Проектирование фундаментов опор
Введение
Мост — искусственное сооружение, возведенное через реку, озеро, овраг, пролив или любое другое физическое препятствие.
Железобетонные мосты – капитальные сооружения, обладающие при правильном проектировании и качественном выполнении строительных работ большой стойкостью против атмосферных воздействий и не требующие предварительной окраски, как стальные мосты. Расходы по содержанию железобетонных мостов меньше, чем стальных мостов. Особое преимущество железобетонных мостов – значительно меньший расход металла по сравнению со стальными мостами.
В данной работе ведется проектирование железобетонного железнодорожного моста через водоток в районе г. Тында.
Курсовой проект включает в себя следующие основные разделы:
- составление вариантов моста;
- технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта;
- расчёт основных несущих элементов пролётного строения (главная балка, плита балластного корыта).
Варианты моста
Местные условия и исходные данные.
В соответствии с заданием на выполнение курсовой работы по дисциплине «Мосты на железных дорогах» требуется запроектировать железобетонный мост через водоток, со следующими основными данными:
· Назначение моста – под один ж/д путь;
· Отверстие моста – 90 метров;
· Габарит проезда – «С»;
· Профиль перехода – №1;
· Коэффициент общего размыва – 1,13;
· Толщина льда – 1м;
· Мост находится в районе г. Тында.
Разработка схем моста
Расчеты схемы моста по варианту №1
Отметка подошвы рельса определяется по формуле :
где УВВ- заданный расчетный уровень высокой воды, м; 
– минимальное нормируемое возвышение низа пролетного строения над УВВ, м, принимаемое в соответствии с указаниями [16, п. 1.23*]; 
–строительная высота пролетного строения в пролете.
Отметка бровки земляного полотна определяется по формуле:
,
где 0,9 м – возвышение подошвы рельса над бровкой земляного полотна у мостов на однопутных линиях I и II категорий,
Полная длина моста:
Фактическое отверстие моста:
где 
количество пролетов; 
ширина опоры в фасаде, м; 
строительная высота пролета у опоры, м; Анализ результатов:
Расчеты схемы моста по варианту №2
Отметка подошвы рельса определяется по формуле :
где УВВ- заданный расчетный уровень высокой воды, м; – минимальное нормируемое возвышение низа пролетного строения над УВВ, м, принимаемое в соответствии с указаниями [16, п. 1.23*]; 
–строительная высота пролетного строения в пролете.
Отметка бровки земляного полотна определяется по формуле:
,
где 0,9 м – возвышение подошвы рельса над бровкой земляного полотна у мостов на однопутных линиях I и II категорий,
Полная длина моста:
Фактическое отверстие моста:
где количество пролетов; ширина опоры в фасаде, м; 
строительная высота пролета у опоры, м; Анализ результатов:
1.2.3. Расчеты схемы моста по варианту №3
Отметка подошвы рельса определяется по формуле :
где УВВ- заданный расчетный уровень высокой воды, м; – минимальное нормируемое возвышение низа пролетного строения над УВВ, м, принимаемое в соответствии с указаниями [16, п. 1.23*]; –строительная высота пролетного строения в пролете.
Отметка бровки земляного полотна определяется по формуле:
,
где 0,9 м – возвышение подошвы рельса над бровкой земляного полотна у мостов на однопутных линиях I и II категорий,
Полная длина моста:
Фактическое отверстие моста:
где количество пролетов; ширина опоры в фасаде, м; строительная высота пролета у опоры, м; Анализ результатов:
Проектирование фундаментов опор
Эскизный расчет фундаментов опор по варианту №1
У опоры, находящейся в русле, при присутствии ледохода, отметку ОФ обычно располагают на 0,5 м ниже уровня льда:
Расчет фундамента для промежуточных опор:
Для правильно запроектированной фундаментной части промежуточной опоры должно выполняться условие:
где 
- расчетная вертикальная нагрузка в уровне подошвы плиты ростверка, МН; 
расчетная несущая способность сваи, работающей на сжимающую нагрузку, по грунту, МН; 
количество столбов.
Расчет веса элементов опоры:
· Вес тела опоры:
где 
– удельный вес железобетона; 
– ускорение свободного падения; 
– коэффициент надежности к постоянной нагрузке
· Вес ростверка опоры:
· Вес столбов:
В качестве первоначального варианта принимаем столбы диаметром d=1,5 м и длиной 
м.
где 
=10 – количество столбов;
Расчетная вертикальная нагрузка определяется по формуле:
где: 
коэффициент надежности; 
площадь линии влияния , м2; 
коэффициент надежности, зависящий от длины загружения; 
- нормативная временная эквивалентная нагрузка, 
; 
коэффициент динамической надежности:
Нагрузка, приходящаяся на один столб:
Расчет фундамента для промежуточных опор:
Вывод: при меньшей длине столбов условие прочности выполняться не будет.
1.3.2 Эскизный расчет фундаментов опор по варианту №2
Расчет веса элементов опоры:
· Вес тела опоры:
где – удельный вес железобетона; – ускорение свободного падения; – коэффициент надежности к постоянной нагрузке
· Вес ростверка опоры:
· Вес столбов:
В качестве первоначального варианта принимаем столбы диаметром d=1,5 м и длиной 
м.
где =10 – количество столбов;
Расчетная вертикальная нагрузка определяется по формуле:
где: коэффициент надежности; площадь линии влияния , м2; коэффициент надежности, зависящий от длины загружения; - нормативная временная эквивалентная нагрузка, ; коэффициент динамической надежности:
Нагрузка, приходящаяся на один столб:
Расчет фундамента для промежуточных опор:
Вывод: при меньшей длине столбов условие прочности выполняться не будет.
1.3.3 Эскизный расчет фундаментов опор по варианту №3
Расчет веса элементов опоры:
· Вес тела опоры:
где – удельный вес железобетона; – ускорение свободного падения; – коэффициент надежности к постоянной нагрузке
· Вес ростверка опоры:
· Вес столбов:
В качестве первоначального варианта принимаем столбы диаметром d=1,5 м и длиной м.
где =10 – количество столбов;
Расчетная вертикальная нагрузка определяется по формуле:
где: коэффициент надежности; площадь линии влияния , м2; коэффициент надежности, зависящий от длины загружения; - нормативная временная эквивалентная нагрузка, ; коэффициент динамической надежности:
Нагрузка, приходящаяся на один столб:
Расчет фундамента для промежуточных опор:
Вывод: при меньшей длине столбов условие прочности выполняться не будет.
Технико-экономическое сравнение вариантов железобетонного моста и обоснование рекомендуемого
Для сравнения вариантов составляем ведомости с подсчётами объёмов, стоимостей и трудоёмкостей работ по возведению железобетонного моста по каждому варианту (табл. 1, табл. 2, табл.3), используя методические указания [3]:
Ведомость подсчёта стоимости и трудоёмкости строительства железобетонного моста по варианту № 1 приведена в Табл.1.
Таблица 1.
| Наименование работ и конструктивных элементов | Ед. Изм. | Объем работы | Стоимость, руб. | |
| Единичная | Общая | |||
| 1. Устои 2 шт | ||||
| 1.1 Устройство железобетонных буронабивных столбов с учетом арматуры | м3 | 105.98 | 127.00 | 13458.83 |
| 1.2 Монолитная кладка опор железобетонная (ростверки) | м3 | 90.72 | 86.80 | 7874.50 |
| 1.3 Устройство сборных опор из ж.б. блоков | м3 | 128.66 | 245.10 | 31534.57 |
| Итого по устоям | 325.36 | 458.90 | 52867.89 | |
| 2. Промежуточные опоры | ||||
| 2.1 Погружение ж.б. столбов | м3 | 565.20 | 127.00 | 71780.40 |
| 2.2 Устройство сбор. опор из ж.б. блоков | м3 | 176.25 | 245.10 | 43198.58 |
| 2.3 Монолитная кладка бетона заполнения | м3 | 141.30 | 74.90 | 10583.37 |
| 2.4 Монолитная кладка ж.б. ростверка | м3 | 90.72 | 89.90 | 8155.73 |
| Итого по промежуточным опорам | 973.47 | 536.90 | 133718.08 | |
| 3. Пролетные строения | ||||
| 3.1 Ж.д. пролетные строения (23.6м) 5 шт | м3 | 64.33 | 245.10 | 15767.28 |
| 3.2 Монтаж ПС | пр. стр. | 5.00 | 3430.00 | 17150.00 |
| Итого по мосту | 4670.90 | 219503.25 |
Ведомость подсчёта стоимости и трудоёмкости строительства железобетонного моста по варианту № 2
Таблица 2.
| Наименование работ и конструктивных элементов | Ед. Изм. | Объем работы | Стоимость, руб. | |
| Единичная | Общая | |||
| 1. Устои 2 шт | ||||
| 1.1 Устройство желеобетонных буронабивных столбов с учетом арматуры | м3 | 105.98 | 127.00 | 13458.83 |
| 1.2 Монолитная кладка опор желеобетонная (ростверки) | м3 | 90.72 | 86.80 | 7874.50 |
| 1.3 Устройсво сборных опор из ж.б. блоков | м3 | 128.66 | 245.10 | 31534.57 |
| Итого по устоям | 325.36 | 458.90 | 52867.89 | |
| 2. Промежуточные опоры | ||||
| 2.1 Погружение ж.б. столбов | м3 | 706.50 | 127.00 | 89725.50 |
| 2.2 Устройство сбор. опор из ж.б. блоков | м3 | 203.67 | 245.10 | 49918.36 |
| 2.3 Монолитная кладка бетона заполнения | м3 | 176.63 | 74.90 | 13229.21 |
| 2.4 Монолитная кладка ж.б. ростверка | м3 | 90.72 | 89.90 | 8155.73 |
| Итого по промежуточным опорам | 1177.51 | 536.90 | 161028.80 | |
| 3. Пролетные строения | ||||
| 3.1 Ж.д. пролетные строения (23.6м) 5 шт | м3 | 64.33 | 245.10 | 15767.28 |
| 3.2 Монтаж ПС | пр. стр. | 5.00 | 3430.00 | 17150.00 |
| Итого по мосту | 4670.90 | 246813.97 |
Ведомость подсчёта стоимости и трудоёмкости строительства железобетонного моста по варианту № 3
Таблица 3.
| Наименование работ и конструктивных элементов | Ед. Изм. | Объем работы | Стоимость, руб. | |
| Еденичная | Общая | |||
| 1. Устои 2 шт | ||||
| 1.1 Устройство желеобетонных буронабивных столбов с учетом арматуры | м3 | 105.98 | 127.00 | 13458.83 |
| 1.2 Монолитная кладка опор желеобетонная (ростверки) | м3 | 90.72 | 86.80 | 7874.50 |
| 1.3 Устройсво сборных опор из ж.б. блоков | м3 | 128.66 | 245.10 | 31534.57 |
| Итого по устоям | 325.36 | 458.90 | 52867.89 | |
| 2. Промежуточные опоры | ||||
| 2.1 Погружение ж.б. столбов | м3 | 565.20 | 127.00 | 71780.40 |
| 2.2 Устройство сбор. опор из ж.б. блоков | м3 | 164.50 | 245.10 | 40318.68 |
| 2.3 Монолитная кладка бетона заполнения | м3 | 141.30 | 74.90 | 10583.37 |
| 2.4 Монолитная кладка ж.б. ростверка | м3 | 90.72 | 89.90 | 8155.73 |
| Итого по промежуточным опорам | 961.72 | 536.90 | 130838.17 | |
| 3. Пролетные строения | ||||
| 3.1 Ж.д. пролетные строения (23.6м) 5 шт | м3 | 64.33 | 245.10 | 15767.28 |
| 3.2 Монтаж ПС | пр. стр. | 5.00 | 3430.00 | 17150.00 |
| Итого по мосту | 4670.90 | 216623.34 |
По данным ведомостей составляем таблицу с технико-экономическими показателями вариантов (таблица 4):
Таблица 4.
| Варианты | Длина моста, м. | Строительная стоимость, руб. | Общий расход бетона и железобетона, м3 | |
| моста в целом | на погонный метр моста | |||
| Вариант № 1 | 116,45 | 1884,9 | 1368,1 | |
| Вариант № 2 | 112,3 | 2197,8 | 1572,2 | |
| Вариант № 3 | 109,1 | 1985,5 | 1356,4 |
Для выявления наиболее рациональной схемы моста проводится сравнение вариантов моста по технико-экономическим показателям.
Наиболее выгодным является третий вариант моста, так как строительная стоимость, общий расход бетона и железобетона, меньше чем первого и второго варианта.