книги / Проектирование и расчёт деревянных автодорожных мостов
..pdfФедеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»
Посвящается мостостроителям Байкало-Амурской магистрали
А.В. Цыганков
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ДЕРЕВЯННЫХ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2007
УДК 624.21.011.1.04:625.745.12 (075.8) Ц94
Рецензенты:
канд. техн. наук, проф. Б.С. Юшков; начальник отдела мостов ОАО «Уралгипротранс» С.А. Осокин
|
Цыганков, А.В. |
|
Ц94 |
Проектирование и расчет деревянных автодорожных |
|
|
мостов: учеб. пособие / А.В. Цыганков. – Пермь: Изд-во |
|
|
Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 434 с. |
|
|
ISBN 978-5-88151-864-6 |
|
|
Рассмотрены нормативные материалы для проектирования |
|
|
деревянных автодорожных мостов. Изложены вопросы по со- |
|
|
ставу проекта, назначению и сравнению вариантов моста. При- |
|
|
ведены основные сведения по конструированию и расчету мос- |
|
|
тов малых и средних пролетов. Представлены таблицы и при- |
|
|
ложения, облегчающие выполнение |
практических расчетов, |
|
а также детально изложены примеры |
расчетов современных |
|
и часто применяемых систем деревянных мостов. |
|
|
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по на- |
|
|
правлению 270200 «Транспортное строительство» специально- |
|
сти 270201 «Мосты и транспортные тоннели» и специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы».
Может быть использовано специалистами, занимающимися вопросами проектирования мостов.
УДК 624.21.011.1.04:625.745.12 (075.8)
ISBN 978-5-88151-864-6 |
© ГОУ ВПО |
|
«Пермский государственный |
|
технический университет», 2007 |
|
2 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение..................................................................................... |
6 |
1. Основные данные и нормативные материалы для |
|
проектирования деревянных автодорожных мостов............. |
7 |
1.1. Область применения деревянных мостов..................... |
7 |
1.2. Нагрузки и воздействия................................................. |
7 |
1.3. Коэффициенты надежности........................................... |
20 |
1.4. Расчетные характеристики материалов........................ |
22 |
1.5. Расчетные формулы и основные данные для расчета |
|
деревянных мостов................................................................ |
27 |
2. Назначение и сравнение вариантов деревянных мостов.... |
36 |
2.1. Исходные данные для проектирования........................ |
36 |
2.2. Состав проекта................................................................ |
36 |
2.3. Разработка вариантов деревянных мостов................... |
38 |
2.3.1. Общие положения................................................... |
38 |
2.3.2. Определение высоты моста.................................... |
39 |
2.3.3. Разбивка моста на пролеты..................................... |
41 |
2.3.4. Основные системы пролетных строений.............. |
49 |
2.3.5. Составление поперечных разрезов........................ |
58 |
2.4. Опоры и ледорезы .......................................................... |
59 |
2.5. Определение отверстия и полной длины моста........... |
73 |
2.6. Технико-экономическое сравнение вариантов............ |
74 |
3. Расчет балочных мостов малых пролетов ........................... |
78 |
3.1. Расчет настилов, перил и тротуаров............................. |
78 |
3.1.1. Расчет настилов....................................................... |
78 |
3.1.2. Расчет поперечин .................................................... |
84 |
3.1.3. Расчет перил и тротуаров....................................... |
89 |
3.1.4. Примеры расчета настилов..................................... |
92 |
3.2. Основы расчета мостов малых пролетов...................... |
105 |
3.2.1. Определение коэффициентов поперечной уста- |
|
новки η для сосредоточенных прогонов пролетных |
|
строений, обладающих небольшой поперечной |
|
жесткостью........................................................................ |
107 |
3.2.2. Определение коэффициентов поперечной уста- |
|
новки η для сосредоточенных прогонов пролетных |
|
строений, обладающих большой поперечной |
|
жесткостью........................................................................ |
111 |
3 |
|
3.2.3. Определение усилий и прогибов для сосредото- |
|
ченных прогонов пролетных строений .......................... |
114 |
3.2.4. Определение усилий и прогибов для сближенных |
|
(разбросных) прогонов ..................................................... |
118 |
3.2.5. Конструирование пролетных строений со сбли- |
|
женными прогонами......................................................... |
129 |
3.2.6. Конструирование мостов из сосредоточенных |
|
прогонов............................................................................. |
131 |
3.2.7. Конструирование и расчет мостов из составных |
|
прогонов............................................................................. |
133 |
3.2.8. Конструирование и расчет клееных пролетных |
|
строений............................................................................. |
146 |
3.2.9. Примеры расчетов сосредоточенных и разброс- |
|
ных прогонов..................................................................... |
150 |
3.2.10. Пример расчета пролетного строения с клеены- |
|
ми балками......................................................................... |
165 |
3.2.11. Пример расчета составных прогонов |
|
на колодках........................................................................ |
179 |
3.3. Основы конструирования и расчета опор мостов |
|
малых пролетов...................................................................... |
193 |
3.3.1. Расчет свайных, свайно-рамных и рамно-лежне- |
|
вых опор при сосредоточенных прогонах....................... |
200 |
3.3.2. Расчет свайных, рамно-свайных и рамно-лежне- |
|
вых опор при сближенных прогонах............................... |
213 |
3.3.3. Пример расчета промежуточной опоры................ |
217 |
4. Конструкции деревянных мостов средних пролетов......... |
229 |
4.1. Пролетные строения с фермами Гау – Журавского .... |
229 |
4.1.1. Основные виды........................................................ |
229 |
4.1.2. Конструкция проезжей части................................. |
234 |
4.1.3. Конструкция ферм Гау – Журавского................... |
236 |
4.1.4. Расчет ферм Гау – Журавского.............................. |
240 |
4.1.5. Пример расчета пролетного строения моста |
|
с фермами Гау – Журавского с ездой понизу................. |
268 |
4.2. Пролетные строения с дощато-гвоздевыми фермами.... |
304 |
4.2.1. Конструирование..................................................... |
304 |
4.2.2. Расчет пролетных строений с дощато-гвоздевы- |
|
ми фермами........................................................................ |
307 |
4 |
|
4.2.3. Пример расчета пролетного строения с дощато- |
|
гвоздевыми фермами........................................................ |
325 |
4.3. Расчет опор мостов средних пролетов.......................... |
355 |
4.3.1. Конструирование свайных и свайно-рамных |
|
башенных опор.................................................................. |
356 |
4.3.2. Расчет опор мостов средних пролетов .................. |
363 |
4.3.3. Проверка рамной опоры на устойчивость в по- |
|
перечном направлении от действия горизонтальной |
|
ветровой нагрузки............................................................. |
371 |
4.4. Ледорезы и ряжевые опоры........................................... |
373 |
4.4.1. Ледорезы.................................................................. |
373 |
4.4.2. Расчет ледорезов ..................................................... |
382 |
4.4.3. Ряжевые опоры........................................................ |
388 |
Библиографический список...................................................... |
393 |
Приложения................................................................................ |
395 |
5
ВВЕДЕНИЕ
На территории России размещается одна четверть лесов мира. Большие запасы древесины использовались у нас и будут широко использоваться в будущем для всех видов строительства, в том числе для постройки мостов в лесных районах Севера, Урала, Сибири и Дальнего Востока. Одно из преимуществ древесины по сравнению с другими материалами – постоянное возобновление ее запасов, другое – малая плотность, относительно высокая прочность и жесткость, более легкая обрабатываемость.
Отличительной особенностью современных методов строительства деревянных мостов, особенно выполненных из клееных конструкций, является их индустриальность.
Впособии рассматриваются наиболее часто применяемые балочные системы с длиной пролета до 33 м.
Впособии приведены основные требования действующего нормативного документа СНиП 2.05.03–84*, подробно рассмот-
рены вопросы назначения и сравнения вариантов мостов. Проектируются и рассчитываются конструкции мостов
двух видов:
1)мосты малых пролетов;
2)мосты средних пролетов.
По каждому виду мостов приведены примеры расчетов опор моста, элементов проезжей части, пролетных строений простой балочной системы, с дощато-гвоздевыми фермами и с фермами Гау – Журавского.
Для некоторых систем мостов расчеты выполнены как под нагрузку А8 и НГ-60, так и под нагрузку А11 и НК-80 с анализом их применения в реальных условиях.
Наиболее прочные знания студент получает при самостоятельной работе с учебной и технической литературой. Поэтому материал пособия изложен с ориентацией на самостоятельную работу, в доступной для студента форме.
При этом предполагается, что студент освоил материал других дисциплин, знание которых необходимо для проектирования мостов. Для облегчения самостоятельной работы в пособие включены справочные материалы.
Учебное пособие будет полезно для широкого круга специалистов в области дорожного строительства при решении вопросов, связанных со строительством, содержанием и реконструкцией мостов на дорогах лесных районов России.
6
1.ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ
ИНОРМАТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ АВТОДОРОЖНЫХ МОСТОВ
1.1.Область применения деревянных мостов
Применение деревянных мостов допускается:
а) на автомобильных дорогах ниже III категории по СНиП 2.05.02–85 [9] – без ограничения;
б) на магистральных улицах районного значения по СНиП 2.07.01–89* [10] – с разрешения властей городов, поселков и сельских населенных пунктов;
в) на улицах и дорогах местного значения по СНиП 2.07.01–89* и по СНиП 2.05.11–83 [11] – без ограничения.
1.2. Нагрузки и воздействия
Деревянные мосты рассчитывают по двум предельным состояниям:
−по первому – на прочность и устойчивость;
−по второму – на жесткость, оцениваемому по величине относительного прогиба пролетных строений.
Постоянные, временные и прочие нагрузки и воздействия, принимаемые в соответствии со СНиП 2.05.03–84* [1] приведе-
ны в табл. 1. В расчеты вводится коэффициент η, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок:
а) при постоянных нагрузках № 1–6 и 17 η = 1,0; б) при учете только одной из временных нагрузок или
группы сопутствующих одна другой нагрузок № 7, 8, 9 без других нагрузок η = 1,0;
в) при действии двух и более временных нагрузок (нагрузки № 7, 8, 9 считаются за одну) к одной из них применяют
η = 0,8, к остальным η = 0,7;
г) для нагрузки № 12 в сочетании с нагрузкой № 7 η = 0,25; д) для автодорожных и городских мостов при действии нескольких временных нагрузок, в т.ч. нагрузки № 12 (при отсут-
ствии нагрузки № 7), η = 0,5;
7
е) во всех сочетаниях для нагрузок № 7, 8, 9 коэффициент сочетаний принимают одинаковым, а для нагрузки № 11 он должен быть не больше, чем для нагрузки № 7;
ж) при учете нагрузки № 18 вместе с нагрузками № 7, 8, 9 принимают для нагрузки № 18 η = 0,8, для остальных – η = 0,3.
Значения коэффициентов η для различных комбинаций временных нагрузок и воздействий приведены в справочном приложении 2* [1].
|
|
|
Таблица 1 |
|
Сочетания нагрузок |
||
|
|
|
|
Номер |
|
|
Номер нагрузки (воз- |
нагрузки |
Нагрузки и воздействия |
действия), не учиты- |
|
(воздей- |
ваемой в сочетании |
||
ствия) |
|
|
с данной нагрузкой |
|
А. Постоянные |
|
|
1 |
Собственный |
вес конструк- |
– |
|
ций |
|
|
2 |
Воздействие |
предваритель- |
– |
|
ного напряжения (в т.ч. ре- |
|
|
|
гулирования усилий) |
|
|
3 |
Давление грунта от веса на- |
– |
|
|
сыпи |
|
|
4 |
Гидростатическое давление |
– |
|
5 |
Воздействие усадки и ползу- |
– |
|
|
чести |
|
|
6 |
Воздействие осадки грунта |
– |
|
|
Б. Временные |
|
|
|
От подвижного состава |
|
|
|
и пешеходов |
|
|
7 |
Вертикальные нагрузки |
16, 17 |
|
8 |
Давление грунта от подвиж- |
16, 17 |
|
|
ного состава |
|
|
9 |
Горизонтальная поперечная |
10, 16, 17 |
|
|
нагрузка от |
центробежной |
|
|
силы |
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
Окончание табл. 1 |
|
|
|
|
Номер |
|
|
Номер нагрузки (воз- |
нагрузки |
Нагрузки и воздействия |
действия), не учиты- |
|
(воздей- |
ваемой в сочетании |
||
ствия) |
|
|
с данной нагрузкой |
10 |
Горизонтальные поперечные |
9, 11, 12, 16, 17, 18 |
|
|
удары подвижного состава |
|
|
11 |
Горизонтальная |
продольная |
10, 13, 14, 16, 17 |
|
нагрузка от торможения или |
|
|
|
силы тяги |
|
|
|
Прочие |
|
|
12 |
Ветровая нагрузка |
10, 14, 18 |
|
13 |
Ледовая нагрузка |
|
11, 14, 16, 18 |
14 |
Нагрузка от навала судов |
11, 12, 13, 15, 16, 17, 18 |
|
15 |
Температурные |
климатиче- |
14, 18 |
|
ские воздействия |
|
|
16 |
Воздействие морозного пу- |
7–11, 13, 14, 18 |
|
|
чения грунта |
|
|
17 |
Строительные нагрузки |
7–11, 14, 18 |
|
18 |
Сейсмические нагрузки |
10, 12–17 |
|
Постоянные нагрузки и воздействия. На основании дан-
ных существующих мостов, типовых проектов и опытных рекомендаций назначаются размеры элементов конструкций и определяются усилия от действия их веса. Для балочных пролетных строений нагрузка от собственного веса принимается равномерно распределенной при отклонении ее на отдельных участках от средней величины не более чем на 10 %.
Нормативные удельные веса приведены в табл. 2. Вертикальное давление грунта для опор моста [кПа (тс/м2)]
p = γn h . |
(1) |
Горизонтальное (боковое) давление грунта на опоры моста [кПа (тс/м2)]
p = γnhxτn , |
(2) |
где γn – нормативный удельный вес грунта, принимаемый по табл. 2; h, hx – высота засыпки, м, определяемая по приложе-
9
нию 3 [1]; τn – коэффициент нормативного бокового давления грунта засыпки береговых опор моста,
τn = tg |
2 |
|
ϕn |
(3) |
|
|
45°− |
2 |
, |
||
|
|
|
|
|
|
ϕn = 35° – угол внутреннего трения для песчаной засыпки устоев.
|
|
Таблица 2 |
|
Нормативные удельные веса материалов |
|
|
|
|
№ |
Наименование материала |
Нормативный |
п/п |
удельный вес, кН/м3 |
|
1 |
Сталь |
77,0 |
2 |
Бетон |
23,5 |
3 |
Железобетон |
24,5 |
4 |
Асфальтобетон: |
|
|
песчаный |
19,5 |
|
среднезернистый |
22,6 |
5 |
Сосна, ель, пихта: |
|
|
свежесрубленные |
8,3 |
|
непропитанные |
6,0 |
|
пропитанные |
6,9 |
6 |
Дуб и лиственница: |
|
|
свежесрубленные |
9,8 |
|
непропитанные |
7,8 |
|
пропитанные |
8,8 |
7 |
Грунт засыпки (ϕ = 35°) |
17,7 |
8 |
Грунт уплотненный (ϕ = 40°) |
18,6 |
9 |
Мастика асфальтовая |
16,0 |
10 |
Щебень |
17,0 |
Временные нагрузки от подвижного состава и пешехо-
дов. Деревянные мосты на дорогах V категории или внутрихозяйственных дорогах II-c и III-c категорий, а также на лесовозных дорогах могут рассчитываться на нагрузку А8 от автотранспортных средств, которая включает одну двухосную тележку с осевой нагрузкой Р = 78,48 кН (8 тс) и равномерно
10