Реферат: Искусственные сооружения на автомобильных дорогах

--PAGE_BREAK--Виды и классификация искусственных сооружений
Искусственные сооружения — технически сложная часть строя­щихся дорог. В зависимости от условий рельефа местности расхо­ды на постройку обычно составляют до 10 % общей стоимости до­роги, а иногда, например в горной местности, до 25%. В период эксплуатации искусственные сооружения требуют особо тщатель­ного надзора и ухода.

Наиболее часто встречающиеся на дорогах искусственные соо­ружения — это мосты и водопропускные трубы, реже — подпор­ные стены, тоннели, селеспуски, галереи, лотки и т. п.

   Мосты состоят из опор и пролетных строений (рис. 1.1). К обоим концам моста примыкает земляное полотно подходов. На многих реках, особенно больших, применяют регуляционные соо­ружения и укрепления для защиты опор мостов и подходов от раз­мыва высоким паводком воды и ледоходом.

По назначению дорог и роду пропускаемых подвижных нагру­зок мосты могут быть: железнодорожныедля пропуска же­лезнодорожных нагрузок (см. рис. 1.1); автодорожные для пропуска транспортных средств по автомобильным дорогам; го­родские для метрополитена, автомобильного, трамвайно-троллейбусного и пешеходного движения; совмещенные для одновре­менного пропуска железнодорожного и автомобильного транспор­та; пешеходные для пешеходов; специального назначения для пропуска водопроводов, газо- и нефтепроводов и каналов.

   По условиям расположения на местности различают следующие виды искусственных сооружений:

путепроводы— на пересечении дорог в разных    уровнях рис. 1.2, а);

разводныемосты, когда для пропуска судов устраивают разводное пролетное строение, поднимаемое вверх (рис. 1.2, б) или раскрываемое;

виадукипри пересечении дорогой глубоких и сухих логов, оврагов, горных ущелий, сооружаемые взамен высоких (более 15— 20 м) насыпей (рис. 1.2, в);

эстакадыдля пропуска железной или автомобильной доро­ги в городах над магистральными улицами (рис. 1.2, г), а также' при строительстве дорог в сильно заболоченных местах, когда эко­номически невыгодной оказывается насыпь (на слабых грунтах в основании);

наплавныемосты с плавучими опорами из понтонов или барж, устраиваемые на широких и глубоких реках, когда построй­ка постоянных опор не оправдывается размерами движения, а также в случае временной необходимости, например на период пос­тройки капитального моста. Для пропуска по реке судов в нап­лавных мостах применяют выводные секции, а на период ледохода и ледостава такие мосты разбирают (рис. 1.2, д).

Водопропускныетрубы (рис. 1.3) — сравнительно прос­тые по конструкции и постройке искусственные сооружения. При насыпи небольшой высоты (до 1 —1,5 м) и незначительном коли­честве протекающей воды иногда устраивают лоток.
<img width=«449» height=«248» src=«ref-1_507221375-28247.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1030">
Рис.  1.1. Железнодорожный мост:1 — пролетное строение; 2 — опора
<img width=«624» height=«868» src=«ref-1_507249622-137330.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1032">
Рис.   1.2.  Виды мостов: а — путепровод;   б  —   разводной;  

 в  —  виадук;  






--PAGE_BREAK--Элементы моста и статические схемы
Основные элементы моста — опорыи 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.

<img width=«595» height=«175» src=«ref-1_507560689-28382.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1040">Опоры имеют фундаментс 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 длинаL; (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 балочныесистемы 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 пролетном строении, влияет и на соседние. Это обстоятельство приводит к некоторому облегчению сечений балок или элементов ферм за едет совместной работы конструкции нескольких пролетов.


--PAGE_BREAK--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.

    продолжение
--PAGE_BREAK--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, смещений, углов поворота, появле­ние трещин, по своим размерам опасных для эксплуатации и сни­жающих срок службы сооружения.

Методы расчета искусственных сооружений по предельным сос­тояниям имеют целью не допускать с определенной обеспечен­ностью наступления предельного состояния при эксплуатации в течение всего срока службы сооружения, а также при производ­стве работ по его строительству.

Расчет сооружений заключается в сравнении нагрузок в эле­ментах сооружения и основаниях и возникающих усилий и напря­жений, а также деформаций, перемещений, раскрытия трещин и т. п. Эти значения не должны превышать предельных значений, установленных нормами проектирования конструкций и оснований.

Основное отличие расчета сооружений по методу предельных состояний от ранее действующего по допускаемым напряжениям состоит в том, что создаваемые в конструкции запасы принимают различными, дифференцированными в зависимости от расчетных нагрузок, возможного сопротивления материала элемента или грунта основания и других условий.

Расчет искусственных сооружений по предельным состояниям позволяет проектировать их более экономично и надежно, чем по старому методу.

При расчете конструкций искусственного сооружения в первую очередь устанавливают согласно данным СНиП расчетные значе­ния внешних нагрузок (поезда, колонны автомобилей, толпы пе­шеходов и Др.),а также расчетные сопротивления материала, ко­торые применяются в данной конструкции. Эти величины получа­ют умножением нормативных данных на соответствующие коэф­фициенты: у; — коэффициент надежности по отношению к нор­мативным постоянным и временным нагрузкам или создаваемым ими условиями; т — коэффициент условия работы, учитывающий точность расчета и условия строительства и эксплуатации соору­жения; и — коэффициент надежности или безопасности, относи­мый к нормативным сопротивлениям материалов или оснований по грунту; ц — коэффициент сочетания одновременно действую­щих различных нагрузок. При одновременном действии на соору­жение двух или более временных нагрузок следует умножать ра­счетные нагрузки на коэффициент, меньший единицы.

Виды водопропускных труб. Назначение их размеров
Водопропускные трубы — наиболее распространенный вид искусственных сооружений. Число их на железных дорогах в рай­онах с различным рельефом местности составляет 0,3—0,9 трубы, а на автомобильных—1,0—1,4 трубы на 1 км трассы. В целом трубы составляют 75% общего количества искусственных сооружений на дорогах и 40—45 % стоимости общих затрат на постройку искус­ственных сооружений.

Прежде при постройке дорог были распространены каменные и бетонные трубы, но в начале XXв. стали применяться и железо­бетонные трубы. В 1936 г. были разработаны первые типовые круглые железобетонные трубы диаметром 1—2 м звеньями дли­ной 1 м для железных дорог.

С 1962 г. получили распространение типовые унифицирован­ные сборные железобетонные трубы, разработанные Ленгипротрансмостом.

Первые металлические трубы были чугунными, в дальнейшем их вытеснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России первые гофрированные металлические трубы появились в 1875 г. диаметром 0,53 и 1,07 м. Металлические трубы подвержены вред­ному воздействию агрессивных вод, блуждающих токов, атмосфер­ной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями по защите металла от коррозии удается увеличить срок службы их до 40—50 лет и более.

Железобетонные трубы долговечнее металлических, так как они менее подвержены вредному воздействию агрессивных вод, особенно в случаях, когда отсутствуют металлические элементы в стыковых соединениях. На заводах освоена технология изготовления круглых железобетонных звеньев труб диаметром до 1,5 м на вибростанках.



<img width=«416» height=«147» src=«ref-1_507686823-13952.coolpic» hspace=«3» vspace=«4» v:shapes="_x0000_s1044">







--PAGE_BREAK--Лотки и трубы на косогорах
На небольших водотоках с расходом воды до 4 м3/с при высоте насыпи до 1—1,5 м, если невозможно построить трубу или отвести воду в соседнее сооружение, устраивают лотки, отличающиеся от труб отсутствием засыпки сверху. Железобетонные лотки (рис. 16.17) прямоугольного замкнутого или открытого сверху попереч­ного сечения обычно имеют отверстие 0,75—1,25 м. Звенья их ук­ладывают на бетонный фундамент, а при благоприятных геологи­ческих условиях — на грунтовое основание. Открытые железо­бетонные или деревянные лотки глубиной 1,5—1,8 м пригодны для отвода верховой и грунтовой вод из выемок и оснований насыпей, а также вместо кюветов в выемках, когда необходимо осушить земляное полотно на глубину большую, чем это возможно с по­мощью кюветов. В таких случаях железобетонные сборные лотки делают в виде рам с заборными стенками из железобетонных до­сок с отверстиями диаметром 3 см или прорезями для собирания воды.



--PAGE_BREAK--