Проектирование промежуточных опор

Промежуточные опоры работают, как правило, в зоне переменного уровня воды, находясь под воздействием ледохода, навала судов.

В конструкции промежуточной опоры (быка) обычно различают следующие основные части: подферменную плиту или оголовок, тело опоры и фундамент. Если тело опоры и его фундамент конструктивно не разделяют, то один элемент (например, свая) выполняет функции обеих частей.

Для подбора марки промежуточной опоры необходимы следующие исходные данные:

• — схема моста;
• — конструкция опирающихся пролётных строений;
• — габарит и ширина моста;
• — расчётная высота опоры H0;
• — характерные уровни воды в реке.

Определение нагрузок и расчётных усилий

На опору действуют вертикальные и горизонтальные усилия. Вертикальные усилия слагаются из собственного веса опоры и пролётных строений и временной подвижной нагрузки. Горизонтальные продольные усилия возникают от действия сил торможения автотранспорта. Горизонтальные поперечные усилия возникают от воздействий движущейся нагрузки, ветровой нагрузки и давления льда.

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 поперёк пролёта моста.

Расчёт постоянной нагрузки, действующей на 1 м длины моста, представлен в табличной форме (таблица 5.3).

Таблица 5.3 — Расчёт постоянной нагрузки, действующей на 1 м длины моста.

Вид нагрузки.	Нормативная нагрузка, кН/м.	Коэффициент надёжности по нагрузке f.	Расчётная. нагрузка,. кН/м.
Вес асфальтобетонного покрытия.	1,5.
2. Вес защитного слоя.	1,3.
3. Вес гидроизоляции.	1,3.
4. Вес выравнивающего слоя.	1,3.
5. Вес балок пролётного строения.	1,1.
6. Вес бетона. омоноличивания стыков.	1,1.
7. Вес тротуаров.	1,1.
Итого:

Вес слоёв конструкции проезжей части рассчитывается по формуле.

(5.6).

где B — ширина проезжей части моста между ограждениями, м; h — толщина конструктивного слоя проезжей части, м; l — рассматриваемый метр моста, м; с — плотность материала слоя, кН/м3.

При расчёте нагрузки от проезжей части следует учитывать рекомендуемые размеры и плотность материалов слоёв (перечисление идёт сверху вниз):

• — асфальтобетонное покрытие толщиной 0,07 м; с = 23 кН/м3;
• — защитный слой толщиной 0,04 м; с = 24 кН/м3;
• — гидроизоляция толщиной 0,01 м; с = 16 кН/м3;
• — выравнивающий слой толщиной 0,03 м; с = 22 кН/м3.

Тротуарные блоки в работе принять длиной 3 м, массой 1,5 т.

Для ориентировочного расчёта опоры можно рассмотреть дополнительное сочетание нагрузок, составленное из собственного веса, временных вертикальных нагрузок и горизонтальной тормозной силы, действующей вдоль пролёта (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3- Схема действия нагрузок на опору моста В собственный вес входит постоянная нагрузка, действующая на мост, а также вес ригеля (насадок).

Временная вертикальная нагрузка представлена в виде колонн автомобилей, установленных на пролётном строении симметрично оси моста, а оба тротуара загружаются толпой. Тормозную силу Т считают приложенной в каждом пролёте в уровне проезжей части, а на опору она передаётся через опорные части пролётных строений. Через неподвижную опорную часть усилие Т передаётся целиком, а через подвижную — частично уменьшенное, т. е. Т. При расположении на опоре подвижной и неподвижной опорных частей суммарное тормозное усилие принимают равным усилию Т.

Для расчёта опоры необходимо рассмотреть два возможных ее загружения: на максимум изгибающего момента и на максимум вертикального давления. В первом случае загружают временной нагрузкой только один пролёт и принимают тормозную силу в направлении, дающем тот же знак изгибающего момента, что и эксцентрично действующее усилие от временной нагрузки. Во втором случае загружают оба пролёта и также учитывают тормозную силу.

Для определения сжимающего усилия и изгибающего момента необходимо построить линии влияния усилий, действующих на промежуточную опору.

Нормальное сжимающее усилие и изгибающий момент в сечении I-I для первого загружения:

для второго загружения.

(5.10).

где gd — расчётная постоянная нагрузка, действующая на 1 м длины моста; 1, 2 — площади участков линии влияния усилий,.

L — полные длины пролётных строений, опирающихся на опору, м; Lр — расчётная длина пролётного строения, м; f, fв, fвр — коэффициенты надёжности по постоянным и временным нагрузкам; f, fв; fвр = 1,2; Gриг — вес ригеля (насадки), кН; 1 + - динамический коэффициент по временной нагрузке.

— длина загружаемого участка линии влияния одного знака, м; Р — осевая нагрузка от одной двухосной тележки, Р = 110 кН; - сумма ординат линий влияния под осями колёсной нагрузки АК; v — равномерно распределённая нагрузка, v = 11 кН; р — нормативная временная вертикальная равномерно распределённая нагрузка, действующая на тротуар моста,.

(5.13).

принимается не менее 1,96 кПа; - коэффициент сочетаний, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчётных нагрузок, = 0,8; КПУР — коэффициент поперечной установки тележек автомобильной нагрузки; КПУv — коэффициент поперечной установки для полос распределённой нагрузки с учетом коэффициента сочетания S1, (S1 = 0,6); КПУТ — коэффициент поперечной установки для толпы; - коэффициент передачи усилия через шарнирно-подвижную опорную часть; при тангенциальных опорных частях = 0,5, при катковых или валковых опорных частях = 0,25; е — расстояние между осью опорной части и осью опоры, м.

Имея расчётные усилия N и М в сечении опоры, можно приступить к проверке прочности, определить давление на грунт или рассчитать искусственное основание (свайный ростверк, оболочки и т. п.).

Для получения расчётной временной нагрузки на одну главную балку необходимо определить для неё коэффициент поперечной установки. Этот коэффициент показывает, какая часть от расчётных полос временной нагрузки, находящихся на проезжей части, передаётся на главную балку.

Чтобы определить коэффициент поперечной установки, необходимо построить линии влияния усилий, действующих на отдельные балки. Линию влияния усилия А, действующего на крайнюю балку пролётного строения (рисунок 5.4), получим в случае симметричного расположения в поперечном направлении одинаковых главных балок по ординатам:

где n — число балок в поперечном сечении; a — расстояния между симметричными балками.

Воздействие автомобильной нагрузки АК предусматривает невыгодное размещение на проезжей части (в которую не входят полосы безопасности) числа полос нагрузки, не превышающего числа полос движения. Оси крайних полос нагрузки АК должны при этом находиться не ближе 1,5 м от кромки проезжей части.

Рисунок 5.4. Схема для определения коэффициента поперечной установки временной автодорожной нагрузки.

Коэффициенты поперечной установки для временной автомобильной нагрузки АК определяют по ординатам линии влияния усилия, А под грузами и полосами нагрузки с учетом коэффициента S1 для нагрузки на второй и последующих полосах движения.

Коэффициент поперечной установки тележек автомобильной нагрузки.

Коэффициент поперечной установки для полос распределённой нагрузки с учетом коэффициента сочетания S1.

Коэффициент поперечной установки для толпы на тротуаре.

(5.18).

В этих формулах уi — ординаты линии влияния под грузами и полосами; ус — ордината линии влияния, соответствующая середине загружаемой ширины тротуара; с — ширина тротуара.

Для первого загружения:

Для второго загружения:

м.

м.

Расчёт фундамента под промежуточную опору

Расчёт несущей способности свайного фундамента под промежуточную опору основан на выполнении условия (5.1).

Кроме того, необходимо определить наибольшее расчётное продольное усилие, которое действует на каждую сваю.

Усилие на рассматриваемую k-ю сваю от действия вертикальных сил и момента (рисунок 5.5).

где N, М — усилия на уровне подошвы ростверка (ригеля), отнесённые к оси, проходящей через центр свайного поля (в расчётах принять наибольшие значения, рассчитанные в п. 5.2.1); п — число свай в фундаменте; хк — расстояния от оси y0 — y0, проходящей через центр свайного поля, до оси рассматриваемой k-й сваи; xi — расстояние до оси отдельных свай.

Рисунок 5.5 — Схема к определению продольного усилия на сваю Центр свайного поля находим из условия.

где — расстояния от осей отдельных свай до произвольно выбранной оси у-у.

м.

кН.