Разработка и конструирование железоетонного пролетного строения

Расчет балочного разрезного железобетонного пролетного строения под железнодорожную нагрузку включает в себя расчет главной балки и плиты проезжей части.

Расчет и конструирование железобетонного пролетного строения выполнены на персональном компьютере типа IBM PC, с помощью прикладных программ.

Powers - определение параметров л.вл. и расчетных усилий (M_{i и} Q_i ) в рассматриваемых сечениях.

Расчетная схема и определение нагрузок

а) Расчетная схема:

Расчетную схему разрезного балочного пролетного строения для определения внутренних усилий принимаем в виде равномерно загруженных главных балок, имеющих шарнирное опирание на опоры.

α=0; =1,975 м2; = 257,13.

α=0; =7,9 м2; = 220,03.

α=0.25; =23,404 м2; = 206,24.

α=0.5; =31,205 м2; = 192,45.

Рисунок 2.1 – Расчетная схема и линии влияния

б) Определение нагрузок:

В расчете учтены нормативные постоянные нагрузки на пролетное строение:

· от собственного веса балки пролетного строения

, (2.1)

Р – масса железобетона пролетного строения, Р = 49,2 т ; – полная длина пролетного строения, = 16,5 м ;

· от веса балласта с частями пути

, (2.2)

- осредненная ширина балластной призмы, м; – толщина балластной призмы, м; - удельная плотность балласта, = 20 кН/м³.

· от веса тротуаров с коммуникациями = 5 кН/м ;

· от веса перил = 0,7 кН/м;

· от временной подвижной нагрузки.

Согласно формулам (2.1 – 2.2) нагрузка от собственного веса балки равна:

,

Для расчетов по прочности изгибающий момент и поперечная сила определяются:

, (2.3)

, (2.4)

, (2.5)

, (2.6)

, (2.7)

– временная, равномерно распределенная эквивалентная нагрузка, кН/м ; – площадь линии влияния, м²; - динамический коэффициент ; – коэффициенты надежности .

Для нагрузки М0,5: λ = 15,8 м; α = 0,5; = 192,45 кН/м; = 1,1; = 1,3; = 1,25; ; .	Для нагрузки М0,25: λ = 15,8 м; α = 0,25; = 206,24 кН/м; = 1,1; = 1,3; = 1,25; ; .
Для нагрузки Q0,0: λ = 15,8 м; α = 0; = 220,03 кН/м; = 1,1; = 1,3; = 1,25; ; .	Для нагрузки Q0,25: λ =11,85 м; α = 0; = 235,62 кН/м; = 1,1; = 1,3; = 1,26; ; ; .

Для нагрузки Q_0,5:

λ =7,9 м; α = 0;

= 257,13 кН/м;

= 1,1; = 1,3; = 1,28;

;

.

Таблица 2.1 – Расчетные усилия главной балки.

Наименование внутреннего усилия	Единица измерения	Значение при расчете на прочность
	кН*м
	5307,489
	кН	1878,691
	1936,02

Проверка расчетов усилий в программе Powers_New.

Рисунок 2.2 – Параметры линии влияния и эквивалентной нагрузки

Рисунок 2.3 – Расчетные усилия

Определение геометрических параметров расчетного сечения балки

Расчетная схема

As

As`

b1

hпл

b

Для упрощения расчетов сложное реальное сечение балки (рис. 2.5) заменяется тавровым.

Рисунок 2.5 – Общий вид

главной балки

Расчеты производятся по расчетной схеме представленной на рис.2.6.

Рисунок 2.6 - Расчетная схема

где , - площади поперечного сечения соответственно растянутой и сжатой арматуры;

, - соответственно приведенная толщина и ширина верхней полки;

- рабочая высота сечения главной балки;

- плечо внутренней пары сил;

, - соответственно расстояния от центра тяжести рабочей арматуры до растянутой грани сечения и от центра тяжести сжатой арматуры до сжатой грани сечения;

- расчетная высота балки.

Приведенная толщина верхней полки h_f определяется как

, (2.8)

где А_i – площадь верхней полки с учетом вутов.

.

Расчетная высота балки определяется по формуле

(2.9)

h = 1,9 – 0,5 = 1,4 м.

Рабочая высота сечения балки h₀ определяется как

(2.10)

где а_s - расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до растянутой грани сечения. Для приближенного расчета можно принять а_s =0,20 м.

h₀ = 1,4 – 0,2 = 1,2 м.

2.2.2 Расчет на прочность по нормальным сечениям

Требуемую площадь рабочей арматуры А_s посередине пролета главной балки можно найти из расчетов по прочности на действие изгибающего момента , принимая высоту сжатой зоны бетона х = h_f

, (2.11)

где - расчетное сопротивление растяжению продольной арматуры балки, определяется по [2, табл. 7.16, с 74].

Класс арматуры подбираем в зависимости от температуры наружного воздуха самой холодной пятидневки с вероятностью Р=0,92 t˚= - 54˚С. Так как район проектирования относится к северной строительно-климатической зоне сварка арматуры не допускается. В связи с этим принимаем арматуру класса А400, диаметром d_s = 38 мм, марка стали - 25Г2С.

.

Число стержней рабочей арматуры балки n_s определяется с учетом предварительного назначения её диаметра по выражению

, (2.12)

где - площадь поперечного сечения одного стержня арматуры.

Принимаем Тогда для дальнейших расчетов принимаем

.

Расстановка стержней арматуры главной балки осуществляется в соответствии с [2, п.п.3.119 – 3.123, стр.63 – 64], в виде одиночных стержней. В данном случае, условия размещения стержней можно считать нестесненными и допускается располагать стержни ненапрягаемой арматуры в несколько рядов.

Рисунок 2.7 – Схема размещения арматуры балки

Расстояние до центра рабочей арматуры определяется по выражению

, (2.13)

где – количество стержней арматуры в iом горизонтальном ряду; – расстояние от растянутой грани до центра рассматриваемого горизонтального ряда рабочей арматуры.

.

Корректируем рабочую высоту сечения балки h₀

h₀ = 1,4 – 0,18 = 1,22 м.

Высота сжатой зоны бетона х может быть больше или меньше приведенной высоты балки h_f.

Для прямоугольных сечений высота сжатой зоны определяется по выражению

, (2.14)

где - расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, определяемое по [2, табл. 23, с. 35]; - расчетное сопротивление сжатой арматуры, определяемое по [2, табл. 31, с. 41] для гладкой стержневой арматуры класса А240 (А-I); - площадь сжатой арматуры, количество которой принимаем диаметром d_s = 10 мм.

для бетона класса В40.

Для данного класса бетона применяем марку по морозостойкости F400.

Если граница сжатой зоны проходит в ребре [2, п.3.63, с. 48], высота сжатой зоны бетона определяется

, (2.15)

Высота сжатой зоны для прямоугольного сечения

Для таврового сечения

.

.

При определении высоты сжатой зоны для таврового сечения получили отрицательные значения, следовательно, принимаем границу сжатой зоны в пределах прямоугольного сечения.

Так как 0,153 < 0,18, не учитывается.

Принимаем х = 0,153 м.

Определяем значение относительной высоты сжатой зоны ξ

, (2.16)

Значение определяется по формуле [3, ф-ла 7.18, с. 85]:

	(2.17)
где - для элементов с обычным армированием; – напряжение в арматуре, следует принимать равным для ненапрягаемой арматуры,; - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны и должно приниматься равным 500 МПа.

Тогда

ω=0,85 – 0,008 * 20 = 0,69;

- условие выполняется.

Так как х = 0,153 0,265, то прочность сечения, нормального к продольной оси балки (посередине пролета) определяют из условия

, (2.18)

< 7278,15

– условие выполняется.

Проверка расчетов с помощью MOST.

Рисунок 2.8 – Ввод исходных данных.

Рисунок 2.9 – Схема расположения арматуры балки.

Рисунок 2.10 – Результаты расчета нормальных сечений.

2.2.3 Расчет по прочности по наклонным сечениям

Расчет по прочности по наклонным сечениям производим с помощью программы MOST_RNS.

Несущая способность каждого стержня арматуры определяется

, (2.19)

.

Рисунок 2.11 – Исходные данные для расчета по прочности наклонных сечений.

Рисунок 2.12 – Расположение

рабочей арматуры

Рисунок 2.13 – Распределение отгибов арматуры.

Рисунок 2.14 – Результаты расчетов.

Рисунок 2.15 – Исходные данные для расчета по прочности наклонных сечений.

Рисунок 2.16 – Распределение отгибов арматуры.

Рисунок 2.17 – Результаты расчетов.

Конструирование

2.3.1 Определение требуемой длины сетки

Длину сетки принимаем 3 м.

Тогда

, (2.21)

где – количество сеток; - длина сетки.

Принимаем количество сеток Пересчитываем длину сетки

.

Распределение отгибов главной балки построено по рисунку 2.13.

2.3.2 Формирование сеток

1) Сетка верхняя СВ

Количество стержней рабочей арматуры должно находиться в пределах

ст./пог.м.

Первоночально принимаем n_s^р.а.=10 ст./пог.м.

n_ш=2,75*10=28 ст.

Шаг стержней

l’_ст = 2,75/28 = 0,098 м.

Рисунок 2.18 – сетка верхняя.

1) Сетка нижняя - СН1 и СН2

,

l’_ст = 2,75/14 = 0,196 м.

Рисунок 2.19 – а)сетка нижняя 1; б) сетка нижняя 2.

3) Сетки бортика, вута - СБВ и СВТ:

,

l’_ст = 2,75/7 = 0,393 м.

Рисунок 2.20 – а) сетка вута; б) сетка бортика.

Заключение

В данной курсовой работе были запроектированы два варианта моста, с учеток климатических особенностей региона проектирования. Так же в зависимости от геологических условий были подобраны опоры моста. Произведены расчеты по проверке на прочность, трещиностойкость, выносливость пролетных строений с применением специализированных программ. Приведены основные конструктивные особенности пролетных строений.

Список литературы

1. Боровик, Г.М. Проектирование железобетонного железнодорожного моста : метод. пособие / Г.М. Боровик. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2002.- 80 с.

2. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы / Госстрой России. – М.: ГП ЦПП, 2011. - 236 c.

3. Указания по устройству и конструкции мостового полотна на железнодорожных мостах / ЦП МПС. – М.:Транспорт, 1989. – 120 с.

4. Смышляев, Б.Н. Особенности проектирования искусственных сооружений в суровых условиях дальневосточного региона : Учеб. пособие. / Б.Н. Смышляев, Г.М. Боровик. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2008. – 89 с.

5. СНиП 23-01-99. Строительная климатология / Госстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1999. - 214 c.

6. СНиП 2.02.04-88. – Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах / / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП, 1990. - 56 c.