Проектирование моста на автомобильной дороге

Министерство  образования и науки РФ

Уральский государственный  лесотехнический университет

 

 

 

 

Кафедра: СМ и ТМ

 

Курсовая работа №1 по

Мосты, транспортные сооружения и  путепроводы

«Проектирование моста на автомобильной дороге»

 

 

 

 

 

 

 

Преподаватель: Салахутдинов Ш.А.

выполнил: Хлыбов В.А.

Шифр 91103

курс 5

специальность 270205

срок обучения 6 лет

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2013 г

1. Определение отметки  расчетного уровня высоких вод.

 

Определение отметок расчетных  уровней производят по кривой расходов Q = f(H).

Формула Шези – Маннинга

   (1)

где  площадь живого сечения водотока, ;

v – средняя скорость по живому сечению водотока, м/с;

 средняя глубина  потока, м;

В – ширина сечения по уровню воды, м;

i – продольный уклон водотока;

n – коэффициент шероховатости.

 

Поскольку коэффициент шероховатости  для русла и пойм различные, определение  расхода для паводковых уровней  ведется раздельно.

  (2)

где   – бытовой расход по руслу;

 – бытовой расход по правой  пойме;

 – бытовой расход по  левой пойме;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет параметров для  построения кривой расходов в створе реки.

Таблица 1

расчетный

 

Рис. 1 Кривая расхода Q = f(H)

2. Расчет общего размыва и назначение отверстия моста.

 

Через реку с расчетным  расходом проектируется автомобильный мост. Грунт верхнего слоя в подмостовом русле – суглинок с коэффициентом пористости е = 1,05, показателем текучести , удельным сцеплением (прил. 4). Мощность слоя по скважине С – 3 – 1,8 м. Ниже расположен слой дресвяно – щебенистый грунт . Далее идет известняк, трещиновидный прогний. Ширина бытового русла . Дорога IV категории.

При отметке расчетного уровня высоких вод 114,55 м, ширина и площадь  сечения левой поймы равны  соответственно , ; правой поймы - , .

Поскольку расходы на поймах при расчетном уровне воды отличаются довольно значительно, отверстие моста  следует сместить в сторону правой поймы, т.к. по ней проходит в 6 раз  больше воды чем в левой пойме.

Расчет производим попытками.

Определим в первом приближении  ширину подмостового русла по формуле

    (3)

где х –  принимают равным 0,6 для несвязных грунтов и 0,5 – для связных;

Q – расчетный паводковый расход нормативной вероятности превышения, .

 

Определяем ширину подмостового русла между конусами по уровню высоких вод, должна быть не менее

 

где  åВ_оп — суммарная ширина промежуточных опор (ориентировочно 0,05В_м), м;

åВ_укр — ширина укреплений подошв конусов (2–3 м);

h_пк — глубины воды у подошв конусов при РУВВ, м;

m — коэффициент крутизны откосов конусов.

С учетом размеров на рис. 2.

 

Для расчета общего размыва  принимаем В_мр = 24 м.

Площадь подмостового сечения до размыва, средняя глубина и средний удельный расход соответственно будут равны:

w_мдр = 48,38 м²;

;

;

средняя скорость потока под  мостом .

Определяем расчетное  удельное сцепление

     (5)

где – удельное сцепление (кПа) приложение 4;

 – коэффициент надежности  по грунту, 2,0.

 

Определяем неразмывающую скорость при Н = 1 м и по формулам

     (6)

где - неразмывающая скорость для связного грунта, м/с;

Н – средняя глубина.

     (7)

где – коэффициент, принимаемый при движении донных наносов, равный 1,16 и 1,0 при отсутствии движения наносов.

 

 

По значению из табл. 3 (Проектирование мостов на автомобильной дороге) интерполяцией находим и у = 0,71.

Неразмывающая скорость потока при средней глубине Н_др = 2,02 м будет равна

 

Следовательно поток несет наносы.

Находим по формуле (8) среднюю  глубину потока после размыва  и средний коэффициент общего размыва

 

где  q_ср — среднее значение удельного расхода воды под мостом, м²/с, т. е. q_ср = Q/в_м;

V₁ — величина скорости динамического равновесия при Н = 1;

β – коэффициент, принимаемый  для вероятности превышения расхода (ВП) 1% - 1,00, 2% - 0,97, 3% - 0,94;

 — показатель степени.

 

Определяем коэффициент  общего размыва

 

Средний коэффициент общего размыва не выходит за пределы  рекомендуемых значений.

Глубины подмостового русла на вертикалях определяем по формуле (9).

 

где – удельный расход на промерной вертикали, /с, определяемый формулой

 

где  Q — расчетный расход воды, м³/с;

В_м — ширина подмостового русла, м;

h_{др, i} — глубина на данной вертикали до размыва при расчетном  уровне воды, м;

Н_др — средняя глубина под мостом до размыва при расчетном уровне, м.

Так, для вертикали с бытовой отметкой дна 111,45 м и глубиной русла = 3,1 м (114,55 – 111,45 = 3,1 м) удельный расход на вертикали по формуле (10) будет равен

 

Фактическая скорость

 

Глубина на вертикали после  размыва

 

а общий размыв на вертикали

 

Гарантийный запас в этой точке будет равен

 

Поскольку мощность слоя суглинка на вертикали составляет 1,8 м, то фактический  запас над нижним слоем дресвяно – щебенистого грунта (более слабого  по условиям размыва) равен 1,8 – 0,7 = 1,1 м  > 0,46 м. Устойчивость грунта обеспечена.

Аналогично определяем глубины  после размыва на других вертикалях подмостового русла.

Результаты расчетов по всем вертикалям представлены в сводной табл. 2 параметров расчета общего размыва.

 

Таблица 2.

Сводная таблица  параметров расчета общего размыва.

Номер вертикали	м   м м/с Общий размыв
1	0,15	0,03	0,18	0,11	0,26	-0,04
2	1,32	1,03	0,78	1,39	0,74	0,07
3	2,45	2,87	1,17	2,89	1,00	0,44
4	3,10	4,25	1,37	3,81	1,12	0,71
5	2,20	2,40	1,09	2,54	0,95	0,34
6	1,20	0,87	0,73	1,24	0,71	0,04
7	0,80	0,44	0,56	0,77	0,58	-0,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Проектирование схемы  моста.

3.1 Общие сведения.

 

Подходы проектируют исходя из самых неблагоприятных условий  их работы с учетом подпора воды и набега волн с верховой стороны. Минимальную отметку Н_min подтопляемых насыпей определяют по формуле

 

 

где  H_p% — отметка расчетного уровня высоких вод;

∆Z_н — наибольший подпор воды с верхней стороны насыпи, м;

h_наб — высота набега волны на откос насыпи, м;

∆_зап — конструктивный запас, равный 0,5 м.

 

Величина максимального подпора воды перед мостом ∆Z определяем по приближенной формуле

 

,   (12)

 

где  V_м — средняя скорость воды под мостом, м/с;

η — коэффициент, зависящий от типа реки, процента расчетного расхода, пропускаемого поймами, и отношения между скоростью воды в русле V_р и на пойме V_п в бытовых условиях, приведенный в табл. 6 (методичка) принимаем η = 0,05.

 

 

Наибольший подпор ∆Z_н у насыпи определяют по формуле

∆Z_н = i_б· l₀ + ∆Z   (13)

где  l₀ — расстояние от моста до створа предмостового подпора (по А. М. Латышенкову) l₀ = (2 – 2,5)L_М;

i_б — бытовой уклон водной поверхности реки.

 

 

 

Определяем высоту набега волны h_наб по формуле

 

где  h_в — высота волны (приближенно h_в = 0,2h_п), м;

К_ш — коэффициент, характеризующий шероховатость откоса насыпи, равный 1 для бетонных укреплений, 0,9 — для мощения и одерновки, 0,75 — для каменной наброски;

m — крутизна откоса насыпи (m = 1,15);

h_п — средняя глубина воды на пойме при расчетном уровне высоких вод, м.

 

 

 

3.2 Разбивка моста на пролеты.

 

В первом приближении определяем положение осей береговых опор. Расстояние L_м между конусами насыпей подхода по расчетному уровню высоких вод (РУВВ) следует назначать не меньше величины, определяемой по формуле

 

   

где  åВ_оп — суммарная ширина промежуточных опор (ориентировочно 0,05В_м), м;

åВ_укр — ширина укреплений подошв конусов (2–3 м);

h_пк — глубины воды у подошв конусов при РУВВ, м;

m — коэффициент крутизны откосов конусов.

 

 

 

Т.к. поймы резко отличаются по площади сечения и форме  профиля, положение подошв конусов располагаем пропорционально площади сечения пойменных участков водотока. Смещение конусов производим в сторону правой поймы.

 

Вписываем типовые опоры  длиной 6, 18 и 12 м, при этом корректируем положение крайней правой опоры смещением вправо на 0,9 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет опоры.

4.1. Определение нагрузок  на опору.

 

Габарит Г – 8 + 2 * 1,5, марка  опоры 10П 100 – 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем коэффициент  поперечной установки:

 

где – ординаты линии влияния под сосредоточенными силами Р/2.

 

Расчет усилия, действующего на крайнюю сваю от временных нагрузок.

,

 

где  Р_i — расчетные значения осевой нагрузки транспортных средств (тележки АК или НК–80) с учетом коэффициента поперечной установки, кН;

ν_i — расчетные значения равномерно распределенной нагрузки АК с учетом коэффициента поперечной установки (К_пу) и коэффициента S₁, учитывающего воздействие нагрузки со всех полос движения кроме основной, кН/м;

q_т — расчетная линейная нагрузка от воздействия пешеходов, кН/м;

у_i — ординаты линии влияния V₁ под осями тележки;

ω₁ и ω₂ — площади линии влияния V₁ на смежных пролетах, м.

Нагрузку от пешеходов  q_т, кН/м, принимают в виде равномерно распределенной по длине пролетов

q_т = р_тТγу_с,

где  р_т — нормативная временная нагрузка на тротуары мостов (при учете совместно с другими действующими нагрузками), определяемая по формуле р_т = 3,92 – 0,0196λ, кПа, но не менее 1,96 кПа;

Т — ширина тротуара, 1,5 м;

γ — коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2;

у_с — ордината линии влияния V₁ под серединой тротуара.

 

 

 

Расчетные значения осевых нагрузок АК и НК–80 определяют с учетом требований п. 6, 14 СП  35.13330.2011  (для тележек АК η = 1 и S = 1) по формуле

 

,

 

где  Р_n — нормативное значение осевой нагрузки АК, кН;

γ_fp — коэффициент надежности по нагрузке для тележки, принимаемый интерполяцией в зависимости от длины загружения линии влияния λ (γ_fp = 1,5 – 0,01λ);

(1+μ) — динамический коэффициент, принимаемый для автодорожных мостов равным , но не менее 1.

 

 

 

Для нагрузки АК

 

Для нагрузки НК–80  (1+μ) = 1,1 при λ ≥ 5 м, а γ_fp = 1.

 

Расчетная равномерно распределенная нагрузка АК находится по формуле 

ν = ν_nγ_fv(1 + μ)К_пу * S,

где ν_n — нормативное значение, равное для класса 11 10,8 кН/м.

 

Расчет усилия, действующего на крайнюю сваю от временных нагрузок АК:

 

Расчет усилия, действующего на крайнюю сваю от временных нагрузок НК – 80:

 

Усилие от воздействия  нагрузки собственного веса пролетных  строений (ПС) на опору определяется по линии влияния V₁.

V_1пс = q_{1, пс}ω₁ + q_{2, пс}ω₂

где

 

Для дальнейших расчетов принимаем .

Определяем собственный  вес опоры 

 

 

;

 

 

 

 

Расчетное сжимающее усилие в крайней свае N_св определяем суммированием полученных значений усилий от постоянной и временной нагрузок для каждого из трех вариантов.

,

где  V_пс — усилие, приходящееся на опору от веса смежных пролетных строений, кН;

G_оп — вес опоры, кН;

V_{1, вр} — усилие в крайней свае (или паре свай) вызванное воздействием временных нагрузок, кН;