Балочные пролетные строения автодорожных мостов с ортотропными плитами

Введение

   Современное направление  в строительстве металлических  мостов характеризуется стремлением  к экономии металла и снижению  трудозатрат при изготовлении  и монтаже пролетных строений. Достигается это использованием  сталей повышенной прочности, применением  сварных конструкции, эффективных  типов монтажных соединений, внедрением  прогрессивных экономичных систем  и конструкций пролетных строений.

    Одним из прогрессивных  конструктивных элементов стальных  пролетных строений, особенно автодорожных  и городских мостов, являются  ортотропные плиты. Такие конструкции  выполняют одновременно несколько  функций: они являются несущим настилом проезжей части для пропуска транспорта; полностью или частично играют роль ездовых поясов главных балок или ферм; исключают необходимость устройства в уровне их расположения продольных связей пролетного строения.

     Курсовой проект металлического моста состоит из следующих

трех частей, представляющих собой основные этапы решения задачи его

проектирования:

  1. Составление, оценка и сравнение вариантов конструкции моста, выбор

оптимального компоновочного решения.

  2. Расчет и конструирование металлического пролетного строения по

выбранному варианту.

  3. Графическая часть - чертежи металлоконструкций пролетного строения

 

 

 

 

 

 

 

1. Балочные пролетные строения автодорожных мостов с ортотропными плитами.

 

  Выполнение ортотропной плитой функции несущего настила проезжей части пролетного строения предъявляет определенные требования к конструктивным решениям главных балок или ферм пролетных строении.     Передача временной нагрузки с проезжей части, а также ее собственного веса на главные балки или фермы осуществляется поперечными ребрами (балками) ортотропной плиты, шаг которых вдоль оси моста, как правило, не превышает 2 - 4 м. В таких условиях предпочтение заслуживает применение сплошностенчатых главных балок пролетных строений различных статических систем или решетчатых ферм с достаточно жесткими ездовыми поясами, способными воспринимать кроме осевых

усилий также и изгибающие моменты от внеузловых прикреплений поперечных ребер ортотропных плит.

Рис. 1. Монтажные элементы коробчатой конструкции:

  1 - консольные блоки ортотропной плиты; 2 - средние блоки ортотропной плиты; 3 главные балки; 4 - блоки нижней ребристой плиты; 5, 6 - поперечные связи; 7 - покрывающий лист; 8 - продольные ребра; 9 - поперечные ребра; 10 - стыки главных балок; 11, 12 поперечные и продольные стыки покрывающего листа

  Двухкоробчатая конструкция включает в себя монтажные элементы

ортотропной плиты, главных балок, нижней ребристой плиты и оперечных связей (рис. 1). Кроме этого, в комплект входят металлоконструкции смотровых ходов, ограждений проезжей части, перил и др.

Рис. 2. Поперечное сечение пролетного строения с коробчатыми блоками полной заводской готовности.

   Такое решение принято в «Комплексе унифицированных элементов и блоков стальных пролетных строений с ортотропной плитой пролетами 105 - 147 м (гибкая технология)» (рис. 2 и [1], [4]).

   До недавнего времени при компоновке, показанной на рис. 1, производили индивидуальное проектирование пролетных строений. Сейчас, как правило, используют унифицированные конструкции по гибкой технологии. Только в отдельных нетиповых ситуациях оправдана индивидуальная разработка пролетных строений.

  Ортотропную плиту разделяют на монтажные блоки длиной по 8…11 м и

шириной 2,0 - 2,5 м. Если средних блоков плиты несколько, их объединяют в укрупненный монтажный блок. Чтобы обеспечить поперечный сток воды с проезжей части, в узлах поперечных ребер ортотропной плиты делают переломы.

 

 

 

 

 

2. Конструирование  пролетных строений

 

  Ортотропная плита. В автодорожных и городских мостах следует

проектировать одноярусную ортотропную плиту с продольными ребрами

открытого сечения из полос с фасонными или сварными коробчатыми ребрами.

  Минимальную толщину покрывающего листа в автодорожных мостах можно определить по методике Клеппеля, который исходил из ограничения прогиба листа под местной нагрузкой.

 

2.1.Сбор нагрузки

Нагрузка НГ60 (P =147 кН на колесо).

Наименование нагрузки и её расчёт	Нормативная		Расчетная
Верхний слой асфальтобетона, 40мм 1×1×0,04×2000×10	0,8 кН/м2	1,35	1,08 кН/м2
Нижний слой асфальтобетона, 60мм 1×1×0,06×2000×10	1,2 кН/м2	1,35	1,62 кН/м2
Армированная ц/п стяжка 1×1×0,04×2000×10	0,8 кН/м2	1,35	1,08 кН/м2
Техноэласт МОСТ Б    0,005×10	0,05 кН/м2	1,35	0,0675 кН/м2
Стальная плита 14 мм 1×1×0,014×7800×10	1,1 кН/м2	1,35	1,485 кН/м2
		Итого:	q = 15,22 кН/м2
Нагрузка от одного колеса	147 кН	1,5	220.5 кН
Нагрузка от одного колеса 147/0,49/0,89	30,527 кН/ м2	1,5	45,79 кН/ м2

 

 

 

 

Для расчёта используем следующие коэффициенты:

К-т запаса по нагрузке

К-т условий работы материала

К-т запаса по материалу (Для стали 10ХСНД)

К-т ответственности по сооружению (мост пролёт <200м)

 

Для изготовления металлоконструкций используем сталь 15ХСНД с нормативным сопротивлением 345МПа, модуль упругости 21 Па.

Расчётное сопротивление на сжатие 307 МПа.

 

 

2.2. Расчет продольного ребра.

 

Рдо = Ls × tдо × gдо = 0,3×0,1×24 = 0,27 кН/м

где Ls – шаг продольного ребра;

      tдо – толщина дорожной одежды;

      gдо – объемный вес дорожной одежды;

Находим временную нагрузку от верхней тележки:

РАК = = = 26,25 кН

bк = B + 2 × tдо = 0,8 м

n = 0,1 РАК / 1м = 2,625 кН/м

Коэффициент надежности бля нагрузки от дорожного покрытия:

gfдо = 2

         gfn = 1,2

gfр = 1,5

Коэффициент динамичности:

m = 1+15/(37,5+l) = 1+0,38 = 1,38

l = 2

y1 = Lрг/4 = 2/4 = 0,5

w = 0,5× Lрг ×y1 =0,5×2×0,5 = 0,5м

 

Определяем момент в центре пролёта:

М = gfдо × w + gfn ×m×w×n+ gfр ×m× РАК (y1 + y2) = 2×0,5 + 1,2×1,38×0,5×2,625 + 1,5×1,38×26,25(0,5 + 0) = 30,14

Исправляем (эпюру) схему из разрезной в неразрезную.

Моп = - 0,6 М = - 17 кН×м

Мср = 0,8 М = 25 кН×м

 

w3 = 0,5× Lрг ×y3 =0,5×2×1 = 1 м

y4 =  ll= 0,25

 

Q = gfдо× Рдо× wQ + gfn ×m×wQ×n+ gfр ×m× РАК (y3 + y4) = 2× 0,72× 1 + 1,2 ×1,38×1×1,625+ 1,5 ×1,38× 26,25 (1 + 0,25) = 72,05 кН

 

 

 

2.3. Подбор сечения продольного ребра.

z1 = hv + tp1/2 = 193 мм

z2 = hv/2 = 93 мм

 

А1 = tp1× вp1 = 4200 мм2

А2 = tv× hv = 18600 мм2

 

Определяем центр тяжести всего сечения:

Находим момент инерции сечения брутто:

Максимальная ордината до центра тяжести:

zmax = yцт = 162 мм.

Производим проверку по нормальным напряжениям:

Mcp = 25kH

 

c = 1,05 – коэффициент учета ограниченного развития пластической деформации.

15ХСНД             fyd = Ry = 310МПа

s £ n fyd               n – коэффициент условия работы (1)

213МПа  £ 1× 310 МПа

 

2.4. Проверка по касательным напряжениям.

y1 = hv - yцт + tp1 = 31 мм.

y2 = (hv - yцт)/2 = 12 мм.

F1 = tp1×bp1 = 4200 мм2

F2 = tv(hv - yцт) = 240 мм2

Центр тяжести отсечённой части:

Определяем статический момент отсеченной части:

Касательное напряжение:

Расчётное сопротивление стали на сдвиг:

Rs = 0,58fyd

t £ mRs

Проверка главных напряжений:

 

Нормальные напряжения в месте сопряжения стенки с наиболее напряженным поясом:

d1 = d =213МПа

Главные напряжения:

dгл £ 1,15×m×fyd

224 £ 362

 

3. Расчёт болтов крепления ортотропной плиты.

 

 

Схема крепления и расположения болтов.

Нагрузка на соединение

Определяем площадь одного болта:

Вычисляем диаметр болта

Принимаем 2 болта М14, марки 8.8.

Уточним количество болтов из условия смятия стали

 

4. Расчёт главной балки.

 4.1. Определение КПУ

 

Для начала определим центр тяжести сечения пролёта моста.

Строим линию влияния для определения КПУ

 

 

 

 

 

 

 

Линия влияния АК 1й случай.

 

  

          

 

Линия влияния АК 2й случай.

 

Линия влияния НК 112.

 

 

 

 

4.2. Рассчитываем моменты и выбираем расчётную нагрузку

 

Для начала строим линию влияния. Расстояние между осями опирания соседних балок принимаем 2м. Расчётный пролёт главной балки = 54м.

Линия влияния моментов главной балки

 

Рассчитываем моменты для 1го случая АК.

 

Суммируем

 

 

Рассчитываем моменты для 2го случая АК.

 

Суммируем

 

Рассчитываем моменты для НК-112.

 

Получаем

 

В дальнейшем ведём расчёт по нагрузке АК 2 случ

 

Определение поперечных сил .

АК 1 случай

Q=(КПУр *åР*у + n*w*КПУn)gf *(1+m) + Pт *w*gf *КПУт

=(1,42*140(13,5+12,75)+14*364,5*1,56)*1,2*1,16 + 2,86*364,5*1,2*5,14=24775,37 кН

АК 2 случай

Q=(КПУр *åР*у + n*w*КПУn)gf *(1+m) = (4,24*140(13,5+12,75)+14*364,5*3,82)*1,2*1,16 = 48825 кН

 

 

 

Рассчитываем моменты в ¼ пролета моста для 2го случая АК.

 

Суммируем

 

 

 Принимаем  размеры сечения балки следующими:

tf = 50 мм.         h = 3300 мм.       tw = 20 мм.

hw = h – 2*tf = 3300 – 100 = 3200 мм.

h1 = h –tf = 3300 – 50 = 3250 мм.