Расчет балочного разрезного железобетонного пролетного строения под железнодорожную нагрузку включает в себя расчет главной балки и плиты проезжей части.
Расчет и конструирование железобетонного пролетного строения выполнены на персональном компьютере типа IBM PC, с помощью прикладных программ.
Powers - определение параметров л.вл. и расчетных усилий (Mi и Qi) в рассматриваемых сечениях.
Расчетная схема и определение нагрузок
а) Расчетная схема:
Расчетную схему разрезного балочного пролетного строения для определения внутренних усилий принимаем в виде равномерно загруженных главных балок, имеющих шарнирное опирание на опоры.
α=0;  =1,975 м2;
 = 257,13.
|
α=0;  =7,9 м2;
= 220,03.
|
α=0.25;  =23,404 м2;
 = 206,24.
|
α=0.5;  =31,205 м2;  = 192,45.
|
Рисунок 2.1 – Расчетная схема и линии влияния
б) Определение нагрузок:
В расчете учтены нормативные постоянные нагрузки на пролетное строение:
· от собственного веса балки пролетного строения
, (2.1)
Р – масса железобетона пролетного строения, Р = 49,2 т 
; 
– полная длина пролетного строения, = 16,5 м 
;
· от веса балласта с частями пути
, (2.2)
- осредненная ширина балластной призмы, м; 
– толщина балластной призмы, м; 
- удельная плотность балласта, = 20 кН/м3.
· от веса тротуаров с коммуникациями 
= 5 кН/м 
;
· от веса перил 
= 0,7 кН/м;
· от временной подвижной нагрузки.
Согласно формулам (2.1 – 2.2) нагрузка от собственного веса балки равна:
,
Для расчетов по прочности изгибающий момент и поперечная сила определяются:
, (2.3)
, (2.4)
, (2.5)
, (2.6)
, (2.7)
– временная, равномерно распределенная эквивалентная нагрузка, кН/м 
; 
– площадь линии влияния, м2; - динамический коэффициент 
; 
– коэффициенты надежности 
.
Для нагрузки М0,5:
λ = 15,8 м; α = 0,5;
 = 192,45 кН/м;
 = 1,1;  = 1,3;  = 1,25;
 ;
 .
| Для нагрузки М0,25:
λ = 15,8 м; α = 0,25;
 = 206,24 кН/м;
= 1,1; = 1,3; = 1,25;
 ;
 .
|
Для нагрузки Q0,0:
λ = 15,8 м; α = 0;
 = 220,03 кН/м;
= 1,1; = 1,3; = 1,25;
;
 .
| Для нагрузки Q0,25:
λ =11,85 м; α = 0;
 = 235,62 кН/м;
= 1,1; = 1,3; = 1,26;
 ;
 ;
 .
|
Для нагрузки Q0,5:
λ =7,9 м; α = 0;
= 257,13 кН/м;
= 1,1; = 1,3; = 1,28;
;
.
Таблица 2.1 – Расчетные усилия главной балки.
| Наименование внутреннего усилия | Единица измерения | Значение при расчете на прочность |
| кН*м | 
|
| 5307,489 | |
| кН | 1878,691 |
| 1936,02 | |
| 
|
Проверка расчетов усилий в программе Powers_New.
Рисунок 2.2 – Параметры линии влияния и эквивалентной нагрузки
Рисунок 2.3 – Расчетные усилия
Определение геометрических параметров расчетного сечения балки
Расчетная схема
| As |
| As` |
| b1 |
| hпл |
| b |
Для упрощения расчетов сложное реальное сечение балки (рис. 2.5) заменяется тавровым.
Рисунок 2.5 – Общий вид
главной балки
Расчеты производятся по расчетной схеме представленной на рис.2.6.
Рисунок 2.6 - Расчетная схема
где 
, 
- площади поперечного сечения соответственно растянутой и сжатой арматуры;
, 
- соответственно приведенная толщина и ширина верхней полки;
- рабочая высота сечения главной балки;
- плечо внутренней пары сил;
, 
- соответственно расстояния от центра тяжести рабочей арматуры до растянутой грани сечения и от центра тяжести сжатой арматуры до сжатой грани сечения;
- расчетная высота балки.
Приведенная толщина верхней полки hf определяется как
, (2.8)
где А i – площадь верхней полки с учетом вутов.
.
Расчетная высота балки определяется по формуле
(2.9)
h = 1,9 – 0,5 = 1,4 м.
Рабочая высота сечения балки h0 определяется как
(2.10)
где аs - расстояние от центра тяжести рабочей арматуры до растянутой грани сечения. Для приближенного расчета можно принять аs =0,20 м.
h0 = 1,4 – 0,2 = 1,2 м.
2.2.2 Расчет на прочность по нормальным сечениям
Требуемую площадь рабочей арматуры Аs посередине пролета главной балки можно найти из расчетов по прочности на действие изгибающего момента , принимая высоту сжатой зоны бетона х = hf
, (2.11)
где 
- расчетное сопротивление растяжению продольной арматуры балки, определяется по [2, табл. 7.16, с 74].
Класс арматуры подбираем в зависимости от температуры наружного воздуха самой холодной пятидневки с вероятностью Р=0,92 t˚= - 54˚С. Так как район проектирования относится к северной строительно-климатической зоне сварка арматуры не допускается. В связи с этим принимаем арматуру класса А400, диаметром ds = 38 мм, марка стали - 25Г2С.
.
Число стержней рабочей арматуры балки ns определяется с учетом предварительного назначения её диаметра по выражению
, (2.12)
где 
- площадь поперечного сечения одного стержня арматуры.
Принимаем 
Тогда для дальнейших расчетов принимаем
.
Расстановка стержней арматуры главной балки осуществляется в соответствии с [2, п.п.3.119 – 3.123, стр.63 – 64], в виде одиночных стержней. В данном случае, условия размещения стержней можно считать нестесненными и допускается располагать стержни ненапрягаемой арматуры в несколько рядов.
| Рисунок 2.7 – Схема размещения арматуры балки |
Расстояние до центра рабочей арматуры определяется по выражению
, (2.13)
где 
– количество стержней арматуры в iом горизонтальном ряду; 
– расстояние от растянутой грани до центра рассматриваемого горизонтального ряда рабочей арматуры.
.
Корректируем рабочую высоту сечения балки h0
h0 = 1,4 – 0,18 = 1,22 м.
Высота сжатой зоны бетона х может быть больше или меньше приведенной высоты балки hf.
Для прямоугольных сечений высота сжатой зоны определяется по выражению
, (2.14)
где - 
расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, определяемое по [2, табл. 23, с. 35]; 
- расчетное сопротивление сжатой арматуры, определяемое по [2, табл. 31, с. 41] для гладкой стержневой арматуры класса А240 (А-I); 
- площадь сжатой арматуры, количество которой принимаем 
диаметром ds = 10 мм.
для бетона класса В40.
Для данного класса бетона применяем марку по морозостойкости F400.
Если граница сжатой зоны проходит в ребре [2, п.3.63, с. 48], высота сжатой зоны бетона определяется
, (2.15)
Высота сжатой зоны для прямоугольного сечения
Для таврового сечения
.
.
При определении высоты сжатой зоны для таврового сечения получили отрицательные значения, следовательно, принимаем границу сжатой зоны в пределах прямоугольного сечения.
Так как 
0,153 < 
0,18, не учитывается.
Принимаем х = 0,153 м.
Определяем значение относительной высоты сжатой зоны ξ
, (2.16)
Значение 
определяется по формуле [3, ф-ла 7.18, с. 85]:
| (2.17) |
где  - для элементов с обычным армированием;
 – напряжение в арматуре, следует принимать равным  для ненапрягаемой арматуры,;   - предельное напряжение в арматуре сжатой зоны и должно приниматься равным 500 МПа.
|
Тогда
ω=0,85 – 0,008 * 20 = 0,69;
- условие выполняется.
Так как х = 0,153 
0,265, то прочность сечения, нормального к продольной оси балки (посередине пролета) определяют из условия
, (2.18)
< 7278,15
– условие выполняется.
Проверка расчетов с помощью MOST.
Рисунок 2.8 – Ввод исходных данных.
Рисунок 2.9 – Схема расположения арматуры балки.
Рисунок 2.10 – Результаты расчета нормальных сечений.
2.2.3 Расчет по прочности по наклонным сечениям
Расчет по прочности по наклонным сечениям производим с помощью программы MOST_RNS.
Несущая способность каждого стержня арматуры определяется
, (2.19)
.
Рисунок 2.11 – Исходные данные для расчета по прочности наклонных сечений.
Рисунок 2.12 – Расположение
рабочей арматуры
Рисунок 2.13 – Распределение отгибов арматуры.
Рисунок 2.14 – Результаты расчетов.
Рисунок 2.15 – Исходные данные для расчета по прочности наклонных сечений.
Рисунок 2.16 – Распределение отгибов арматуры.
Рисунок 2.17 – Результаты расчетов.
Конструирование
2.3.1 Определение требуемой длины сетки
Длину сетки принимаем 3 м.
Тогда
, (2.21)
где 
– количество сеток; 
- длина сетки.
Принимаем количество сеток 
Пересчитываем длину сетки
.
Распределение отгибов главной балки построено по рисунку 2.13.
2.3.2 Формирование сеток
1) Сетка верхняя СВ
Количество стержней рабочей арматуры должно находиться в пределах
ст./пог.м.
Первоночально принимаем nsр.а.=10 ст./пог.м.
nш=2,75*10=28 ст.
Шаг стержней
l’ст = 2,75/28 = 0,098 м.
Рисунок 2.18 – сетка верхняя.
1) Сетка нижняя - СН1 и СН2
,
l’ст = 2,75/14 = 0,196 м.
Рисунок 2.19 – а)сетка нижняя 1; б) сетка нижняя 2.
3) Сетки бортика, вута - СБВ и СВТ:
,
l’ст = 2,75/7 = 0,393 м.
Рисунок 2.20 – а) сетка вута; б) сетка бортика.
Заключение
В данной курсовой работе были запроектированы два варианта моста, с учеток климатических особенностей региона проектирования. Так же в зависимости от геологических условий были подобраны опоры моста. Произведены расчеты по проверке на прочность, трещиностойкость, выносливость пролетных строений с применением специализированных программ. Приведены основные конструктивные особенности пролетных строений.
Список литературы
1. Боровик, Г.М. Проектирование железобетонного железнодорожного моста: метод. пособие / Г.М. Боровик. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002.- 80 с.
2. СП 35.13330.2011. Мосты и трубы / Госстрой России. – М.: ГП ЦПП, 2011. - 236 c.
3. Указания по устройству и конструкции мостового полотна на железнодорожных мостах / ЦП МПС. – М.:Транспорт, 1989. – 120 с.
4. Смышляев, Б.Н. Особенности проектирования искусственных сооружений в суровых условиях дальневосточного региона: Учеб. пособие. / Б.Н. Смышляев, Г.М. Боровик. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 89 с.
5. СНиП 23-01-99. Строительная климатология / Госстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1999. - 214 c.
6. СНиП 2.02.04-88. – Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах / / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП, 1990. - 56 c.
