Тема 6.2. Основы проектирования и расчета опор.

6.2.1 Сбор нагрузок на опору моста.

    Опоры мостов рассчитывают на общую устойчивость против опрокидывания и сдвига, на прочность тела опоры, его фундамента и основания.

На опору действуют вертикальные и горизонтальные усилия. Вертикальные усилия слагаются из собственного веса опоры и пролетных строений и временной подвижной нагрузки. Горизонтальные усилия возникают от действия сил торможения, центробежных сил на кривых в плане мостах, поперечных воздействий движущейся нагрузки, ветровой нагрузки, навала судов и давления льда. На устои действует также горизонтальное давление грунта насыпи.

Различные сочетания этих нагрузок вызывают в теле опоры и в основании продольные сжимающие силы и изгибающие моменты, т. е. опора работает как внецентренно сжатый элемент. Изгиб опоры может происходить в направлениях как вдоль, так и поперек пролета моста.

При расчете опор различают основные и дополнительные сочетания нагрузок, отличающиеся вероятностью одновременного их совпадения.

   При расчете промежуточных опор балочных мостов учитывают следующие виды силовых воздействий: собственный вес опоры -G; опорные давления от веса пролетных строений и мостового полотна – Gп1, Gп2, Gп3; опорные давления от временной подвижной нагрузки – V1, V2, V3; тормозные силы –Q1 и Q2; ветровые нагрузки –q1 и q2; давление льда – vh1 и vh2; нагрузка от навала судов – С; поперечные удары подвижной нагрузки F.

 

   При определении собственного веса опоры используют предварительно назначенные размеры, а вес пролетных строений берут из типовых проектов. Давление льда может быть направлено как поперек, так и вдоль моста и в уровне высокого и низкого ледохода. Нагрузка от навала судов действует также в двух направлениях и принимается на уровне РСГ. Продольное давление ветра принимается в размере 60% от поперечного давления. Тормозные силы полностью передаются через неподвижные опорные части.

    При расчете промежуточных опор принимают следующие сочетания нагрузок:

· только постоянные нагрузки;

· постоянные нагрузки + временная подвижная нагрузка + тормозная сила + ветровая нагрузка (вдоль и поперек моста).

Береговые опоры (устои) рассчитывают только на нагрузки, действующие вдоль моста. Кроме перечисленных выше нагрузок, на устой действуют еще вертикальные рv и горизонтальные  vh давления грунта.

При расчете устоев принимают следующие сочетания нагрузок:

· только постоянные нагрузки;

· постоянные нагрузки + временная подвижная нагрузка на пролетном строении + тормозная сила;

· постоянные нагрузки + временная, расположенная на призме обрушения.

 

6.2.2 Последовательность расчета промежуточных опор.

 

  Расчет опор производится по обрезу и по подошве фундамента по первому предельному состоянию: прочности и по устойчивости положения на расчетные нагрузки с коэффициентами перегрузки.

Расчет по прочности сечений внецентренно сжатых элементов производится, при малых эксцентриситетах по формуле:

N·e                           

-----≤Rпр;

φS0

при больших эксцентриситетах по формуле:

N

-----≤Rи;          признаком малого эксцентриситета является условие Sс> 0,8S0

φ·Ас

N –нормальное усилие; φ –коэффициент понижения несущей способности сжатых элементов или коэффициент продольного изгиба (СНиП 2.05.03-84* табл. 36,37); е – эксцентриситет, расстояние от точки приложения нормального усилия N до менее напряженной грани сечения; S0 – статический момент площади А относительно менее напряженной грани сечения; Sс –статический момент площади сечения сжатой зоны бетона Ас относительно менее напряженной грани сечения; Rпр и Rи –расчетные сопротивления, на осевое сжатие и сжатие при изгибе (СНиП 2.05.03-84* табл. 23). b –наименьший размер поперечного сечения элемента; l0 – свободная длина элемента.

Исходные данные:

На двухпролетном мосту на промежуточную опору с прямоугольным сечением в плане опираются два ж/б ПС заданной длиной и расчетными пролетами l1иl2 м. Материал опоры бетон заданной марки с Rпр и Rи.

Постоянная нагрузка: полный вес ж/б ПС заданной длины, в том числе вес мостового полотна и перил. Определяем нагрузку на 1 п.м.; заданы размеры опоры – b (ширина опоры по фасаду моста), а (ширина опоры по фасаду), l (высота опоры по обрезу фундамента), временная подвижная нагрузка.

.

 

тогда, вышеуказанные формулы приобретают вид: при малых эксцентриситетах

N        2е0                   

----- (1+-------)≤Rпр;

φА        b

        М

где е0=-------- - эксцентриситет приложения продольной силы;

         N

М –момент действующих сил относительно центра тяжести сечения;

 b – размер опоры по ширине; А – площадь всего сечения;

при больших эксцентриситетах

N        N 

-----= ------------------- ≤Rи;     признаком малого эксцентриситета является условие    

φ·Ас φ·А(1+ 2е0/ b)                                 е0≤ 0,225 b    

Проверяем опору в направлении вдоль моста. Основные сочетания нагрузок: постоянная нагрузка и временная на одном из пролетов.

Проверка напряжений по обрезу фундамента.

Площадь сечения по обрезу фундамента А= b · а

                                                 а·b³                  

Момент инерции сечения I=-----------

                                                  12

определяем собственный вес опоры в т с удельным весом ж/бетона 2,5т/м³;

расчетный вес с учетом коэффициента перегрузки в т

Давление от веса пролетного строения:

   (п·р1 + п·р2)L    

Gр=------------------,т

            2                              

где п – коэффициенты перегрузки, для мостового полотна – 1,3, для ПС – 1,1

коэффициент понижения несущей способности определяется l0=2хl

l0       

--=--            (φ по СНиП 2.05.03-84* табл. 36,37)

b      

Давление от временной подвижной нагрузки:

       v·L          

V =п·----------,т

          2                  

v - временная эквивалентная нагрузка (табл. 1 СНиП 2.05.03-84*)

п – коэффициент перегрузки для временной нагрузки при основных сочетаниях нагрузок (СНиП 2.05.03-84*)

сумма вертикальных сил

N=расчетный вес опоры с учетом коэффициента перегрузки + давление от веса пролетного строения + давление от временной подвижной нагрузки в т.

Момент относительно центра тяжести сечения от временной нагрузки на втором пролете:

М= V· е= в тм

                                                                         М          

                                             эксцентриситет е=-------= должен быть < 0,225b

                                                                                N         

При малом эксцентриситете напряжения определяются по формуле:

N        2е0                         

----- (1+-------)≤Rпр;        

φА        b      

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие усилия действуют на опору?

2. Сочетания нагрузок при расчете промежуточных опор и устоев.

3.  Последовательность расчета промежуточных опор.

 

 

 

  Раздел 7. Металлические мосты.