Расчет балочных пролетных строений железобетонных мостов

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Задание №1. Составить схему железобетонного моста под однопутную железную дорогу через несудоходную реку

1.1 Исходные данные для составления схемы моста

Характеристика водотока

Номер профиля перехода 5

Отметки уровней меженных и высоких вод УМВ = 56,6м; УВВ = 59,0м

Ширина левой поймы при УВВ Bл = 30 м

Ширина правой поймы при УВВ Bп = 12,5 м

Средняя глубина воды на поймах hп при УВВ 2,4 м

Отметка уровня низкого ледохода 56,6 м

Отметка уровня высокого ледохода 59,0 м

Толщина льда 0,5 м

Коэффициент общего размыва русла реки кр 1,3

Отверстие моста 54 м

Возвышение подошвы рельса над уровнем меженных вод, Н 7,8 м

Ширина русла при УМВ 47,5 м

Геологические условия

Грунт верхнего слоя песок средней крупности средней

плотности, насыщенный водой

Грунт нижнего слоя глина

Глубина промерзания грунта 1,4 м

Железнодорожный участок

Категория железной дороги I

Число путей I

Угол пересечения реки дорогой 90°

Железобетонное пролетное строение

Полная длина 13,5 м

Строительная высота в пролете: 1,70 м

на опоре: 1,92 м

Размеры нижней подушки опорной части вдоль моста: 0,45 м

поперек моста: 0,56 м

Объем железобетона 27,6 м3

1.2 Определение числа пролетов моста

Отметка подошвы рельса:

ПР=УМВ+Н= 56,6+7,8=64,4м

где Н - заданное возвышение подошвы рельса над УМВ.

Определение высоты строительства:

ВС= ПР - hсо = 64,4 - 1,92 = 62,48м

Где hсо - строительная высота на опоре.

Высота опоры:

Н0 = ПР - УМВ - hсо + 1 = 64,4 - 56,6 - 1,92 + 1=6,88 м

Ширина промежуточной опоры по фасаду моста:

b = (0,48 - 0,02 Ч H0) Ч H0 = (0,48 - 0,02 Ч 6,88)Ч6,88 = 2,36 м

принимаю b = 2,4м.

Число полетов определяется по формуле:

=

Принимаем количество пролётов равным: nТ=6.

Фактическое отверстие моста:

Lф = nТ Ч (lп - b) - 3Ч(ПР - УВВ + 0,5ЧkрЧhп - hсо - 0,6) + b= =6 Ч (13,5 - 2,4) - 3Ч(64,4 - 59 + 0,5Ч1,3Ч2,4 - 1,92 - 0,6) + 2,4 = 54,06м.

Расстояние между шкафными стенками устоев:

L = 0,05 +6Ч(lп+ 0,05) = 0,05 +6Ч(13,5 + 0,05) = 81,35 м,

где 0,05м - зазор между торцами пролетных строений.

Расстояние от середины реки по УМВ до середины моста равно:

,

Где:

L0 - заданное отверстие моста, м;

Уb - сумма ширин всех промежуточных опор;

Вм - ширина реки по УВВ - 47,5 м.

На профиле расстояние а откладываю от середины реки по УМВ влево и провожу оси опор.

1.3 Схема промежуточной опоры

Определяю наименьший размер подферменной плиты (оголовка) вдоль моста:

Gпф = lп - l + Д + aОЧ + 2(C1 + C2),

где lп = 13,5 м - полная длина пролетного строения;

l = 12,8 м - расчетный пролет;

д =0,05 м - зазор между торцами пролетных строений;

C1 = 0,2 - расстояние от нижней подушки опорной части до грани подферменной площадки плиты;

С2 = 0,3 - расстояние от подферменной площадки до грани подферменной плиты.

Спф = 13,5 - 12,8 + 0,05 + 0,45 + 2(0,2 + 0,3) = 2,20 м

Наименьший размер подферменной плиты (оголовка) поперек моста:

Впф = Вф + b0Ч + 2(С1 + С3) = 1,8 + 0,56 + 2(0,2 + 0,3) = 3,36 м,

где Вф = 1,8 м - расстояние между осями балок;

b0Ч = 0,56 м - размер поперек моста нижней подушки опорной части;

С3 = 0,3 м - расстояние от подферменной площадки до грани подферменной плиты.

Размеры подферменной плиты принимаю 2,2Ч3,36Ч1 м.

Размеры части опоры от низа подферменной плиты до отметки, соответствующей уровню высокого ледохода (УВЛ) плюс 0,5 принимаю: в виде прямоугольного столба и в плане на 0,2 м меньше размеров подферменной плиты, т.е. 2,0 Ч 3,16 м.

Высота данной части опоры:

hоп = ВС - УВВ - hпп - 0,5 = 62,48 - 59,0 - 1,0 - 0,5 = 1,98м

где hпп - толщина подферменной плиты

Верхний уровень ледорезной части опор:

УЛЧ = УВВ + 0,5 = 59,5м

Угол заострения ледорезной грани в плане принимаем в 90°.

Размеры нижележащей ледорезной части опоры принимаю 2,4Ч5,56 м.

Высоту ледорезной части опоры принимаем:

В русловой части реки, для опор №2,3,4,5.

Уровень обреза фундамента опор:

По уровню межных вод

ОФмв = УМВ - 0,5 = 56,6 - 0,5 = 56,1м.

По нижнему горизонту ледостава

ОФнл = НГЛ - дльда - 0,25 = 56,6 - 0,5 - 0,25 = 55,85м

Принимаем нижний уровень обреза фундамента(по НГЛ):

hлр = УВЛ +0,5 - ОФ = 59,0 + 0,5 - 55,85 = 3,65м;

Для опоры №1, расположеннщй в пойменной части реки, ледорезную часть заглубляем на 0,25м от линии местного размыва.

Высота ледорезной части опоры №1 получаем:

ОФ1 = 55м.

hлр1 = 4,5м.

Определяем размеры ростверков:

Размер, в плане, ростверков принимаем равным - 3,4Ч6,56м.

Высоту ростверка пойменной опоры №1 принимаем:

hр1 = 1,5м.

ПФ1 = ОФ - h = 55 - 1,5 = 53,5м.

Опоры №2,3,4,5 устраиваем с низким ростверком, высоту ростверков определяем графически с заглублением 1м от линии местного размыва:

ПФ2 = 53,5м.; hр2 = ОФ - ПФ = 55,85 - 53,5 = 2,35м.

ПФ3 = 51,15м.; hр3 = ОФ - ПФ = 55,85 - 51,15 = 4,7м.

ПФ4 = 50,85м.; hр4 = ОФ - ПФ = 55,85 - 50,85 =5,0м.

ПФ5 = 52,0м.; hр5 = ОФ - ПФ = 55,85 - 52 = 3,85м.

1.4 Определение числа свай в фундаменте опоры

Число свай в фундаменте опор принимаем по большей опоре №4, в заданных грунтовых условиях принимаю фундаменты с низким ростверкам на забивных железобетонных сваях квадратных сечения размерами 40 Ч 40 см.

Нормативная нагрузка от веса частей опоры: Gпо = гб•Vi

где гб = 23,5 кн/м3 - нормативный удельный вес бетона;

Vi - объем части опоры, м.

V1 - объем подферменной плиты (оголовка): V1 = 2,2 • 3,36 • 1,0 = 7,392 м3.

V2 - объем опоры выше УВВ+0,5м: V2 = 2,0 •(3,16 - 0,44) • 1,98 = 10,771 м3.

V3 - объем опоры в пределах переменного уровня вод: V3 = 2,4• (3,16 + +2,4/2) • 3,65 = 35,578 м3.

V4 - объем ростверка: V4 = 3,4 • 6,56 • 5,0 = 111,52 м3.

Gпо = гб•Vi = 23,5 • (7,392 + 10,771+ 38,194 + 111,52) = 3945,110 кН

Нормативная нагрузка на опору от веса двух одинаковых пролетных строений:

Nпп = гжб•Vжб + Рт•lп

где гжб = 24,5 кн/м3 - нормативный удельный вес ж.б.

Рт = 4,9 кн/м3 - вес одного погонного метра двух тротуаров с консолями и перилами

Vжб = 27,6 м3 - объем железобетона.

Nпп = 24,5 • 27,6 + 4,9 • 13,5 = 742,35 кН

Нормативное давление на опору от веса мостового полотна: Nпб = гб•Аб•lп

где гб = 19,4 кн/м3 - удельный вес балласта с частями верхнего строения пути;

Аб = 2 м2 - площадь сечения балластной призмы с частями пути.

Nпб = 19,4 • 2 • 13,5 = 523,8 кН

Нормативное давление на опору от временной подвижной нагрузки, расположенную на двух пролетах:

Nпв = н?А = 157,14 • 16,51 = 2594,38 кН.

где н - интенсивность эквивалентной временной нагрузки от ж.д. подвижного состава, определяется по прил. 3. В зависимости от длины загружения л=2Ч(l+0,5С) и коэффициента б=0,5

С = 0,7 м - расстояние между осями опирания соседних пролетных строений.

л = 2(12,8 + 0,5 ? 0,7) = 26,3 м

л =25м; н=169,7

л =30м; н=160,5

при л=26,3м; н = 169,7-2,4=167,3 кН/м

2

А = 14,21 м2 - площадь линий влияния опорной реакции

Nпв = н?А = 167,3 Ч 14,21 = 2377,33 кН.

Суммарная расчетная вертикальная нагрузка на свайный ростверк:

N = гf•(Gпо + Nпп) + гf•Nпб + гf•Nпв

N = 1,1 Ч (3945,110 + 742,35 ) + 1,3 Ч 523,8 + 1,17 Ч 2377,33 = 8618,622 кН

где гf = 1,1 - коэффициент надежности но нагрузке от веса конструкций;

гf = 1,3 - то же, по нагрузке от веса балласта;

гf = 1,3 - 0,003л (при л ? 50 м) - то же, по временной нагрузке.

гf = 1,3 - 0,003 ?43 = 1,17

Определяю требуемое количество свай в опоре:

Принимаю 18 свай, располагаем сваи в 6 рядов по 3 сваи.

Уточняю размер ростверка:

Находим минимальный размер ростверка вдоль моста из условий размещения свай.

GРmin= 2(0,4Ч3) +0,4 + 0,5 = 3,3м.< GРприн.=3,4м.

Оставляем размер принятым в предварительных расчётах.

Находим минимальный размер ростверка поперёк моста из условий размещения свай.

ВРmin= 5(0,4Ч3) +0,4 + 0,5 = 6.9м. > ВРприн.=6,56м.

Принимаем размер ростверка поперёк моста из условий размещения свай.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ВР = 6,9м.

1.5 Проектирование устоев

Устои проектируем на фундаментах мелкого заложения.

Уровень обреза фундамента принимается на 0,5м от линии грунта с учётом размыва:

Получаем ОФлев = 57,3м.

ОФправ = 56,6м.

Уровень подошвы фундамента принимаем из условий:

ПФ ? УПР. - 0,25м.

дф ? 1м.

Получаем

ПФлев = 56,30м.

ПФправ= 55,60м.

1.6 Определение объёмов работ и стоимости моста

Объёмы работ на промежуточные опоры.

Определение площадь шпунтового ограждения, высоту ограждения принимаем с учётом заглубления на 3м ниже дна котлована:

Sшпи= Р Ч (h1+ h2+h3+h4+h5) = 2Ч(4,4 +7,9)Ч(6,8+6,8+9,15+9,45+8,3) = =996,3м2

Разработка грунта в котлованах с водоотливом:

Vкотл = Sкотл Ч ?hкотл = 3,4 Ч 6,9 Ч (3,65+3+3,65+3,55+3,6) = 409,377м3

Изготовление и забивка железобетонных свай с земли:

Vсвай = Nопор Ч Nсвай/опор Ч Sопор Ч ?опор = 5 Ч 18 Ч 0,42 Ч 6,4 = 92,16м3

Устройство железобетонного ростверка:

Vр = Sр Ч ?hр = 3,4Ч6,9Ч( 1,5+ 2,35+4,7+5,0+3,85) = 408,204м3.

Монолитная бетонная кладка:

Vб = Vлр + Vо + Vпп= Sо ЧhоЧ Nо + SлрЧ?hр + SппЧhппЧ Nпп = 2,0Ч2,720Ч1,98Ч5 +

+ 2,4Ч(3,16 +2,4/2)Ч(4,5 + 3,65Ч4) + 2,2Ч3,36Ч1Ч5= 290,678м3.

Таблица № 1

Наименование работ	Ед. измер.	Объём работ	Стоимость, руб.
			Единичная	Общая
1	2	3	4	5
1. Промежуточные опоры, шт.
Устройство шпунтового ограждения	м2 площади шпунтовой стенки	996,3	40	39852
Разработка грунта в котлованах с водоотливом	м3 грунта	409,377	3	1228,13
Изготовление и забивка железобетонных свай с земли	м3 железобетона свай	92,16	140	12902,4
Устройство железобетонного ростверка	м3 железобетона	408,204	150	61230,6
Монолитная бетонная кладка	м3 бетона	290,678	80	23254,24
Итого для 1 промежуточной опоры:
Итого для всех промежуточных опор:	138467,37
2. Пролетные строения, шт.
Изготовление и установка на опоры пролетных строений	м3 железобетона	27,6	240	6624
Устройство мостового полотна на балласте	м пути	13,5	90	1215
Итого для 1 пролетного строения:	7839
Итого для всех пролетных строений:	47034
Всего по мосту:	185501,37

Задание №2. Составить схему железнодорожного железобетонного пролетного строения и подобрать арматуру его главной балки посередине пролета.

2.1 Исходные данные

Отношение высоты балки к его пролету 1:10,5

Класс бетона по прочности на сжатие В 27,5

Высота плиты 0,22 м

Класс арматурной стали АС - II

Полная длина пролетного строения 13,5 м.

2.2 Схема железобетонного пролетного строения

Железнодорожное железобетонное пролетное строение состоит из двух Т-образных блоков, включающих плиту и ребро. Плиты двух блоков с наружними бортиками высотой по 0,35м и образуют балластное корыто. На приставных консолях устраивают служебные тротуары. Блоки между собой соединяются только в опорных сечениях при помощи поперечных диафрагм.

Пролет главной балки: l = lп - 0,7 = 13,5- 0,7 = 12,8 м.

2.3 Расчетная схема балки

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

2.4 Нормативные нагрузки на балку

Нормативные нагрузки на пролетное строение:

От веса железобетонного пролетного строения с частями пути тротуарами и перилами:

Р1 = гжб•Ажб + Рт

где гжб = 24,5 кН/м3 - удельный вес железобетона;

Ажб - площадь сечения железобетонного пролетного строения.

Ажб = 27,6:13,5 = 2,044 м2

Рт = 4,9 кН/м - вес одного погонного метра двух тротуаров с консолями и перилами.

Р1 = 24,5 Ч 2,044 + 4,9 = 54,98 кН/м.

От веса балласта с частями пути:

Р2 = гб•Аб

где гб = 19,4 кН/м3 - удельный вес балласта с частями пути;

Аб = 2 м2- площадь сечения балластной призмы

Р2 = 19,4 • 2 = 38,8 кН/м

2.5 Расчетные усилия в сечениях балки

Расчет усилия вычисляю для одной главной балки. Для сечения посередине пролета - изгибающий момент:

М = 0,5 (гf ЧР1 + гf ЧР2 + гf Ч(1 + м)Чн)Ч,

где

Нормативная временная вертикальная нагрузка от подвижного состава принимается в виде эквивалентной равномерно-распределенной нагрузки интенсивностью н тс/м пути в зависимости от длины загружения л = 12,8 м и коэффициента б = 0,5.

л=12 м, н=205,5 кН/м

л=14 м, н=196,3 кН/м

х = 9,2 ? 0,8 : 2 = 3,68 кН/м

л=12,8 м, н = 205,5 - 3,68 = 201,82 кН/м

М = 0,5 Ч(1,1 Ч 54,98 + 1,3 Ч38,8 + 1,298 Ч1,31Ч201,82)Ч12,82/8 = 4649,87 кН?м

Для сечения на опоре - поперечная сила:

Q = 0,5 (гf ЧР1 + гf ЧР2 + гf Ч(1 + м)Чн)Ч,

Q = 0,5 Ч(1,1 Ч 54,98 + 1,3 Ч38,8 + 1,298 Ч1,31Ч201,82)Ч12,8/2 = 1453,08 кН

2.6 Подбор сечения балки

Высота балки:

Где ? - пролет балки;

- заданное отношение высоты балки к пролету h=12,8·=1,22 (м)

Количество стержней в сечении балки по середине пролета определяю в следующем порядке:

Высота главной балки h = 1,22 м.

Задаюсь рабочей высотой сечения

h0 = 0,85h = 0,85 • 1,22 = 1,04 м

3. Принимаю ширину ребра балки

,

где Rb - расчетное сопротивление бетона по осевому сжатию МПа = 14,3 МПа (кгс/см2).

4. Из условия прочности, что высота сжатой зоны бетона равна расчетной толщине плиты, определяю требуемую площадь арматуры в нижнем поясе балки по формуле:

где Rs - 265 МПа - расчетное сопротивление арматуры по растяжению.

= 0,15 м - толщина плиты

5. Задаюсь диаметром стержня d = 28 мм площадь сечения одного стержня Ас = 6,158 см2, количество стрежней в нижнем поясе балки:

Принимаю 30 стержней.

Арматурные стержни следует располагать симметрично относительно оси балки. Количество вертикальных рядов арматуры hp = b/3d, но не менее 2 и не более 6.

hp = 330/(3Ч28) = 3,93? 4 ряда

7. Уточняю ширину нижнего пояса балки

Расстояние в свету между вертикальными рядами арматуры Сп > 2d, принимаю Сп = 60 мм.

Толщина защитного слоя бетона Сб =3 ч 5 см.

b = nр•d + (np - 1) Cп + 2Сб = 4Ч28 + (4-1)Ч60 + 2Ч30 = 352 мм

8. Определяю величину расчетной площади арматуры в нижнем поясе балки:

АS = n1•A1 = 30 • 0,0006158 м2= 0,0185 м2

9. Вычисляю расстояние от центра тяжести площади сечения растянутой арматуры до нижней грани балки:

10. Уточняем рабочую высоту сечения:

h0 = h - a = 1,22 - 0,224 = 0,996 м

2.7 Расчет балки по прочности

Прочность балки по изгибающему моменту проверяю в сечении по середине пролета

14300Ч2,09Ч0,15=265000Ч0,0185

4483,05<4902.5

Значит нейтральная ось проходит в пределах ребра главной балки

Высота сжатой зоны сечения:

Прочность проверяем по условию:

4649,87=14300Ч2,09Ч0,233Ч (0,996-0,5Ч0,233)

4649,87<6124,55 Условие выполняется.

Задание №3. Составить схему стального железнодорожного моста пролетного строения с фермами и ездой по низу и рассчитать заданные элементы

3.1 Исходные данные

Расчетный проект главных ферм l = 66 м

Панель фермы d = 8,25 м

Расчетная высота фермы h = 14 м

Марка стали 15 ХСНД

Тип мостового полотна - на железобетонных безбалластных плитах

Расстояние между осями главных ферм В = 5,8 м

Расстояние между осями продольных балок b = 1,8 м

Строительная высота - расстояние от низа конструкций до подошвы рельса hc=1,85 м

3.2 Расчет продольной балки

Продольную балку рассчитывают как простую (разрезную балку пролетом ? = d, где d - панель фермы - расстояние между осями поперечных балок. Линий влияния изгибающего момента в сечении посередине пролета М и поперечной силы в опорном сечении Q имеют тот же вид, как и для железобетонного моста.

Нормативная постоянная нагрузка складывается из веса мостового полотна и веса самих продольных балок со связями:

Р = 9,80665 (Рм + Рб),

где Рм = 2,3 т/м пути - масса мостового полотна на ж./б. безбалластных плитах;

Рб = 0,45 т/м пути - масса продольных балок со связями.

Р = 9,80665(2,3 + 0,45) = 26,97 кН/м пути,

Расчет изгибающего момента:

М = 0,5 (гf1 •Р + гf2 ?(1 + м)н)

Где

гf1 = 1,1 - коэффициент надежности по постоянной нагрузке;

гf2 = 1,3 - 0,003л = 1,3 - 0,003? 8,25 = 1,28 - коэффициент надежности по временной нагрузке

- динамический коэффициент

н - нормативная эквивалентная нагрузка.

л=8, н=224,4 кН/м

л=9, н=218,9 кН/м

х = 6,2 ? 0,25 : 1 = 1,375

при л = 8,25, н = 224,4 - 1,375 = 223,025 кН/м

М = 0,5 (1,1 • 26,97 + 1,28 •1,471•223,025)(8,252/8) = 1912,54 кН?м

Расчетная поперечная сила:

Q = 0,5 (гf •Р + гf ?(1 + м)н)d/2

л=8, н=256,4

л=9, н=250,2

х = 0,25 ? 6,2 : 1 = 1,55

л = 8,25, н = 256,4 - 1,55 = 254,85 кН/м

Q = 0,5 (1,1 • 26,97 + 1,28 •1,471•254,85)(8,25/2) = 1050,88кН

Продольную балку принимаю двутаврового сечения, размеры сечения продольной балки:

высота стенки hщ =()d=8,25/6=1,375 (м);

толщина стенки tщ - в пределах = 1,375/120=0,012 м

Площадь сечения одного пояса:

;

Принимаем - bf = 240мм

tf = 0,00338/bf = 0,00338/0,24 = 0,0141м

Принимаем - tf = 15мм

Момент инерций сечения балки:

м4

Момент сопротивления нетто:

м3

Статистический момент получения относительно нейтральной оси:

м3

Определяю статический момент площади пояса относительно нейтральной оси:

м3

Расчет на прочность по нормальным напряжением в сечении по середине пролета:

,

Аf = bf Ч tf =0,0036м2

Aw = hw Ч tw = 1,375 Ч 0,012 = 0,0165м2

где m = 0,9 - коэффициент условий работы для элементов пролетных строений железнодорожных мостов;

X1 = 1,172- коэффициент, учитывающий ограниченное развитие пластической деформации.

222021,78<265500 - условие выполнено

Расчет на прочность по касательным напряжениям в сечении у опоры:

;

где = 1,238

ф=,

62136 < 153990 - условие выполняется.

Задание №4

Исходные данные

Пункты, между которыми проходит линия железной дороги 8-11

Руководящий уклон линий 8 ‰

Число путей 1

Коэффициент крепости 3

Порода плотный маргель

Удельный вес 25 кН/м3

Угол внутреннего трения 72°

Уровень грунтовых вод выше уровня головки рельсов нет.

4.1 План и профиль тоннельного пересечения

Самым удобным местом пересечения водораздела является наиболее низкое и узкое его седло, благоприятное для трассирования подходов.

Следует стремиться располагать тоннели на прямых участках пути. Необходимость расположения тоннелей в кривых может быть связано с необходимостью преодоления мысового препятствия, при трассировании дороги по оползневым и обвалоопасным участкам долины (в случаях, когда сооружение защитных галерей и эстакад не всегда целесообразно и надежно), в случае обнаружения участков, требующих обхода (карстовые пещеры, подземные водоемы, участки тектонических нарушений и т.д.).

Криволинейный в плане тоннель рекомендуется располагать полностью на круговой кривой одного радиуса. Для железнодорожных тоннелей наименьший рекомендуемый радиус кривых установлен 600 м. в трудных горных условиях на линиях I-II категорий при соответствующем технико-экономическом обосновании наименьший допускаемый радиус принимается 400 м.

В зависимости от трассы линии тоннелей в профиле проектируются односкатными и двускатными. При прочих равных условиях предпочтительнее односкатный профиль тоннеля в связи с улучшением естественного проветривания. Располагать тоннели на горизонтальных участках нельзя в связи со сложностью водоотвода. Исключение допускается лишь на разделительных площадках длиной 200-400 м между двумя смежными уклонами в двускатных тоннелях.

Односкатными профиль Двускатными профиль тоннеля

4.2Конструкция обделки тоннеля

Форма и размеры транспортных тоннелей определяются заданными габаритами приближения строений (С (ГОСТ 9238-73) с учетом размещения за пределами этого габарита устройств сигнализации и связи, светильников освещения, электрокабелей, путевых и сигнальных знаков) и конструкций, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, системой и объёмом вентиляции, способом сооружения тоннеля.

Форма поперечного сечения обделок принимается в зависимости от геологических условий, определяющих направление действия на обделку основных нагрузок.

В относительно устойчивых породах при преобладании вертикальных нагрузок наиболее рациональна подъёмистая подковообразная форма.

В проектных институтах пользуются типовыми очертаниями внутреннего контура, построенными как для прямых участков, так и для различных кривых.

По внутреннему очертанию обделка должна быть однотипной на всей длине тоннеля, что способствует стандартизации механизмов, опалубки и оборудования.

Материалы тоннельных конструкций должны быть экономичными, долговечными, прочными, огнестойкими, устойчивыми против химических и атмосферных воздействий.

Основными материалами для обделок в настоящее время являются бетон, железобетон и чугун.

Обеспечение водонепроницаемости обделок железнодорожных тоннелей особенно важно в связи с возможным образованием на пути и обделке наледей, затрудняющих движение поездов, а также из-за опасности поражения током людей при замыкании через струи воды.

4.3 Нагрузки, действующие на обделку тоннеля

Нагрузки, действующие на тоннельную обделку определяются в зависимости от рельефа местности, глубины заложения тоннеля, инженерно-геологических условий и методов производства работ.

Различают основные, дополнительные и особые сочетания нагрузок.

Основные сочетания включают нагрузки, действующие на обделку постоянно или регулярно:

а) горное давление (вертикальное q и горизонтальное р);

б) гидростатическое давление Рh;

в) собственный вес конструкций q.

Распределение вертикальной и горизонтальной нагрузок от горного давления можно принимать равномерным.

1. Вертикальное давление q = h1?г, кПа,

где h1 - высота свода давления

,

где f - коэффициент крепости породы;

L - пролет свода давления;

г - удельный вес породы.

ц - угол внутреннего трения породы.

2. Горизонтальное давление

Боковое горное давление облегчает условия статической работы обделки, поэтому при расположении тоннелей в городах с коэффициентом крепости f ? 3 боковое давление можно запас прочности не учитывать.

Гидростатическое давление проявляется лишь тогда, когда обеспечена полная герметизация обделки. В период эксплуатаций тоннеля гидростатическое давление не остается постоянным: оно подвергается сезонным изменениям, снижается вследствие появления течей, в случае проходки соседних выработок может снизиться до нулевых значений.

Изменения величины гидростатического давления в период существования обделки вынуждает принимать для расчетов такие ее значения, которые обеспечат запас прочности.

Вертикальная нагрузка от собственного веса обделки определяется по предварительно заданным размерами сечений (удельный вес бетона 23 кН/м3) суммируется с вертикальной нагрузкой от горного давления.

Полученные указанными выше методами нормативные нагрузки должны быть умножены на коэффициенты перегрузок (n1=1,25; n2=1,2).

Расчетная схема обделки. мост тоннель дорога балка

На стадии технического проектирования применяется получивший наибольшее практическое значение метод Метрогипротранса, отличающийся известной универсальностью. С его помощью можно рассчитывать обделки любого очертания, начиная с пологого свода и кончая замкнутыми конструкциями.

Сущность метода заключается в замене криволинейного очертания обделки вписанным многоугольником, сплошной нагрузки - сосредоточенными в узлах силами, а упругой среды - упругими опорами, приложенными во всех вершинах многоугольника за исключением расположенных в предполагаемой «зоне отлипания» (действительное расположение последней устанавливается в процессе расчета путем ряда последовательных приближений). Расчет ведется методом сил. В качестве основной системы принимается многоугольник с введенными шарнирами во всех узлах, кроме двух, ближайших к замку. Для удобства расчета основная система расчленяется на две части: трехшарнирную арку 1 - 0 - 1 и шарнирную цепь 1 - 5 , прикрепленную опорными стержнями к земле. За лишние неизвестные приняты парные изгибающие моменты в шарнирных узлах .

Подъёмистый свод в упругой среде: а)Расчётная схема; б)Основная схема.

Постройка тоннеля.

Для постройки тоннелей на Мергеле крепком используется буро-взрывной способ СБУ-2 и СБУ-4, а также среднего веса и легкие перфораторы на пневмодержках с бурами, армированными твердым сплавом.

Существует два основных метода ведения взрывных работ - обычное взрывание и профильное («гладкое»), различающиеся количеством и расположением шпуров, весом и конструкцией шпуровых зарядов, типами взрывчатых веществ.

В тоннельном строительстве, за редким исключением, применяется электрический способ взрывания зарядов. Инициирование основного заряда осуществляется при помощи электродетонаторов.

Сооружение тоннелей горным способом в основном состоит из процессов, связанных с освобождением выработки от грунта и возведением бетонной обделки.

Горный способ постройки объединяет ряд способов работ, изменяющихся в зависимости от свойств проходимых грунтов и размеров тоннеля. Каждый из этих способов основан на разработке грунта в выработке по частям с немедленной установкой временной крепи, также по частям возводится и бетонная обделка.

К вспомогательным работам при постройке тоннелей горным способом относятся вентиляция подземных выработок, водоотвод и освещение.

Содержание тоннелей.

Основным принципом текущего содержания тоннелей и имеющихся в них обустройств является постоянное поддержание их в исправном состоянии, обеспечивающем бесперебойный пропуск поездов с установленными скоростями. Это достигается постоянным надзором за тоннелями и их обустройствами, выявлением их и изучением причин, вызывающих неисправности или ограничивающих сроки службы отдельных элементов сооружений и их своевременном устранением. Причем возникающие повреждения и неисправности в тоннелях следует устранять в возможно более короткий срок, так как всякое промедление с их устранением может привести к развитию более крупных и серьёзных деформаций, небезопасных для движения поездов.

Разрушение тоннелей может произойти в процессе строительства или эксплуатации.

Полное восстановление тоннелей с устранением последствий разрушения и доведения его до такого состояния, которое удовлетворяло бы современным условиям эксплуатации, требует значительных затрат средств и времени. Вместе с тем из-за необходимости срочного открытия движения на этом участке линии время, затрачиваемое на восстановление, должно быть минимальным, поэтому восстановление тоннелей может осуществляться при определенных условиях в два этапа: временное восстановление и капитальное восстановление.

Постоянный технический надзор осуществляется беспрерывно в течение всего года обходчиками путей и искусственных сооружений по сменным графикам, составляемым дистанцией пути и утверждаемым начальником отделения дороги. Основной задачей постоянного технического надзора является своевременное выявление и немедленное устранение всех неисправностей, создающих угрозу для безопасности движения поездов.

Основной задачей текущих осмотров является выявление дефектов в обделке и прочих тоннельных устройствах, установление причин их возникновения, тщательная проверка состояния деформирующихся элементов, взятых под постоянное наблюдение, проверка качества и эффективности выполненных ремонтных работ и планирование их для выполнения в следующем месяце. При текущих осмотрах составляют график обводненности колец тоннеля, замеряют дебит воды в лотках и у выходов дренажных штолен, а также проверяют состояние поверхностного водоотвода и устойчивость откосов предпортальных выемок.

Задачей периодических осмотров является детальная проверка технического состояния тоннеля и всех его обустройств. В процессе осмотра тщательно проверяют состояние тоннеля и всех его обустройств. В процессе осмотра тщательно проверяют состояние обделки с передвижных подмостей, устанавливаемых на железнодорожной платформе, оборудованной габаритной рамой и имеющей прожекторное освещение, или со специально оборудованного вагона. При обнаружении признаков деформаций в стенах и своде тоннеля делают инструментальную съёмку поперечных сечений внутреннего очертания колец тоннеля, а также нивелировку по обрезу фундаментов стен, рельсам и дну водоотводного лотка.

При возникновении серьезных деформаций в стенах и сводах тоннелей и предпортальных выемках или при наступлении резких изменений гидрогеологических условий горного массива, а также перед осуществлением капитального ремонта или реконструкции сооружения силами тоннелеобследовательской станции МПС или дороги тоннели подвергают специальным обследованиям.

Литература

Задание на курсовую работу с методическими указаниями для студентов IVкурса специальности 2090, строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство. Москва - 1991.

Мосты и тоннели на железных дорогах: Учебник для вузов/ В.О.Осипов, В.Г.Храпов, Б.В.Бобриков и др.; под ред. В.О.Осипова. - М.: Транспорт, 1988. - 376 с.

С.А.Компаниец «Тоннели на железных дорогах». Западно-Сибирское книжное издательство. Новосибирск. 1965.

Строительно-путейское дело в России ХХ века: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта / И.И.Кантор, Э.В.Воробъёв, Н.А.Зензинов, А.М.Никонов, В.К.Сергеев, И.А.Сильницкий, И.В.Турбин, Т.Г.Яковлева; Под ред. И.И.Кантора. - М.: УМК МПС России, 2001. - 276 с.

Размещено на Allbest.ru