Расчет промежуточной опоры моста

Министерство образования РФ

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

(Институт архитектуры и градостроительства)

Кафедра АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Курсовой проект

Расчёт промежуточной опоры моста

По дисциплине «Строительство дорог в сложных условиях»

специальность

- Автомобильные дороги и аэродромы

Н. Новгород - 2009г.

Содержание

Введение.

Исходные данные.

Природные условия района строительства.

1.       Постоянные нагрузки и воздействия.

2.       Временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов.

2.1 Нагрузка АК.

.2 Нагрузка от толпы на тротуаре.

.3 Нагрузка НК-80.

.4 Торможение.

.5 Горизонтальные поперечные удары.

3.       Прочие временные нагрузки и воздействия.

3.1 Ледовая нагрузка.

.2 Ветровая нагрузка.

.3 Гидростатическое выталкивание.

4.       Проверка конструкции.

4.1 Определение нагрузки на голову сваи.

.2 Определение несущей способности сваи.

Заключение.

Список использованной литературы.

Приложение.

Введение

В данном курсовом проекте, выполненном на основе задания выданного кафедрой «Автомобильные дороги» по дисциплине «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах» на тему «Расчёт промежуточной опоры моста», определены нагрузки на фундамент и голову сваи, вычерчена схема опоры с инженерно-геологическими условиями, определена несущая способность сваи и подобрано армирование сваи.

В состав курсового проекта входят:

-   пояснительная записка;

-        графическая часть.

Исходные данные

1.       Категория дороги - II

2.       Габарит моста - Г - 11,5 + 2х1

.        Схема моста - 2х15

4.                                                                                Расчётный уровень высокой воды (РУВВ) - -------                                                                     84,20 м

5.       Уровень межевой воды (УМВ) - ----------------------     80,50 м

.        Дно - --------------------------------------------------------        77,2 м

.        Линия общего размыва (ЛОР) - -----------------------     75,05 м

.        Линия местного размыва (ЛМР) - --------------------     72,37 м

.        Расчётный уровень высокого ледохода (РУВЛ) - -   84,20 м

10.     Уровень первой подвижки льда (УППЛ) - ---------     81,00 м

11.     Толщина льда - -------------------------------------------       0,60 м

1. Природные условия района строительства

Строящийся объект - мост через реку Пукстерь на дороге Ивановское - валки II технической категории. Район строительства находится в Нижегородском р-не II-ой дорожно-климатической зоне.

Климатические условия:

Среднегодовая температура: 3,5 0С

Средняя температура наиболее холодного периода: -10,7 0С.

Среднегодовое количество осадков: 527 мм.

Геологические условия:

первый слой : песок мелкий.песок средней крупности

второй слой: песок средней крупности.

Третий слой песок мелкий.

Гидрологические характеристики:

Скорость течения в русле - 1,48 м/с

Толщина льдин - 0,60 м.

2. Временные нагрузки от подвижного состава и пешеходов

.1 Нагрузка АК

Расчетную временную на вертикальную нагрузку от автотранспортных средств принимаем в виде полос АК, каждая из которых включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р равной - 9,81×К кН, равномерно распределенную нагрузку интенсивностью n (на обе калии) - 0,98×К кН/м. [1.п.2.12]

Класс нагрузки по [1.n.2.12] для мостов на дорогах IV категорий принимается равным -11.

Р = 9,81×11 = 107,91 кН;

n = 0,98×11 = 10,78 кН/м.

Расчётное давление от временной нагрузки АК определяется по формуле:

где: l - длина загружения (пролёт);

gf - коэффициент надёжности по загрузке, принимаемый по [1.п.2.23.,б];

S1 - коэффициент полосности [1.п.2.14.,б];

(1+m) - динамический коэффициент,равный 1,21

2.2 Нагрузка от толпы на тротуаре

Расчётную временную нагрузку на тротуары мостов принимаем в виде вертикальной нагрузки, интенсивностью р = 0,2 тс/м2 [1.п.2.21,б] и вычисляем по формуле:

Рт = р×9,81×В×L

где: В - ширина тротуара, В = 1,0 м.

Рт = 0,2×9,81×1,0×15× = 29,43 кН

Определяем момент от нагрузки АК + толпа, 1 колонна:

N1 = 29,43×1,416 + 587,330 0,633×0,5 = 227,50

М1 = 227,50×5,81 = 1322,135 кН×м

N2 = 0,5×587,330 0.368 + 0.5 587,330 0.488 = 251,377 кН

М2 = 251,377×4,15 = 1043,214 кН×м

N3 = 0,5×587,330×0,512 = 150,356 кН

М3 = 150,356×2,49 = 374,386 кН×м

Определяем момент от нагрузки АК + толпа, 2 колонны:

N1 = 227,562 кН

М1 = 1322,135 кН×м

N2 = 251,377 кН

М2 = 1049,214 кН×м

N3 = 150,356 + 0,5×493,415×0,825 = 353,890 кН

М3 = 353,890×2,49 = 881,186 кН×м

N4 = 0,5×493,415×0.175+0.5 493,415 0.681 = 211,182 кН

М4 = 211,182 0.83 = -125,281

N5 = 0,5×493,415×0,319 = 78,699 кН

М5 = 78,699×(-0,83) = -65,320 кН×м

.3 Нагрузка НК-80

Расчётную временную вертикальную нагрузку от тяжёлой одиночной нагрузки принимаем в виде эквивалентной равномерно распределённой нагрузки интенсивностью - 92,1 кН/м [1,прил.6,табл.1].

РНК-80 = q×l×Кзап.×(1 + m), кН

РНК-80 = 92,1×15×1,1×1,0 = 1519,65 кН

N1 = 0.518 1519,65 0.5 = 393,589

M1 = 393,589 4.15 = 1633,394

N2 = 0,5×1519,65 0.482 = 366,236 кН

M2 = 366,236 2.49 = 911,928 кН×м

N3 = 0,5×1519,65×0.44 = 334.32 кН

M3 = 334,32 0.83 = 2562,544 кН×м

N4 = 0,5×1519,65 0.108 = 82,061 кН

M4 = 82,061 (-0.83) = -68,110 кН×м

Вес нагрузки:

Поперечный момент:

Продольный момент: М = 1519,65×0,325 = 493,883 кН×м

.4 Торможение

Расчётную горизонтальную продольную нагрузку от торможения принимаем равной - 7,8×К кН [1.п.2.20]. Величина тормозной нагрузки определяется по формуле:

Т = gf ×24,5×К×(1 + m)

Т = 1,2×24,5×11×1,0 = 323,4 кН

Момент от этой силы определяется по формуле:

Мт = Т×lт,

где: lт - расстояние от центра опорной части до подошвы фундамента, м

Мт = 323,4×6,717 = 2172,278 кН×м

Нормативные усилия и моменты рассчитываются аналогично, но без учета gf.

.5 Горизонтальные поперечные удары

Расчетную горизонтальную поперечную нагрузку от ударов подвижного состава автомобильной нагрузки АК принимаем в виде равномерно распределенной нагрузки интенсивностью - 0,39×К кН/м. [1.n.2.19,б], приложенной на уровне верха покрытия проезжей части.

Величину нагрузки определяем по формуле:

Н = gf ×0.39×K×l×(1 + m)

H = 1,2×0,39×11×15×1,0 = 77,22 кН

Момент от этой силы определяется по формуле:

Мн = Н×lн,

нагрузка свая ледовый гидростатический

где lн - расстояние от верха проезжей части до подошвы фундамента, м

Мн = 77,22×7,895 = 609,652 кН×м

Нормативные усилия и моменты рассчитываются аналогично, но без учета gf.

3.      
Прочие временные нагрузки и воздействия

3.1 Ледовая нагрузка

Нормативную ледовую нагрузку от давления льда на опоры мостов с вертикальной передней гранью определяем по формуле:

F = y1×КnRz×b×t

где: y1 - коэффициент формы, определяем по таблице 2 [1.Прил.10] y1 = 0,9;

Rz - предел прочности на раздробление, принимается по [1.Прил.10,1], при первой подвижке льда - 735 кПа, при наивысшем уровне ледохода - 441 кПа;

b - ширина опоры на уровне действия льда, м;

t - толщина льда, м.

При первой подвижке льда:

FУППЛ =·0,9×1.25 735×0,5×0,6 = 248,062 кН

МУППЛ = 248,062×2,555 = 633,798 кН×м

При наивысшем уровне ледохода:

FРУВЛ = ·0,9×1.25 441×0,5×0,6 = 148,837 кН

МРУВЛ = 148,837×5,755 = 856,556 кН×м

3.2 Ветровая нагрузка

Нормативную интенсивность горизонтальной ветровой нагрузки принимаем Wпоп. = 1,23 кПа

Вычисляем рабочую ветровую поверхность для элементов моста.

Перила: Sп = 0,2×1,0×15 = 3,3 м2

Балка п.с.: Sб = 1,14×15 = 17,1 м2

Ригель: Sр = 0,8×1,65 = 1,32 м2

Тело опоры: при РУВЛ: SопРУВЛ = 0

при УППЛ: SопУППЛ = 3,325×0,5= 1,662 м2

Определяем усилия от ветровой нагрузки:

W = S×Wпоп

п = 3,3×1,00 = 3,3 кНб = 17,10×1,00 = 16,125 кНр = 1,32×1,00 = 1,32 кНопУППЛ = 1,662×1,00 = 1,662 кНпопРУВЛ = 3,3 + 17,10 + 1,32 = 21,72 кНпопУППЛ = 3,3 + 17,10 + 1,32 + 1,662 = 23,382 кН

МпопРУВЛ = 3,3 8,32 + 17,10×7,20 + 1,32×6,155 = 158,70 кН×м

МпопУППЛ = 3,3 8,32 + 17,10×7,2 + 1,32×6,155 + 1,662×4,845 = 166,752 кН×м

Нормативную горизонтальную продольную ветровую нагрузку для пролётных строений со сплошными балками принимаем в размере 20% от нормативной поперечной ветровой нагрузки.

Wпр. = 0,20 кПа

Вычисляем рабочую ветровую поверхность для элементов моста.

Ригель: Sр = 12,64×0,4 + ·0,4·(12,64+7,52) = 13,120 м2

Тело опоры: при РУВЛ: SопРУВЛ = 0

при УППЛ: SопУППЛ = 7,52×3,325 = 25,004 м2

Определяем усилия от ветровой нагрузки.

Wр = 0,200×13,120 = 2,624 кН

WопУППЛ = 25,004×0,200 = 5,00 кН

WпрРУВЛ = 2,624 кН

WпрУППЛ = 2,624 + 5,00 = 7,624 кН

МпрРУВЛ = 2,624×6,155 = 16,15 кН×м

МпрУППЛ = 2,624×6,155 + 25,004×4,845 = 137,275 кН×м

3.3              Гидростатическое выталкивание

Выталкивающую силу определяем по формуле:

, Н

где: r - плотность воды, r = 1000 т/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;

 - суммарный объём погруженных в воду элементов опоры, м3.

Выталкивающая сила по уровню первой подвижке льда равна:

РVУППЛ = 1000 × 9,81×(0,6·2,1·7,2+0,92·1,7·7,2+3,341·0,5·2,545) · ·10-3 = 290,219 кН

Выталкивающая сила по уровню высокого ледохода равна:

РVРУВЛ = 1000×9,81×(0,6·2,1·7,2+0,92·1,7·7,2+ 3,341·0,5·5,755) · ·10-3 = 394,303 кН

4       
Проверка конструкции

.1       Определение нагрузки на голову сваи

Для фундаментов с вертикальными сваями расчётную нагрузку на голову сваи определяем по формулам:

,     ,

где: Р, Мх, Му - соответственно расчётная сжимающая сила, кН; расчётные изгибающие моменты, кН×м; относительно главных центральных осей Х и У плана свай в плоскости подошвы ростверка (Таблица 3);

n - число свай, шт.;

Xi ,Yi - расстояние от главных осей до оси каждой сваи, м;

X, Y - расстояние от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчётная нагрузка, м;

Для свай №1, №10.

Рmax My max

Mx max Нх max

Нy max

Несущая способность фундаментов с вертикальными сваями не обеспечена, принимаем сваи оболочки диаметром 0,6 м.

4.2     Определение несущей способности сваи.

Несущая способность забивной висячей сваи определяется по формуле:

где: gС - коэффициент условной работы сваи в грунте, gС = 1,0;

gСf, CR - коэффициент условной работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи (Табл.3[2]);

R - расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи (Табл.1 [2]);

А - площадь опирания на грунт, м;

u - периметр сваи, u = 1,88;

fi - расчётное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа (Табл.2 [2]);

hi - толщина i-го слоя грунта, м.

R = 2600 кПа

h1 = 2 м; f1 = 30,0 кПа

h1 = 2 м; f2 = 38,0 кПа

Fd = 1×(1×2600×0,282 + 1,88×1×(30,0×2 + 38,0 2)) = 1312,24 кН

где: N - расчётная нагрузка, передаваемая на сваю;

gК - коэффициент надёжности (п.3.10 [2]), gК = 1,55

[N] = 846,606 кН > N2 = 774,261 кН

Несущая способность сваи обеспечивает устойчивость опоры.

.3 Определение несущей способности висячей забивной сваи работающей на выдёргивание

где : gС - коэффициент условия работы, gС = 0,8 (п.4.5. [2]).

Fdn = 0,8×1,88×1×(30,0×2 + 38,0 2)= 463,232 кН

[N] = 298,859кН > N1 = 97,536 кН

Несущая способность висячей забивной сваи работающей на выдёргивание обеспечивает устойчивость опоры.

.4 Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай как условно массивного фундамента

Определяем средние значения расчётных углов трения грунтов jm по формуле:

,

где: ji - угол внутреннего трения i-го слоя грунта;

hi - толщина i-го слоя, м;

d - глубина погружения сваи, м.

Расчётное сопротивление основания из нескального грунта осевому сжатию R, кПа, под подошвой фундамента мелкого заложения определяется по формуле:

R = 1,7{R0×[1 + K1×(b - 2)] + K2×g×(d - 3)}

где : R0 - условное сопротивление грунта, кПа, определяется по ([1]Прил.24, Табл.1);

b - ширина подошвы фундамента, м;

d - глубина заложения фундамента, м;

g - осреднённое по слоям расчётное значение удельного веса грунта;

К1, К2 - коэффициенты принимаемые по табл.4 ([1],Прил.24).

R = 1,7{147×[1 + 0,08×(2,1 - 2)] + 2,5×19,62×(8 - 3)} = 688,824 кПа

Определяем давление грунта по подошве фундамента.

где: Nс - нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, определяется с учётом веса грунтового массива 1-2-3-4 вместе с заключённым в нём ростверком и сваями;

Fn, Mc - соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН, и её момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчётной поверхности грунта, кН×мс, bc - размеры в плане условного фундамента, aс = 11,106 м, bc = 8,0 м;

К - коэффициент пропорциональности, ([1].Прил.25);

Сb - коэффициент постели грунта в уровне подошвы фундамента, кН/м3.

Сb = К×10

Cb = 500×10 = 5000 кН/м3

Nc = 6898,206 кН

84,478

R = 477,732 > [Р] = 77,64

Rmax = 573,277 > [Рmax] = 84,478

Условие выполняется, несущая способность обеспечена.

Заключение

Курсовой проект выполнен на основе задания, выданного кафедрой «Автомобильные дороги» по дисциплине «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах» на тему «Расчёт промежуточной опоры моста». В работе определены нагрузки на фундамент и голову сваи, вычерчена схема опоры с инженерно-геологическими условиями, определена несущая способность сваи и подобрано армирование сваи.

Литература

1.  СНиП 2.05.03 - 84. Мосты и трубы /Госстрой СССР. - М : ЦИТП Госстроя СССР, 1985.

2.       Изменения СНиП 2.05.03 - 84. Мосты и трубы. ЦНИИС Госстроя СССР.

3.       СНиП 2.02.03 - 85. Свайные фундаменты /Госстрой СССР. - М : ЦИТП Госстроя СССР, 1986.

.        Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений. Серия 3.503 - 73. Пролетные строения без диафрагм длиной 12, 15 и 18 м. из железобетонных балок таврового сечения с ненапрягаемой арматурой для автодорожных мостов.