Тема 2.4. Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов.

2.4.1. Виды нагрузок и воздействий, учитываемых при расчете мостов. Сочетания нагрузок.

         Нагрузки и воздействия, принимаемые при расчете мостов, подразделяют на постоянные и временные. К основным постоянным нагрузкам относят собственный вес пролетных строений и опор, силы предварительного натяжения, давление от веса грунта на устои.
К основнымвременным относят нагрузки от проходящих по мосту транспортных средств и пешеходов: вертикальные подвижные нагрузки, горизонтальные поперечные нагрузки от центробежной силы и боковых ударов подвижной нагрузки, горизонтальные продольные нагрузки от торможения подвижной нагрузки, давление на грунт от подвижного состава.
           Кроме основных видов нагрузки, на мосты могут оказывать действие прочие нагрузки: ветровые, ледовые, от навала судов, строительные, сейсмические, от воздействия температуры среды

и морозного пучения грунтов.

          При расчете мостов нагрузки учитывают в различных возможных их сочетаниях. Основными сочетаниями считают одновременное действие постоянной нагрузки, временной подвижной вертикальной нагрузки, давления грунта, вызванного временной нагрузкой, центробежной силы, дополнительными называют сочетания, при которых одновременно с одной или несколькими нагрузками основных сочетаний действует также одна или несколько остальных видов нагрузок, кроме сейсмических и строительных. Особыми называют сочетания, включающие сейсмические или строительные нагрузки, совместно с другими нагрузками.

 

2.4.2. Нормативные и расчетные нагрузки

 

  Подвижная вертикальная нагрузка от автомобилей принимается в виде нормативной равномерно распределенной и одной двухосной тележки на каждой полосе движения по мосту (рис.52, а). Класс нагрузки обозначается буквами АК, где вторая буква К заменяется цифрой, равной усилию на одну ось тележки в тонна-силах. Следовательно, на каждое колесо тележки приходится 0,5К. Эта сила распределяется по поверхности покрытия на прямоугольной площадке со сторонами 0,2 м вдоль движения и 0,6 м поперек движения тележки. Равномерно распределенная нагрузка, которая выражает нагрузку от колонны автомобилей на одной полосе движения, имеет общую интенсивность к =0,1 К и располагается двумя продольными полосами на том же расстоянии, что и колеса в поперечном сечении (см. рис.52, а). Каждая продольная полоса распределенной нагрузки имеет интенсивность 0,05 К =0,5 к, а поскольку в поперечном направлении она распределена на 0,6 м, на единицу площади в полосе загружения приходится давление .

Класс нагрузки принимают равным A11 (т.е. К= 11 тс 110 кН и к =1,1 тс/м 11 кН/м) для мостов и труб на автомобильных дорогах I-III категорий и в городах, а также для больших мостов на дорогах IV и V категорий. Для средних и малых мостов на дорогах IV и V категорий принимают нагрузку класса А8. Кроме того, элементы проезжей части мостов, рассчитываемых на нагрузку А8, проверяют на усилие от одиночной оси, равное 11 тс 110 кН (рис.52, б).

Рис.52. Схемы временных нагрузок для автодорожных и городских мостов

На каждой полосе нагрузки АК устанавливают только одну тележку в самое неблагоприятное положение по длине загружения независимо от числа участков загружения. Равномерно распределенную нагрузку устанавливают на всех участках линии влияния одного знака. По ширине моста полосы нагрузки АК располагают в пределах проезжей части параллельно продольной оси моста и в количестве не больше числа полос движения. Их нужно располагать в наиболее неблагоприятном положении, но не ближе чем на 1,5 м от оси нагрузки до края ближайшей предохранительной или разделительной полосы, а при отсутствии последней - от оси проезжей части. Расстояние между осями соседних полос нагрузки должно быть не менее 3 м.

При всех расчетах конструкций мостов, когда на проезжей части установлено несколько полос нагрузки АК, самую неблагоприятно расположенную из них принимают действующей без изменений, а для остальных полос вводят уменьшающий коэффициент =0,6 к равномерно распределенной нагрузке к. Этот коэффициент учитывает возможное неполное загружение автомобилями при большом числе полос. Давление от тележек не уменьшается.

Расчеты показывают, что при пролетах вдоль линии загружения менее 1 м. можно не учитывать равномерно распределенную нагрузку, так как она увеличивает усилия от давления тележки менее чем на 5%. При больших пролетах надо учитывать обе составляющие АК.

Во время ремонта конструкции проезжей части прочность моста проверяют на одну полосу нагрузки АК, располагаемую в любом неблагоприятном положении по ширине моста, но не ближе 1,5 м от оси нагрузки до тротуара.

Рис.53. Схемы временных нагрузок для автодорожных и городских мостов

 

По мостам и другим искусственным сооружениям приходится пропускать особо тяжелые грузы - трейлеры, тягачи, тракторы и другие машины. Поэтому, кроме расчета на колонны автомобилей, необходимо проверять конструкции на пропуск одиночных тяжелых колесных или гусеничных нагрузок. Мосты, рассчитываемые на нагрузку А11, проверяют на действие одного тяжелого трейлера НК-80 весом 80 тс 800 кН (рис.53, а), а мосты под нагрузку А8 - на действие одной гусеничной нагрузки НГ-60 весом 60 тс 600 кН (рис.53, б). В поперечном направлении нагрузку НК-80 или НГ-60 располагают на проезжей части в любом наиболее неблагоприятном положении, но так, чтобы край колеса или гусеницы не выступал на предохранительную полосу.

Вертикальную нагрузку тротуаров и пешеходных мостов принимают в виде толпы людей. На мостах с тротуарами ее учитывают вместе с нагрузкой АК. При пропуске нагрузок НК-80 и НГ-60 тротуары не загружают.

Нормативную нагрузку от толпы людей на пешеходных мостах принимают вертикальной и равномерно распределенной на всей поверхности прохода с интенсивностью =400 кгс/м 4 кПа. На тротуарах мостов эту нагрузку принимают с интенсивностью (в кПа)

где:  - длина загружения или сумма длин участков загружения, м.

Значения , определенные по формуле, принимают не менее 200 кгс/м 2 кПа.

 

2.4.3. Коэффициенты при расчете мостов.

 

   3. При движении временной нагрузки, кроме давлений от ее веса (статическое действие), возникают различные дополнительные нагрузки в виде толчков, ударов, перегрузок и др., называемые динамическими воздействиями. Совокупность динамических воздействий принято учитывать путем умножения статических нагрузок на динамический коэффициент >1 и вводят его только для ж/б и металлических мостов. Для деревянных же и каменных мостов, а также для труб под насыпями динамический коэффициент не учитывают. Нагрузку тротуаров и пешеходных мостов тоже принимают без динамического коэффициента.

Поверхность моста подвержена давлению ветра. Для сквозных конструкций давление ветра определяют, пользуясь коэффициентом сплошности. Давление ветра считают нормальным к поверхности сооружения. Конструкцию пролетных строений и опор проверяют на давление ветра, дующего поперек оси сооружения, а также на давление ветра вдоль оси сооружения, которое принимают в размере 60% от полной поперечной ветровой нагрузки для; сквозных ферм или 20% для балок со сплошной стенкой.

Во время ледохода на опоры и ледорезы действует нагрузка от давления льда, при этом пользуются коэффициентом, зависящим от очертания передней части ледореза в плане. Эту нагрузку определяют на основе исходных данных по ледовой обстановке в районе расположения сооружения для периода времени с наибольшими воздействиями. Натурные наблюдения должны проводиться не менее 5 лет.

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Виды нагрузок и воздействий, учитываемых при расчете мостов.
2. Какие нагрузки называют нормативными, расчетными?
3. Нагрузка от подвижного состава на автодорогах АК, что включает в себя?

 

 

Тема 2.5. Составление вариантов моста, выбор основного варианта.

2.5.1. Схемы различных вариантов моста. Назначение основных размеров.

  Цель вариантного проектирования – поиск оптимального по технико-экономическим показателям варианта моста. Порядок вариантного проектирования включает три стадии: изучение исходных данных, разработка от 2-3 до 15 вариантов моста и выбор лучшего варианта на основании сравнения технико-экономических показателей.

        Изучение исходных данных предполагает сбор данных по геологии, гидрогеологии и гидрологии, высоте расположения проезда, условиям пропуска паводков, ледохода, судов. Намечаются необходимость возведения регуляционных сооружений, устройства облицовки на опорах, определяются типы устоев в зависимости от высоты насыпи, рассчитывается отверстие моста, определяются величины пролетов в зависимости от требований судоходства и пропуска ледохода.

        Разработка варианта состоит из вычисления высотных отметок, выбора схемы моста путем разбивки отверстия моста на пролеты, конструкций пролетных строений, опор и фундаментов, назначения методов производства работ по сооружению моста, подсчета объемов работ и стоимости моста. К высотным отметкам относятся низ конструкций пролетных строений и верх опорной площадки опор, верх покрытия проезжей части и бровка земляного полотна подходной насыпи, обрез и подошва фундаментов. Каждый последующий вариант проектируется по пути улучшения по сравнению с предыдущими вариантами путем изменения схемы моста, конструкций пролетных строений, опор и фундаментов.

      Сравнение вариантов производится выбором лучшего варианта по технико-экономическим показателям, к которым относятся строительная стоимость, расход материалов, трудоемкость и срок постройки, эксплуатационные расходы, надежность, долговечность и архитектурные качества.

     Для обеспечения сравнимости все технико-экономические показатели по вариантам относят на единую расчетную единицу измерения – 1м² расчетной площади ездового полотна с тротуарами, либо на стоимость одного погонного метра пролетного строения.

       Проектирование мостового сооружения начинается с выбора наиболее целесообразного варианта. Варианты составляют для одного и того же створа мостового перехода, на одной и той же трассе.

   Отверстие моста – это параметр, определяемый гидравлическими расчетами из условия пропуска высоких паводков между опорами моста (для крайних пролетов – между опорой и конусом насыпи), определяется по уровню высоких вод.

   Длина моста через водоток определяется главным образом величиной отверстия моста.

   Длина моста в целом определяется расстоянием между задними гранями устоев. Длину пролетного строения принимают по продольной оси моста.

L=nl+2lк

nl-количество и длина расчетного пролета.

2lк-растояние от конца крайней балки до конца устоя или переходных плит (3-6м, в зависимости от устоя или длины переходных плит).

Длину пролета выбирают в зависимости от высоты опор и грунтов в их основании. Чем выше опора и сложней фундаменты, тем опоры дороже, целесообразно уменьшить число опор, увеличив длину пролетов при сокращении их числа. Теоретически, наименьшую стоимость моста получают при равенстве стоимостей одного ПС и одной промежуточной опоры.

  Высоту моста при заданных отметках профиля и уровней воды выражают отметкой проезжей части автодороги, на которой расположен мост. В тех случаях, когда требуется сохранение определенных размеров подмостового габарита, при необходимости проектирования судоходных пролетов, высоту моста назначают исходя из этого условия. Ширину моста назначают, исходя из категории автодороги, на которой находится мост.

 

2.5.2. Разбивка на пролеты. Определение полной длины и высоты моста. Назначение ширины.

 

      Выбрав длину моста, определяют число пролетов, исходя, из необходимости выдержать заданное отверстие моста. Если река несудоходная, то целесообразно принимать одинаковые пролеты по всей длине моста. Ориентировочное число пролетов, для моста с равными пролетами определяют:

                                   L0 + (ПЧ – ГВВ – hстр. – 1,4)х3

                          n= ---------------------------------------

                                       lп + 0,05 – b

 

где L0 - заданное отверстие моста; ПЧ и ГВВ – отметки проезжей части и горизонта высокой воды; hстр. – строительная высота пролетного строения от ПЧ до низа конструкции на опоре; lп – полная длина одного пролета; b – ширина опоры по ГВВ (ориентировочно принимается 1,6-2,0м).

  Полученное значение n округляют до целого числа с таким расчетом, чтобы получить фактическое отверстие, отличающееся от заданного не более чем на +8% или - 3%. Затем наносят на профиле пролетные строения и оси опор, по возможности избегая расположения опор в наиболее глубоких местах русла.

Если река судоходная, то мост должен иметь один или два судоходных пролета. Требуемые подмостовые габариты в судоходных пролетах назначают в соответствии с ГОСТ 26775-97 «Габариты подмостовые судоходных пролетов мостов на внутренних водных путях». (табл. 2.2) Высоту подмостового габарита обеспечивают назначением отметки ПЧ.

ПЧ=РСУ+Н+ hстр.+0,1

где РСУ – отметка расчетного судоходного уровня; Н – требуемая по нормам высота подмостового габарита; hстр. - строительная высота ПС.

Таблица 2.2