МЕТОДИКИ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВСиУ
6.1. Временные причалы и шпунтовые ограждения
Временные причалы и шпунтовые ограждения котлованов (примеры конструкций приведены в [4]) в расчетном отношении представляют собой тонкие подпорные стенки (больверки) – конструкции, предназначенные для поддержания отвесного профиля ограждения грунтового массива [23]. Главным геометрическим параметром подпорной стенки является ее свободная высота – разность отметок поверхности грунта (засыпки) с двух сторон стенки.
Важнейшим классификационным признаком тонких подпорных стенок является наличие анкерных устройств или распорных креплений. Стенки, не имеющие таких устройств, называются безанкерными, а имеющие их – заанкерованными (с одним, двумя и т.д. ярусами распорных креплений).
Прочность тонких подпорных стенок обеспечивается сопротивлением изгибу, а устойчивость в большинстве случаев – сопротивлением выпору грунта основания. Причем, чем больше соотношение глубины погружения шпунта ниже дна котлована (реки) и свободной длины стенки, тем она устойчивее.
В связи с этим расчет стенок причалов и шпунтовых ограждений котлованов производят на всех стадиях работы сооружения последовательно: вначале расчетом на устойчивость положения шпунтовой стенки определяют необходимое заглубление шпунта, а затем проверяют прочность по материалу конструкции. Кроме того в песчаных и супесчаных грунтах при откачке воды из котлована шпунтовые ограждения рассчитывают на устойчивость дна котлована против выпучивания и фильтрационного выпора (здесь не рассматриваем).
|
|
Минимальную глубину погружения шпунта (считая от дна реки, котлована, отметки местного размыва или дноуглубления) по условию обеспечения устойчивости стенки против опрокидывания определяют из условия:
Mu £ m Mz / gn, (6.1)
где Mu – расчетный момент опрокидывающих сил; Mz – расчетный момент удерживающих сил; m – коэффициент условий работы, для слабых грунтов принимаемый равным 0,95; gn – коэффициент надежности по назначению, принимаемый в случае местности, покрытой водой, равным 1,1.
|
|
Независимо от результатов расчетов по любой из приведенных ниже схем глубину погружения шпунта следует принимать в текучих и текучепластичных глинах, сугниках, супесях, водонасыщенных илах, пылеватых и мелких песках – не менее 2 м, а в остальных случаях – не менее 1 м.
При статическом расчете стенки наиболее важным вопросом является определение внешних нагрузок. На стенки действуют в горизонтальном поперечном направлении распорное (активное) давление грунта, гидростатический подпор воды и распор от вертикальных нагрузок, приложенных к поверхности засыпки грунта за стенкой. Устойчивость стенки против выпора обеспечивается отпорным (пассивным) давлением грунта на ее участок, заглубленный в основание. Напряженное состояние тонкостенной конструкции (оболочки) зависит от ее геометрии, соотношения жесткостных характеристик стенки и грунтовой среды, степени податливости закреплений и других факторов.
В связи с тем, что контактное давление грунта на гибкие стенки является функцией их прогибов, построение эпюр активного и пассивного давления представляет собой весьма сложную задачу даже в простейшем случае однородного грунта. Имеющиеся строгие аналитические решения ограниченно пригодны в решении инженерных задач.
|
|
В современных условиях достаточно высокую точность обеспечивает численное моделирование геотехнических задач на компьютере. Но моделирование связано с применением сложных, дорогостоящих программ, требует значительных затрат труда и времени.
В расчетах СВСиУ распространена приближенная методика построения эпюр давления грунта на стенку, не учитывающая в полной мере специфики взаимодействия грунта и сооружения, но простая и дающая удовлетворительную для практики точность. Ниже рассмотрим особенности этой методики (см. [7], [12], [23]).
Методика основана на допущении при построении эпюр распорного и отпорного давления грунта классической теории Кулона с введением поправочных коэффициентов к расчетным параметрам.
|
|
Интенсивность активного давления грунта (на единицу площади стенки) в любой точке, отстоящей на расстоянии у от поверности засыпки за шпунтом, определяется по линейной зависимости (рис. 6.1)
pa = (q + g y) lа – 2 c , (6.2)
где q – интенсивность равномерно распределенной нагрузки на поверхности засыпки; g – объемный вес грунта; lа – коэффициент активного давления, который при горизонтальной поверхности засыпки, вертикальной стенке и отсутствии трения грунта о стенку определяется по формуле
lа = tg2 (45°– j/2), (6.3)
где j – угол внутреннего трения грунта; c – удельное сцепление.
Равномерно распределенную нагрузку q от веса покрытия строительной площадки и складируемых строительных материалов принимают по предполагаемым их проектным размерам, но не менее 10 кН/м2.
Из формул (6.2)–(6.3) видно, что при напластованиях грунтов с различными показателями g, j и c кулоновская эпюра активного давления очерчивается, как и при однородном грунте, прямыми линиями, но в местах перехода от песков (с=0) к глинам (с¹0) и наоборот она имеет скачкообразные переходы. А при различных g и j меняется наклон эпюры к вертикали (рис. 6.2, а). Построение эпюры активного давления однородного грунта в виде суглинка или глины (с¹0) показано на рис. 6.3.
Для приближенных расчетов допускается нормативные характеристики грунтов принимать по таблицам прил. 2.
При построении эпюр давлений допускается разнородные грунты, различающиеся значениями каждой из характеристик не более, чем на 20%, рассматривать как однородный грунт со средневзвешенными значениями характеристик
gср = Sgi hi / Shi; jср = Sji hi / Shi; сср = Sс i hi / Shi, (6.4)
где gi, ji, сi – значения соответствующих характеристик для i-го слоя грунта толщиной hi.
Если песок или супесь расположены ниже поверхности воды, то давление на ограждение следует определять, суммируя гидростатическое давление и активное либо пассивное давление грунта. Удельный вес грунта во взвешенном состоянии определяют по формуле
gвзв = (g0 – gв) / (1 + e), (6.5)
где g0 – удельный вес грунта, принимаемый в среднем 27 кН/м2; gв = 10 кН/м2 – удельный вес воды; e – коэффициент пористости грунта.
Ординаты эпюры пассивного давления грунта на единицу площади стенки в любой точке, отстоящей на расстоянии у1 от поверхности грунта в котловане или дна реки, определяется по линейной зависимости (рис. 6.4, а)
pп = g y1 lп + 2 c , (6.6)
где lп – коэффициент пассивного давления, который при тех же условиях, что и для активного давления определяется по формуле
lп = tg2 (45°+ j/2). (6.7)
Построение эпюры пассивного давления однородного связного грунта (суглинка или глины) при с¹0 показано на рис. 6.4, б.
Кроме рассмотренных нагрузок в общем случае может действовать вертикальная временная нагрузка на призме обрушения от кранов, копров и транспортных средств.
Нагрузка от автотранспорта, проходящего по дороге, расположенной вдоль стенки, принимается в виде полосовой нагрузки р (рис. 6.5, а). При расстоянии b между краем котлована и бровкой дороги 2–3 м и весе машин до 250 кН р=20 кПа. При b > 3 м р=10 кПа. При весе машин до 300 кН значения р увеличиваются в 1,2 раза; при весе до 450 кН – в 1,9 раза и при весе 600 кН – в 2,5 раза.
Нагрузка от гусеничных и колесных кранов, работающих в непосредственной близости от котлована, принимается в виде полосовой нагрузки р шириной 1,5 м (рис. 6.5, б). Значения р принимают равным 30 кПа при рабочем весе (вес крана и максимального груза) до 100 кН; 60 кПа при рабочем весе 300 кН и 120 кПа при рабочем весе 700 кН (промежуточные значения по интерполяции.
Распределение давления от указанных временных нагрузок по стенке принимают согласно схеме на рис. 6.3, в. Значение давления равно:
qаi = qi lа. (6.8)
Расчетные давления грунта получают умножением нормативных давлений на коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые для активного давления грунта gf = 1,2, а для пассивного gf = 0,8.
Приближенный расчет стенки на основе теории Кулона возможен различными методами. Наиболее часто применяют два метода – аналитический и графоаналитический. Ниже рассмотрим оба метода расчета для безанкерной стенки и стенки с одним ярусом креплений.
Безанкерные стенки. Стенка представляется статически определимой балкой, имеющей опору в основании и находящейся в статическом равновесии за счет уравновешенности активного и пассивного давления грунта. Задача расчета состоит в определении глубины t погружения шпунта и поперечного сечения шпунта, которые обеспечивают ее устойчивость и прочность.
При устройстве ограждения без тампонажной подушки минимальное заглубление шпунта ниже дна котлована принимают равным
t = t0 + Dt. (6.9)
Аналитический метод расчета. Глубину t0 определяют, полагая равенством условие устойчивости стенки (6.1). Ось поворота стенки О считают расположенной на этой глубине. В частности, для упрощенной схемы с однородным несвязным грунтом (рис. 6.6)
Mu = q lа (h+t)2/2 + Ea (h+t)/3; Ea = gla (h+t)2/2; (6.10)
Mz = Eп t/3; Eп = glп t2/2. (6.11)
При более сложном напластовании грунтов и схемах приложения вертикальных нагрузок суть не меняется: строятся эпюры активного и пассивного давления грунта в соответствии с изложенными выше правилами, после чего определяются момент опрокидывающих сил активного давления Mu и удерживающих сил пассивного давления Mz.
В общем случае из условия (6.1) сложно непосредственно выразить искомую величину t0, поэтому принимают способ последовательного приближения, т.е. задаются глубиной t0, которую затем уточняют.
Значение длины участка стенки, необходимого для реализации обратного отпора, определяется по формуле
Dt = (Еп – Еа) / [2 рп(t0)], (6.12)
где рп(t0)– интенсивность пассивного давления на глубине t0.
В приближенных расчетах можно принимать t » 1,1t0.
При расчете стенки на прочность ее рассматривают как консоль, имеющую условную жесткую заделку на глубине t/2 (см. рис. 6.6, а). Эпюру изгибающих моментов в консоли строят от расчетных эпюр давления по обычным правилам сопротивления материалов.
Прочность на изгиб шпунтовой стенки проверяют по формуле
s = Mmax / Wn £ m Ry / gn, (6.13)
где Мmax – максимальный момент в сечении шпунтовой стенки от расчетных нагрузок, отнесенный к 1 пог. м шпунтовой стенки (вдоль ее фронта); Wn – момент сопротивления 1 пог. м шпунтовой стенки, определяемый по справочникам для конкретного типа шпунта (см. прил. 7); Ry – расчетное сопротивление материала стенки (см. раздел 5); m – коэффициент условий работы; gn – коэффициент надежности по назначению, принимаемый gn = 1,1 для шпунтовых стенок на местности, покрытой водой и gn = 1,0 – в остальных случаях.
Коэффициенты условий работы m принимаются следующими:
а) для шпунтин типа ШК или «Ларсен»: m = 0,7 – при слабых грунтах и отсутствии обвязок, прикрепленных к шпунту; m = 0,8 – при тех же грунтах и наличии обвязок, прикрепленных к шпунту; m = 1,0 – в остальных случаях;
б) при расчете прочности шпунтовых стенок (но не креплений): m = 1,15 – для стенок кольцевых в плане ограждений; m = 1,1 – для стенок длиной менее
5 м замкнутых в плане ограждений прямоугольной формы с несколькими ярусами распорных креплений.
Графоаналитический метод. В случае напластования неоднородных грунтов графоаналитический расчет более предпочтителен, чем аналитический, так как избавляет от сложных аналитических выкладок и позволяет произвести расчет стенки одновременно на устойчивость и прочность. Расчетная схема и последовательность графоаналитического расчета показана на рис. 6.7.
Первым этапом расчета является построение эпюр активного и пассивного давления грунта. Поскольку требуемое заглубление стенки t первоначально не известно, эпюры строятся до уровня, заведомо превосходящего его. Далее ординаты эпюр ра и рп ниже дна котлована взаимно вычитаются. Результирующая эпюра, как обычно при графоаналитических расчетах, делится на полоски, которые заменяются сосредоточенными силами, равными площадям полосок (рис. 6.7, б, в). По этим силам в масштабе строятся силовой (рис. 6.7, г) и веревочный (рис. 6.7, д) многоугольники. Полюс О силового многоугольника удобно принимать на одной вертикали с первой силой. Полюсное расстояние h не следует выбирать чрезмерно большим, поскольку при этом уменьшается кривизна веревочного многоугольника и в результате теряется точность расчета.
Направление замыкающей веревочного многоугольника определяется первым его лучом, который продлевается до пересечения с последним лучом (пунктир на рис. 6.7, д). Полученная фигура представляет собой в определенном масштабе эпюру изгибающих моментов в стенке. Значения моментов равны произведению полюсного расстояния в масштабе сил на соответствующие ординаты замкнутого веревочного многоугольника в масштабе длин:
Mmax = h zmax. (6.14)
Таким образом, метод позволяет, путем несложных масштабных построений, получить одновременно искомые значения t и Mmax.
Стенки с одним ярусом распорных креплений. Статический расчет в этом случае (одноанкерной стенки) включает в себя определение необходимой глубины заложения стенки в основание; усилий, действующих в стенке, анкерных тягах (на причале) либо в распорном креплении (шпунтовое ограждение котлована); размеров и расположения крепления.
Характер работы заанкерованной и безанкерной стенок существенно различен. Напряженное состояние и схема работы заанкерованной конструкции качественным образом зависят от глубины заложения стенки t, которая может варьироваться в определенных пределах. Возможны две основные схемы: 1) глубина заложения стенки определяется только условием ее статического равновесия против выпора (схема Э.К. Якоби); 2) глубина заложения получается из условия минимизации изгибающих моментов в стенке (схема Блюма–Ломейера). Вторая расчетная схема используется чаще, поскольку некоторое дополнительное заглубление стенки компенсируется за счет ее облегчения и снижения нагрузки на крепление стенки.
Аналитический расчет глубины t0 производят по схеме Якоби, как и для безанкерной стенки, полагая равенством условие устойчивости стенки (6.1). За точку поворота стенки А при этом принимают уровень расположения анкера крепления hк. Опять же для упрощенной схемы с однородным несвязным грунтом (рис. 6.8, а)
Mu = q lа (h+t) [(h+t)/2 – hк] + Eа [2(h+t)/3 – hк]; (6.15)
Mz = Eп (h+2t/3– hк), (6.16)
где равнодействующие силы активного Еа и пассивного Еп давлений определяются аналогично формулам (6.10) и (6.11).
Из формул (6.15), (6.16) видно, что устойчивость заанкерованной стенки существенно выше безанкерной, так как в этом случае равнодействующая пассивного давления Еп имеет и бульшее плечо относительно точки поворота, нежели Еа, что увеличивает момент удерживающих сил Mz по сравнению с моментом Mu. Значит заанкерованные стенки требуют меньшего заглубления и в этом смысле более экономичны безанкерных.
При расчете стенки на прочность ее рассматривают как простую балку, одна из опор которой расположена в уровне крепления А, а другая – на глубине t/2 (см. рис. 6.8, б). Ординаты эпюры изгибающих моментов в балке также определяют аналитически от расчетных эпюр давления грунта. Прочность на изгиб шпунтовой стенки проверяют по формуле (6.13).
Графоаналитический расчет заанкерованной стенки по схемам Якоби и Блюма–Ломейера также ведется методом упругой линии (рис. 6.9). Эпюры активного и пассивного давления грунта, силовой и веревочный многоугольники строятся аналогично безанкерным стенкам, а замыкающая веревочной кривой проводится с учетом принятой расчетной схемы. Изгибающий момент в точке А определяется точкой пересечения первого луча веревочного многоугольника с горизонтальной линией, проходящей в этом уровне. Этот луч представляет собой верхний отрезок ломаной замыкающей веревочной кривой. Второй луч замыкающей при расчете по схеме Якоби проводится по касательной к веревочному многоугольнику (пунктирная линия на рис. 6.9). Точка С пересечения касательной с веревочным многоугольником определяет минимально возможное заглубление стенки t0min. Максимальный изгибающий момент в стенке определяется по формуле (6.14).
В расчетной схеме Блюма–Ломейера из точки А проводят секущую веревочного многоугольника, такую, чтобы ординаты z1 и z2 были примерно равны между собой (см. рис. 6.9). Тогда получают минимально возможное значение изгибающего момента в стенке Mmin = h z1 < Mmax. Но при этом точка В пересечения секущей с многоугольником, определяющая заглубление стенки t0, оказывается ниже точки С по схеме Якоби.
Перенеся направление замыкающей (касательной или секущей) на силовой многоугольник, можно найти значения реакции в анкере Rа (или нагрузки на 1 пог. м распорного крепления).
При наличии распорных креплений помимо шпунта проверяют на прочность и подбирают сечения обвязки и распорок.
Балки обвязки рассчитывают как сжато-изогнутые или изогнутые (см. рис. 6.10 и табл. 5.9). Обвязка рассчитывается как неразрезная балка, опирающаяся на распорки. Распределенная нагрузка на 1 пог. м балки qo численно равна опорным давлениям R1 и R2, передаваемым шпунтовой стенкой, примыкающей к обвязке.
Распорки рассчитывают как центрально сжатые стержни на прочность и устойчивость. Кроме того распорка может рассматриваться как изгибаемая в вертикальной плоскости балка с пролетом, равным расстоянию между шпунтовыми стенками. Ее рассчитывают на постоянные нагрузки от собственного веса и возможные технологические нагрузки.
Стенки с несколькими ярусами распорных креплений. При наличии нескольких распорных рам, устанавливаемых ярусно по высоте, изложенные выше положения в основном сохраняются в силе. Усложняется расчетная схема стенки, которая превращается в неразрезную балку (см. рис. 6.10). Здесь также наиболее эффективен графоаналитический метод расчета, который не требует раскрытия статической неопределимости конструкции.
Если распорки являются элементами пространственного каркаса, то их рассчитывают на действие вертикальной поперечной нагрузки как элементы плоских ферм. Усилия, возникающие при этом в распорках как поясах ферм, суммируются с усилиями, передаваемыми обвязкой.
В приближенных расчетах многоярусного крепления допускается упрощенно считать его имеющим только один (обычно верхний) ярус.
Выше изложена наиболее общая расчетная схема шпунтовой стенки причала либо ограждения котлована на суходоле. В ограждениях котлованов на акваториях возможны и другие схемы. При укладке слоя подводного бетона и откачке воды из котлована стенка также рассматривается как балка, но с положением нижней опоры в уровне середины слоя подводного бетона, работающая на внешнее гидростатическое давление воды. При устройстве засыпки грунта в котлован активное давление грунта действует в обратном направлении. Студентам предоставляется самим составить расчетные схемы на основе рассмотренного выше общего случая.
Пример 1. Произведем расчет стенки с одним ярусом креплений, расположенным в уровне верха засыпки (hк=0). Грунты основания и засыпки однородные – песок мелкий со следующими характеристиками: g=19 кН/м3; j=30°; с=0. Котлован не обводненный. У бровки котлована работает кран общим весом 500 кН – р=90 кПа. Расчетная схема и нагрузки на стенку изображены на рис. 6.11.
Коэффициенты активного и пассивного давлений грунта составляют:
lа = tg2 (45°– 30/2) = 0,333;
lп = tg2 (45°+30/2) = 1,732.
При расчете стенки на устойчивость задаемся ее заглублением t=6 м. В уровне низа шпунта
ра = 1,2×19×(5+6)×0,333 = 83,5 кН/м2;
рп = 0,8×19×6×1,732 = 158,0 кН/м2.
Значения равнодействующих сил активного и пассивного давлений:
Еа = 83,5×11/2 = 459,2 кН;
Еп = 158,0×6/2 = 474,0 кН.
Проверка условия устойчивости (6.1):
Mu = 32×2,62/2 + 4,0×112/2 + 459,2×11×2/3 = 3717,6 кН×м;
Mz = 474×(5+6×2/3) = 4268 кН×м.
Mu = 3717 кН×м < m Mz / gn = 1,0×4268/1,0 = 4268 кН×м.
Максимальный расчетный изгибающий момент в шпунтовой стенке (см. рис. 6.11, б) Mmax = 280 кН×м. Принимаем стенку из стального шпунта «Ларсен-IV» (Wn = 2200 cм3). Проверка прочности по формуле (6.13):
s = 280 / 2,2×10–3 = 127 МПа < 0,8×230/1,0 = 184 МПа.
В результате расчета принимаем стенку из стального шпунта типа «Ларсен-IV» длиной 11 м.
Далее рассчитаем распорную раму.
Погонная нагрузка на обвязку по расчету – qо = 160 кН/м (см. рис. 6.11). При расстоянии между распорками lо = 3 м максимальный изгибающий момент в балке обвязки
Mmax = 0,1 qo = 0,1×160×3,02 = 144 кН×м.
Необходимый момент инерции балки обвязки (материал – ВСт3):
Wx ³ Mmax / (m Ry / gn) = 144×10–3 / (1,0×230/1,1) = 6,89×10–4 м3 = 689 см3.
По табл. П.6.3 принимаем балку обвязки из I 40Б1 (Wx = 799 см3).
При расстоянии между распорками lо = 3 м сжимающее усилие в одной распорке составляет
Nр = 160×3,0 = 480 кН.
Принимаем распорку из трубы О 530´7 мм (А = 115 см2; i = 18,5 см).
При свободной длине распорки lр = 6 м ее гибкость равна l = lр / i = 600 / 18,5 = 32. По табл. 5.10 – j = 0,92.
Проверяем распорку на устойчивость (материал – сталь 09Г2С):
s = Nр / (j А) = 480×10–3 / (0,92×115×10–4) = 45МПа < mRy = 1,0×300 МПа.
Как видим, затяжка недонапряжена (как сжатый элемент). Но следует учесть, что она работает еще и на изгиб в вертикальной плоскости. Если учесть это обстоятельство (считаем, что на распорку опирается настил, на который действует распределенная нагрузка 10 кН/м2), максимальный изгибающий момент в середине распорки составит
Mр = 10×3,0×6,02 / 8 = 135 кН×м.
Момент инерции трубы: Iх = A i2 = 115×18,52 = 39358,75 cм4.
Проверяем прочность распорки как сжато-изогнутого элемента (см. табл. 5.9):
s = Np / A + Mp y / I х = 480×10–3/(115×10–4)+135×10–3×26,5×10–2/(3,936×10–4) = 133 МПа.
6.2. Подкрановые эстакады и рабочие мостики
Подкрановые эстакады, рабочие мостики и другие аналогичные сооружения представляют собой временные сооружения, служащие для проезда и работы технологических машин и транспорта (см. разделы [4]).
Подкрановые эстакады предназначаются для движения монтажных кранов на рельсовом ходу – козловых, башенных.
Расчет эстакады под козловый кран выполняется отдельно под жесткую и гибкую (шарнирную) ноги крана в продольном и поперечном направлениях на нагрузки:
– от собственного веса пролетных строений Gпc;
– от собственного веса опор эстакады Go;
– от перемещающегося по эстакаде крана Gкр;
– от веса груза Gгрс учетом инерционных сил Hi;
– от ветровой нагрузки на эстакаду W .
Нагрузки учитываются в сочетаниях, указанных в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Сочетания нагрузок для расчета подкрановой эстакады
Номер нагрузки | Нагрузки и воздействия | Сочетания нагрузок | |||
в табл. 4.1 | I | II | III | IV | |
1 | Собственный вес эстакады Gэ | + | + | + | + |
5 | Вес номинального груза Gгр – без динамики – с динамикой (1 + µ = 1,1) | + – | – + | + – | – + |
8 | Вес монтажного крана Gкр | + | + | + | + |
9 | Инерционные силы при торможении крана и его грузовой тележки Hi | + | – | + | – |
17 | Сила давления ветра Wi: – на рассчитываемый элемент – на кран – на груз | – – – | – – – | + + + | + + + |
Собственный вес крана, кроме веса грузовой тележки, считают распределенным между жесткой и гибкой ногами крана: 55% веса крана передается через жесткую и 45% – через гибкую ногу. Вес грузовой тележки с грузом распределяется между ногами крана по закону рычага. Для получения максимального воздействия на эстакаду тележка с грузом размещается ближе к жесткой ноге (рис. 6.12).
Вертикальные нагрузки, действующие на кран, передаются на эстакаду через колеса ходовых тележек, горизонтальные нагрузки – в виде вертикальных давлений и горизонтальных сил T1к.
При учете продольных сил вертикальная нагрузка на колесо жесткой ноги крана составляет
,
(6.17)
а горизонтальная сила –
. (6.18)
При учете поперечных нагрузок вертикальное давление на колесо жесткой ноги крана
; (6.19)
а горизонтальная сила –
. (6.20)
В формулах (6.17)–(6.20): P – вес груза; L и B – пролет и база крана; nк – число колес под ногой крана; hi – плечо действия горизонтальной нагрузки относительно головки рельса подкранового пути; Wiкр, Wiпоп – нагрузка от ветра на i -йэлемент, соответственно продольная (вдоль эстакады) и поперечная (поперек эстакады); Hiкр, Н iтел – сила инерции, возникающая при пуске или остановке крана или грузовой тележки; Gтел, Gкр – вес соответственно грузовой тележки или крана.
Силы инерции Hi определяют по формуле
Hi = ki f a Gi / g , (6.21)
где Gi – собственный вес движущегося i-го тела (крана или грузовой тележки);
g – ускорение силы тяжести (9,81 м/с2); a = 0,3 м/с2при самоходных механизмах передвижения; ki = 1,65и 2,0 соответственно для элементов крана (грузовой тележки) и груза.
Горизонтальные инерционные воздействия от груза и давления от ветра на груз прикладываются к грузовой тележке, а точки приложения инерционных воздействий от отдельных частей крана совмещаются с центрами тяжести этих частей.
Расчет подкрановой эстакады включает проверку несущей способности пролетных строений и опор.
Как правило, эстакада представляет собой систему прогонов в виде разрезных балок (чаще металлических), соединяемых связями, уложенных на свайные опоры (рис. 6.13).
Сечение прогонов (или число балок) пролетного строения эстакады подбирается по изгибающему моменту от собственного веса прогонов, обстройки и вертикальных давлений колес крана N1к, установленных при загружении линии влияния изгибающего момента М и поперечной силы Q в наиболее невыгодном положении крана.
Например, значения М и Q для случая на рис. 6.13 определяются из выражений:
M = gf qпс Wм + gf SN1к yi; (6.22)
Q = gf qпс WQ + gf SN1к yi; (6.23)
где gf – коэффициент надежности по нагрузке; Wм, WQ – площади линий влияния соответственно для М и Q; yi – ордината соответствующей линии влияния под колесом крана; qпc– распределенная нагрузка от веса прогонов, настила, перильных ограждений.
При расчете опор необходим учет продольной (поперечной) горизонтальной нагрузки, приходящейся на опору. Расчет выполняется в соответствии с указаниями, приведенными в п. 5.1.
Рабочие мостики. Расчет рабочего мостика выполняется на нормативную временную нагрузку А11 (А8) и НК-80 (НГ-60) по СНиП 2.05.03–84* [10] или временные технологические нагрузки, рассмотренные в п. 4.3. При этом учитывают сочетания нагрузок по табл. 6.2.
Таблица 6.2
Сочетания нагрузок для расчета рабочих мостиков
Номер нагрузки в |
Нагрузки и воздействия | Пролетные строения | Опоры и основания | |
табл. 4.1 |
| Сочетания | ||
| I | II | ||
1 | Собственный вес конструкций | + | + | |
2 | Давление от веса грунта | – | + | |
8(10) | Вертикальные нагрузки от транспорта или кранов | + | + | |
2 | Давление грунта от воздействия временной вертикальной нагрузки на подходе | – | + | |
11 | Тормозная нагрузка* | – | + | |
17 | Ветровая нагрузка** | + | + | |
18 | Горизонтальное давление льда | – | + | |
*) тормозные силы при опирании балок на брусья распределяются между двумя соседними опорами;
**) при длине пролета менее 12 м и высоте опор менее 5 м расчет рабочего мостика на воздействие ветровой нагрузки можно не производить.
Расчет рабочего мостика выполняется с учетом следующих коэффициентов сочетаний нагрузок: при расчете опор с учетом тормозной нагрузки временная подвижная нагрузка принимается с коэффициентом h=0,8, тормозная – с h=0,8, ветровая – с h=0,5.
Динамический коэффициент при расчете пролетных строений в случае движения со скоростью до 10 км/ч определяется по формуле
1 + m = 1 + 0,3×15 / (37,5 + l), (6.24)
где l – длина загружения линии влияния, м.
При расчете однополосных рабочих мостиков используется расчетная схема по рис. 6.13 с заменой указанной в ней временной нагрузки на реально обращающуюся.
Расчет проезжей части. Схемы для расчета рабочего мостика с проезжей частью на деревянных поперечинах приведены на рис. 6.14. От одного колеса нормативной автомобильной нагрузки А11 усилие Pн= 55 кНпри ширине ската b = 60 смраспределяется на три доски нижнего рабочего настила (см. рис. 6.14, а). От одного колеса нормативной нагрузки НК-80 усилие Pн = 100 кНпри b = 80см распределяется на 4 доски (рис. 6.14, б). Длина соприкасания ската с настилом по направлению движения – с = 20 см в обоих случаях.
Для нагрузки А11 gf =1,5, для НК-80 –gf =1,0; динамический коэффициент 1+ m = 1,1 и 1,0соответственно.
Изгибающий момент в сечении настила определяется с учетом распределения нагрузки вдоль настила по формуле
Мр = Рр l / 4 – Рc c / 8. (6.25)
Поперечины рассчитывают на действие колесной нагрузки, приложенной в середине пролета L (см. рис. 6.14, в), с учетом упругого распределения сосредоточенных нагрузок через дощатый настил.
Сосредоточенную нагрузку от колеса устанавливают над одной поперечиной и определяют коэффициент упругой передачи k по формуле
k = l3 /(6 D EIн), (6.26)
где l – расстояние между поперечинами (пролет настила); D – прогиб поперечины, отнесенный к нагрузке (D = fi / Pi); fi – прогиб поперечины в точке i, для которой определяется коэффициент упругой передачи от всех расположенных на поперечине грузов; Pi – груз в точке i; E, Iн – соответственно модуль упругости и момент инерции настила под колесом на ширине b .
В случае, когда действует нагрузка от одного колеса, расположенного в середине пролета L (см. рис. 6.14, в):
(6.27)
Если k ³ 1/3, то нагрузка распределяется на три поперечины, при k < 1/3 – на пять. В первом случае усилие на поперечину 1 (см. рис. 6.14, б) составит P1 = Pp·a1, на поперечину 2 – P2 = Pp·a2, где
a1 = (1 + 2 k) / (3 + 2 k); a2 = 1 / (3 + 2 k). (6.28)
Во втором случае давление от колеса распределяется на пять поперечин, при этом:
P1 = Pp·a1; P2 = Pp·a2; P3 = Pp·a3;
(6.29)
Приведенные выше формулы Проскурякова для упругого распределения нагрузки справедливы, если нет влияния соседних колес по длине моста. При относительно небольшом расстоянии между осями нагрузка распределяется менее, чем на три поперечины, и при l/А >1/3 (А – расстояние между осями; для нагрузки АК А=1,5 м) можно принимать P1 = P2 = Pp l / A независимо от значения коэффициента k.
При l / A = 1/3 и k ³ 1/3 нагрузка распределяется на три поперечины (P1 = Pp· L1 и P2 = P3= Pp L2).
Прочность на изгиб деревянных поперечин проверяется по формулам табл. 5.6. При этом максимальный изгибающий момент в поперечине равен
Мр = Р1 Lр / 4 – Р1 b / 8, (6.30)
где P1 – расчетная нагрузка на одну поперечину с учетом упругого распределения; Lp – расчетный пролет поперечины, равный расстоянию между главными балками; b – ширина ската (или гусеницы).
Расчет главных балок. Распределение временной подвижной нагрузки между главными балками учитывается при помощи коэффициента поперечной установки (КПУ), который приближенно можно определить по закону рычага.
При габарите проезжей части рабочего мостика Г-4,5 на ней размещают одну колонну автомобилей (например АК) или одно специальное транспортное средство (рис. 6.15).
Коэффициент поперечной установки определяется по формуле
, (6.31)
где у i – ордината линии влияния опорного давления (см. рис. 6.13).
В случае загружения моста нагрузкой АК изгибающий момент М0,5 в сечении балки посередине пролета и поперечная сила Q0 в опорном сечении определяются из выражений:
М0,5 = gf (рн1 + рн2) Wм0,5 + gf qн1h (1+m) Wм0,5 + gf h (1 + m) (P z1 + P z2);
Q0 = gf (рн1 + рн2) WQ + gf qн1h (1+m) WQ + gf h (1 + m) (P z3 + P z4), (6.32)
где zi – ордината соответствующей линии влияния.
Пример 2. При расчете на прочность разрезного пролетного строения длиной 24 м с габаритом Г-4,5 и двумя тротуарами по 0,75 м (см. рис. 6.14) нормативная постоянная нагрузка от веса деревянной проезжей части составит 1,5 кН/м2, а на балку при общей ширине моста 6,5 м:
= 1,5×6,5/4 = 5 кН/м.
Постоянную нормативную нагрузку от веса пролетного строения на балку примем равной = 3 кН/м.
Нормативная нагрузка от колонны автомобилей А11:
qн = 0,98×K = 0,98×10,8 » 10,8 кН/м.
Динамический коэффициент 1 + m = 1 + 0,3×15 / (37,5 + 24) = 1,07.
Коэффициент надежности по нагрузке: для раcпределенной нагрузки
gf = 1,2, для тележки gf = 1,26 (gf = 1,5 при l = 0 и gf = 1,2 при l = 30 м).
По рис. 6.15
для одной балки h = 0,71 / 2 » 0,36.
Эквивалентная колесная нагрузка НК-80 при длине загружения l = 24 м составляет q0,5 = 60 кН/м, а для опорного сечения – q0 = 61,7 кН/м. При этом gf gf = 1,0; 1+ m = 1,1;h = 0,58 / 2 = 0,29 (см. прил. 6 СНиП 2.05.03-84*).
По формулам (6.32) для нагрузки А11:
М0,5 = 1,1×(5 +3)×23,62/8 + 1,2×10,8×0,36×1,07×23,62/8 + 1,26×0,36×1,07×108×2×5,5 = 1536,9 кН×м;
Q0 = 1,1×(5 +3)×23,6/2 + 1,2×10,8×0,36×1,07×23,6/2 + 1,26×0,36×1,07×108×(1+22,1/23,6) = 264,2 кН.
Для нагрузки НК-80:
М0,5 = 1,1×(5 +3)×23,62/8 + 1,0×1,1×0,29×60,0×23,62/8 = 1945,2 кН×м;
Q0 = 1,1×(5 +3)×23,6/2 + 1,0×1,1×0,29×61,7×23,6/2 = 336,1 кН.
В расчет принимаем максимальные значения Mmax = 1945,2 кН×м; Qmax = 336,1 кН.
Проверка элементов главных балок рабочего мостика на прочность производим по формулам табл. 5.9 (материал – сталь марки 15ХСНД):
s = M / W = 1945×10–3 / 7778×10–6 = 250 МПа < m Ry = 0,9×330 = 297 МПа;
t = Q S / (I t) = 336×10–3×4473×10–6 / (404433×10–8×1,2×10–2) = 31 МПа < m Rs = 0,9×0,58×330 = 172 МПа.
Таким образом, прочность пакетных пролетных строений мостика из МИК-П обеспечена.
6.3. Обустройства для уравновешенного навесного монтажа
железобетонных пролетных строений
Уравновешенный навесной монтаж является базовой технологией сооружения железобетонных балочных неразрезных пролетных строений коробчатого сечения. По этому способу производится сборка «внавес» блок-секций пролетного строения длиной, равной пролету l, симметрично в обе стороны от оси капитальной опоры консолями длиной по l/2. При этом для обеспечения устойчивости собираемой блок-секции («птички») необходимы опорные устройства в виде временных опор либо (что чаще всего применяют) подкосных систем (кронштейнов), устраиваемых на опорах (рис. 6.17, а).
Поскольку подкосная система устраивается с целью обеспечения устойчивости против опрокидывания собираемого блока, ее размеры и нагрузки на кронштейны определяются расчетом по этому условию.
Пролетное строение при уравновешенном навесном монтаже имеет три опорные точки, как показано на рис. 6.17, но устойчивость системы против опрокидывания в плоскости моста проверяется с учетом длины условной опорной площадки, равной расстоянию между крайними точками (опорами А и В). Устойчивость пролетного строения рассчитывается исходя из перегрузки одной из консолей ввиду возможности несинхронной их сборки (допускается «забег» на один блок). При проверке устойчивости собственный вес пролетного строения за точкой возможного опрокидывания (например, точкой В), а также другие нагрузки, вызывающие опрокидывание системы, принимаются с коэффициентом gf > 1, собственный вес до точки опрокидывания и нагрузки, удерживающие систему, принимаются с gf < 1.
Из условия устойчивости против опрокидывания (см. табл. 3.1) определяется необходимая длина с консоли. При этой длине определяется максимальная вертикальная нагрузка Р на одну консоль. При этом также принимается упрощенная схема опирания – не на три, а на две опоры.
Далее в расчете несущей способности подкосной системы коэффициенты надежности gf для нагрузок на правой и левой консолях принимаются одинаковыми в отличие от проверки устойчивости положения пролетного строения.
Усилия в элементах треугольного кронштейна (узлы которого считаются шарнирными) определяются известным из теоретической механики методом вырезания узлов. После этого подбирают сечения элементов: горизонтальной затяжки – как центрально растянутой, а подкоса – как центрально сжатого, по условиям, приведенным в табл. 5.9.
Кроме того необходима проверка прочности капитальной опоры на действие вертикальных нагрузок и изгибающего момента в монтажный период.
Заметим, что при уравновешенном навесном монтаже средних пролетов моста в крайних пролетах, как правило, возникает необходимость возведения неуравновешенных частей. Для этого устраивают сплошные подмости, расчет которых аналогичен временным опорам для монтажа пролетных строений (см. п. 6.4).
Пример 3. Произведем расчет подкосной системы для уравновешенного навесного монтажа железобетонного неразрезного коробчатого пролетного строения с пролетами длиной 84 м. Распределенная нагрузка от собственного веса монтируемой конструкции – qн = 300 кН/м.
При сборке «птички» наиболее невыгодной схемой будет такая, при которой на одной консоли присоединяют последний блок длиной с=2 м, а на другой – отстают на один блок. Масса монтажного агрегата СПК-65 с блоком – Р1 = Р2 = 1600 кН.
Тогда b1 = 84/2 – 2×2 – 2 = 36 м; b2 = 84/2 – 2 – 2 = 38 м.
Составим уравнение равновесия при опрокидывании конструкции относительно точки В (см. рис. 6.17, б):
Mu = q2 (l/2 – c – a/2)2/2 + P2 b2;
Mz = q1 (l/2 – 2c + a/2)2/2 + P1 b1.
Приравняв Mu = Mz и подставив в уравнение известные значения величин после преобразований (которые здесь опускаем), получаем квадратное уравнение
a2 – 1158a + 9767 = 0.
Решив это уравнение, получаем минимально возможное значение базы опирания а = 8,5 м. Принимаем с запасом а = 10 м.
Максимальную нагрузку на один кронштейн получим из уравнения равновесия:
SМB = 0; RB×a + P1×(b1 – a/2) – P2×(b2 + a/2) – q×(l – 3c)×(a/2 + c/2) = 0.
Отсюда RB = [–P1×(b1 – a/2) + P2×(b2 + a/2) + q×(l – 3c)×(a/2 + c/2)] / a =
= [–1,1×1600×(36 – 10/2) + 1,1×1600×(38 + 10/2) + 1,1×300×(84 – 3×2)×(10/2 + 2/2)] / 10 = 17556 кН.
При двух кронштейнах, устанавливаемых поперек моста, на один кронштейн приходится нагрузка
= 17556 / 2 = 8778 кН.
tga = ѕ = 0,75; отсюда a = 37°.
Растягивающее усилие в растяжке
Np = × tga = 8778×0,75 = 6584 кН.
Сжимающее усилие в подкосе
Nп = / cosa = 8778/0,799 = 10991 кН.
Подбираем сечения элементов (из стали марки 15ХСНД):
– растяжки
А ³ Np / mRy = 6584×10–3 / (1,0×330) = 199,5×10–4 м2.
По табл. П.6.3 принимаем сечение растяжки из 2 I 55Б1 (А = 2×110 см2).
– подкоса
Принимаем сечение подкоса из 2 I 80Б1 – А = 2×197 = 394 см2; ix = 31,4 см;
l = lп / ix = 500 / 31,4 = 16 – по табл. 5.10 коэффициент j = 0,97.
Проверка подкоса на устойчивость:
s = Nп / jA = 10991×10–3 / (0,97×394×10–4) = 288 МПа < mRy = 0,9×330 = 297 МПа.
6.4. Конструкции для навесного и полунавесного монтажа
металлических пролетных строений
При монтаже балочных пролетных строений полунавесным способом сборка пролетного строения производится частично на подмостях или временных опорах (первые панели) с последующим опиранием монтируемого пролетного строения вначале на отдельные временные опоры в пролете и затем на капитальную опору (рис. 6.18).
Если мост многопролетный, второй и последующие пролеты можно монтировать полностью внавес. При этом, если пролетные строения разрезные, их необходимо объединять для монтажа временными соединительными элементами. Если длина монтируемой консоли не позволяет обеспечить ее прочность и устойчивость, а также прогиб консоли недопустим, на первой по ходу монтажа капитальной опоре устраивают приемную консоль. При монтаже внавес пролетное строение кроме того можно усиливать временными элементами – шпренгелями.
Изложенные выше особенности данной технологии определяют набор необходимых СВСиУ. Ниже рассмотрим методики расчета временных опор и временных соединительных элементов пролетного строения.
Временные опоры для монтажа. Длина подмостей для сборки базовой части пролетного строения (см. рис. 6.18, а, б) назначается из условия обеспечения его устойчивости против опрокидывания относительно передней по ходу сборки временной опоры.
Несущая способность временной опоры должна быть достаточной для восприятия нагрузок от монтируемого пролетного строения (с учетом его обстройки рештованиями) и веса монтажных кранов. Нагрузки на опору учитываются в сочетаниях, указанных в табл. 6.3.
Таблица 6.3
Сочетания нагрузок для расчета временных опор
Номера | Сочетания нагрузок при расчетах | ||||
нагрузок в табл. | Нагрузки и воздействия | на прочность | на устойчивость | ||
4.1 | I | II | III | IV | |
1 | Собственный вес опоры | + | + | + | + |
5 | Вес монтируемого пролетного строения | + | + | – | + |
8 | Вес рештований, подкрановых путей | + | + | – | + |
10 | Вес монтажного крана: – с грузом – без груза | + – | – + | – + | – + |
7 | Вес транспортных средств с грузом | + | + | – | – |
17 | Давление поперечного ветра на пролетное строение, кран и опору | – | + | + | + |
12 | Давление от домкратов при регулировании нагрузок между опорами | – | – | + | – |
Ветровая нагрузка принимается при расчетах на прочность в третьем сочетании соответствующей 15 м/с (см. п. 4.4), а во втором сочетании и при расчетах устойчивости положения – расчетной интенсивности.
Расчетная схема стального пролетного строения, монтируемого вполунавес, изображена на рис. 6.18. Предполагается, что при полунавесном монтаже работают только две опоры в пролете: капитальная и передняя по ходу сборки.
Устойчивость положения пролетного строения проверяют по условию в табл. 3.1, при этом могут учитываться, кроме вертикальных нагрузок, и ветровые продольные нагрузки, действующие на кран и пролетное строение. Нагрузки, вызывающие опрокидывание, принимаются с коэффициентом gf = 1,2, а удерживающие с gf = 0,8.
Расчет временной опоры включает проверку несущей способности ее элементов и основания, а также проверку устойчивости опоры против опрокидывания.
Предположение об опирании пролетного строения только на две опоры (и это логично, т.к. остальные опоры могут выключиться из работы или вообще быть разобраны за ненадобностью) приводит к простой статически определимой схеме, в которой определить нагрузку на временную опору не составляет труда.
Вертикальная нагрузка Ро на временную опору определяется из условия , где – момент всех сил относительно точки А (см. рис. 6.19), включая вертикальную опорную реакцию пролетного строения:
Po = [gf SPi (l + ai) + gf q (a + l)2 / 2] / l, (6.33)
где SPi – вес нагрузок от крана, подмостей, грузовой тележки.
Горизонтальная нагрузка на временную опору от действия ветра на пролетное строение и кран поперек оси моста определяется по формуле (см. рис. 6.19, в):
W = [gf w (l + ai)2 / 2 + gf W2(l + aW2)] / l, (6.34)
где w – интенсивность погонной ветровой нагрузки на пролетное строение, равная произведению wo´H (wo – нормативное значение ветровой нагрузки – см. п. 4.4); Н – высота фермы; W2– полное давление ветра на кран; .
Расчет стоек временной опоры выполняется по несущей способности на соответствующее сочетание нагрузок. Например, при расчете прочности опоры по второму сочетанию (см. табл. 6.3) наибольшая (наименьшая) нагрузка на стойку определяется по формуле
, (6.35)
где у i – координата центра стойки относительно центра стоечного поля опоры в направлении поперек оси моста; ho – высота временной опоры, м; W3 – полное давление ветра на опору, кН; W –равнодействующая ветровых сил (горизонтальная опорная реакция балки на рис. 6.19 от действия поперечного ветра); [Nст] – предельно допустимая нагрузка на стойку. Остальные обозначения ясны из предыдущего изложения.
Далее все действующие на опору нагрузки приводятся к фундаменту. Расчет свайного фундамента (или фундамента на естественном основании) выполняется в соответствии с п. 5.1.
Расчет временных соединительных элементов. В данном расчете, а также при проверке несущей способности монтируемого пролетного строения определяют усилия в его элементах от нагрузок, действующих на конструкции при монтаже, проверяют сечения элементов и их прикрепления на монтажные нагрузки. В необходимых случаях предусматривается усиление элементов.
Приближенно наибольшее осевое усилие, , кН, в поясе консольного сквозного пролетного строения можно определить по формуле (см. рис. 6.18, а):
Nп = SMq / (2H) ± SMW / (2B) £ [N], (6.36)
где Н – высота фермы; B – расстояние между фермами пролетного строения; [N] – допустимое усилие в элементе фермы (по условию прочности или устойчивости); Mq – момент в сечении пролетного строения над опорой от вертикальных монтажных нагрузок; MW – то же, от поперечной ветровой нагрузки.
Для верхнего пояса допустимое усилие в элементе пояса [Nв] = m Ry Aнт; для нижнего – [Nн] = j m Ry Aбр, где Ry – расчетное сопротивление стали пролетного строения; Ант, Абр – площадь соответственно нетто и брутто сечения проверяемого элемента; j – коэффициент продольного изгиба сжатого в монтажный период элемента нижнего пояса (см. [10]).
Аналогично определяются усилия в элементах решетки (раскосах):
Nр = SQ / (2cosa) £ [Nр], (6.37)
где – угол наклона раскоса к вертикали; SQ – суммарная поперечная сила в сечении; [Nр] – допустимое усилие в элементе решетки.
С учетом усилий в элементах главных ферм, полученных по формулам (6.36), (6.37), подбирают сечения и рассчитывают прикрепления временных соединительных элементов для навесного монтажа (см. [24]).
6.5. Устройства для надвижки пролетных строений
Способом продольной надвижки монтируют как железобетонные, так и металлические пролетные строения. Эта технология успешно конкурирует с навесным монтажом, причем имеет целый ряд разновидностей (см. [2], [3]).
Состав комплекса СВСиУ, используемого при надвижке, зависит от схемы, плана и профиля моста, конструкции пролетных строений и опор, технологических и других условий. В него обязательно входят накаточные, тяговые и тормозные устройства, устройства для выборки прогибов пролетных строений, что определяется самой технологией. Кроме того, в зависимости от принятой схемы, могут входить: временные опоры, аванбеки, конструкции временного усиления пролетного строения (шпренгели) и др.
Поскольку «объять» разнообразные расчеты всей этой совокупности сооружений и устройств при многих условиях очень сложно, ниже ограничимся рассмотрением методик расчета только двух основных, часто используемых СВСиУ – временной опоры и аванбека.
Расчет временной опоры для продольной надвижки. Опоры для надвижки, обстройка опор и накаточные пути рассчитывают на сочетания нагрузок в соответствии с табл. 6.4.
Таблица 6.4
Сочетания нагрузок для расчета временных опор для надвижки
Номера нагрузок | Нагрузки и воздействия | Сочетания нагрузок | ||
по табл. 4.1 | I | II | III | |
1 | Собственный вес временной опоры | + | + | + |
5 | Вертикальная нагрузка от надвигаемого пролетного строения | + | + | + |
14 | Тяговое усилие при надвижке от сил сопротивления движению | + | + | – |
15 | Поперечное усилие при надвижке | – | + | + |
17 | Давление ветра на опору вдоль надвижки | + | – | – |
17 | Давление ветра на опору поперек надвижки | – | + | + |
При определении усилий во втором сочетании учитывается коэффициент сочетаний h=0,9 к нагрузкам от ветра в поперечном направлении. В третьем сочетании принимается расчетная интенсивность ветровой нагрузки, в первом и втором – соответствующая скорости ветра V = 15 м/с. Горизонтальные усилия, передаваемые на опоры, распределяются между опорами пропорционально вертикальным давлениям.
Дополнительно к расчетам на сочетания нагрузок, приведенные в табл. 6.4, производят расчет отдельно стоящей опоры на ветровую и ледовую нагрузки, давление домкратов, а также усилия, возникающие при выправке пролетного строения в плане и непараллельности накаточных путей.
При конструировании опоры прежде всего необходимо определить длину с накаточного пути (рис. 6.20). Она зависит от типа накаточных устройств.
В случае применения антифрикционных устройств скольжения длина с зависит от допустимой нагрузки на одну опорную каретку (скользун) и определяется по формуле
с = Р Кн (a + b) / [p1], (6.38)
где Р – расчетная опорная реакция (на один путь); Кн – коэффициент неравномерности распределения реакции между каретками, Кн»1,3…1,5; a, b – соответственно ширина каретки и зазор между ними; [p1] – предельно допустимая нагрузка по прочности каретки.
При надвижке на стальных цилиндрических катках по рельсовым путям необходимая длина пути с определяется по формуле
с = Р Кн (d + e) / (m R), (6.39)
где Р,Кн – величины, те же, что и в ф. (6.47); d, e – соответственно диаметр катка и зазор между катками; m – количество пересечений катка с рельсом верхнего накаточного пути; R – допустимое давление на одно пересечение катка с рельсом (табл. 6.5).
Таблица 6.5
Расчетные значения параметра R
Диаметр стального | Предельная нагрузка на одно пересечение R, кН (тс) | |
катка, мм | c рельсом типа Р 50 и тяжелее | с балкой № 55 и тяжелее |
80 | 30 (3) | 75 (7,5) |
100 | 50 (5) | 100 (10) |
120 | 60 (6) | 110 (11) |
После определения необходимой длины с накаточного пути эскизно назначают размеры надстройки и фундамента опоры по заданным отметкам (см. рис. 6.20). Собственный вес временной опоры находится по результатам эскизного проектирования.
Вертикальная нагрузка на временную опору от надвигаемого пролетного строения представляет собой часть нагрузки от веса перемещаемого пролетного строения. Для разрезной балки этот вопрос решается относительно просто.
При продольной надвижке неразрезного пролетного строения определить достаточно точно давление P на временную опору можно только по компьютерной программе при наиболее невыгодном положении пролетного строения относительно опоры, причем с учетом таких факторов, как строительный подъем балки, наличие односторонних связей («отлипание» опор) и др.
Расчет временных опор для надвижки во многом аналогичен опорам для полунавесного монтажа (см. п. 6.4). Однако есть и существенное отличие – изгиб опоры в плоскости моста от действия тягового усилия Т (см. рис. 6.20). Величина усилия зависит от коэффициента трения f в накаточных устройствах и определяется согласно указаниям, приведенным выше в п. 4.3 и в прил. 3.
При первом сочетании нагрузок (см. табл. 6.4) расчет стойки временной опоры выполняется по формуле
, (6.40)
где n1, n2 – соответственно количество рядов стоек и стоек в одном ряду; остальные обозначения даны на рис. 6.20.
Далее все нагрузки приводятся к верху ростверка, и производится расчет свайного фундамента по методике, изложенной в п. 5.1.
Пример 4 . Произведем расчет временной опоры для надвижки неразрезного железобетонного пролетного строения lp = 63+5´84+63 м из примеров 1 и 4 (рис. 9, 14), приведенных в учебном пособии [1]. В основании опоры залегают пески средней крупности. Скорость воды в паводок v = 1 м/с.
Рассчитаем временную опору на первое сочетание нагрузок, прежде всего определив расчетные нагрузки на опору:
– собственный вес опоры (см. табл. 12 [1])
Qоп = 1,1×(9,0+11,0+3,0+6,0+10,0×0,7)×9,81 = 400 кН;
– вертикальная нагрузка от пролетного строения по расчету балки с аванбеком при надвижке составляет Р = 1,1×12545 = 13800 кН;
– тяговое усилие (надвижка на нафтлене по полированному листу летом – см. прил. 3)
Т = 1,3×0,07×12545 = 1140 кН; h = 10,6 м;
– давление ветра на опору вдоль надвижки
w0 = 14 кгс/м2;
W = w0 c A0 j = 14×1,2××5,4×12,1×0,5 = 549 кгс = 5,5 кН; hw = 6,0 м;
По формуле (6.40) определяем максимальную нагрузку на стойку
.
Проверка на устойчивость стойки из трубы Æ1020´10 мм (материал – сталь 09Г2С): А = 317 см2; i = 35,7 см; l0 = 6 м; l = 600/35,7 = 16,8 – по табл. 5.10 коэффициент j = 0,96.
s = 5060×10–3 / (0,96×317×10–4) = 166 МПа < mRy = 1,0×300 МПа.
Как видим, стойки можно было бы выполнить и меньшего сечения, например, из трубы Æ720´8 мм (в примере [1] сечения элементов первоначально приняты эскизно).
Далее произведем расчет ростверка временной опоры. Для этого приводим действующие нагрузки к уровню низа ростверка (см. рис. 5.1):
Pz = P + Qоп = 13800 + 400 = 14200 кН;
М0 = 1140×11,6 + 5,5×7,0 = 13260 кН×м;
Нх = 1140 + 5,5 = 1150 кН.
Для того, чтобы определить свободную длину сваи, по формуле Ярославцева рассчитаем глубину местного размыва у опоры (см. [22]):
hмр = 3,8×0,7×(1,0/9,81)0,9×5,4 = 1,8 м.
Тогда l0 = 4,0 + 1,8 = 5,8 м.
Полагая вертикальные сваи ростверка шарнирно прикрепленными к вышерасположенной конструкции и жестко заделанными в грунте, по формулам (5.7) и (5.8) определяем продольное усилие N и наибольший изгибающий момент M в свае:
;
.
По формуле (5.4) и табл. 5.2, 5.3 определяем несущую способность сваи по грунту:
Fd = 1,0×450×p×1,422/4 + p×1,42×1,0×(6,0+6,4+6,6+6,9+7,2)×2,0 = 1007 тс = 10000 кН.
Условие несущей способности сваи (5.3) соблюдается, т.е.
N = 5200 кН < Fd / гk = 10000/1,7 = 5880 кН.
Заметим, что в примере [1] первоначально предполагалось погрузить металлические трубы с открытым концом без извлечения грунта. Расчет показал, что необходимо заполнение свай бетоном, по крайней мере устройство в нижних их частях бетонных пробок высотой не менее 3 м.
Наконец, произведем проверку прочности сваи по материалу (сталь 09Г2С):
Ix = A×i2 = 531×49,82 = 1316901 cм4;
smax = N / An + Mx y / I х = 5380×10–3 / 531×10–4 + 2890×10–3×0,71 / 1,317×10–2 = 257 МПа < mRy = 300 МПа.
Аналогично выполняются расчеты временной опоры на второе и третье сочетания нагрузок.
Расчет аванбека. При надвижке разрезного балочного пролетного строения длина аванбека назначается прежде всего из условия обеспечения устойчивости против опрокидывания перемещаемой системы «аванбек–пролетное строение» в момент перед опиранием аванбека на следующую капитальную или временную опору (рис. 6.21, а). Исходя из этого длину аванбека lа назначают не менее 0,55–0,65 длины пролета l.
Затем производят расчет аванбека на прочность в составе рассматриваемой системы в висячем положении (см. рис. 6.21, а) и при опирании аванбека в различных его промежуточных узлах (рис. 6.21, б). Для любого из этих случаев должны соблюдаться условия несущей способности как пролетного строения, так и конструкций аванбека.
Что касается надвижки неразрезной балки, то аванбек в этом случае применяется для снижения веса надвигаемой консоли с целью уменьшения усилий в ней и прогиба конца консоли. В этой связи длину аванбека назначают в пределах lа = (0,25…0,35)l (рис. 6.22).
Первым расчетным случаем и здесь, естественно, является висячее положение аванбека (рис. 6.22, а). В этом случае в месте прикрепления аванбека к пролетному строению действуют расчетный изгибающий момент и поперечная сила от его собственного веса:
М = gf qа lа2 / 2; (6.41)
Q = gf qа lа. (6.42)
В момент опирания конца аванбека на очередную опору (без поддомкрачивания) усилия в нем незначительны, так как реакция опоры R»0 (рис. 6.22, б). Поэтому данная схема едва ли представляет интерес.
То же самое можно сказать и о стадии надвижки, когда аванбек уже прошел опору и выдвинулся в следующий пролет (рис. 6.22, в). Можно заметить, что эта схема для аванбека эквивалентна изображенной на рис. 6.22, а.
Имеется еще одна расчетная схема – с промежуточным опиранием аванбека, в которой 0 < R < Rmax (рис. 6.22, г). В частности, если при опирании аванбека посередине принять R = Rmax/2, в месте прикрепления аванбека к пролетному строению будут действовать расчетные усилия
М ¢ = Rmax lа / 4; (6.43)
Q ¢ = Rmax / 2. (6.44)
Расчет и конструирование аванбека производится с учетом полученных усилий M, M¢, Q, Q¢ аналогично основному металлу пролетного строения (см. учебник [24]). Болтовое прикрепление аванбека к пролетному строению кроме того рассчитывают на сдвигающее усилие Q = Rmax.
Конец аванбека для компенсации прогиба, а также облегчения накатывания его на опору, выполняется с плавным подъемом кверху. Значение прогиба определяется по компьютерной программе моделирования надвижки, например SHPREN. При этом большое значение имеет точность задания весовых и жесткостных характеристик неразрезной балки. В противном случае при реализации надвижки могут возникать существенные отклонения фактических схем работы пролетного строения от расчетных. Это не только создает трудности надвижки, но даже может привести к потере несущей способности элементов пролетного строения или аванбека.
6.6. Плашкоуты и плавучие опоры
При строительстве больших мостов через глубоководные реки возникает необходимость в использовании сухопутных кранов и копров, установленных на плавучие средства, а также транспортных плашкоутов для перевозки различных грузов. Основные технические требования и методики расчета указанных плавучих средств (с примером расчета) приведены в учебном пособии [16].
В мостостроении применяют еще и способ монтажа, при котором пролетное строение собирают на берегу или на подмостях с последующей передвижкой по пирсам, погрузкой на плавучие опоры и установкой в проектное положение при помощи плавучих опор (рис. 6.23). При этом необходимо выполнять несколько стадий балластировки плавсистемы, ее буксировку, расчалку и т.д.
Рассматриваемая технология связана с применением обычно двух отдельных плавучих опор, устанавливаемых под одну блок-секцию пролетного строения. Каждая опора включает плавучее средство (плавсредство) с обстройкой. В качестве плавсредств могут использоваться баржи речного (морского) флота либо сборно-разборные плашкоуты из понтонов типа КС (предпочтительно). Обстройку обычно выполняют из инвентарных стоечных конструкций типа МИК-С с добавлением неинвентарного металла.
«Корабелы» производят расчет судов довольно сложными методами на компьютерах. Но для временных плавсредств на строительстве мостов достаточно использовать приближенные инженерные методики, дающие удовлетворительную для практики точность. Ниже рассмотрим методику расчета плавучей системы для перевозки пролетного строения с использованием плашкоута из понтонов.
При конструировании плавучих опор следует выполнять расчеты:
по первому предельному состоянию (на расчетные нагрузки): на плавучесть; на остойчивость; – по несущей способности (прочности, устойчивости) плашкоута и надстройки;
по второму предельному состоянию (на нормативные нагрузки): по деформациям (осадка, крен, дифферент); по балластировке плавсистемы (расчет объема водного балласта).
Кроме того производят расчеты по буксировке и якорного закрепления плавсистемы.
Сочетания нагрузок, учитываемых при расчете плавучих систем, указаны в табл. 6.6.
Таблица 6.6
Сочетания нагрузок для расчета плавучих систем
При расчете | |||||||
Номера | на прочность | на плавучесть | на остойчивость | ||||
нагрузки | Нагрузки и воздействия | сочетания |
|
| |||
по табл. 4.1 | I | II | плавсистемы | отдельной опоры | плавсис-темы | отдельной опоры | |
5 | Вес перевозимого пролетного строения Р | + | + | + | – | + | – |
1 | Вес плавучих опор с оборудованием G | + | + | + | + | + | + |
6 | Вес остаточного балласта Gост | + | + | + | + | + | + |
6 | Вес регулировочного балласта Gрег | + | + | + | + | + | – |
6 | Вес рабочего балласта Gраб | + | – | – | + | – | – |
17 | Давление ветра на пролетное пролетное строение Wпр | – | + | – | – | + | – |
17 | Давление ветра на плавучую опору Wоп | – | + | – | – | + | + |
3 | Гидростатическое давление воды | + | + | + | + | + | + |
4 | Волновая нагрузка | – | + | – | – | – | – |
Расчет на плавучесть плавучих опор производится по условию:
gSVп ³ SQgn, (6.45)
где g – объемная масса воды, равная для пресной воды 1 т/м3; SVп – предельное водоизмещение опор плавучей системы, равное ее суммарному водоизмещению при осадке, равной высоте борта по миделю; SQ – расчетный вес плавучей системы, равный сумме расчетных весов: перевозимого пролетного строения с обустройствами – Р; плавучих опор с обустройствами и оборудованием – G; регулировочного и остаточного балласта – Gрег+Gост (см. ниже); gn – коэффициент надежности по назначению, принимаемый равным: для плавучих опор, образованных из понтонов, балластируемых через донные отверстия – 1,125; для плавучих опор, образованных из понтонов и барж, балластируемых с помощью насосов – 1,20.
Для плавучих опор, образованных из понтонов, балластируемых через донные отверстия, плавучесть от воздействия постоянных нагрузок должна обеспечиваться только глухими небалластируемыми понтонами.
Остойчивость плавучей системы определяется следующими условиями (рис. 6.24):
а) метацентрическая высота r – а должна быть положительной во всех расчетных случаях, т.е.
r – а > 0, (6.46)
где r – метацентрический радиус, равный расстоянию между центром тяжести вытесненного объема воды (центром водоизмещения Zv) и метацентром Zm, расположенным в точке пересечения вертикали, проходящей через смещенный центр водоизмещения , с осью О–О плавучей системы; а – расстояние от центра тяжести плавучей системы Za до центра водоизмещения Zv, принимаемое равным тому же расстоянию при начальном положении плавсистемы. Расстояние а определяется методом статических моментов:
а = SQi ai / SQi, (6.47)
где Qi – соответствующие вертикальные грузы; ai – расстояния от точек приложения грузов до центра водоизмещения;
б) при крене и дифференте плавучей системы от действия расчетной ветровой нагрузки кромка палубы в любой точке не должна уходить под воду, а днище (середина скулы) не должно выходить из воды (расчет осадок см. ниже);
в) запас надводного борта плавучих опор, образованных из закрытых понтонов и металлических палубных барж, при максимальном крене или дифференте с учетом действия нормативных нагрузок должен быть не менее 0,2 м.
При проверке остойчивости по пп. «а» и «б» все нагрузки должны приниматься расчетные. Значение коэффициента надежности по нагрузке для собственного веса плашкоута с обстройкой и оборудованием следует принимать в их невыгодном значении (0,9 или 1,1).
Значение метацентрического радиуса определяется по формуле
r = (I – Sin) / SVр, (6.48)
где I – момент инерции площади плашкоута (баржи) в уровне ватерлинии плавучей опоры относительно оси ее наклонения, принимаемый при кренах – относительно оси с меньшим моментом инерции, а при дифферентах – относительно оси с бульшим моментом инерции площади; Sin – сумма собственных моментов инерции поверхности балласта в понтонах (отсеках барж) относительно осей, проходящих через центры тяжестей этих поверхностей, параллельно осям наклонения плавучей системы; SVр – объем (водоизмещение) погруженной части плавсистемы.
В плашкоутах, образованных из понтонов, балластируемых через донные отверстия, собственные моменты инерции поверхности балласта в понтонах должны учитываться только для балластируемых понтонов.
Осадка плавучих опор от вертикальных нагрузок определяется по формуле
tв = SQ / (kв SW), (6.49)
где SQ – расчетная (или нормативная – см. ниже) нагрузка, приходящаяся на плавсистему; kв – коэффициент полноты водоизмещения, принимаемый для понтонов типа КС равным 0,97; SW – площадь плавучей опоры по ватерлинии.
В случае балластировки понтонов через донные отверстия осадка отдельной опоры определяется при отсутствии избыточного давления воздуха в балластируемых понтонах по формуле
= SQ / (kв Sw), (6.50)
где Sw – суммарная площадь небалластируемых понтонов.
Осадку плавучих опор от расчетных ветровых нагрузок, вызывающих крен или дифферент отдельной опоры (плавучей системы), можно вычислить по формуле
tг = b tgj, (6.51)
где b – половина размера плавучей опоры в плоскости кренящего (дифферентирующего) момента; j – угол крена или дифферента.
Значения tgj находятся из выражения
(6.52)
где SМ – суммарный момент относительно центра водоизмещения от расчетных ветровых нагрузок, приходящийся на плавучую опору; 1+m – коэффициент, учитывающий динамическое воздействие ветра при порывах его и инерцию плавсистемы, принимаемый равным 1,2.
Угол j должен удовлетворять условиям:
j £ j1; j £ j2, (6.53)
где j1 и j2 – угол крена (дифферента), соответствующий началу входа кромки палубы в воду и выходу из воды днища (середины скулы).
Объем водного балласта для балластировки плавучих опор складывается из следующих составляющих:
V = Vраб + Vрег + Vост, (6.54)
где Vраб, Vрег, Vост – объемы соответственно рабочего, регулировочного и остаточного балласта.
Объем Vраб рабочего балласта, необходимого для погружения (всплытия) плавучих опор при погрузке пролетного строения или установке его на опорные части, следует определять по формуле
Vраб = Р + D kв W, (6.55)
где Р – нормативный вес пролетного строения;
D = D1 + D2 + D3 + D4, (6.56)
D – погружение (всплытие) опоры;
D1 – упругие деформации пролетного строения при погрузке или установке его на опорные части;
D2 и D3 – деформации погрузочных устройств и плавучей опоры;
D4 – зазор между низом пролетного строения и верхом погрузочных устройств или опорных частей, принимаемый 0,05–0,10 м.
Объем Vрег регулировочного балласта определяется по формуле
Vрег = kв W hрег, (6.57)
где hрег – необходимое регулирование осадки плавучих опор на случай возможных колебаний уровня воды за время одного цикла перевозки, но менее, чем за сутки.
Объем Vост остаточного балласта определяется по формуле
Vост = kв W d, (6.58)
где d – толщина слоя остаточного балласта, принимаемая для понтонов типа КС, балластируемых наливом воды насосами равной 0,1 м, а для барж – в зависимости от конструкции набора днища.
Для понтонов КС, балластируемых через донные отверстия, толщина слоя остаточного балласта принимается равной 0,08 м, а для глухих небалластируемых понтонов того же плашкоута – равной нулю.
Объем балластных резервуаров плавучей опоры должен быть достаточным для размещения расчетного объема балласта, что должно быть проверено расчетом. При балластировке понтонов через донные отверстия следует учитывать, что уровень воды в балластных понтонах не может быть выше уровня воды за бортом.
Расчет надстройки плашкоута производят аналогично временным опорам для монтажа пролетного строения (см. п. 6.4).Указания по расчету прочности корпуса плашкоута, якорного раскрепления плавучей системы и по буксировке плавсистемы приведены в учебном пособии [16].
6.7. Строповочные устройства и траверсы
Припроизводстве монтажных работ грузоподъемными машинами поднимают и перемещают в пространстве различные мостовые конструкции, целиком либо отдельными блоками. Соединение крюка крана с поднимаемой конструкцией осуществляется с помощью строповочных устройств, тип и конструкция которых зависят от параметров конкретного груза.
Монтаж длинноразмерных мостовых конструкций (балок) производят, как правило, укрупненными блоками, что требует специальных схем строповки и строповочных устройств. Типичный пример строповки грузов стальными канатами показан на рис. 6.25, а.
Расчет стропов. Расчетное усилие в одной ветви стропа определяют по формуле
Nc = Р / (n k cos a), (6.59)
где Р – вес поднимаемого груза; n – число ветвей стропа; k – коэффициент запаса прочности стального каната, принимаемый для стропов не менее 6; a – угол между ветвью стропа и вертикалью.
Диаметр каната подбирают по разрывному усилию, взятому по ГОСТу или сертификату, исходя из условия Nc £ S, где S – разрывное усилие каната (соответствующей маркировочной группы) в целом. Таким образом, расчет в данном случае производят на нормативную нагрузку Р.
Недостатками канатных строповочных устройств являются высокая трудоемкость при строповке и расстроповке, низкая безопасность (частые обрывы стропов и строповочных петель в конструкции) и, самое главное, необходимость для такелажника подниматься после монтажа к узлу крепления стропа для его расстроповки. При большой длине балки и при обычном угле наклона строп к горизонту 40–50° существенно возрастает высота подъема груза, а значит падает связанная с этим грузоподъемность крана. В результате требуется более мощный и дорогостоящий кран.
Для строповки тяжелых, длинномерных мостовых конструкций типа балок применяют траверсы – специальные строповочные устройства, служащие не только для закрепления груза к крюку крана, но и другим целям: уменьшения высоты строповки, повышения безопасности монтажа (см. [14]). В этом случае строповочные петли уже не требуются. Ориентированные на конструкции определенного вида траверсы могут выполняться с автоматическими захватами.
Траверсу можно выполнить в виде металлической продольной балки, к которой по концам подвешивается сама поднимаемая балка (см. рис. 6.25, б). В этом случае высота строповки минимальна, так что грузоподъемность крана используется наиболее эффективно.
Однако, с ростом длины и веса Р поднимаемой балки существенно возрастает нагрузка на траверсу и ее собственный вес. В таком случае более рациональным становится конструкция траверсы с основным несущим элементом не в виде изгибаемой балки, а сжатой распорки (см. рис. 6.25, в). Такую траверсу подвешивают к крюку крана на стропах, а лучше – на цепных наклонных подвесках, что более надежно и безопасно.
Расчет траверс. Максимальный изгибающий момент и максимальную поперечную силу в траверсе, работающей на изгиб (см. рис. 6.25, б), определяют по формулам:
Мmax = (Р а + q a2) gf (1 + m) / 2; (6.60)
Qmax = (Р + q a) gf (1 + m) / 2, (6.61)
где Р – вес поднимаемого груза (балки); а – длина расчетной консоли траверсы; q – погонный вес траверсы; gf – коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,1; 1 + m – коэффициент динамики, равный 1,2.
Конструирование изгибаемой траверсы производят согласно нормам проектирования металлоконструкций СВСиУ (см. п. 5.3). С учетом того, что в средней части продольной балки траверсы ее нижний пояс испытывает максимальное сжатие и не закреплен от потери общей устойчивости, поперечное сечение траверс выполняют, как правило, коробчатым с более развитым сжатым поясом.
Максимальное продольное усилие в траверсе, работающей на сжатие (см. рис. 6.25, в), определяют по формуле
Nmax = Р gf (1 + m) tg a / 2. (6.62)
Помимо продольного усилия в распорке траверсы действует изгибающий момент от собственного ее веса
Мс = q x (l – x) gf (1 + m) / 2, (6.63)
где х – расстояние от серьги траверсы до расчетного сечения.
Кроме того следует учитывать, что конструктивно шарнирный узел соединения наклонного стропа с распоркой обычно решается с эксцентричным прикреплением. Поэтому подбор сечения распорки следует производить как сжато-изогнутого элемента (см. табл. 5.9).
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Владимирский С.Р. Проектирование технологии строительства мостов: Учебное пособие / СПбГАСУ. – СПб., 2006. – c.
2. Колоколов Н.М., Вейнблат Б.М. Стpоительство мостов: Учебник. – М.: Тpанспоpт, 1984. – 504 с.
3. Бобpиков Б.В. и дp. Стpоительство мостов: Учебник / Б.В. Бобpиков, И.М. Русаков, А.А. Цаpьков. – М.: Тpанспоpт, 1987. – 304 с.
4. Владимирский С.Р. Вспомогательные сооружения для строительства мостов. Ч. 1. Конструкция СВСиУ: Учебное пособие / СПбГАСУ. – СПб., 2006. – c.
5. Усольцев В.С. Расчеты вспомогательных сооружений и обустройств для строительства мостов: Учебное пособие.– Новосибирск: НИИЖТ, 1990. – 95 с.
6. Смирнов В.Н. Вспомогательные сооружения для строительства мостов: Учебное пособие.– СПб.: ПГУПС, 2004. – 79 с.
7.Строительство мостов и труб. (Справочник инженера) / Под ред. В.С. Кириллова. – М.: Транспорт, 1975. – 600 с.
8. СНиП 11–01–95. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. – М.: Минстрой России, 1995. – 14 с.
9. СНиП 3.01.01–85*. Организация строительного производства / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2000. – 56 с.
10. СНиП 2.05.03–84*. Мосты и трубы / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1996. – 214 с.
11. СНиП 3.06.04–91. Мосты и трубы. Правила производства и приемки
работ / Госстрой России. – М.: Стройиздат, 1993. – 132 с.
12. СТП 136–99. Специальные вспомогательные сооружения и устройства для строительства мостов. Нормы и правила проектирования. – М.: ОАО «Институт Гипростроймост», 1999. – 314 с.
13. СНиП 2.06.04–82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов) / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 40 с.
14. Вейнблат Б.М. и дp. Кpаны для стpоительства мостов: Спpавочник / Б.М. Вейнблат, И.И. Елинсон, В.П. Каменцев. – М.: Тpанспоpт, 1988. – 240 с.
15. Владимирский С.Р. Механизация строительства мостов: Учебное пособие / СПбГАСУ. – СПб.: Изд-во ДНК, 2005. – 96 c.
16. Владимирский С.Р. Механизация строительства мостов. Учебное пособие: Изд. 2-е, перераб. и доп. – СПб.: Изд-во ДНК, 2005. – 152 c.
17. Кручинкин А.В. Сборно-разборные временные мосты. – М.: Тpанспоpт, 1987. – 191 с.
18. СНиП 2.02.01–83*. Основания зданий и сооружений / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1995. – 49 с.
19. СНиП 2.02.03–85. Свайные фундаменты. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 48 с.
20. СНиП II-25–80. Деревянные конструкции. – М.: Стройиздат, 1982. –
30 с.
21. СНиП II-23–81*. Стальные конструкции. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. – 96 с.
22. Владимирский С.Р. Вариантное проектирование металлического моста: Учебное пособие / СПбГАСУ. – СПб.: Изд-во ДНК, 2005. – 76 c.
23. Будин А.Я. Тонкие подпорные стенки. – М.: Тpанспоpт, 1974. – 192 с.
24. Богданов Г.И., Владимирский С.Р., Козьмин Ю.Г., Кондратов В.В. Проектирование мостов и труб. Металлические мосты: Учебник; Под ред. Ю.Г. Козьмина. – М.: Маршрут, 2005.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Значение плотностей различных материалов
Наименование материала | Плотность, кг/м3 |
Сталь | 7850 |
Чугун | 7200 |
Свинец | 11400 |
Алюминий и его сплавы | 2700 |
Бетон вибрированный на гравии или щебне из природного камня | 2350 |
Железобетон (в зависимости от коэффициента армирования m, приближенно 2500 кг/м3) | |
Кладка из тесаных или грубо околотых камней: – гранита – песчаника – известняка | 2700 2400 2000 |
Кладка бутовая и бутобетонная: – на известковом камне – на песчаниках и кварцитах – на граните и базальте | 2000 2200 2400 |
Кладка кирпичная | 1800 |
Мастика асфальтовая | 1600 |
Асфальтобетон: – песчаный – среднезернистый | 2000 2300 |
Балласт щебеночный | 1700 |
Сосна, ель, кедр: пропитанные непропитанные | 700 600 |
Дуб и лиственница: пропитанные непропитанные | 900 800 |
Шлакобетон | 1800 |
Керамзитобетон | 1600 |
Шлак | 600–800 |
Вата минеральная | 100–150 |
Плиты минераловатные | 100–200 |
Фанера клееная | 600 |
Плиты древесноволокнистые и древесностружечные | 1000 |
Опилки | 250 |
Пенопласт | 80–150 |
Рубероид, пергамин, толь | 600 |
Снег | 100–300 |
Лед | 900 |
Приложение 2
Нормативные значения характеристик грунтов
А. Песчаных грунтов
Виды | Характерис- | Значения характеристик при коэффициенте пористости | |||
песков | тики грунтов | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 |
Гравелистые и крупные | g С j | 20,5 2,0 43 | 19,5 1,0 40 | 19,0 – 38 | – – – |
Средней крупности | g С j | 20,5 3,0 40 | 19,5 2,0 38 | 19,0 1,0 35 | – – – |
Мелкие | g С j | 19,5 6,0 38 | 19,5 4,0 36 | 19,0 2,0 32 | 19,0 – 28 |
Пылеватые | g С j | 19,5 8,0 36 | 19,5 6,0 34 | 19,0 4,0 30 | 19,0 2,0 26 |
Примечания:
1. Единицы измерения (в обеих таблицах):
удельный вес g – кН/м3;
сцепление С – Н/м2;
угол внутреннего трения j – град.
2. Для насыпного грунта j принимается на 5° ниже, а g – на 10% меньше.
Б. Глинистых грунтов
Наименова- ние грунтов | Характерис-тики грунтов | Значения характеристик при коэффициенте пористости | ||||||
и консис- тенция | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 | |
Супеси 0 £ IL £ 0,25 | g С j | 21,0 21,0 30 | 20,0 17,0 29 | 19,5 15,0 27 | – 13,0 – | – – – | – – – | – – – |
Супеси 0,25 £ IL £ 0,75 | g С j | 21,0 19,0 28 | 20,0 15,0 26 | 19,5 13,0 24 | 19,0 11,0 21 | – 9,0 – | – – – | – – – |
Суглинки 0 £ IL £ 0,25 | g С j | 21,0 47,0 26 | 20,0 37,0 25 | 19,5 31,0 24 | 19,0 25,0 23 | 18,5 22,0 22 | 18,0 19,0 20 | 17,5 15,0 20 |
Суглинки 0,25 £ IL £ 0,50 | g С j | 21,0 39,0 24 | 20,0 34,0 23 | 19,5 28,0 22 | 19,0 23,0 21 | 18,5 18,0 19 | 18,0 15,0 17 | – – – |
Суглинки 0,50 £ IL £ 0,75 | g С j | – – – | – – – | 19,5 25,0 19 | 19,0 20,0 18 | 18,5 16,0 16 | 18,0 14,0 14 | 17,5 12,0 12 |
Глины 0 £ IL £ 0,25 | g С j | – – – | 20,0 81,0 21 | 19,5 68,0 20 | 19,0 54,0 19 | 18,5 47,0 18 | 18,0 41,0 16 | 17,5 36,0 14 |
Глины 0,25 £ IL £ 0,50 | g С j | – – – | – – – | 19,5 57,0 18 | 19,0 50,0 17 | 18,5 43,0 16 | 18,0 37,0 14 | 17,5 32,0 11 |
Глины 0,50 £ IL £ 0,75 | g С j | – – – | – – – | 19,5 45,0 15 | 19,0 41,0 14 | 18,5 36,0 12 | 18,0 33,0 10 | 17,5 29,0 7 |
Приложение 3
Коэффициенты трения различных материалов
Таблица П.3.1
Значения коэффициентов трения скольжения материалов
Пара трущихся тел | Коэффициенты трения скольжения | ||
сухие | смоченные водой | смазанные | |
Сталь по стали (без обработки) | 0,20 | 0,45 | 0,15 |
Дерево по дереву: – при параллельных волокнах – при взаимно перпендикулярных волокнах – торцом | 0,60 0,55 0,45 | 0,70 0,71 – | 0,15 0,20 – |
Дерево по стали | 0,50 | 0,65 | 0,20 |
«» по льду | 0,04 | – | – |
«» по грунту | 0,50–0,60 | 0,10–0,25 | – |
«» по бетону | 0,40 | – | – |
Бетон по глине | 0,25 | 0,10 | – |
«» суглинкам и супесям | 0,30 | 0,25 | – |
«» песку | 0,40 | 0,25 | – |
«» гравию и гальке | 0,50 | – | – |
«» скале | 0,60 | – | – |
«» бетону | 0,60 | – | – |
Сталь по льду | 0,02 | – | – |
«» по асфальту | 0,35 | 0,40 | – |
«» по бетону | 0,35–0,45 | – | 0,20–0,25 |
Полимерные прокладки по стали | см. табл. П.3.2 |
Таблица П.3.2
Значения коэффициентов трения полимеров по стали
Материал трущейся пары | Давление, | Коэффициент трения при температуре | |
МПа (кгс/см2) | Отрицательной | Положительной | |
Полированный лист + фторопласт | <10 (100) >10 (100) | 0,12 0,09 | 0,07 0,06 |
Полированный лист + нафтлен | <10 (100) >10 (100) | 0,12 0,10 | 0,07 0,06 |
Полированный лист + металлофторопласт | <10 (100) >10 (100) | 0,12 0,12 | 0,08 0,08 |
Полированный лист + полиэтилен ВП | <10 (100) >10 (100) | 0,18 0,12 | 0,10 0,06 |
Примечания:
- В табл. П.3.2 указаны значения коэффициента трения при трогании с места. При скольжении значения коэффициента трения понижаются в среднем на 20%.
- При замене полированного листа листом, покрашенным эмалью, значения коэффициента трения увеличиваются на 10%.
Приложение 4
Схема районирования территории России по ветровой нагрузке
Приложение 5
Данные для расчета деревянных конструкций
Таблица П.5.1
Расчетные сопротивления древесины сосны
Напряженное состояние и характеристика | Обозна- | Расчетные сопротивления, Мпа, для сортов древесины | ||
элементов | чения | 1 | 2 | 3 |
Изгиб, сжатие и смятие вдоль волокон: а) элементы прямоугольного сечения б) элементы из круглых лесоматериалов без врезок в расчетном сечении | Rdb, Rdc, Rdq | 15 – | 14 16 | 10 10 |
Растяжение вдоль волокон | Rdt | 10 | 7 | – |
Сжатие и смятие по всей площади поперек волокон | Rd с90, Rdq90 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
Смятие поперек волокон местное: а) в опорных частях конструкций, лобовых врубках и узловых примыканиях элементов б) под шайбами при углах смятия от 90° до 60° | Rdq90 | 3 4 | 3 4 | 3 4 |
Скалывание вдоль волокон: а) при изгибе неклееных элементов б) в лобовых врубках для максимального напряжения | Rdab | 1,8 2,4 | 1,6 2,1 | 1,6 2,1 |
Скалывание поперек волокон (в соединениях неклееных элементов) | Rdqab | 1,0 | 0,8 | 0,6 |
Примечание. Модули упругости древесины при сжатии, растяжении вдоль волокон и при изгибе принимаются в среднем 8340 МПа (85000 кгс/см2), при сжатии поперек волокон – 392 МПа (4000 кгс/см2).
Таблица П.5.2
Коэффициенты условий работы деревянных конструкций
Вид конструкции, характер воздействия, условия эксплуатации | Коэффициент m |
РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ | |
Конструкции, расположенные под водой | 0,9 |
Элементы опалубки, тепляков, подвергающиеся воздействию пара | 0,8 |
Элементы закладного крепления котлованов | 1,1 |
Элементы опалубки монолитных конструкций | 1,5 |
Элементы прогонов, пакетов, тротуаров в подкрановых эстакадах и рабочих мостиках при воздействии временной вертикальной нагрузки | 1,1 |
Сопряжение насадок со сваями и стойками (смятие) | 1,2 |
РАСЧЕТНАЯ НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ | |
Все виды нагелей при любых нагрузках | 1,25 |
Нагели в соединениях, подвергающихся длительному увлажнению, в том числе пропариванию | 0,85 |
Гвоздевые соединения, работающие на боковое давление бетонной смеси | 1,75 |
Примечание. В случаях, не оговоренных в таблице, m = 1.
Приложение 6
Данные для расчета металлических конструкций
Основные физические характеристики стали:
плотность с, кг/м3 – 7850;
модуль упругости Е, МПа (кгс/см2) – 2,06•105 (2,1•106);
модуль сдвига G, МПа (кгс/см2) – 0,78•105 (0,81•106);
коэффициент поперечной деформации (Пуассона) н – 0,3;
коэффициент линейного расширения a, °С–1 – 1,2•10–5.
Таблица П.6.1
Расчетные сопротивления сталей
Напряженное состояние и характеристика | Обозна-чение | Расчетное сопротивление по пределу текучести, МПа (кгс/см2) стали марки | |||
ВСт3 | 09Г2С | 15ХСНД | 10ХСНД | ||
Растяжение, сжатие, изгиб | Ry | 230 (2350) | 300 (3050) | 330 (3350) | 355 (3600) |
Сдвиг | Rs | 133 (1360) | 174 (1780) | 191 (1940) | 206 (2090) |
Таблица П.6.2
Коэффициенты условий работы элементов стальных конструкций
Вид конструкции, характер воздействия, условия эксплуатации | Коэффициент m |
ЭЛЕМЕНТЫ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ | |
Сплошностенчатые балки (кроме расчетов на общую устойчивость) и сжатые элементы решетчатых ферм | 0,9 |
Сплошностенчатые балки при расчете на общую устойчивость | 0,95 |
Затяжки, тяги, оттяжки, подвески (кроме креплений котлованов), выполненные из прокатной стали | 0,9 |
Элементы стержневых конструкций: сжатые (за исключением трубчатых сечений) при расчетах на устойчивость растянутые в сварных конструкциях | 0,9 0,95 |
СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НА БОЛТАХ | |
Многоболтовые соединения в расчетах на срез и смятие при болтах: повышенной точности грубой и нормальной точности | 1,0 0,9 |
Болтовые соединения элементов из стали с пределом текучести до 380 МПа в расчете на смятие при расстояниях: а = 1,5 d – вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия; b = 2 d – между центрами отверстий (d – диаметр отверстия для болта) | 0,85 |
Примечания: 1. Коэффициенты условий работы m для несущих конструкций одновременно учитывать не следует, а для болтовых соединений – следует.
2. При значениях расстояний a и b, промежуточных между указанными в табл. значениями, коэффициент m следует определять линейной интерполяцией.
3. В случаях, не оговоренных в таблице, m = 1.
Данные для расчета инвентарных металлических конструкций (МИК-С, МИК-П, шпунт, понтоны) приведены в части 1 учебного пособия [4].
Характеристики стальных прокатных профилей (двутавр, тавр, швеллер, уголок), используемых в неинвентарных конструкциях, следует брать из соответствующих сортаментов. В табл. П.6.3 приведены данные по наиболее рекомендуемым двутаврам с параллельными гранями полок типа Б и Ш из ГОСТ 26020-83, а в табл. П.6.4 – по трубчатым сечениям.
Таблица П.6.3
Сокращенный сортамент и геометрические характеристики
двутавровых балок с параллельными гранями полок
Номер | Масса | Площадь | Размеры, мм | Геометрические характеристики сечения | |||||
про-филя | 1 м длины кг | попереч-ного сечения А, см2 | Высота балки H | Ширина пояса B | Тол-щина стенки t | Тол-щина пояса s | Ix, см4 | Wx, см3 | rx, см |
Нормальные двутавры | |||||||||
30Б1 30Б2 40Б1 40Б2 50Б1 50Б2 55Б1 55Б2 60Б1 60Б2 70Б1 70Б2 80Б1 80Б2 90Б1 90Б2 100Б1 100Б2 100Б3 100Б4 | 32,6 35,2 47,2 52,6 72,1 79,0 86,3 94,4 103 114 127 140 155 173 193 209 227 252 281 312 | 41,5 44,9 60,1 67,0 91,8 101,0 110,0 120,0 131,0 145,0 162,0 178,0 197,0 220,0 245,0 266,0 289,0 321,0 358,0 397,0 | 297,5 300 395,8 400 498,6 500 545,2 550 594,2 600 693,6 700 791,6 800 893,2 900 990 1000 1008 1014 | 140,0 140,0 165,0 165,0 200,0 200,0 215,0 215,0 230,0 230,0 260,0 260,0 270,0 270,0 310,0 310,0 320,0 320,0 321,0 323,1 | 5,8 5,8 6,8 6,8 8,4 8,4 9,2 9,2 10,0 10,0 11,5 11,5 13,0 13,0 14,3 14,3 15,5 15,5 16,6 18,6 | 8,5 9,7 9,8 11,9 12,2 14,4 13,7 16,1 15,4 18,3 15,5 18,7 17,2 21,4 18,6 22,0 21,0 26,0 30,0 33,0 | 6320 7070 15810 18560 37670 43120 54480 62220 77430 89320 125800 146000 194370 230280 309020 351380 442460 521660 595560 662170 | 424 471 799 928 1520 1720 2000 2260 2610 2980 3630 4170 4910 5760 6920 7810 8940 10430 11820 13060 | 12,3 12,5 16,2 16,6 20,3 20,7 22,3 22,7 24,3 24,8 27,9 28,6 31,4 32,4 35,5 36,3 39,1 40,3 40,8 40,8 |
Широкополочные двутавры | |||||||||
50Ш1 50Ш2 50Ш3 50Ш4 60Ш1 60Ш2 60Ш3 60Ш4 70Ш1 70Ш2 70Ш3 70Ш4 70Ш5 | 112 125 140 155 140 153 169 190 167 185 204 225 246 | 143 160 173 198 179 195 216 242 213 236 260 287 313 | 484,2 489,8 489,8 496,2 579,4 584,6 588,4 588,4 683,0 689,4 694,0 699,0 704,0 | 300,0 300,0 303,8 303,8 320,0 320,0 321,4 325,9 320,0 320,3 321,7 323,2 324,7 | 10,4 10,4 14,2 14,2 11,6 11,6 13,0 17,5 12,8 13,1 14,5 16,0 17,5 | 15,0 17,8 17,8 21,0 17,0 19,6 21,5 21,5 19,2 22,4 24,7 27,2 29,7 | 60510 70470 74190 86010 106520 120610 133440 141080 171660 196590 218110 241890 266130 | 2500 2880 3030 3470 3680 4130 4540 4800 5030 5700 6290 6920 7560 | 20,6 21,0 20,4 20,8 24,4 24,8 24,9 24,1 28,4 28,9 29,0 29,0 29,1 |
Таблица П.6.4
Сокращенный сортамент и геометрические характеристики
стальных электросварных труб
Размеры, мм | Вес | Площадь | Радиус | |
Диаметр наружный Dн | Толщина стенки s | 1 пог. м, кг | сечения А, см2 | инерции, i, см |
530 | 6 | 77,53 | 98,8 | 18,5 |
7 | 90,28 | 115 | 18,5 | |
8 | 103,98 | 132 | 18,5 | |
630 | 7 | 107,54 | 137 | 22,0 |
8 | 122,71 | 156 | 22,0 | |
9 | 137,81 | 175 | 22,0 | |
720 | 7 | 123,1 | 157 | 25,2 |
8 | 140,5 | 179 | 25,1 | |
9 | 157,8 | 201 | 25,1 | |
820 | 7 | 140,3 | 179 | 25,2 |
8 | 160,2 | 204 | 25,1 | |
10 | 199,8 | 254 | 25,1 | |
1020 | 8 | 199,7 | 254 | 35,8 |
10 | 249,1 | 317 | 35,7 | |
12 | 298,3 | 380 | 35,7 | |
1220 | 9 | 268,8 | 342 | 42,9 |
10 | 298,4 | 380 | 42,8 | |
12 | 357,5 | 455 | 42,7 | |
1420 | 10 | 347,7 | 443 | 49,9 |
12 | 416,7 | 531 | 49,8 | |
14 | 485,4 | 618 | 49,8 |
Приложение 7
Металлические шпунтовые сваи
Таблица П.7.1
Характеристики прокатных шпунтовых свай
Таблица П.7.2
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 2591; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!