Курсовая работа: Проектирование деревянного моста

,

где  - сжатие и смятие всей поверхности поперек волокон,;  - длина площадки смятия вдоль волокон древесины, см.

;

;

Условие выполняется

Анализ результатов:

;

Вывод: Две насадки сечением 0.22*0.22 удовлетворяют условие прочности

3.3 Проверка составного пакета по ограничению продольного прогиба

Проверку прогиба в середине пролета составного пакета на колодках , производят по формуле:

где  – количество составных пакетов в поперечном сечении пролетного строения;  – количество составных балок в одном составном пакете;  – момент инерции брутто сечения составной балки относительно её нейтральной оси, ; – модуль упругости для определения деформаций от временных нагрузок [1, п. 6.15];  – коэффициент условий работы, учитывающий влияние податливости соединений на шпонках [1, п. 6.33];  – коэффициент условия для деревянных балочных пролетных строений мостов [1, п. 1.43].

,

;

Условие выполняется

Анализ результатов

;

Вывод: Уменьшить сечение бруса нельзя, так как не пройдет расчет нормального соединения

3.4 Расчет соединения на колодках

3.4.1 Расчет расчетной сдвигающей силой.

3.1 Схема к расчету соединения бревен в составных пакетах с соединением на колодках

Геометрические характеристики сечения составной балки пакета.

Принятые размеры бруса пакета: ;

Принятые размеры колодки:  hk=0,1 La=0.21м; а=0.28 bk=0.1

=(1,5*406,2515*0,011)/(3*0.0049*9)=15.1553 МН

где: М0.5-изгибающий момент в середине пролета составного пакета, МН*м; -статический момент площади сечения составной балки брутто, лежащей за рассматриваемым рядом колодок, относительно нейтральной оси.м3;nb-количество составных балок в пакете;Ibr-момент инерции брутто всего сечения составной балки пакета относительно нейтральной оси м4;nk-количество колодок в рассматриваемом ряду на длине полу пролета балки.

3.4.2 Расчет соединения по прочности на смятие по площади упора колодки в элемент

Где: -расчетное усилие смятия, МН; Аq-площадь смятия, м2.Аq=b*hвр; mq- коэффициент условий работы, принимаемый в данном слч. равным 1.-расчетное сопротивление на смятие вдоль волокон, мПа

=10.03мПа14.7мПа

Аq=0.17*0,03=0.0051 м2

;

Вывод: Условие удовлетворяется ,уменьшить сечение нельзя.

3.4.3 Расчет соединения по прочности на смятие скалывания колодки

Где: -расчетное скалывающее усилие, МН; Аq-площадь скалывания, м2.Аа1=la*bk ; mа- коэффициент условий работы, принимаемый в данном слч. равным 0.8 .-расчетное сопротивление на скалывание колодок мПа

2

;

Вывод: Условие удовлетворяется .

3.4.3 Расчет соединения по прочности на скалывания соединяемых элементов по площадке между колодками

Где: -расчетное скалывающее усилие, МН; Аq-площадь скалывания, м2.Аа1=а*b ; mа- коэффициент условий работы, принимаемый в данном слч. равным 0.7 .-расчетное сопротивление на скалывание колодок мПа

2

;

Вывод: Условие удовлетворяется .

3.4.4 Расчет на прочность сжатых болтов

=(3*51.1553*0,07)/(2*0.21)=25.57 МН

Где: -расчетное скалывающее усилие, МН; z- расстояние между центрами тяжести площадок упора колодок в соединяемые элементы. м; la-длинна колодки, м.

Где:-растягивающие напряжение в болте, мПа; Ant-площадь нетто поперечного сечения одного болта, м2;-расчетное сопротивление материала болта, МПа.

Аnt=0.83*0.19=0.15

Вывод: Условие удовлетворяется .

4 Расчет опоры

Рис. 4.1 Схема опоры, заданной к расчету

4.1 Общие положения

Опоры деревянных железнодорожных мостов состоят из отдельных элементов – свай, стоек, насадок, лежней, связей. При проектировании деревянного моста рассчитывают как опору в целом, так и ее отдельные элементы. Опору в целом проверяют на устойчивость положения против опрокидывания, а элементы опоры рассчитывают на прочности и устойчивости.

Расчеты элементов опор по прочности и устойчивости ведут на расчетные нагрузки. При этом отдельно выполняют расчеты:

- на воздействие только вертикальных нагрузок (постоянных и временных);

- на воздействие только горизонтальных нагрузок или совместное воздействие нагрузок вертикальных (с поездом или без него) и горизонтальных (поперечный ветер, поперечные удары колес подвижного состава, продольные силы торможения, центробежная сила).

Виды расчетов, выполняемых для того или иного элемента опоры, назначают исходя из характера работы этого элемента под нагрузками.

4.2 Расчет рамно-свайной опоры балочного моста на вертикальные нагрузки

Расчет рамно-лежневой опоры балочного моста по сравнению с расчетом свайной опоры, имеет следующие особенности:

1 усилия необходимо определять в средних и крайних стойках рам;

2 на смятие в местах сопряжения со стойками проверяют не только верхние, но и нижние насадки рам;

3 верхние насадки рам проверяют на сжатие с изгибом;

4 лежни опоры проверяют на изгиб и по прочности грунтового основания, сваи ростверка – по прочности грунтового основания.

4.3 Расчет на прочность по смятию в местах опирания на насадки

Геометрические характеристики:

hпб=0.25;bпб=0.25

hнс=0.19;bнс=0.19

hст=0.26;bпб=0.26

4.3.1 насадку на прокладные брусья.

Условие прочности:

где  - площадь смятия между насадкой и прокладным брусом, ;  – количество площадок смятия ;  - расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек волокон на части длины элемента.-расчетное давление.

где  – коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций ;  – вес насадки, опирающейся на прокладные брусья.

,

где  - сжатие и смятие всей поверхности поперек волокон,;  - длина площадки смятия вдоль волокон древесины, см.

Анализ результатов:

;

Вывод: Условие удовлетворяется .

4.3.2Прокладных брусьев на следующую насадку

Условие прочности:

где  - площадь смятия между прокладным брусом и насадкой, ;  – количество площадок смятия ;  - расчетное сопротивление древесины местному смятию поперек волокон на части длины элемента.-расчетное давление.

где  – коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций ;  – вес прокладного бруса.

,

где  - сжатие и смятие всей поверхности поперек волокон,;

Анализ результатов:

;

Вывод: Условие удовлетворяется .

4.4 Определение усилий в стойках опоры

Рис. 4.2 Схемы к определению усилий в насадках и стойках рамно-свайной опоры.

Определение расчетных давлений

где  - количество пакетов в пролетном строении; - динамический коэффициент, для , для ;  - коэффициент сочетаний для временной вертикальной нагрузки от подвижного состава железных дорог; - нормативная временная вертикальная нагрузка СК соответственно при расчете пакетов, кН/м; - площадь линии влияния соответственно при расчете пакета, м;  – коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций ;  - коэффициент надежности по временной вертикальной нагрузке;

Усилия в уровне верха стоек №1 и №2  () и  () обычно определяют в предположении разрезности насадки над стойками. Линии влияния усилий  () и  (), построенные исходя из такого предположения, приведены на рисунке

где ,  - сосредоточенное давление, передаваемое с каждого бруса на насадку;  – количество составных брусьев в одном пакете;  – ординаты соответствующей определяемому усилию линии влияния под осями брусьев пакета;  – коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций ; - веснасадки, опирающейся на прокладные брусья;  – вес насадки, опирающейся на стойки;  – вес прокладного бруса.

Вертикальные усилия в стойках в уровне сопряжения их с нижними насадками  и  можно получить, увеличив соответствующие усилия в уровне верха стоек на расчетное воздействие, приходящееся на стойку от собственного веса стоек и веса поперечных и продольных связей опоры , считая, что последние поровну распределяются между стойками опоры:

где ,  - сосредоточенное давление, передаваемое с каждого бруса на насадку;  – количество составных брусьев в одном пакете;  – ординаты соответствующей определяемому усилию линии влияния под осями брусьев пакета;  – коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций ;  – вес стоек;  – вес стоек.

4.4.1 Расчет насадок на смятие в местах соединения со стойками

Условие прочности

где - расчетное усилие смятия (, , , ), кН;  - соответствующая усилию площадь смятия (, , , , м2; mq – коэффициент условий работы древесины на смятие поперек волокон для расчета соединения насадок в сопряжении со стойками, принимаемый: при эксплуатации элементов конструкции выше горизонта воды равным 1,2, при соприкасающихся с грунтом или находящихся в грунте – 0,85; постоянно увлажняемых или находящихся в воде – 0,75;  - расчётное сопротивление древесины местному смятию поперёк волокон на части длины элемента, МПа.

Верхняя насадка:

;

Нижняя насадка:

Анализ результатов:

;

4.5 Расчет стоек рамы

Эти расчеты выполняют в сечениях стоек, наиболее неблагоприятных с точки зрения данных расчетов. Такими являются сечения, где усилия наибольшие, сечения в наибольшей степени ослаблены и расчетные характеристики дерева снижены вследствие повышенной влажности. Обычно это нижние части стоек. Для данного случая расчеты на сжатие и по устойчивости выполняем по формулам:

- для наклонной стойки

где  - расчетная площадь поперечного сечения стойки, м2; = - площадь поперечного сечения нетто стойки, м2;  – расчетное сопротивление сосны сжатию вдоль волокон для древесины с влажность ниже 25%, МПа;  – коэффициент понижения несущей способности при проверке устойчивости центрально-сжатых элементов.

=/cos14=180.36/cos14=185.55

Коэффициент  понижения несущей способности при проверке устойчивости центрально сжатых элементов определяется в зависимости от расчетной гибкости , которая определяется по формуле:

где  - расчетная длина сжатой стойки, т.е. расстояние от насадки до сроста;  - радиус инерции поперечного сечения брутто стойки.

Находим гибкость

следовательно, коэффициент понижения несущей способности будем находить по формуле

Проверка условия прочности:

Условие выполняется

Проверка условия устойчивости

Условие выполняется

Анализ результатов:

по прочности на сжатие

на устойчивость

Вывод: Уменьшить диаметр стоек нельзя, так как не пройдет расчет по смятию

4.6 Расчет элементов опор на горизонтальные нагрузки и совместное воздействие горизонтальных и вертикальных нагрузок

Рис. 4.6.1 Схемы к определению давлений на элементы моста и подвижной состав железных дорог от горизонтальной поперечной ветровой нагрузки

4.6.1 Определение давлений на элементы моста и подвижной состав железных дорог от горизонтальной поперечной ветровой нагрузки

Нормативную ветровую нагрузку на элементы моста и подвижной состав, находящийся на мосту определяем по формулам

а) при наличии поезда на мосту:

- на подвижной состав ;

- на пролетное строение ;

- на опору .

б) при отсутствии поезда на мосту:

- на пролетное строение ;

- на опору .

где  - нормативные интенсивности ветровой нагрузки, определяемые по формуле

где  - нормативное значение ветрового давления, принимаемое в соответствии со СНиП 2.05.03-84* в зависимости от ветрового района территории РФ, в котором возводится мост.

Мост возводится в районе города Хабаровска, который находится во III ветровом районе, следовательно .

 - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления опоры, пролетного строения или подвижного состава от уровня грунта или меженной воды.

При , ;

При , ;

- для подвижного состава:

где 2 м - высота от головки рельса до центра ветрового давления;  - отметка уровня меженных вод, м.

- для пролетного строения:

Где – низ конструкции;

Найдем по интерполяции значение коэффициента :

при ,

при ,

при ,

 - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления конструкций мостов и подвижного состава железных дорог (СНиП, прил. 9);

 - для железнодорожного подвижного состава, находящегося на пролетном строении с ездой поверху;

 – для пролетного строения;

 - для опор башенного типа;

Определяем нормативные интенсивности ветровой нагрузки:

- на подвижной состав  

- на пролетное строение  

- на опору

,, - рабочие ветровые поверхности соответственно подвижного состава, пролетного строения и опоры;

на подвижной состав

на пролетное строение

на опору

где  - учитываемая в расчете опоры длина подвижного состава и пролетных строений, м; – высота полосы железнодорожного подвижного состава; – высота пролетного строения от низа до уровня головки рельса; А3=2,8 - площадь проекции тела опоры от уровня грунта или воды на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м2; ,, - коэффициенты сплошности соответственно для подвижного состава, пролетного строения, опоры

Определяем нормативную ветровую нагрузку:

а) при наличии поезда на мосту:

- на подвижной состав:

- на пролетное строение:

- на опору:

б) при отсутствии поезда на мосту:

- на пролетное строение:

- на опору:

4.6.1 Расчет опоры на устойчивость против опрокидывания

Расчет опоры на устойчивость против опрокидывания выполняется отдельно на нагрузки, действующие поперек и вдоль оси моста (рис.2.15).

Проверку опоры на устойчивость против опрокидывания в поперечном направлении производят на воздействие ветровых нагрузок и горизонтальной нагрузки от ударов подвижного состава, которые совместно не учитывают.

Рис.2.10. Схема к расчету опоры на устойчивость против опрокидывания в поперечном направлении при воздействии ветра

Определение расчетных усилий. При наличии поезда на мосту к опрокидывающему моменту относительно точки О от воздействия ветра на пролетное строение и опору добавляется опрокидывающий момент от ветрового давления на подвижной состав. Также увеличивается удерживающий момент относительно точки О от веса подвижного состава. Расчет на устойчивость выполняют для двух случаев загружения: с поездом на мосту и без него. Подвижную временную вертикальную нагрузку принимают как порожний подвижной состав, воздействие от которого определяют в соответствии с нормами [1, п.2,11].

Для сочетания 1. Постоянные нагрузки плюс подвижной состав плюс ветер:

Для сочетания 2. Постоянные нагрузки плюс ветер:

где  - нормативные давления поперечного ветра соответственно на подвижной состав, пролетное строение и опору;  - нормативные давления поперечного ветра соответственно на пролетное строение и опору при отсутствии поезда на мосту;  – плечи относительно точки О соответствующих ветровых нагрузок, м;  - интенсивности нормативных нагрузок соответственно от веса мостового полотна, тротуаров, прогонов, кН/м;  - временная вертикальная нагрузка от порожнего подвижного состава железных дорог [1, п. 2.11];  - коэффициент надежности по нагрузке для порожнего подвижного состава железных дорог [1, п. 1.40*];  - коэффициент сочетаний для нагрузки от порожнего подвижного состава железных дорог [1, п. 2.3];  - длина загружения пролетного строения постоянными и временной вертикальной нагрузками, м;  - нормативная нагрузка от веса опоры, кН;  – расчетная ширина опоры, м;  - коэффициент надежности по нагрузке к ветровой нагрузке [1, п.2.32*];  - коэффициент надежности по нагрузке к весу деревянных конструкций пролетного строения и опоры [1, п.1.40*];  - коэффициент сочетаний для ветровой нагрузки при наличии поезда на мосту [1, п.2.2];  - коэффициент сочетаний для ветровой нагрузки при отсутствии поезда на мосту [1, п.2.2].

Условие устойчивости:

Для опоры ветровые воздействия на подвижной состав, пролетное строение и опору создают относительно оси возможного поворота (опрокидывания) – точки О – опрокидывающий момент . Удерживающий момент  относительно той же точки О создает вертикальное воздействие от подвижного состава, нагрузки от веса пролетного строения и веса опоры.

Опора считается устойчивой против опрокидывания, если выполняется условие:

где  - момент опрокидывающих сил относительно оси возможного поворота (опрокидывания) опоры, кН·м;  - момент удерживающих сил относительно той же оси, кН·м;  - коэффициент условий работы для стадии эксплуатации;  - коэффициент надежности по назначению для той же стадии работы.

Для сочетания 1:

Условие выполняется

Для сочетания 2:

Условие выполняется

Вывод: Опора против опрокидывания устойчива.

Заключение

В данной курсовой работе был запроектирован краткосрочный деревянный мост под одну железную дорогу в районе г. Хабаровске. В ходе выполнения работы были получены практические навыки составления варианта моста, подсчету объемов и стоимости работ по варианту моста. Также были получены навыки анализа напряженного состояния элементов моста, выбора расчетных схем при расчете различных элементов моста, сбора нагрузок на рассчитываемый элемент моста и определение расчетных усилий в нем, назначения размеров сечений элементов в соответствии с требованиями норм проектирования, выполнение проверок сечений по предельным состояниям первой и второй групп, анализа результатов расчетных проверок и обеспечения экономичности рассчитываемой конструкции моста.

Список использованной литературы

1. СНиП 2.05.03-84*. Мосты и трубы / Минстрой России. – М.: ГП ЦПП, 1996. - 214 с

2. Проектирование деревянных и железобетонных мостов: учеб. для вузов; под ред. А.А. Петропавловского. – М.: Транспорт, 1978. - 359 с.

3. Гибшман, Е.Е. Проектирование деревянных мостов: учеб. Для вузов / Е.Е. Гибшман. – М.: Транспорт, 1976. – 272 с.

4. Топеха, А.А. Расчет деревянных балочных железнодорожных мостов: учеб. Пособие / А.А. Топеха. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - 100 с.