Расчет опирания насадки на стойки

Задание

 

 

 

Содержание

Задание. 2

Содержание. 3

Введение. 4

1. Разработка вариантов. 5

1.1. Вариант 1. 5

1.2. Вариант 2. 10

2. Расчет деревянного моста. 13

2.1. Расчет прогонов. 13

2.1.1. Сбор нагрузок. 13

2.1.2. Подбор сечений. 14

2.1.3. Расчет опирания прогонов. 15

2.2. Расчет опор. 16

2.2.1. Сбор нагрузок. 16

2.2.2. Расчет опирания насадки на стойки. 17

2.2.3. Расчет стоек опоры.. 18

Заключение. 19

Список использованной литературы.. 20

 

 

Приложения:

1. Варианты моста.

2. Общий вид моста.

Введение

Метод вариантного проектирования, при котором выбор того или иного решения производится на основании технико-экономического сравнения вариантов, широко используется в проектной практике. Применение его при проектировании мостов предписывается нормативными документами (СНиП и др.). Этот метод заключается в целенаправленной последовательной разработке вариантов решения с критическим анализом каждого очередного варианта. Цель анализа – выявить достоинства и недостатки варианта и найти пути, позволяющие избавиться от недостатков, сохранить и по возможности развить положительные стороны решения. Путем постепенного совершенствования обычно приходят не к одному, а к нескольким существенно различным, но конкурентоспособным вариантам. На основании детального технико-экономического сравнения этих вариантов и выбирается окончательное решение.

 

То, что при проектировании моста можно получить не одно лучшее, а несколько конкурентоспособных решений, объективно обусловлено противоречивостью требований, которые предъявляются к сооружению, отсутствием единого критерия оценки. Например, трудно одновременно обеспечить требуемые по условиям судоходства большие пролеты моста с высоким подмостовым габаритом и малую высоту насыпей на подходах, что важно, например, для городских мостов. Повышенные архитектурные требования часто вступают в противоречие с условием минимума затрат. Более дешевый мост может оказаться менее долговечным. Выбор окончательного решения может стать, как писал академик Г.П. Передерий, «трудным волевым шагом».

 

Разработка вариантов

Разработаем варианты моста под железную дорогу при следующих данных:

- продольный профиль по оси мостового перехода и геологический разрез представлены на рис. 1;

- отметка уровня меженной воды (УМВ) –115,80м;

- отметка расчетного уровня высокой воды (УВВ) –117,30м;

- для пропуска водного потока необходимо отверстие моста L₀=38,0м;

- временная нагрузка С8;

- количество железнодорожных путей – 1.

Оценивая условия задания, обратим внимание на относительно небольшую высоту насыпи (Н = 5,75м), на грунты, благоприятствующие забивке свай, незначительную глубину меженного русла (h₁ = 0,7м), что позволяет применять простую конструкцию однорядных свайных опор (без устройства подводных связей и ледоколов).

Вариант 1

В этом варианте можно наметить балочный мост с одинаковыми пролетами l=2,5..3м, что позволит использовать целиком лесоматериал стандартной длины – 6,5м.

Далее целесообразно определить наибольшую величину пролета, зависящую от класса заданной временной вертикальной нагрузки и конструкции пролетных строений. Учитывая не продолжительный срок эксплуатации моста, решаем применить одноярусные брусчатые прогоны. При высоком классе заданной временной нагрузки ограничим длину пролета размером l= 3,0м.

На мостах под железную дорогу подошва рельса выше БН на 0,75м. При этом верх прогонов располагается приблизительно в уровне БН. Отметку подошвы рельса определяем по формуле:

ПР = БН + 0,75 = 122,3+0,75 = 123,05

Выбирая местоположение моста на продольном профиле, следует разместить отверстие в зоне наибольших глубин, причем конусы насыпей не должны заходить в меженное русло, так как это сильно усложнит работу по отсыпке и укреплению откосов конусов. Во всех вариантах отметка БН и отметка подошвы рельса принимаются одинаковыми.

 

 

Определим количество однорядных опор и пролетов:

;

,

где L_теор, L_факт – длина моста определяемая по количеству опор, м;

L_факт – длина моста определяемая по количеству пролетов, м;

L₀ – отверстие моста, м;

b_i – приведенная толщина опор (для однорядных – 0,4м, для пространственных – 0,6В), м;

l_i – длина пролетов, м;

l_уст – длина устоя моста (0,7Н=4м. Принимаем равной 2х2м), м;

Сопоставляя две величины - L_теор и L_факт определим схему моста.

Первоначально примем 20 пролетов по 3 метра, тогда:

м;

м.

Пространственные опоры необходимо размещать каждые 20 – 25 метров. При нашей длине моста необходимы две пространственные опоры, тогда:

м;

м.

Для уравнивания длин L_теор и L_факт примем пролеты длиной 2,85м, пролеты устоя – 1,9м.

м;

м.

Принимаем по первому варианту:

- полная длина моста 65,6м;

- 20 пролетов длиной 2,85м;

- 15 однорядных опор;

- 2 пространственные опоры;

- устои моста 2х1,9м.

Прогоны и стойки опор размещаем так, чтобы обеспечивалось наиболее равномерное загружение брусьев прогонов. Для сокращения свободной длины стоек однорядных опор и повышения продольной жесткости моста все опоры связываем продольными схватками. При наличии продольных схваток целесообразно в этом же уровне поставить и поперечные горизонтальные схватки, сокращающие свободную длину стоек опор в поперечном направлении.

Сваи в устоях в поперечном направлении установим такие же, как и в промежуточных опорах, при этом упрощается установка продольных горизонтальных схваток, связывающих устои с промежуточными опорами.

Разместим по концам моста закладные щиты с забитыми в грунт насыпи короткими сваями на расстоянии 0,5м от крайних свай устоев.

Для расчета стоимости и последующего сравнения вариантов определим расход лесоматериалов на пролетные строения и опоры.

Диаметр прогонов подбираем по рис. 4 приложения 1. При пролете 2,85м момент сопротивления W=17500см³. Принимаем 6 брусьев ø32 (W=2950 ^х6=17700 см³)/

Расход леса на прогоны из брусьев определим по формуле:

V₁=V^хl^хn^хc=0,100^х2,85^х6 ^х1,1=1,88м³,

где V₁ – объем леса на пролет;

V=0,100 пог.м – средний объем 1 пог.м бруса ø32;

l – пролет прогона;

n – количество бревен в двух прогонах;

с=1,1 – строительный коэффициент.

V₂=V^хl^хn^хc=0,100^х2^х1,9 ^х6 ^х1,1=2,51м³,

где V₂ – объем леса на пролет на устоях.

Стоимость пролетного строения из бруса без покрытия определяется по укрупненным расценкам и составляет:

С₁=1,88^х105=197,4 руб.

С₂=2,51^х105= 263,55 руб.

Промеряя графически размеры элементов опор и устоев, составляем следующие таблицы:

Таблица 1 - Спецификация элементов промежуточной плоской однорядной опоры моста по варианту 1

Наименование элементов	Размер сечения, ø см	Длина элемента, м	Кол-во	Объем, м3
одного	общий
Стойки		6,5		0,490	1,96
Насадки		2,8		0,28	0,28
Попереч. гориз. схватки (общая длина)	22/2		-	0,668	0,668
Попереч. диаг. схватки	22/2		-	0,500	0,50
Прод. гориз. схватки (общая длина)	22/2		-	0,572	0,572

Всего на одну опору 3,98

Сваи

0,377

1,508

Стоимость опоры без свай: 85 * 3,98=338,3 руб.

Стоимость свай: 90 * 1,508= 135,7 руб.

Общая стоимость 474,0 руб.

Здесь и далее стоимость всех элементов указана в ценах 1984 года.

Таблица 2 - Спецификация элементов устоя моста по варианту № 1

Наименование элементов	Размер сечения,ø см	Длина элемента, м	Кол-во	Объем, м3
одного	общий
Стойки		5,5		0,482	5,784
Насадки		2,8		0,322	0,966
Подкосы		2,8		0,246	3,936
Прод. гориз. схватки (общая длина)	24/2	4,4		0,122	2,928

Всего на один устой 13,614

Сваи

0,439

5,268

Стоимость устоя без свай: 85 * 9,078 = 1157,19 руб.

Стоимость свай: 90 * 5,268= 474,12 руб.

Общая стоимость 1631,31 руб.

Таблица 3 Спецификация элементов промежуточной пространственной опоры по варианту 1

Наименование элементов	Размер сечения, ø см	Длина элемента, м	Кол-во	Объем, м3
одного	общий
Стойки		6,5		0,490	3,92
Насадки		2,8		0,28	0,56
Попереч. гориз. схватки (общая длина)	22/2		-	1,336	1,336
Попереч. диаг. схватки	22/2		-	1,00	1,00
Прод. гориз. схватки (общая длина)	22/2		-	2,00	2,00
Прод. диаг. схватки (общая длина)	22/2		-	1,407	1,407

Всего на одну опору 10,223

 

Сваи

0,377

3,016

 

Стоимость опоры без свай: 85* 10,223= 868,96 руб.

Стоимость свай: 90 * 3,016=271,44руб.

Общая стоимость 1140,39 руб.

 

Таблица 4 Расчет стоимости моста по варианту № 1

Наименование	Кол-во	Стоимость, руб.
одной	Общая
Устои		1631,31	3262,62
Промеж. пл. однор. опоры		474,0	7110,0
Пролетные строения		197,4
Пролетные строения на устоях		263,55	527,1
Промеж. простр. опора		1140,39	2280,78
		Итого:	17128,5
Прочие затраты 35%
Всего	23123,5

 

Прежде чем приступить к составлению варианта № 2 моста, выясним недостатки первого варианта, которые постараемся не допустить в варианте № 2.

 

К недостаткам следует отнести:

• неприспособленность конструкции к индустриальным условиям изготовления. Наращивание свай, установка насадок и схваток выполняются в неудобных условиях работы на высоте требуются большие затраты ручного труда;

• опасность повреждения однорядных опор при заклинке льдин между ними, вследствие малой жесткости опор в направлении вдоль оси моста;

• трудность применения антисептированного лесоматериала.

• большое количество опор.

Вариант 2

Во втором варианте, с целью уменьшения опор принимаем пространственные свайные опоры. При устройстве пространственных опор значительно повышается продольная жесткость моста.

Для улучшения условий пропуска льда увеличим длину пролетов ориентировочно до 5,8м. Расстояние между полуопорами возьмем 3м. Ширину устоя примем 2х1,85м.

Принимаем количество пролетов n_п=7 шт., тогда длина моста:

м;

м.

Принимаем длину моста равной 67м.

Определим сечение стоек пространственной опоры.

По графику на рис. 3 приложения 1 – площадь стоек одной полуопоры А = 2400см². Принимаем 4 стойки ø28 (А=616^х4=2464см²).

Расход леса на прогоны из составных пакетов определим по рис. 5 приложения 1:

При пролете 5,8м – V=0,9м³/м, т.е. площадь поперечного сечения одного пакета А=0,9/2=0,45м²=4500см². Примем пакет из шести бревен ø32см (А=805*6=4830см²).

V₁=V^хl^хn^хc=0,100^х5,8^х12 ^х1,1= 7,66м³,

где V₁ – объем леса на пролет;

V=0,100 пог.м – средний объем 1 пог.м бруса ø32;

l – пролет прогона;

n – количество бревен в двух прогонах;

с=1,1 – строительный коэффициент.

V₂=V^хl^хn^хc=0,100^х2^х1,85 ^х6 ^х1,1= 2,44м³,

где V₂ – объем леса на пролет на устоях.

Стоимость пролетного строения из бруса без покрытия определяется по укрупненным расценкам и составляет:

С₁=7,66^х105=804,3 руб.

С₂=2,44^х105= 256,2 руб.

Промеряя графически размеры элементов опор и устоев, составляем следующие таблицы:

Таблица 5 - Спецификация элементов устоя моста по варианту № 2

Наименование элементов	Размер сечения,ø см	Длина элемента, м	Кол-во	Объем, м3
одного	общий
Стойки		5,5		0,482	5,784
Насадки		2,8		0,322	0,966
Подкосы		2,8		0,246	3,936
Прод. гориз. схватки (общая длина)	24/2	4,4		0,122	2,928

Всего на один устой 13,614

Сваи

0,439

5,268

Стоимость устоя без свай: 85 * 9,078 = 1157,19 руб.

Стоимость свай: 90 * 5,268= 474,12 руб.

Общая стоимость 1631,31 руб.

Таблица 6 Спецификация элементов промежуточной пространственной опоры по варианту 1

Наименование элементов	Размер сечения, ø см	Длина элемента, м	Кол-во	Объем, м3
одного	общий
Стойки		6,5		0,490	3,92
Насадки		2,8		0,322	0,644
Попереч. гориз. схватки (общая длина)	22/2		-	1,336	1,336
Попереч. диаг. схватки	22/2		-	1,00	1,00
Прод. гориз. схватки (общая длина)	22/2		-	2,41	2,41
Прод. диаг. схватки (общая длина)	22/2		-	1,77	1,77

Всего на одну опору 11,08

 

Сваи

0,452

3,619

 

Стоимость опоры без свай: 85* 11,08= 941,8 руб.

Стоимость свай: 90 * 3,619= 325,71руб.

Общая стоимость 1213,24 руб.

 

Таблица 7 Расчет стоимости моста по варианту № 2

Наименование	Кол-во	Стоимость, руб.
одной	Общая
Устои		1631,31	3262,62
Пролетные строения		1267,51	8492,68 8872,57
Пролетные строения на устоях		256,2	512,4
Промеж. простр. опора		804,3	4825,8
		Итого:	17473,4
Прочие затраты 35%	6115,69
Всего	23589,1

 

Разработанный вариант имеет определенные достоинства и недостатки, по сравнению с предыдущим.

К достоинствам относятся:

• меньшее количество опор;

• большая жесткость опор вдоль оси моста.

К недостаткам относятся:

• составные пакетные прогоны сложнее в изготовлении;

• существует возможность загнивания древесины в гнездах для шпонок.

 

При относительно одинаковой стоимости мостов по двум вариантам, учитывая отсутствие судоходных пролетов, в качестве окончательного варианта был выбран первый вариант – конструкция с 20 пролетами по 2,85 метров, двумя пространственными опорами. Достоинствами такой системы является простое и качественное изготовления опор на месте, простая установка прогонов (без грузоподъемной техники), меньшая длина моста.

Расчет деревянного моста

2.

Расчет прогонов

Сбор нагрузок

Прогоны рассчитываются как разрезные балки с расчетным пролетом, равным расстоянию между осями насадок или центрами опорных брусьев.

Нормативные постоянные нагрузки на 1 п.м длины прогоны равны:

- от веса мостового полотна на поперечинах без тротуаров:

кН/м;

- от веса двух тротуаров с перилами, устанавливаемых при длине моста более 25м и высоте более 5м:

кН/м;

Нагрузка от собственного веса прогонов Р_пр определяются по предварительно назначенным размерам:

кН/м,

где V_пр – объем древесины прогона;

l – длина прогона;

- удельный вес древесины, принимаемый равным 6.86 кН/м³ – для пропитанной древесины.

кН/м.

Коэффициенты надежности по нагрузке для деревянных конструкций и мостового полотна с ездой на поперечинах =1.2.

Интенсивность временной железнодорожной нагрузки равна:

кН/м,

где ν – интенсивность эквивалентной нагрузки, определяемой по [2, прил. 3] в зависимости от длины линии влияния λ и коэффициента α.

При α = 0.5 и λ = 2.85 – ν = 21.98кН/м.

При α = 0 и λ = 2.85 – ν = 25.12кН/м.

кН/м,

кН/м.

Коэффициент надежности по нагрузке для временной нагрузки при λ≤50м может быть определен по формуле:

γ_fν = 1.3 – 0.003 λ=1.3-0.003^.2.85=1.29

Коэффициент динамики для расчета элементов деревянных мостов под железную дорогу принимается равным 1+µ = 1.1.

Максимальный момент в середине пролета прогона:

кН м,

кН м,

кН,

кН,

Подбор сечений

Расчет сводится к проверке нормальных и касательных напряжений, а также проверке на смятие прогона в месте опирания его на насадку.

Требуемый момент сопротивления одного бревна равен:

м³,

где - n=6 - кол-во бревен;

R_db – расчетное сопротивление сосны влажностью менее 25%, МПа.

По найденному значению W_тр подбираем сечение бревна.

м = 32см.

где - k₁=2.301 - коэффициент, зависящий от величины окантовки.

Максимальные скалывающие напряжения проверяются по формуле:

,

где - S_br - статический момент инерции;

J_br - момент инерции;

b = 32см – ширина бревна в уровне нейтральной оси для;

R_dab = 1,57Мпа = 1570кПа – расчетное сопротивление сосны влажностью менее 25%.

см³ = 0,0024 м³,

где - k₂=0.0729 - коэффициент, зависящий от величины окантовки.

см⁴ = 0,00041 м⁴,

где - k₃=0.0395 - коэффициент, зависящий от величины окантовки

кПа < 1570 кПа.

Условие выполняется.

Расчет опирания прогонов.

Проверка прочности прогонов на смятие в месте опирания на насадку производится по формуле:

,

где - D – давление, передаваемое на насадку прогонами;

A_q = (0,32/2)*(0,32/2) = 0,0256м² – площадь опирания одного прогона на насадку;

n=6 - кол-во бревен;

R_dqa – расчетное сопротивление местному смятию древесины;

m_q = 1.0 – коэффициент условий работы.

кПа,

где - R_dq = 1,77МПа = 1770кПа– расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон;

l_s = 0.32/2 = 0.16м – длина площадки смятия вдоль волокон.

кН,

где (1+µ) = 1.2

кН,

кПа,

кПа.

Условие прочности прогонов на смятие:

- 3029кПа ≤ 12181кПа выполняется.

Расчет опор

Сбор нагрузок

Опоры моста рассчитываются на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок. В курсовом проекте – расчет на прочность элементов опоры только при действии вертикальных нагрузок.

Вертикальное давление на однорядную опору определяется в соответствии со схемой на рис. 1.

Рис.1

 

 

Нормативные нагрузки от веса мостового полотна Р_мп, тротуаров Р_т, прогонов Р_пр и коэффициенты надежности к ним γ_f. Определены при расчете прогонов.

Интенсивность временной железнодорожной нагрузки равна:

кН/м,

где ν – интенсивность эквивалентной нагрузки, определяемой по [2, прил. 3] в зависимости от длины линии влияния λ и коэффициента α.

При α = 0.5 и λ = 5.7 – ν = 17.29кН/м.

кН/м.

Величина расчетного опорного давления определяется по формуле:

кН,

где ω – площадь линии влияния:

γ_fν = 1.3 – 0.003^.λ=1.3-0.003^.2.85^.2 = 1.28.

кН.

Вес опоры

кН.

Расчет опирания насадки на стойки

Насадка определяется на смятие поперек волокон в местах опирания на стойки. На соединение действует давление D`, которое определяется, при динамическом коэффициенте (1+µ) = 1.2, по формуле:

кН,

кН.

Условие прочности записывается в виде неравенства:

,

где n_c = 4 – количество стоек, воспринимающих давление;

R_dqa – расчетное сопротивление местному смятию древесины;

m_q = 1.2 – коэффициент условий работы;

A_q = 0.93 d s – площадь опирания одного прогона на насадку,

где d – диаметр стойки;

s = 0.32/2=0.16м – ширина подтески насадки.

A_q = 0.93 0.28 0.16 = 0.041м².

кПа,

где R_dq = 1,77МПа = 1770кПа– расчетное сопротивление смятию древесины поперек волокон;

l_s = 0.28м – длина площадки смятия вдоль волокон.

кПа,

кПа.

Условие прочности прогонов на смятие:

- 3957кПа ≤ 113605кПа выполняется.

Расчет стоек опоры

Стойки опоры рассчитываются на суммарное давление от прогонов D и от веса опоры Q_оп.

Условие прочности сечения стойки на сжатие с учетом продольного изгиба записывается в виде:

,

где A_d – площадь (брутто) поперечного сечения одной стойки;

n_c – число стоек опоры, воспринимающих давление D;

n_o – полное число стоек опоры;

α – угол наклона стойки к вертикали;

φ – коэффициент понижения несущей способности сжатого элемента.

Коэффициент φ определяется в зависимости от гибкости стойки ,

где l₀ = 7.5м – свободная длина стоек для плоских опор принимается равной высоте опоры над свайным основанием.

i – радиус инерции круглого сечения.

.

При

кПа

кПа

Условие прочности сечения стойки на сжатие выполняется.

 

Заключение

В курсовом проекте были разработаны два варианта деревянного моста, посчитаны основные объемы лесоматериалов и проведено сравнение стоимости по двум вариантам.

Сделан вывод о выборе предпочтительного варианта.

Посчитаны прочностные характеристики основных элементов выбранного варианта моста.

Выполнен чертеж общего вида моста (план, фасад и поперечный разрез).

 

Список использованной литературы

1. Деревянные мосты (разработка вариантов): учебное пособие, Е.Д. Максарев, В.В. Миронов, М.К. Никитин. СПб.; ПГУПС, 2000г.

2. Расчет деревянных мостов, методические указания, Ленинград, ЛИИЖТ 1988г.

3. СНиП 2.05.03-84* Мосты и трубы.

4. Проектирование мостов, под ред. Г.К. Евграфова, Н.Н. Богданов. Издательство «Транспорт» Москва 1966г.

5. Мосты и тоннели на железных дорогах, под ред. д-ра тех. наук, проф. В.О.Осипова. Издательство «Транспорт» Москва 1988г.