Искусственные сооружения на автомобильных дорогах

временные нагрузки, которые возможны не

только в настоящий, но и в перспективный период эксплуатации._ Временные

мосты устраивают облегченными, на небольшой срок эксплуатации, из менее

долговечных и менее прочных материалов, например из не пропитанного

антисептиками лесоматериала, местного камня и т. п.

Рис. 1.7. Поперечное сечение тоннельных обделок:

а и в — из монолитного бетона: б из сборного железобетона

для тоннеля, сооружаемого закрытым способом: 1 - свод; 2 —

стены; 3 — обратный свод; 4 — перекрытие; 5 — плоский

лоток

Комплекс сооружений, устраиваемых на пересечении дорогой постоянно

действующего водотока, называют мостовым переходом. В его состав входят

мост, земляное полотно, примыкающее к устоям, регуляционные сооружения,

направляющие водный поток, подпорные и ограждающие стены, сооружения

берегоукрепительные ограждающие и другие.

Тоннель (рис. 1.6) представляет собой искусственное сооружение,

расположенное в толще горных пород..

По назначению тоннели подразделяются на транспортные (железнодорожные и

автодорожные, городские тоннели метрополитенов, пешеходные и судоходные) ,

гидротехнические, городского хозяйства и горнопромышленные. Наибольшее

распространение получили транспортные тоннели, которые по местоположению

разделяют на находящиеся в горных массивах, подводные — под реками,

каналами, проливами и городские — под городскими проездами и кварталами.

По характеру строительства тоннели могут различаться по способу

производства работ: закрытого — строящиеся без вскрытия земной поверхности

над ними, и открытого.

Размеры и очертания внутреннего свободного пространства транспортных

тоннелей зависят от размеров и формы подвижного состава и размещаемого в

них оборудования. Поперечное сечение тоннелей метрополитенов и

железнодорожных (рис. 1.7) определяется требованиями габарита и может быть

рассчитано на один путь или два (тоннели для трех путей встречаются крайне

редко). Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяется категорией

дороги и количеством полос движения, а также другими требованиями.

Горные железнодорожные и автодорожные тоннели проектируют по СНиП 11-44-

78; тоннели для метрополитенов — по СНиП - II-40-80.

Элементы моста и статические схемы

Основные элементы моста — опоры и пролетные строения (рис. 1.8). Опоры

различают: береговые (устои) и промежуточные (быки). Каждая опора

воспринимает нагрузку от веса пролетных строений, подвижной нагрузки,

проходящей по ним, давления ветра, льда, навала судов. На устои, кроме

того, действует вес насыпи подходов к мосту.

Опоры имеют фундамент с надфундаментной частью. Фундаменты возводят с

опиранием непосредственно на грунт или, если грунт ненадежен, на

специальное искусственное основание. Материалом для опор служат бетонная,

железобетонная и каменная кладки, а в редких случаях для верхней части

применяют металлические конструкции. Форма и размеры опор зависят от

значения и характера нагрузок, передающихся от пролетных строений,

собственного веса и веса насыпи, а также определяются условиями прохода под

мостом водного потока, ледохода и местными инженерно-геологическими

условиями.

Рис. 1.8. Мост длиной L:

1 — береговые опоры (устои); 2 — пролетное строение со

сплошными главными балками;3 — перильные ограждения; 4 — конус

насыпи; 5 — свайный фундамент; УВВ — уровень высоких вод; РУВ —

рабочий уровень воды: УМВ — уровень меженных вод

Пролетные строения имеют (см. рис. 1.8) главные несущие элементы в виде

балок сплошного сечения, сквозных ферм или комбинированных конструкций. На

основных несущих элементах располагается конструкция проезжей части моста

автодорожного (городского) или мостовое полотно железнодорожного моста.

Главные несущие элементы объединяют связями, обеспечивающими устойчивость и

поперечную жесткость пролетного строения.

Основные размеры моста и его элементов следующие: полная длина L; (см.

рис. 1.8) между задними гранями устоев или концами пролетного строения,

непосредственно соприкасающимися с насыпью подходов; отверстие моста,

обеспечивающее пропуск высокой воды (за вычетом толщины опор), высота Н

моста, исчисляемая от верха проезжей части или подошвы рельсов до уровня

меженных вод; строительная высота Нс — от верха проезжей части до низа

конструкции пролетного строения; расчетный пролет, равный при балочном

пролетном строении расстоянию между центрами опорных частей, на которые

устанавливают балки (фермы); расчетная ширина пролетного строения —

расстояние между осями несущих конструкций (ферм или крайних балок); высота

тела опор — от верхней площадки до верха (обреза) фундамента; глубина

фундамента и др.

Все эти размеры моста и его элементов устанавливают в процессе

проектирования с учетом местных инженерно-гидрологических, геологических и

судоходных условий, выявленных в процессе изысканий, а также на основе

требований по интенсивности движения не только в момент проектирования, но

и в более далекой перспективе, соответствующей сроку службы моста. По

характеру работы пролетных строений и опор, т. е. в зависимости от

статической схемы, различают балочные, рамные, арочные, висячие и

комбинированные системы мостов.

Наибольшее распространение имеют балочные системы мостов (балочные

мосты). В них пролетные строения в виде сплошных балок или сквозных

решетчатых ферм свободно установлены на опорные части, через которые

передаются все вертикальные нагрузки на опоры моста. Пролетные строения

могут быть балочно-разрезными (рис. 1.9, а), балочно-консольными (рис. 1.9,

б) и балочно-неразрезными (рис. 1.9, в)./В балочно-разрезной системе изгиб

от собственного веса и подвижной нагрузки одного пролетного строения не

отражается на изгибе смежных с ним пролетов. Такие системы применяют

преимущественно в малых и средних железобетонных и металлических мостах с

пролетами до 33 м. В железнодорожных мостах металлические балочно-разрезные

решетчатые конструкции пролетных строений распространены для пролетов от 33

до 158 м. Другие разновидности балочных систем (балочно-консольные и

балочно-неразрезные) отличаются от балочно-разрезных тем, что нагрузка,

расположенная на одном про летном строении, влияет и на соседние. Это

обстоятельство приводит к некоторому облегчению сечений балок или элементов

ферм за едет совместной работы конструкции нескольких пролетов.

Рис. 1.9. Балочные пролетные строения:

/ — разрезное полной длиной lп; 2 — консольно-балочное

длиной lп ; 3 — неразрезное полной длиной lп; — расчетные

пролеты; R1,—R4, — вертикальные опорные реакции

Рис. 1.10. Рамные пролетные строения:

/ — подвесное пролетное строение; 2 — консоль Т-образной

раны; 3 — шарниры; /р, — расчетные пролеты; /к — длина консоли; 1Л —

длина подвесного пролетного строения; К, Н, М — вертикальная и

горизонтальная опорные реакции, изгибающий момент

Рис. 1.11. Арочные пролетные строения:

1 — надарочные рамы или стойки; 2 — шарниры; 3 — арки; 4 — подвески

В рамных мостах (рис. 1.10) пролетные строения жестко связаны с опорами.

Изгиб от нагрузок с пролетного строения вызывает изгиб опор,

т. е. на опоры, кроме вертикальных опорных нагрузок, передается

изгибающий момент и горизонтальный распор.

В мостостроении известен ряд конструктивных решений рамных систем: Т-

образные рамы с опиранием на их консоли (рис. 1.10, а) подвесных балочных

конструкций (рамно-подвесные системы); рамы с соединением смежных консолей

(рис. 1.10, б) шарнирами, расположенными в пролете (рамно-консольной

системы); неразрезные рамные системы (рис. 1.10, в). Все эти системы

применяют, при строительстве путепроводов и больших мостов.

в арочных мостах (рис. 1.11) от собственного веса и подвижной нагрузки,

расположенной на пролетном строении, возникают опорные реакции, которые

можно рассматривать как равнодействующие вертикальных и горизонтальных

составляющих Н и V. Горизонтальную силу Н называют распором. Арочные

пролетные строения могут быть трехшарнирными (рис. 1.11, а), двухшарнирными

(рис. 1.11, б) и бесшарнирными (рис. 1.11, в). Бесшарнирные применяют

обычно в средних и больших мостах.

В висячих и вантовых мостах пролетные строения (рис. 1.12) устраивают в

виде продольной балки (балки жесткости) с расположенной на ней конструкцией

проезжей части, поддерживаемой кабелем (стальным канатом или стальной

цепью). На опорах устанавливают высокие стойки, называемые пилонами, к

По месту расположения проезжей части моста относительно его главных

несущих конструкций различают мосты cездой понизу (см. рис. 1.12,а—в),

поверху (рис. 1.12,г) и посередине (см. рис. 1.11,в, средний пролет).

Основные правила проектирования искусственных сооружений. Состав проекта

При проектировании новых и реконструкции существующих искусственных

сооружений следует выполнять основные требования СНиП. по обеспечению

надежности, долговечности и бесперебойной эксплуатации сооружений,

соблюдению безопасности и плавности движения транспортных средств,

безопасности для пешеходов, по охране труда рабочих в период строительства

и эксплуатации.

Мосты и трубы должны обеспечивать пропуск паводков и ледохода, большие

сооружения должны удовлетворять требования судоходства.

В намечаемых решениях следует предусматривать применение прогрессивных

конструкций и передовых методов производства работ, направленных на

экономное расходование материалов, и особенно металла, цемента, леса, на

снижение стоимости и трудоемкости строительства и эксплуатации. Должны быть

обеспечены простота, удобство и высокие темпы монтажа конструкций с широкой

индустриализацией строительства на базе современных средств комплексной

механизации и автоматизации производства.

В разрабатываемых проектах должны широко использоваться типовые решения,

применяться сборные конструкции, детали и материалы, отвечающие действующим

стандартам и техническим условиям. В проектах следует учитывать перспективы

развития транспорта и дорожной сети.

Искусственные сооружения строят на основе технической документации

(чертежей, расчетов, пояснительной записки, сметы), имеющей общее название

— проект сооружения. Главная задача проекта — выбор правильного места

расположения, назначение таких форм и размеров конструкции, которые

обеспечили бы достаточный запас прочности и устойчивости сооружения. При

этом исходят из того, чтобы металлические и железобетонные мосты можно было

нормально эксплуатировать не менее 70—80 лет, а деревянные, за исключением

временных сооружений, — не менее 25—30 лет, т. е. учитывают перспективы

развития транспорта.

Малые и средние сооружения проектируют в одну стадию — рабочий проект со

сводным сметным расчетом стоимости, применяемым для сооружений, строить

которые будут по типовым и повторно применяемым проектам, а также для

технически несложных объектов.

Для сооружений крупных и сложных существует две стадии — проект со

сводным сметным расчетом стоимости и рабочая документация, составляемая

позднее с подробными сметами.

Цель проекта — выявить оптимальные конструктивные формы и материал

намечаемого сооружения, установить его местоположение, определить основные

размеры, объемы работ, стоимость и срок строительства. В проектах больших

сооружений обычно разрабатывают несколько вариантов как по месту

расположения сооружения, его общим размерам, так и по конструктивным

производственно-техническим решениям. В особо крупных с большой стоимостью

сооружениях, преимущественно в городских мостах, проектам предшествует

технико-экономическое обоснование строительства (ТЭО). В этом случае на

основе использования аналогов и предшествующих разработок подобных

сооружений выявляются общие очертания моста, примерная стоимость.

В состав ТЭО входят материалы, обосновывающие строительство моста.

Наряду с обоснованием принимаемых конструктивных форм и в состав проекта

входит проект организации строительства (ПОС). В нем приводятся общие

данные по объемам работ и потребным материалам и оборудованию, принципам

организации строительства и методам возведения опор и монтажа пролетных

строений, механизации производства работ, а также прилагаются ведомости

заказа сборных конструкций и других материалов, оборудования и выявляются

сроки строительства.

По разработанным конструктивным формам, выявленным объемам работ

определяют стоимость сооружения, составляют сметно-финансовый расчет,

который разрабатывают с использованием сметных материалов, учетом местных

условий и расценок, учетом дальности доставки материалов, применения

сборных конструкций и т. п.

При двухстадийном проектировании после составления и утверждения проекта

выполняют разработку рабочей технической документации в виде подробных

чертежей с детальным решением конструктивных и технологических вопросов, а

также смет по всем элементам мостового перехода.

Принятые конструкции обосновывают необходимыми расчетами и

дополнительными материалами по технологии изготовления и монтажа. Кроме

того, составляют расчеты и рабочие чертежи, входящие в состав проекта

производства работ (ППР), по всем необходимым вспомогательным

обустройствам: подмостям, пирсам, причалам, сооружениям строительной

площадки и т. п.

При составлении рабочих чертежей не разрешается отступать от

принципиальных решений, утвержденного проекта. Утвержденная вместе с

проектом сметная стоимость моста является лимитом на весь период

строительства.

Основные требования к конструкциям мостов и труб

Задачи индустриализации и ускорения строительства искусственных

сооружений требуют широкого распространения типовых проектов конструкций и

технологических правил производства работ. С этой целью основные размеры

пролетных строений и опор мостов, а также водопропускных труб рекомендуется

назначать, как правило, соблюдая принципы модульности и унификации,

придерживаясь стандартных размеров.

При разработке типовых проектов железнодорожных мостов и труб

предусматривается возможность их использования при строительстве вторых

путей и простой замены пролетных строений на эксплуатируемой сети дорог.

Генеральным размером железобетонных пролетных строений является расчетный

пролет.

Для автодорожных и городских мостов, расположенных на прямых участках

дорог, при вертикальном и перпендикулярном расположении опор генеральным

размером рекомендуется назначать полные длины пролетных строений, которые

принимаются равными 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 33 и 42 м, т. е. с модулем

3 м. При больших размерах пролеты назначают кратными 21 м, т. е. 63, 84,

105, 126 м.

Приведенные размеры в виде полных длин принимают для разрезных

конструкций пролетных строений длиной до 42 м, выполняемых, как правило, из

железобетона.

Для неразрезных пролетных строений, а также конструкций со сквозными

главными фермами автодорожных городских мостов приведенные размеры должны

отвечать расчетным пролетам. Отступление от приведенных размеров

допускается при достаточном технико-экономическом обосновании, особенно при

проектировании мостов, возводимых вблизи существующих сооружений, с другими

размерами пролетов, а также для многопролетных путепроводов через

железнодорожные станционные пути, для отдельных пролетов больших мостов

сложных систем, например для неразрезных рамно-консольных, вантовых и

других систем мостов.

В железнодорожных стальных мостах со сквозными главными фермами, как

правило, применяют типовые проекты балочных пролетных строений,

разработанные для пролетов 44, 55, 66, 77, 88, 110, 132 м. Здесь модуль —

стандартная панель проезжей части 5,5 и И м.

Конструктивные формы и размеры опор и их фундаменты устанавливают по

расчету с учетом местных гидрогеологических и инженерно-геологических

условий, требований судоходства, а также с учетом способа установки

пролетных строений на опоры. На больших реках в условиях судоходства и

сильного ледохода опоры следует выполнять массивными — из каменной или

бетонной кладки в пределах колебания уровня воды, обтекаемой в плане формы

сечения. Глубину фундаментов опор устанавливают в процессе проектирования

на основе инженерно-геологических данных с учетом возможного максимального

размыва дна реки, определяемого при расчете отверстия моста.

При проектировании путепроводов через автомобильные дороги и улицы

городов промежуточные опоры возможно устанавливать на разделительной полосе

движения. При ширине ее 6 м и менее должны быть устроены специальные

ограждения безопасности конструкции опор.

Основные принципы расчета искусственных сооружении

Несущие конструкции и основания мостов и труб необходимо рассчитывать на

действие постоянных нагрузок и неблагоприятное сочетание воздействий

временных нагрузок с обеспечением необходимых запасов прочности и

надежности.

До 1963 г. искусственные сооружения в СССР рассчитывали, сравнивая

напряжения и деформации (определяемые расчетом в отдельных элементах

сооружения) от силовых воздействий согласно действующим нормам с

допускаемыми напряжениями и деформациями, установленными для выбранного

материала конструкций или вида грунта в основании сооружения. Коэффициент

запаса по прочности элемента принимали один и его определяли отношением

возникающих напряжений при разрушении материала конструкций к допускаемым

напряжениям от расчетной нагрузки. Для металлических мостов этот

коэффициент запаса, например, принимали равным 2,2—3,0.

В настоящее время применяют более прогрессивный способ расчета мостов и

труб — по методу предельных состояний. Этот метод установлен с 1976 г. для

социалистических стран Советом Экономической Взаимопомощи в виде стандарта

СЭВ 384-76. Стандарт устанавливает основные положения по расчету

конструкций из разных материалов и оснований сооружений по предельным

состояниям.

Предельными называют такие состояния, при которых конструкция

искусственного сооружения или его основание перестает удовлетворять

заданным эксплуатационным требованиям или требованиям безопасного

производства работ.

Предельные состояния подразделяют на две группы. К предельным состояниям

первой группы относят следующие показатели: потеря устойчивости положения

конструкции, разрушение любого характера, переход конструкции в изменяемую

систему, когда возникает необходимость прекращения эксплуатации сооружения

в результате текучести материала, сдвига в соединениях, ползучести или

чрезмерного раскрытия трещин, наблюдаются сдвиг или выпирание грунта в

основании сооружения, большие просадки опор.

Предельному состоянию второй группы соответствуют возникновение

чрезмерно больших деформаций, затрудняющих нормальную эксплуатацию

сооружения из-за значительных упругих или остаточных прогибов, осадок,

Страницы: 1, 2, 3, 4