Трубы на автодорогах

Тема: Трубы на автодорогах

Это простейшие и наиболее часто встречающиеся инженерные сооружения на дорогах. Их устраивают для пропуска небольших водопотоков (временных и постоянных) сквозь тело насыпи, не разрывая конструкцию земельного полотна.

В отличие от мостов, путепроводов и прочих сооружений, движение транспорта и пешеходов над трубой осуществляется по проезжей части, по дорожной одежде, по земельному полотну автодороги, а не по конструкциям. Это искусственные инженерные сооружения.Для обеспечения этого условия труба должна быть заглублена в тело насыпи так, чтобы над верхом трубы и до низа дорожной одежды находился грунт земляного полотна (от 0,5 м). При этом конструкция трубы испытывает нагрузки и воздействия от проходящего транспорта, но только от транспорта. И они в значительной мере рассеяны (уменьшены) за счет грунта, находящегося над трубой.

Наряду с вертикальными нагрузками от транспорта и собственного веса грунта земельного полотна, трубы испытывают и значительные горизонтальные нагрузки – от транспорта и от собственного веса грунта. Поэтому наиболее оптимальной конструкцией являются круглые железобетонные трубы. Но такие сечения не очень эффективны для пропуска воды. По эффективности самые лучшие – прямоугольные, но они требуют хорошего армирования.

Кроме железобетона, применяют бетон, камень и металл, как в отдельности, так и в виде совместных конструкций. В последнее время широко применяются гофрированные трубы.                                                          Трубы не всегда работают на   пропуск максимально возможных расходов, за срок службы его может и не состояться.

Трубы – менее ответственные сооружения, чем мосты, поэтому вероятность превышения максимальных расходов для труб принято 2% (1 раз в 50 лет).

Пропуская воду, труба, как правило, работает не полным сечением. В зависимости от этого условия, трубы по режиму истечения в них жидкости делятся на 3 наименования: безнапорный режим, полунапорный и напорный режим.

Режим выбирают в зависимости от возможности и частоты пропуска максимальных расходов воды. Чем регулярнее и максимальнее пропуск воды через трубу, тем ближе режим должен быть к безнапорному.

Рекомендуемые материалы

На режим истечения жидкости очень сильно влияет форма отверстия, куда попадает жидкость – форма оголовка. При больших расходах оголовки стараются сделать обтекаемыми, различают их по названию.

Портальный – боковая поверхность, и в ней есть отверстие (для безнапорного режима) – не обтекаемый.

Раструбные и воротниковые – плавный переход к отверстию трубы (обтекаемые)

Раструб – труба переменного сечения

Размеры поперечного сечения трубы устанавливают такими, чтобы она смогла пропустить рассчитанные максимальные расходы. При этом следует иметь в виду одну особенность трубы – это узкие и длинные водопропускные сооружения и при небольшой скорости течения воды возможно их заиливание. Чтобы не было заиливания, выполняют следующие мероприятия:

1. Уклон трубы должен быть максимально большим из возможных вариантов.

2. Размер в свету труб (диаметр круглых труб или высота прямоугольных) должен быть больше, чем предусматривает сечение для пропуска максимальных расходов.

3. Диаметр круглой или высота прямоугольной трубы назначаются тем больше, чем длиннее трубы (п. 1.13 СНиП).

1 м – минимум при длине трубы до 20 м.

1,25 и выше – при длине более 20 м.

На дорогах ниже II категории допускается:

1 м и более – до 30 м;

0,75 м и выше – до 15 м;

0,5 м – при устройстве трубы на съездах и уклоне 10‰ и более и наличие ограждений на входе.

Конструкцию труб рассчитывают на нагрузки и воздействия, как и прочие сооружения.

Основные требования, выполняемые при конструировании

мостов и труб

1. Их расположение, унификация пролетных строений и отдельная конструкция элементов.

Части моста – пролеты строения, опоры, фундаменты.

2. Деформации, перемещения, продольные и поперечные профили, мостовое полотно, водоотвод, сопряжение с насыпями подходов.

Кроме конкретных, присущих только данному объекту особенностей, все инженерные сооружения обладают рядом одинаковых типичных признаков, что позволяет значительно облегчить процесс проектирования, использовав ряд оптимальных, выверенных опытом технических решений, которые во многом отражены в строительных нормах и правилах.

Мостовые сооружения очень сложные, дорогостоящие, ответственные конструкции, поэтому, в первую очередь, при их проектировании стремятся обосновать необходимость и возможность их сооружения, выбрать рациональное место расположения и т.д.

Если для транспортных эстакад и путепроводов расположение сооружения диктуется расположением пересекаемых препятствий, то для мостов есть определенные границы, в пределах которых можно установить мостовые сооружения (новые мостовые сооружения): для минимальной длины и минимальной стоимости мост должен быть коротким, а следовательно, расположен перпендикулярно течению воды.

Для исключения размывов грунта у опор, опоры должны располагаться так, чтобы не стеснять поток (боковые грани параллельно потоку).

Сам мостовой переход желательно располагать на прямых участках русла. Допускается отклонение от прямой – до 10⁰. Вызванное строительством моста увеличение скорости течения должно быть в определенных пределах (п.1-5 СНиПа*).

При скорости течения (в естественных условиях) до 2 м/сек. скорость может возрасти на 20% и более. При скорости 2,4 м/сек – не более 10%. Допускается увеличение, иначе будут размывы.

При выборе длины моста необходимо предусматривать установку типовых, ранее разработанных, проверенных конструкций.

СниП 2-05-03 84*, п.1.69 в качестве типовых размеров рекомендует следующие:

3, 6, 9 . . . . . . . . . . . . 24 м;

33, 42 м;

далее – через 21 м.

Указанные размеры применяют в качестве полной длины пролетных строений (до 42 м включительно – для железобетонных; до 33 м – из любых других материалов; во всех остальных случаях, а также для пролетных строений со сквозными фермами к приведенным размерам должны соответствовать расчетные пролеты.

Указанные размеры не всегда соблюдаются. Отступление от этих размеров существует в нескольких случаях:

1. Строительство рядом с существующим нового моста.

2. При расположении мостовых сооружений на кривых в плане.

3. При устройстве путепроводов и эстакад с фиксированным расположением препятствий (здания, сооружения, ж/д пути).

4. Для деревянных мостов длиной пролета менее 9м.

5. Отдельные пролеты мостов сложных систем.

Деформации и перемещения

Транспортные сооружения предназначены для достаточно быстрого передвижения автомобилей. Для этого поверхность проезжей части делают ровной, без резких изменений траектории движения.

Мостовые сооружения, являясь частью транспортного сооружения – автомобильной дороги, не должны выпадать из общей направленности дороги. Водитель не должен различать, где он едет. Условия движения не должны отличаться. Для этого при проектировании и эксплуатации мостов предусматривают некоторые границы, в пределах которых возможны деформации и перемещения частей и элементов сооружения.

Деформация – это изменение формы, размеров.

Перемещение – изменение положения в пространстве, отклонение от первоначального положения.

Для транспортных сооружений главным является сохранение возможности проезда по ним транспорта без неприятных ощущений. Поэтому для них практически не даются конкретные существенные значения деформации и перемещения. Они зависят от размеров сооружения, скорости движения, схемы сооружения и прочего.

В мостах, путепроводах и эстакадах следует обеспечить плавность передвижения транспорта по пролетным строениям и неизменность положения конструкции. Поскольку минимальные размеры сооружения оказывают значительное влияние на перемещение и деформации. То для этих сооружений приняты следующие основные пределы:

1. прогиб конструкций не должен превышать (1/400)∙l

f≤(1/400)∙l

   l - длина конструкции

Для конструкций из дерева максимальный прогиб может быть увеличен в 2 раза.

          f≤(1/200)∙l

          2. изменение продольного профиля (появление дополнительных углов перелома), вызванное неравномерной осадкой опор, не должно превышать 2 промиля

3. Фактические деформации и перемещения не должны вызывать падения пролетных строений с опор, поэтому верх опор делают с некоторым запасом (см. п.3.180).

Для мостовых сооружений так же, как и для дорог нормируют параметры поперечных и продольных профилей.

Поперечный профиль устраивают односкатным или двускатным для отвода воды в поперечном направлении и безопасного движения транспорта.

Если для дорог и обочин значение поперечного уклона зависит от типа покрытия, для мостовых конструкций все покрытия одинаковы, поэтому уклон поперечный одинаковый (20‰).

Продольный уклон назначают так же, как и для участков автомобильных дорог (категория дороги), но мосты, путепроводы и эстакады – это высокие протяженные конструкции, которые, в принципе, нельзя объехать; задержка движения приводит к большому неудобству. При аварии возможны тяжелые ситуации, вплоть до падения моста. В связи с этим продольные уклоны для некоторых мостов смягчают:

большой автодорожный мост может иметь максимальный продольный уклон 30‰;

для городских мостов максимальный продольный уклон - 40‰;

для деревянных мостов или мостов, имеющих деревянную проезжую часть - 20‰ (очень низкий коэффициент сцепления);

в местностях, где возможно частое обледенение дорог также рекомендовано для всех мостов - 20‰.

Для всех мостов минимальное значение продольного уклона, как правило, следует принимать 5‰ для обеспечения продольного водоотвода.

Мостовое полотно

Создает безопасное условие для движения транспорта и иллюзию движения по автомобильной дороге.

Для этого мостовое полотно имеет следующие элементы:

- проезжая часть;                      создают пространство для движения     

- тротуары                                 транспорта и пешеходов по аналогии

                                                   с земельным полотном

- Ограждающие устройства (1 гр. – для транспорта

                                                 2 гр. – для пешеходов – перила, сетки)

- Переходные плиты

- Деформирующие швы

- Освещение

- Знаки и разметка

Проезжая часть мостовых конструкций предназначена для движения транспорта и по ширине занимает расстояние между тротуарами. В проезжую часть входят полосы движения и полосы безопасности. Поскольку эти ряды предназначены для движения транспорта, они имеют одинаковую конструкцию. Но сама конструкция имеет варианты. Эта конструкция зависит от пролета строения.

Из всего множества конструкций можно выделить 3 вида проезжей части:

- железобетонная;

- металлическая;

- деревянная

Каждая из этих проезжих частей имеет 2 варианта.

1. Железобетонная проезжая часть

Образована железобетонными плитами, балками и прочими конструкциями, образующими сплошную поверхность, на которой можно уложить ездовое полотно.

Ж/б плиты, полки двутавровых или тавровых балок.

Эту проезжую часть, представляющую собой, как правило, плиту, так и называют «плита проезжей части».

Плиту проезжей части из железобетона обязательно закрывают ездовым полотном, представляющим собой многослойную конструкцию, имеющую 2 конструктивных варианта:

1 вариант – снизу вверх:

- проезжая часть

На нее укладывают трехсантиметровый выравнивающий слой из пескобетона. Выравнивающий слой устраивают по необходимости. На этот ровный слой наклеивают слой гидроизоляции.

Для гидроизоляции в настоящее время применяются прорезиненные материалы, имеющие слой клеющих веществ. Их укладывают после нагрева и расплавляют по небольшой толщине части этого материала, прижимая к поверхности части выравнивающего слоя.

На гидроизоляцию укладывают (2 способа):

Вид покрытия в основном соответствует покрытию на прилегающем участке дороги. Этой многослойной конструкцией перекрывают всю ширину моста над проезжей частью – от тротуара до тротуара.

На тротуарах необходимости в устройстве защитного слоя нет, поэтому для минимального собственного веса толщину слоев на тротуарах устраивают минимальной. Или для готовых блоков для тротуара покрытия можно не делать.

Для сталежелезобетонных мостов, имеющих монолитную железобетонную плиту, защитный слой не устраивают, устраивая поверхность железобетонной плиты ровной и гладкой.

2. Металлическая проезжая часть – различают 2 вида:

- металлический мост сверху, по которому движется транспорт, и под этим мостом ребра жесткости из различного металлического профиля. Эта проезжая часть опирается на пролетное строение. В ней отсутствуют конструктивные слои, т.е. она ровная и гладкая, прочная; чтобы обеспечить необходимое сцепление, делают засечки.

В последнее время получило распространение металлическая проезжая часть в виде корытообразного профиля, который укладывается асфальтобетоном (мост через Тверцу).

- металлическая артотропная плита (хорошая прочность, жесткость), устраивают без покрытия.

                                2 см

                  

                                                         вид сверху

                                                

3. Деревянная проезжая часть

Часто применяется для временных сооружений, достаточно легкая.

Недостатки: самая низкая прочность, малая износоустойчивость, способность к возгоранию и недолговечность из-за загнивания.

Можно применять на любом, по материалу, пролетном строении.

Различают 2 вида:

- на пролетном строении укладывают поперечины, которые уменьшают возможный пролет досок проезжей части.

                                        2-3 см

                                                                                          доски

                                                                                         поперечина

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

                                     ~ 1 м             

Чтобы предотвратить эти доски от прямого механического действия транспорта еще одним слоем досок (слой износа), эти доски можно укладывать как угодно относительно моста.

Такая конструкция из лежащих двух слоев досок называют двойным досчатым настилом.

Чтобы проветривать нижний настил, доски укладывают 2-3 см (зазор). Верхний слой износа на нагрузку не учитывают.

Работа досок, лежаших под нагрузкой, сопровождается большими деформациями. Поэтому для обеспечения жесткости и увеличения пролета доски применяется конструкция проезжей части, где доски стоят вертикально на ребре, вплотную друг к другу, скрепляемые клеем и (или) гвоздями.

                                                                                           

                               

Такая конструкция, изготовляемая чаще всего в заводских условиях отдельными блоками шириной около 1 м, длиной около 2 м, называется деревоплитой.

Доски пропитываются антисептиками, поэтому они не горят, тонут.

Повышенная жесткость деревоплиты позволяет закрыть ее поверхность слоем асфальтобетона, чтобы обеспечить ровность и плавность проезда и защиту деревоплиты от механического воздействия колеса. Но для лучшего сцепления досок с асфальтобетонным покрытием доски применяют разной ширины.                            

С внешней стороны любой проезжей части находятся тротуары или служебные проходы, по которым организованно могут двигаться пешеходы. Тротуары по всей длине моста должны иметь одинаковую ширину, одинаковую отметку по высоте, равную поверхности и огражденные с внешней стороны перилами (h ≥ 1,1 м), а с внутренней стороны (от проезжей части) – ограждениями.

Тротуары могут располагаться двумя способами:

- непосредственно на пролетном строении, в одной плоскости с     проезжей частью;

- на специальных отдельных тротуарных блоках, устанавливаемых на пролетном строении.      

Край блоков с внешней стороны может свисать, а может находиться  в одном уровне.

Перила могут быть из любого материала. Если применяются деревянные стойки перил, то довольно часто их с внешней стороны подкрепляют раскосами. Толщина асфальтобетонного покрытия на тротуарах – 4 см (п.1.64). 

Ограждение на мостовых конструкциях устраивают, как для безопасного движения транспорта и пешеходов, так и для безопасности конструкции самих мостовых сооружений.

Мощность и высота ограждений зависит от категории дороги. Конструкция ограждений зависит от параметров месторасположения мостовой конструкции. Назначают в соответствии со СНиП.

Ограждения по СНиПу подразделяются на 2 типа: металлические барьерные и парапетные.    Это подразделение по конструкции.

Металлические барьерные ограждения представляют собой ряд стоек с прикрепленными к ним металлическими планками криволинейного профиля. Эти ограждения непрерывно совершенствуются с точки зрения безопасности.

Парапетные ограждения  представляют собой каменную, кирпичную, бетонную, железобетонную стенку с вертикальной, наклонной или криволинейной поверхностью, обращенной в сторону проезда транспорта.

Высота ограждений зависит от категории и вида сооружения

        

Кроме такого подразделения, ограждения подразделяются на типы и виды по безопасности.

Ограждения 1 типа

Предназначены для транспорта.

Ограждения 2 группы – для пешеходов (перила и прочие барьеры, сетки).

Ограждения 1 группы в свою очередь подразделяются на 2 вида:

- направляющие;

- останавливающие

Направляющие – предотвращающие выезд за пределы земляного полотна, встречной полосы.

Останавливающие – препятствующие наезду на опорные предметы (опоры путепроводов).

К направляющим относятся металлические барьеры, парапеты, колесоотбойный брус.

К останавливающим – любые сооружения, позволяющие достаточно мягко останавливать движение автомобиля (емкости, заполненной водой, резиновые колеса).

Высота ограждений (от поверхности покрытия до верхней грани). Между тротуаром и проезжей частью ограждения устанавливают всегда, а на разделительной полосе – в случаях, если:

- ограждение имеется на разделительной полосе при подходе;

- на разделительной полосе имеются сооружения;

- конструкция разделительной полосы не рассчитана на выезд транспорта.

- в случае, если ограждений нет перед мостовым сооружением, или они не совпадают по своей траектории. Ограждения на длине 18 м продолжаются за и перед мостовым сооружением.

Изменение траектории осуществляется через 6 м после моста. Крутизна отклонения не больше 1 к 20.

Переходные плиты предназначены для плавной передачи нагрузки от движения транспорта на искусственное сооружение при въезде на мост и              с моста. Эти плиты представляют собой горизонтальные, а чаще наклонные железобетонные плиты, опирающиеся одним концом на заднюю грань устоя, а вторым – на насыпь подхода. Иногда под концами плит, лежащих в насыпи, делают фундамент, но чаще плиты опираются на насыпь всей своей нижней плоскостью, а при этом концы плит, находящихся в насыпи, омоноличивают.

Для предотвращения падения плит с устоя их фиксируют на устое металлическими штырями через отверстие.

                                                                                      Слой мастики

                                                                         

Плиты имеют размеры до 2 м  ширины

                                           2-8 м длины 

Плиты хорошо армированы.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  

лежень

 

наклонная плита                                         горизонтальная

Деформационные швы устраивают для ликвидации усилий, вызываемых температурным воздействием.

Конструкция пролетного строения значительна по длине и ширине, быстрее, чем земельное полотно и прогревается, и промерзает. Это приводит к значительному изменению их размеров. И если конструкция защемлена (нет температурных разрывов), то при высокой температуре конструкции расширяться будет некуда, и возникнут усилия. Или при отрицательной температуре конструкция укорачивается, возникает усилие растяжения, и конструкцию может разорвать.

В связи с этим пролетное строение по длине организованно «рвут», оставляя между торцами конструкции промежуток, который не дает соприкасаться с соседней конструкцией при расширении. Или дают свободно уменьшаться по длине при отрицательной температуре.

Но для нормальной эксплуатации необходимо эти разрывы в пролетном строении закрыть для плавного проезда колеса над швом и чтобы внутрь разрывов не попадала грязь, вода.

Конструкционные разрывы между пролетами с соответствующим заполнением называются деформационным швом.

По наличию над швом покрытия деформационные швы разделяются на два вида: открытые и закрытые.

п. 1.66 СНиП

Открытые швы – при цементно-бетонном покрытии.

Закрытые швы – асфельтобетонное покрытие.

(на дорогах I-III категорий при перемещении в шве -  не более 5 мм; а также на дорогах более низких категорий при перемещении – до 10 мм).

Внутрь деформационного шва помещают различные конструкции, но главный признак – отсутствие способности к коррозии, не пропускает воду.

В настоящее время применяются совмещенные дорогие конструкции из резины и цветных металлов. Минимальная толщина зазора – 5 см.

Кроме того, существуют деформационные швы для больших пролетов, имеющие большие перемещения.

1 вариант – 2 металлических моста, перекрывающих друг друга и скользящих.

2 вариант – гребенка.

Перемещение в деформационном шве определяется по формуле:

∆ = 10^{-5  .} ∑ l_i ^. (t_{1 –} t₂)

где:    10^-5   -   коэффициент темпер. линейного расширения для

                       металлов и железобетонных конструкций

         ∑ l_i -   суммарная длина конструкции, для которой

                       определено перемещение

          t₁      -   max   t

          t₂        -   min   t

          t₁  и  t₁      - по СНиПу, п.2.27 «Нагрузки и воздействия».

Освещение желательно устраивать на всех инженерных сооружениях, т.к. они являются узкими огражденными местами, но для экономии средств на малых мостах освещение можно не предусматривать. Для остальных инженерных сооружений в населенных пунктах – любое, на автодорогах больших и средних надо делать освещение.

Для инженерных сооружений не предусматривается никаких специальных знаков, кроме «падение с набережной».

На проезжей части – горизонтальная разметка. На столбах, фонарях – вертикальная разметка.

Мост прерывает земляное полотно насыпи и при этом резко изменяет условия движения. Поэтому существует ряд конкретных мер по длительной и безопасной эксплуатации.

1. При сопряжении моста с насыпью ее уширяют на протяжении 10 м от задней грани на ширину не менее, чем по 0,5 м с каждой стороны, но не менее расстояния между перилами.

Переход от уширенной части насыпи к обычной ширине земельного полотна производят на расстоянии 15-25 м.

                                                                           перила

                                                                   0,5

                                                     

                                                                          

                                                                           10

 

   

                                                                            15

                                                ЗП

Уширение производят для безопасности перехода людей с моста на обочину и обратно. (п.1.67).

Кроме обеспечения перехода пешеходов, уширение уменьшает возможность разрушения насыпи в месте сопряжения. Для устойчивости насыпи и конуса насыпи предусмотрен еще ряд мер.

 2. Установка переходных плит, которые опираются на устой, а вторым концом заделаны в насыпь. Это позволяет плавно передать нагрузку при въезде (съезде) транспорта на мост.

Длина плит от 2 до 8 м; укладываются по всей ширине моста. Концы плит объединены – омоноличены, установлены на фундамент (лежень).

 3. Для предотвращения горизонтального перемещения грунта насыпи в бок у задней грани устоя установлены перегородки (крылья), которые входят в насыпи: не менее чем на 0,75 м – при высоте насыпи до 6 м; не менее чем на 1 м – при высоте насыпи более 6 м.

Вхождение крыльев должно быть с учетом осадок земельного полотна.

                                                                                                                                                                                                                             

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

                                                                                                                                                                                                         

                                                                                                                                                                                                                                                                                               

0,75 – 1

                                                                                                                                                                                                                         

вид сверху

                                                              ось дороги                                        

4. Крутизна откосов конуса насыпи не должна превышать:

- 1 : 1,25 – на первые 6 м, считая от ПЧ вниз

- 1 : 1,5   -  на следующие 6 м

(это требование для необсыпных устоев)

                                                                               

                                             1:1,25                                  

                        6 м                                           

                                                                           1:1,5

Для обсыпных устоев крутизна не более 1:1,5 при любой высоте насыпи.

                                                                            

                                                                           1:1,5

Следующее требование направлено не только на защиту конуса насыпи, но и на защиту конструкции моста.

5. Концы свай или стоек устоя не должны быть ближе 0,5 м к бровке насыпи (от оси стойки). Передняя грань отсыпных устоев должна быть закрыта насыпью полностью, не доходя до верха 40 см.

 

                                                                                          0,4

                                                                                                         

Деревянные конструкции пролетных строений

Должны быть защищены от соприкосновения с грунтом.

Опорные части и подферменники устоев должны быть защищены от прямого воздействия (от попадания) грунта.

1. Поверхность насыпи должна располагаться не ближе 0,4 м от  нижней плоскости опорной части.

                                     опорная часть

                                                                                                   

       0,4               подферменная площадка                              

                                                      Устой

                                                                                   1:1,5

2. Делают стенку.

                                                                                                                       

                  Переднее

                  крыло

                                                       Устой

У задней грани устоя часть насыпи выполняют из грунта , хорошо фильтрующего воду с К_ф ≥ 2 м/с (любой крупнообломный грунт, пески).

Откосы концов должны быть укреплены на всю высоту. Насыпь подхода укрепляется в пределах подтопления:

большие и средние – 0,5 м – выше затопления

малые                      - 0,25 м – выше затопления

При высоте насыпи более 4 м предусматривают хотя бы с одной стороны насыпи лестничные сходы.

Нагрузки, воздействия и их сочетание,

принимаемые при расчетах инженерных сооружений.

Классификация. Коэффициент надежности.

Нормативные и расчетные значения нагрузок и воздействий.

Нагрузки и воздействия, принимаемые в расчетах мостов и труб

и действующие только при эксплуатации этих сооружений.

Нагрузка – это сила, действующая на инженерные сооружения. Эта сила может быть направлена в любую сторону, приложена в любом месте конструкции, в одной или нескольких точках, может быть длительной или кратковременной. Например, сила тяжести – вертикальная сила, действующая сверху вниз, приложенная к центру тяжести, длительная.

Воздействие – это физический процесс, происходящий с конструкциями и приводящий к возникновению нагрузки. Например, температурное воздействия:

1 вариант: балка пролета свободно лежит на двух опорах. При изменении температуры балка меняет длину, но в точках опирания балки возникает сила трения;

2 вариант: балка пролета, действуюет температура, концы балки зафиксированы – находятся в заделке. Возникаеют температурные напряжения.

Все нагрузки и воздействия, которые возникают в реальных условиях для реальных конструкций, достаточно много.

Для конкретных инженерных сооружений, а именно: мостовых конструкций и труб на основе опыта их проектирования, строительства и эксплуатации, приняты 18 нагрузок и воздействий, перечисленных в нормах СНиП.

Для промышленных зданий и сооружений существует снеговая нагрузка (для мостов – не учитывается).

Все эти 18 нагрузок и воздействий не действуют одновременно на сооружение, некоторые нагрузки могут вообще не возникать за период эксплуатации. Например, нагрузка от навала судов рассчитывается и учитывается при проектировании мостов, однако не обязательно, что она возникнет за период эксплуатации. А для путепроводов или эстакад эту нагрузку не учитывают, поэтому выбор нагрузок и воздействий при проектировании мостов и труб зависит от конкретных условий, под которые проектируются сооружения.

СНиП 2.05.03 дает рекомендации о том, какие возможны сочетания временных нагрузок и воздействий (приложение 2).

В виде коэффициента сочетания указано вероятное max значение отдельных нагрузок и воздействий, которые могут достигать при рассмотрении сочетаний (приложение 2). Например, сочетание нагрузок и воздействий:

9, 12, 13, 15 и S – для них указаны коэффициенты соответстве6нно             0,8; 0,8; 0,8; 0,25; 0,7. Это говорит о том, что max значение этих нагрузок и воздействий в этом сочетании достигает указанных долей от 1.

Все нагрузки и воздействия сгруппированы, т.е. подразделены или классифицированы по нескольким признакам:

- по длительности действия (постоянные, временные)

Постоянные – возникают и действуют от момента приложения и до окончания эксплуатации сооружения. Они имеют среднее нормативное значение, но не исчезают.

Временные нагрузки возникают эпизодически, в процессе строительства и эксплуатации, и изменяются от 0 до любого значения (до своего максимального значения).

Временная нагрузка делится по функциональному признаку на нагрузки от подвижного состава и пешеходов и прочие.

От состава и пешеходов – полезные и функциональные нагрузки, для которых и возводится сооружение.

Прочие временные нагрузки обусловлены наличием этого сооружения в этом месте и конструктивными их особенностями.

Полезные функциональные нагрузки подразделяются на нагрузки от транспортных средств и  пешеходов.

По направлению действия нагрузки подразделяются на вертикальные и горизонтальные.

Особенный интерес представляют в этом отношении нагрузки от транспорта, т.е. эти 5 функциональных полезных нагрузок. Только одна из них - № 7 – вертикальная, примерно равная силе тяжести, которая создается весом автомобиля с загрузкой, а 4 остальных – это горизонтальные временные нагрузки, являющиеся производными от нагрузки № 7. Например, сила торможения – появляется горизонтальная нагрузка.

Все нагрузки и воздействия имеют различные значения и определяются в соответствии с указанием норм. Эти значения называют средними или нормативными. Методика и порядок их исчисления приведены СНиПами и другими документами с учетом знаний о характере этих нагрузок, опыта проектирования, строительства и эксплуатации подобных сооружений, а также перспективы изменения этих нагрузок и воздействий.

Отклонение реальных, встречающихся на практике в настоящее время и в будущем нормативных нагрузок оценивают коэффициентом надежности ﻻf, который для постоянных нагрузок может быть больше и меньше 1, а для временных нагрузок его значение может быть только больше 1.

Значение нагрузок и воздействий для транспорта всегда, а для отдельных прочих временных нагрузок не всегда должно учитываться с учетом их движения, динамики, перемещения.

Переход от статического действия нагрузок и воздействий к динамическому производится путем введения динамического коэффициента (1 + µ).

Нормативное значение нагрузок и воздействий, взятое с учетом коэффициентов надежности по нагрузке ﻻf и динамическим коэффициентом (1 + µ) называется расчетным значением. При помощи расчетных значений можно реально оценить работу сооружения, конструкции и т.д.

Но в некоторых расчетах значение этих коэффициентов принимается равным только 1. Поэтому в этом случае расчетные значения равны нормативным (численно), и создается впечатление, что расчеты конструкций производятся на нормативном значении нагрузок. Это не так. Всегда все расчеты производятся на расчетные значения нагрузок, но в одних расчетах коэффициенты отличаются от 1, а в других – равны 1.

Все нагрузки и воздействия принимаются в расчетах мостов и труб на стадии эксплуатации сооружения. И только одна из этих нагрузок (№ 17) берется на стадии строительства – строительная нагрузка. Однако из этих 17 нагрузок и воздействий не все они одновременно действуют или могут возникать при эксплуатации. Поэтому для каждого конкретного сооружения с № 1 по № 18, за исключением № 17, рассматриваются нагрузки и воздействия и «отбирают» их для расчета.

Определение нагрузок и воздействий.

Постоянные нагрузки и воздействия

в случае невыгодных сочетаний этих конструкций.

Коэффициент надежности. Понятие о грузовой площадке.

СНиП приводит 6 постоянных нагрузок и воздействий: № 1 - № 6.

Нагрузка № 1 называется собственный вес конструкции. Эта нагрузка всегда действует; не учитывается только, когда она пренебрежительно мала по отношению к другим нагрузкам.

Она вертикальна – направлена сверху вниз, постоянная. Определяется путем взвешивания по табличным данным, по графикам, номограммам, формулам и путем расчета по проектным объемам.

Последний метод – самый распространенный при проектировании инженерных сооружений, причем могут использоваться и указанные выше способы. Нагрузка – от собственного веса конструкции. N = ۷ ^.   ﻻ

Для сложных конструкций необходима разбивка их на элементарные объемы. Например, подсчитаем нагрузку от собственного веса (расчетную) одного квадратного метра ездового полотна городского путепровода.

Задаемся типом покрытия – асфальтобетон.

Защитный слой – из цементобетона (4 см).

Гидроизоляция – 1 см.

Выравнивающий слой – 3 см.

Определяем объем каждого слоя:

V_покр. = 1 ^.  1 ^. 0,07 = 0,07 м³

 ﻻ    _покр.  = 2,3 т/м³

 ﻻ  ж/б = 2,5  т/м³

 ﻻ   _{гидроиз.} = 1,5 т/м³

 ﻻ   _защ. = 2,2

Нормативное значение нагрузки – N

N = V_пок. ﻻ  _пок + V_защ.  ﻻ   _защ + V_гид. ﻻ   _{гидроиз} + V_вырав.  ﻻ _вырав.

Расчетное значение определяется путем умножения нормативной нагрузки на свое соответствующее значение коэффициента надежности  ﻻ_f

ﻻ_f  покрытия сооружений в городских условиях = 2,0, для остальных слоев ﻻ_f = 1,3.

Кроме приведенных условий задачи, СНиП дает следующие коэффициенты надежности:

коэффициент надежности для всех нагрузок от собственного веса

ﻻ_f = 1,1 (0,9).

1,1 – это основное значение коэффициента

0,9 – запасное, дополнительное значение, принимаемое в случае, если это значение ухудшает загружение конструкции по сравнению с ﻻ_f = 1,1.

Есть исключение, вызванное реальным уменьшением работы сооружения:

- для деревянных  ﻻ_f = 1,2 (0,9)

- для ездового полотна покрытие автодорожных мостов ﻻ_f = 1,5 (0,9)

За пределами населенных пунктов тщательно следят за технологией, реже ремонтируют; нагрузки более-менее одинаковы.

ﻻ_f для городских – 2,0.

Для остальных слоев ездовое полотно 1,3 (0,9).  Собственный вес грунта при давлении на опоры 1,4 (0,7), на трубы – 1,3 (0,8).

В связи с наличием коэффициентов ﻻ_f и больших, и меньших 1, возможно их применение для одной и той же нагрузки.

 Рассмотрим устойчивость обсыпного устоя. На заднюю грань действует горизонтальное давление от насыпи подхода; на переднюю грань действует горизонтальное давление от конуса насыпи. И с задней, и с передней грани одна и та же нагрузка.

Горизонтальное давление  от собственного веса грунта насыпи.

Для создания наихудших условий работы устоя на опрокидывание принимается коэффициент надежности для давления на заднюю грань 1,4; на переднюю грань – 0,7. Это и называется случаем невыгодного сочетания постоянных нагрузок.

Нагрузки от собственного веса принимают с некоторой площади, с которой они действуют на рассчитываемый объект. Эта площадь называется грузовой площадкой.

Поскольку постоянные нагрузки не изменяют своего местоположения и значения в течении эксплуатации, то размеры этой грузовой площадки являются постоянными, а ее вес распределяется поровну пропорционально точкам опирания этой грузовой площадки.

Например, грузовая площадка для определения веса пролетного строения с ездовым полотном на одну из опор разрезного балочного моста имеет размеры:

             ось устоя                       

                                                                          ось опоры

                         L /2                                   

                                                                     Т

   

                                                                     Г

                                                                     Т

                                 L                                              План моста                                    

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 8 Усилительный каскад на полевом транзисторе с ои.

(2Т + Г)∙L/2       - размер грузовой площадки для устоя

                            

Для статически неопределимых конструкций длина грузовой площадки была бы равна сумме положительных участков линии влияния единичн­­­­ого усилия, установленного на интересующей нас конструкции.