616

624.2 П791

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МОСТОВ. СОСТАВЛЕНИЕ И СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ

Методические указания к курсовому проектированию

НОВОСИБИРСК 2010

1.ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Студенты, обучающиеся по специальности «Мосты и транспортныетоннели»,согласноучебномуплануизучаютподисциплине «Проектированиемостов» раздел «Металлические мосты»,

свыполнением курсового проекта по проектированию моста с металлическими пролетными строениями.

Выполнение курсового проекта металлического моста способствует закреплению у студента теоретических знаний, приобретениюпрактическихинженерныхнавыковиразвитиютворческих способностей будущего специалиста. Настоящие методические указания ориентируют студента на проектирование металлических железнодорожных мостов с пролетными строениями со сплошными балками и решетчатыми фермами. В порядке выполнения учебно-исследовательских (УИРС) или науч- но-исследовательских (НИРС) работ студент может принять дляпроектированиямостыдругих,болеесложных,систем(арочных,рамныхидр.),втомчислеподавтодорожнуюнагрузку,или особыеусловия эксплуатации:районыс вечномерзлымгрунтом,

свысокой сейсмичностью и т.п. В этих случаях тема, содержание и объем проекта должны быть согласованы и утверждены преподавателем.

Студенты заочной формы обучения выполняют проект самостоятельно, строго по исходным данным, принятым в соответствии с учебным шифром (номером зачетной книжки) студента (прил. А, Б). Проект должен содержать все разделы, приведенные ниже.

Зачтенный курсовой проект студент защищает во время зачетной недели или экзаменационной сессии (студенты-заочни- ки).

3

Ряд указаний, приведенных для проектирования металлического моста, сохраняет свою силу и при проектировании других типов мостов. Поэтому настоящие указания студент может использовать при изучении дисциплин по мостам вплоть до работы над дипломным проектом.

2.СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА

Проект состоит из пояснительной записки с расчетами и чертежей. Пояснительная записка содержит следующие главы:

1.Анализ исходных данных и местных условий.

2.Составление и сравнение вариантов моста с выбором решения.

3.Расчет проезжей части решетчатого пролетного строения (расчет продольной и поперечной балок и их сопряжений).

4.Расчет главных ферм и продольных связей между ними.

5.Конструирование элементов моста.

Объем пояснительной записки должен быть в пределах 50– 60 с. Развернутое содержание пояснительной записки к вариантам и расчетам приведено ниже по тексту методических указаний. Графическая часть курсового проекта (варианты моста, конструкцияпроезжейчастииконструкцияузловглавныхферм) выполняется на трех листах формата А1.

Правила оформления пояснительной записки и графической части проекта такие же, как и предшествующих проектов мостов, идолжны соответствовать требованиямстандарта предприятия [1].

Расчет каждого элемента моста должен содержать расчетную схему элемента, действующие на него нагрузки, определениеусилий всеченияхэлемента ипроверочныерасчеты.Буквенные обозначения величин должны соответствовать обозначениям, принятым в СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы [2]. Врасчете приводят наименование вычисляемой величины или расчетной проверки, формулу в буквенном виде, при необходимости расшифровкувходящихвформулувеличин,подстановкучисленных значений букв в формулу и результат. При этом следует строго соблюдать одну и ту же размерность подставляемых в формулы величин.

4

Пример записи расчета.

Коэффициент асимметрии цикла напряжений для продольной балки проезжей части определяется по формуле

где g1 = 6,0 кН/м – нагрузка от собственного веса продольной балки; g2 = 12,7 кН/м – нагрузка от собственного веса мостового полотна; =0,85–коэффициент,исключающийвлияниетяжелых транспортеров; (1 + 2/3 ) = 1,293 – динамический коэффициент для расчетов на выносливость; v 110,5 = 179,76 кН/м – эквивалентная вертикальная равномерно распределенная нагрузка от подвижного состава класса С12.

Согласно(2.1) получим

6,0 12,7 0,85 1,293 179,76

Результаты вычислений записывают с точностью до трех значащихцифр.

Вслучае использования средств вычислительной техники

иразличных программ для построения линий влияния, определения внутренних усилий и выполнения расчетных проверок следует иметь в виду, что для одного элемента проезжей части, главных ферм и продольных связей все эти операции должны быть выполнены вручную, с подробными пояснениями.

Не рекомендуется в пояснительной записке и расчетах приводить текст, переписанный из методических указаний

иучебников.

Вчистовой текст расчета вносят только окончательно принятые сечения элементов и их расчетные проверки. Все промежуточные расчеты по подбору сечений в чистовой текст расчета не записывают.

Листыпояснительнойзаписки, атакжечертежидолжныбыть сброшюрованыипронумерованы.

5

3.СОСТАВЛЕНИЕ ВАРИАНТОВ МОСТА С ВЫБОРОМ РЕШЕНИЯ

3.1.Исходные данные, содержание и объем работы по составлениювариантов

Взадании на курсовой проект указывается назначениемоста, класс расчетной временной нагрузки, отверстие моста, класс внутреннего водного пути, основные расчетные уровни воды, ледохода и ледостава, толщина льда, географическое место расположения моста, данные о размывах дна, состав и объем работы, сроки выполнения. К заданию прилагается (для студентов дневной формы обучения) профиль перехода с геологическим разрезом по оси моста. Задание выдается, как правило, на проектирование металлического моста под однопутную железную дорогу через судоходную рекуна прямом и горизонтальном участке.

По заданному классу водного пути определяют размеры подмостовых габаритов. По уровням воды, ледохода и ледостава определяется положение моста (отметка низа конструкций, верха опор, обреза фундаментов и т. п.).

Заданное отверстие моста разбивается на пролеты в соответствии с требованиями подмостовых габаритов [3] и обеспечения беззаторного пропуска льда. Данные о подмостовых габаритах приведены в прил. Б. Отверстие моста измеряется в свету между опорами на уровне высоких вод (УВВ) с учетом стеснения русла конусами подходных насыпей или регуляционных дамб. Заложение фундаментов опор определяется геологическими условиями с учетом общего размыва дна в отверстии моста, вызываемогостеснениемрекиподходныминасыпями, иместного размыва у опор моста, являющегося следствием локального изменения кинематической структуры потока при обтекании опор.

Сведения о расчете упомянутых, а также о других видах размывов (местный размыв у голов струенаправляющих дамб, сосредоточенный размыв) приведены в учебном пособии [4].

Припроектированиивариантовнеобходимовыполнитьследующие расчетные и графические работы. В расчетах по вариантам определяются размеры тела опор, фундаментов, число свай или оболочек, объемы и стоимость работ. По каждому варианту

6

в табличной форме приводится перечень конструкций и работ с указанием объемов и стоимости. Расчеты по вариантам иллюстрируются рисунками, схемами, чертежами. Объем этой работы,выполняемойвкарандашеилисредствамимашиннойграфики, составляет 10–15 с.

Вреальном проектировании, в зависимости от местных условийиданныхзадания,числоразрабатываемыхвариантовможет быть значительным, нередко более 8–10. В курсовом проекте разрешается ограничиваться составлением трех вариантов, вычерчиваемых на листе форматной чертежной бумаги. На листе приводятся таблицы с объемами и стоимостью работ по вариантам.

По окончании расчетных и графических работ составляется пояснительная записка к вариантам объемом 15–20 с. В нее входят: введение с кратким содержанием основных задач в области проектирования и строительства металлических мостов, основные сведения по заданию на курсовой проект, анализ исходных данных, краткое описание каждого варианта, сравнение вариантов с приведением их основных показателей и выбор решения.

При описании вариантов приводятся данные о схеме моста, его разбивке на пролеты, о величине фактического отверстия, о конструкциях фундаментов и тела опор, пролетных строениях в судоходной и несудоходной частях отверстия, об объемах и стоимости работ. Завершает пояснительную записку сравнение вариантов и выборрешения. Вэтом разделев таблице приводятсясводныеданныеорасходахматериалов, об общейи приведеннойстоимости,атакжехарактеристикивариантовиобоснование выбора решения.

По окончании работы студенты дневной формы обучения предъявляют варианты и пояснительную запискуруководителю проектирования, который утверждаетпринятоерешениеивыдает задание на расчет и конструирование элементов моста.

3.2.Цели и задачи проектирования вариантов моста

Курсовой проект, как основной вид самостоятельной работы студентов, занимает важное место при изучении курса мостов. Первую часть курсового проекта составляют варианты моста. Метод составления и исследования вариантов был предложен в

7

1909 г. академиком Г.П. Передерием. Этот метод предполагает применение с критическим и творческим осмыслением ранее полученных знаний, сопоставление ряда решений с последующим выбором окончательного варианта сооружения. Метод вариантногопроектированияпрошелиспытаниевременем,онобогатился современными методическими разработками, учитывающими достижения в области мостостроения.

При составлении вариантов и выборе решения следует иметь в виду, что наиболее целесообразным будет то сооружение, которое удовлетворяет требованиям экологии, потребностям дороги по грузоподъемности, безопасности движения, имеет наименьшую стоимость и расход материалов, срок ввода в

эксплуатацию и отвечает современным архитектурным требованиям. Схемы мостов должны составляться с соблюдением требований нормативных документов. Конструкции пролетных строений,фундаментовителаопордолжнывыбиратьсясучетом современных достижений в области мостостроения. При этом необходимо, чтобы расход материалов, их первоначальная стоимость, а также расходы по эксплуатации сооружения в течение всего срока службы были минимальными. Принимаемые к рассмотрению схемы моста должны обеспечивать пропуск паводковых вод, ледохода, а также удовлетворять требованиям судоходства.

Задачи составления и выбора вариантов моста с учетом приведенных требований достаточно сложны. Каждый из вариантов, отличающихся друг от друга числом и размерами пролетов, числом опор, конструкцией опор ипролетныхстроений ипо другим показателям, претендует на то, чтобы быть принятым. Это возможно в том случае, если изменение параметров и показателей в вариантах проводится с определенным замыслом: последующиеварианты имеют некоторые основныепоказатели, лучшие по сравнению с предыдущими. Например, наименьший расход металла будет иметь вариант моста, у которого в судоходнойчасти отверстиявсегодва пролета, минимальноудовлетворяющие судоходным требованиям, а остальная часть отверстияперекрыта пролетнымистроениями снебольшими пролетами. У этого варианта могут оказаться наименьшими и другие показатели, например, строительная стоимость, но у него есть

8

определенные недостатки. Большое число опор приведет к увеличению срока строительства, в особенности в районах с суровым климатом. Проход льда будет затруднен, минимальными окажутся возможности для пропуска судов и плотов.

Вдругом варианте можно, например, увеличить количество судоходных пролетов (если это позволяет главное русло) и размеры пролетов в несудоходной части отверстия, тогда это решение будет лучше по сравнению с предыдущим по условиям пропуска льда,судов иплотов, меньшебудеттрудоемких промежуточных опор. Однако в этом варианте в связи с увеличением размеровпролетных строенийувеличится расходдорогостоящего металла.

Аналогичным образом следует поступать при составлении и другихвариантов.Укаждоговариантабудутодинилинесколько лучшихпоказателейпосравнениюсдругимивариантами,именно поэтому он будет претендовать на то, чтобы быть принятым. Сопоставляя варианты, выбирают один из них, имеющий наибольшее число лучших показателей и меньше недостатков.

Вчислозадач, решаемыхприсоставлениивариантов,входят: 1. Разбивка отверстия моста на пролеты.

2. Выбор конструкций фундаментов, тела опор и пролетных

строений.

3.Определение размеров, видов и объема работ по опорам и пролетным строениям.

4.Определение стоимости моста по каждому варианту.

5.Сравнение вариантов и выбор решения.

В последующих разделах показываются пути решения этих задач.

3.3.Разбивка отверстия моста на пролеты

При проектировании мостовых переходов через реки для обоснованногоназначенияотверстиямостасоставляютнесколько вариантов размеров и размещения отверстий [5]. В каждом варианте производят расчет отверстия с определением коэффициента общего размыва. На основе сравнения принимают вариант, удовлетворяющий основным требованиям по безопасному пропуску высоких вод, наносов и льда, по соблюдению условий беспрепятственного движения судов и плотов, по обеспечению

9

минимальных затрат средств на сооружение мостового перехода и на его последующую эксплуатацию.

Вкурсовом проектеварьированиепоразмерами размещению отверстий не делается. В задании указывается отверстие моста и соответствующий емурасчетный коэффициент общего размыва. Возможные отклонения от заданной величины отверстия разрешается принимать в пределах от минус 3 до плюс 5 %. При таких отклонениях можно не учитывать изменение коэффициента общего размыва.

Отверстие моста в общем случае состоит из двух частей: судоходной и несудоходной. Каждая из этих частей при составлении вариантов подлежит разбивке на пролеты. Рассмотрим сначала положения, определяющие разбивкуна пролеты в судоходной части отверстия в соответствии с ГОСТ 26775-97.

Для судоходной реки нормы требуют размещения в главном русле не менее двух судоходных пролетов: одного основного (низового), другого смежного (взводного) направления движения. На реках принятоправопутноедвижение, поэтому, глядяна мост с верховой стороны (вниз по течению), справа следует разместить пролет низового, а слева — взводного направления движения.

Размещение судоходных пролетов зависит от положения судовых ходов по реке. Если положение судовых ходов не указывается, то необходимо размещать судоходные пролеты на самой глубокой части главного русла при меженном уровне воды. В этом случае будет обеспечено судоходство на всю навигацию.

Наиболее высокое положение подмостовых габаритов соответствует расчетному судоходному уровню (РСУ). Оно определяет отметки низа конструкций пролетных строений (НК), перекрывающих судоходные пролеты, отметкуподошвы рельса (ПР) на мосту, отметку бровки земляного полотна подходов (БЗП) и др. Гарантированная глубина судового хода (прил. Б) должна бытьобеспеченаповсейширинеподмостовогогабарита(рис. 3.1).

Пролетные строения со сквозными главными фермами с ездойпонизуимеютменьшую строительнуювысотупосравнению спролетнымистроениямисосплошнымиглавнымибалкамиили сквозными главнымифермами сездойповерху.Поэтомувцелях уменьшения высоты насыпи на подходах к мосту для перекры-

10