Конструктивное решение поперечника путепровода

Задание:

 

Схема путепровода:   16×19×16м;

Габарит проезжей части:  Г – 11.5;

Тротуары:     2×1,5 м;

Высота путепровода:   8,0 м;

Материал пролетного строения: Бетон класса В – 20

Рабочая арматура класса А II

Временная нагрузка:   НК-80, А 11 и толпа на тротуарах

Фундамент:    свайный

Пересечение с автодорогой:  III категории

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Конструктивное решение поперечника путепровода.

Пролетное строение компонуется из 9 бездиафрагменных балок стендового изготовления, пролет балки (в осях опор) принят 16м. Расстояние между осями смежных балок 1,6м. Соединение балок между собой производится сваркой и бетонированием выпусков арматуры из плиты проезжей части. Балки имеют Т-образное сечение, крайние балки отличаются от промежуточных наличием односторонних выпусков арматуры из плит и закладных деталей для прикрепления тротуарных блоков. Схема поперечного сечения пролетного строения показана на рисунке 1.

 

       

 

Рис.1. Схема поперечного сечения  пролетного строения.

 

Необходимо обеспечить ширину пролетного строения для размещения габарита проезжей части и тротуаров. Тротуары устраивают на плите балок, отделяя их от проезжей части барьерным ограждением, высотой 0,6-0,75м, а снаружи – перильным ограждением, крепящимся к тротуарному блоку.

При применении металлических  опорных частей на балках устанавливаются  закладные детали, при применении резиновых опорных частей закладные  детали не устраиваются

 

 

 

 

2. Расчет плиты пролетного строения.

2.1. Определение нагрузок.

Постоянная нагрузка на плиту складывается из веса дорожной одежды и ее собственного веса; представлена в табличной форме (табл.1).

 

 

Постоянные нагрузки на 1 м² плиты.      Таблица 1

Вид нагрузки	Нормативна нагрузка, кН/м2	Коэффициент надежности по нагрузке	Расчетная нагрузка кН/м2
1. Асфальтобетон		1,5	2,07
2. Защитный слой из армированного  бетона		1,3	1,3
3. Гидроизоляция		1,3	0,195
4. Выравнивающий слой		1,3	0,68
5. Железобетонная плита		1,1	4,13
Итого:	qn=6,81		q=8,38

 

Временные нагрузки.

Плита рассчитывается на временные нагрузки А 11 и НК-80.

Рассматриваются следующие  варианты загружения:

 

Первый вариант. В пролете плиты размещается одна колея нагрузки А 11.

При интенсивности полосовой  нагрузки q_пол=11 кН/м равномерно распределенная вдоль одной колеи нагрузка составит

При ширине колеса b=0,6м и распределении нагрузки в толще дорожной одежды под углом 45º ширина площадки распределения нагрузки вдоль пролета плиты составит:

 

 

 

Рис. 2. Загружение плиты одной колеей нагрузки А 11.

 

Интенсивность этой нагрузки на 1 м²:

Давление одного колеса тележки распределяется на длине 0,2 м(рис.1). Усилие от полосы поперек пролета  плиты вовлекает в работу участки длиной

,

но не менее  . Принимаем .

Рис. 3. Установка колес автомобильной  тележки перпендикулярно пролету  плиты.

 

Интенсивность нагрузки от одного колеса тележки при давлении на ось Р_АТ=110 кН.

Динамический коэффициент  при длине загружения определим по следующей формуле:

Принимаем .

Таким образом:

 

Второй вариант. В пролете плиты размещается одно колесо нагрузки НК-80 (рис.4).

При ширине колеса b=0,8 м и распределении давления от него в толще дорожной одежды под углом 45º ширина площадки давления составит:

Вдоль движения длина площадки распределения  совпадает с длиной площадки для колеса тележки А 11 и может быть принята равной , но не более расстояния между колесами 1,2 м.

Исходя из этого принимаем  .

Рис. 4. Загружение плиты нагрузкой  НК-80.

 

Интенсивность нагрузки на 1 м².

Динамический коэффициент для  НК-80 при длине загружения b₂=1,07м и условии 1> =1,07м>5 определим по формуле:

Таким образом:

 

2.2. Определение усилий  в плите пролетного строения.

Плиту пролетного строения поперек пролета путепровода  рассматриваем как многопролетную неразрезную балку, опирающуюся  на упругие опоры. Изгибающий момент в пролетах и на опорах этой балки определяется по моменту М₀ для однопролетной балки с помощью поправочных коэффициентов, учитывающих снижение момента за счет влияния защемления плиты в ребрах и податливости последних.

Для полосы плиты шириной 1 м, изгибающий момент в середине пролета от постоянной нагрузки А 11:

,

где:

- коэффициент надежности по  нагрузке для полосовой А 11;

- коэффициент надежности по  нагрузке для тележки А 11.

Изгибающий момент в середине пролета  от постоянной нагрузки и нагрузки НК-80:

,

где:

- коэффициент надежности по  нагрузке НК-80

В качестве расчетного усилия однопролетной плиты для расчетов на прочность принимаем наибольшее, полученное при загружении ее постоянной нагрузкой и нагрузкой НК-80.

М₀=31,2 кН·м

 

 

 

Рис.5. Поперечное сечение балки  а) действительное б) приведенное

 

Приведенная толщина верхней полки  равна:

Поправочный коэффициент  для определения М_оп и М_прол рассчитывается по формуле:

,

где:

- цилиндрическая жесткость,

- модуль сдвига бетона,

- модуль упругости бетона,

- момент инерции при кручении,

- коэффициент Пуассона.

При определении поправочного коэффициента n₁ все значения подставляются в сантиметрах.

Момент инерции при кручении составит:

где:

- длина и ширина прямоугольников,  из которых составлено сечение  балки.

< 30

По табл. 3 приложения 1 при n₁<30 находим:

на опоре:      в пролете:

М_оп=-0,8 М₀     М_прол=-0,25 М₀

М_оп=0,25 М₀     М_прол=0,5 М₀

Окончательно изгибающие моменты в неразрезной плите  равны:

на опоре:      в пролете:

М_оп=-0,8·34,19=-27,35 (кН·м)   М_прол=-0,25·34,19=-8,55 (кН·м)

М_оп=0,25·34,19=8,55 (кН·м)   М_прол=0,5·34,19=17,10 (кН·м)

 

2.3. Расчет плиты на прочность на стадии эксплуатации по изгибающему моменту.

Бетон класса    В20 R_b=10,5 МПа

Рабочая арматура класса АII R_s=265 МПа

Рабочая высота плиты 

Определение площади  рабочей арматуры плиты.

 

Нижняя зона. Максимальный момент в пролете М_прол=17,1 кН·м. Определяем коэффициенты А₀ и ; ширина плиты b=1м.

По таблице 1 приложения 1 находим n=0,945.

Принимаем: армирование  нижней зоны сеткой из стержней d 10, шаг 150 мм (7 стержней на 1 п.м.).A_s=5,5 см > 5,46 см².

 

Верхняя зона. Максимальный момент на опоре М_оп=27,35 кН·м.

По таблице 1 приложения 1 находим .

Принимаем: армирование  верхней зоны сеткой из стержней d 10, шаг 85 мм (12 стержней на 1 п.м.).A_s=9,42 см² > 9,08 см².

 

 

 

 

3. Расчет балки пролетного строения
0. Определение нагрузок.

Постоянная  нагрузка.

Нагрузка собирается на 1 метр длины пролетного строения.

Таблица 2.

№ п/п	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэф. надеж. по нагрузке.	Расчетная нагрузка,
1	2	3	4	5
1	Асфальтобетон ездового полотна  и литой асфальт тротуаров		1,5
2	Защитный слой из армированного  бетона		1,3
3	Гидроизоляция		1,3
4	Выравнивающий слой	0,025(11,5+0,25*2+2*1,5)*21=7,88	1,3
5	Перильное ограждение		1,1
6	Барьерное ограждение		1,1
7	Собственный вес балки  (по приведенному сечению)		1,1
	Итого:	139,38		165.25

 

Считаем постоянную нагрузку распределенной поровну между всеми  балками. Тогда на одну балку придется:

q_n=139,38:9=15,49 кН/м     q=165,25:9=18,36 кН/м

На тротуарах покрытие выполнено из литого асфальтобетона толщиной 2 см, остальные слои дорожной одежды те же, что и на проезжей части. Вес одного метра длины перильного ограждения тротуаров, барьерного ограждения проезжей части принимаем по типовым проектам.

 

Временная нагрузка.

Временные нагрузки А 11 и НК-80 распределяются между балками в соответствии с коэффициентом поперечной установки (КПУ). КПУ определяется по обобщенному  методу внецентренного сжатия М. Е. Гибшмана для каждого вида нагрузки отдельно, как сумма ординат линий влияния давления под центрами тяжести транспортных единиц или полос нагрузки, для толпы как ордината под точкой приложения равнодействующей. Рассматривают три варианта временного загружения.

Первый вариант загружения. А 11 + толпа.

Расчетные полосы нагрузки смещаются  на край проезжей части с расстоянием 1,5м от оси нагрузки до полосы безопасности и далее через 3м. В этом варианте нагрузка от транспортных средств сочетается с нагрузкой от толпы на тротуаре.

Второй вариант загружения. А 11.

Расчетные полосы нагрузки смещаются  на край ездового поля с расстоянием 1,5м от бордюра до оси нагрузки и далее через 3м. Учитываются две полосы нагружения независимо от габарита моста, предусматривающего более одной полосы движения.

Третий вариант загружения. НК-80.

Расчетная полоса смещается на край проезжей части с расстоянием 1,75м  от оси нагрузки до полосы безопасности.

Вычисляем геометрические характеристики приведенного сечения балки.

 

Рис. 6. Вычисление геометрических характеристик.

 

Статический момент сечения относительно нижней грани балки:

Площадь сечения:

Расстояние от нижней грани сечения  до его цента тяжести:

Расстояние от верхней  грани сечения до его цента  тяжести:

Момент инерции сечения  относительно оси, проходящей через  его центр тяжести перпендикулярно  плоскости изгиба:

Расчетную длину балки пролетного строения в соответствии с рисунком 7. Зазор между балками принят 50мм, ширина опорной площадки балки – 300мм, тогда:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7. Конструктивная и расчетная  длина балки.

 

На рисунке 8 представлена схема для определения КПУ по методу внецентренного сжатия М.Е. Гибшмана. При определении КПУ для полосовой нагрузки для всех полос, кроме первой, в качестве множителя к ординатам должен быть введен коэффициент S₁=0,6, учитывающий возможное неполное загружения полос автомобилями. Ординаты линий влияния давления под центрами тяжести крайних балок определяются по формуле: