фундамент  мелкого заложения сооружают  в открытых котлованах и передают  нагрузку на основание через свою подошву. Этот способ сооружения фундаментов целесообразен при глубине заложения d до 5 – 6м. 

2.2. Назначение основных размеров фундамента. 

    Глубина заложения фундамента зависит от глубины залегания несущего слоя грунта в основании, который должен являться надёжным с точки зрения безопасного восприятия им внешних нагрузок.

    Если  несущий слой залегает первым от поверхности, то заглубление в него фундамента определяют с учётом промерзания грунта. В пучинистых грунтах подошву фундамента назначают на отметке ниже расчётной глубины промерзания, а при наличии размыва дна реки – не менее 2.5 м ниже отметки местного размыва.

    К основным относятся размеры подошвы  фундамента a и b, а также глубина её заложения d, отсчитываемая от расчётного уровня поверхности грунта с учётом срезки или размыва, и высота фундамента h (см. рисунок 2.1). Глубина заложения фундамента d = 4,5м. Тогда высота фундамента, путём вычислений:

                                                      FL=DL+d;                                                      (2.1)

                                                                 FL=3,8+4,5=8,3м.

                                                      h=FL – OL;                                                    (2.2)

       h=8,3 – 0,75=7,55м.

      Отсюда следует, что тип грунта – супесь пластичная.

      Давление, которое может воспринять  несущий слой грунта (расчетное  сопротивление грунта несущего  слоя), существенно зависит от  указанных размеров фундамента, которые пока неизвестны. Исходя из правил конструирования жестких фундаментов мелкого заложения, размеры подошвы находятся в границах:

                            а_min<a<a_max ;              b_min<b<b_max ;                                    (2.3)

где    

                a_min=a_o+2×c_o;           b_min=b_o+2×c_o;                                    (2.4)

                                 a_max=a_o+1,15×h;      b_max=b_o+1,15×h                                 (2.5)

где и - размеры опоры в плоскости обреза фундамента поперек и вдоль моста равные 8,3м и 3м соответственно; м.

    a_min=8,3+2×0,5=9,3м.

    a_max= 8,3+1,15×7,55=16,98м.

    b_min=3+2×0,5=4м.

    b_max=3+1,15×7,55=11,68м.   

     

    Примем b=b_max=11,68м.

    Определим расчётное сопротивление сжатию несущего слоя основания (для того, чтобы определить размер фундамента a). Согласно действующим нормам [6] это сопротивление определяется по формуле:

          R=1,7×{R_o×[1+k₁×(b – 2)]+k₂×γ×(d – 3)}; (2.6) 

где R₀ – условное сопротивление грунта несущего слоя основания, кПа (R₀ = 147 кПа) (см. таблицу 1.4); k₁ и k₂ – табличные коэффициенты (k₁ = 0,04 м^-1, k₂ = 2,0 м^-1), [таблица 1.4]; γ=20,1 кН/м³ – средний в пределах глубины заложения средний вес грунта. 

    R=1,7×{147×10³×[1+0,004×(6 – 2)]+0,2×20×10³×(4,5 – 3)}=391,9кПа. 

    При фиксированных размерах b и d размер а приближённо определяется по формуле:  

      R=[F_v×b+6×(M^o+F_h×h)]/[(γ_c/γ_n)×R – γ_F×h)×b²]; (2.7) 

где вертикальная, горизонтальная силы; М₀ – момент, действующий в плоскости моста на уровне обреза фундамента [значения нагрузок берём для первого сочетания: = 22415кН, F_h=762,4кН, М⁰ =12006,47кНм (см. табл. 1.5)]; - коэффициенты условий работы и надёжности; γ_f – 23кН/м – расчётный удельный вес материала фундамента с грунтом на его уступах; R – расчётное сопротивление сжатию несущего слоя основания. 

a=[22415×11,68+6×(12006,47+762,4×7,55)]/[(1,2/1,4)×391,9 – 23×7,55)×11,68²]=16,64м. 

      Размер а находится в допустимом интервале, подбор основных размеров на этом заканчивается.

В итоге  вычислений получили: а = 16,64 м; b = 11,68 м; d = 4,5 м; h = 7,55м; R₀ = 147 кПа.     

          После подбора основных размеров конструируем фундамент. Запроектируем его пятиступенчатым. Так как высота фундамента h=7,55м, то возьмём пять ступеней по 1,51м. При этом угол развития фундамента не должен превышать угла жёсткости кладки 30⁰ . Запроектированный фундамент показан в приложении 1. 
 
 
 

2.2.1 Приведение нагрузок  к подошве фундамента. 

   Прежде чем приступить к расчетам основания и фундамента, рекомендуется привести нагрузки к центру тяжести подошвы фундамента. Вертикальная сила, действующая в уровне подошвы фундамента, определяется выражением: 

                                          F_v=F_vo+G_F+G_g+G_w ;                                          (2.8) 

 Здесь расчетные  значения веса фундамента G_F, веса грунта G_g, и воды G_w, расположенных на уступах фундамента, рассчитываются по формулам: 

                         G_F=γ_f×γ_con×V_F;     G_g=γ_f×γ×V_g;    G_w=γ_w×V_w×γ_f;           (2.9) 

 Момент  в уровне подошвы фундамента составит: 

                                               М=M^o+F_h×h;                                            (2.10) 

 где h – высота фундамента.

 Горизонтальная  сила остается без изменений, т.е. F_h=F_ho.

 При расчете  силового воздействия на подошву фундамента следует учитывать следующее:

1. для сочетания I в формуле принимается γ_f=1,1;
2. для сочетания II в формуле принимается γ_f=0,9;
3. для сочетания III и IV принимается γ_f=1;

 

• Первое  сочетание нагрузок:

         G_F=16,64×11,68×7,55×24×10³×1,1=38739кН.

G_g=64,6×20×10³×1,1=1421кН.

G_w=198,5×10×10³×1,1=2183,5кН.

Fv=38739+1421+2183,5=42343,5кН.

М=12006,47+762,4×7,55=17763кН. 

• Второе  сочетание нагрузок:

         G_F=16,64×11,68×7,55×24×10³×0,9=31695кН.

G_g=64,6×20×10³×0,9=1163кН.

G_w=198,5×10×10³×0,9=1786,5кН.

Fv=31695+1163+1786,5=34644,5кН.

М=12006,47+762,4×7,55=17763кН. 

• Третье  сочетание нагрузок:

         G_F=16,64×11,68×7,55×24×10³=35217кН.

G_g=64,6×20×10³=1292кН.

G_w=198,5×10×10³=1985кН.