Федеральное агентство по образованию
Сибирская Автомобильно-Дорожная Академия
(СибАДИ)
Реферат по курсу подвижного состава
тема: «Искусственные сооружения на автомобильных дорогах»
Выполнил: студент гр. 12АД
Проверил:ОМСК — 2000
Содержание:TOC o «1-3» h z u
Введение. PAGEREF _Toc68360081 h — 3 -
Виды и классификация искусственных сооружений. PAGEREF _Toc68360082 h — 11 -
Элементы моста истатические схемы. PAGEREF_Toc68360083 h — 19 -
Основные правила проектирования искусственных сооружений.Состав проекта PAGEREF _Toc68360084 h — 23 -
Основные требования к конструкциям мостов и труб. PAGEREF _Toc68360085 h — 25 -
Основные принципы расчета искусственных сооружении. PAGEREF _Toc68360086 h — 27 -
Виды водопропускных труб. Назначение их размеров. PAGEREF _Toc68360087 h — 29 -
Лотки и трубы на косогорах. PAGEREF _Toc68360088 h — 35 -
Тоннели. Областьприменения и классификация тоннелей. PAGEREF _Toc68360089 h — 43 -
Заключение. PAGEREF _Toc68360090 h — 48 -
Список литературы:PAGEREF _Toc68360091 h — 49 -
Введение
Искусственныесооружения — наиболее сложная часть железных и автомобильных дорог. Ихвыполняют двух видов: возводимые над поверхностью земли мосты различного типаи водопропускные трубы, устраиваемые через водотоки и другие препятствия;тоннели, сооружаемые под поверхностью земли на пересечении дорогой гор, высокиххолмов и при проложении в больших городах линий метрополитенов.
Мостыстроили с древнейших времен. Первоначально они имели простую конструкцию. Ихвозводили из дерева и камня вручную для пешеходного и гужевого движения.Широкие и глубокие реки оказывались трудными для постройки мостов, которые заменялипаромными переправами или наплавными мостами из плотов или судов.
Деревянныемосты вначале сооружали простыми балочными, затем перешли к более сложным конструкциям.
Каменныемосты выполняли из сводов на массивных опорах. Размер опор по фасаду мостадостигал одной трети, а в отдельных случаях даже половины пролета. Кладкуосуществляли на известковых растворах или тщательной пригонкой отдельныхблоков с укладкой их насухо. Много каменных мостов было построено в XV—XIX вв.,и они существуют до сих пор в странах Западной Европы — Франции, Италии,Испании и др. Пролеты мостов достигали 90 м, мосты поражали красотой исовершенством своих форм. В нашей стране каменные мосты строили преимущественнов Закавказье. Некоторые из них сохранились до наших дней.
Сначалом строительства железных дорог в XIX в. стали сооружать капитальныеметаллические мосты. Необходимость движения поездов потребовала постройкидостаточно прочных и надежных каменных опор. Появились новые конструкции испособы возведения таких мостов, стали применять стальные конструкции и бетон.Развивались и совершенствовались методы проектирования мостов, что особеннохарактерно для второй половины XIX в.
Известнырусские ученые, разработавшие новые конструкции и методы строительства первыхкрупнейших металлических городских и железнодорожных мостов в этот период —инж. С. В. Кербедз, построивший в 1842—1850 гг. мосты через р. Неву с пролетами45 и 47 м (рис. 1) и в 1853—1857 гг. мост через р. Лугу с пролетом 55 м, и др.
Рис. 1. Городской мост через р. Неву с чугунными пролетными строениями(1850 г.)
Нагужевых дорогах с 1820 г. стали применять многорешетчатые фермы из досоксистемы архитектора Тауна. Примерно в тот же период американским инж. Гау былипредложены деревянные фермы из бревен или брусьев. Выдающийся русский инженерД. И. Журавский (1821 —1891 гг.) внес в систему ферм Гау изменения, разработална основе исследований метод их расчета. Все это позволило применять такиефермы не только на гужевых, но и на железных дорогах. На двухпуткой железнойдороге Петербург — Москва (ныне Октябрьской) в 1847—1851 гг. было построенонесколько больших мостов через реки Волхов, Мету, Волгу и другие реки сприменением ферм Гау — Журавского с пролетами до 61 м. В дальнейшем такиеконструкции широко применяли при строительстве и особенно при восстановленииавтодорожных и железнодорожных мостов вплоть до середины XX в.
Сочетаниетеории и практики стало характерной особенностью русской школы мостостроения с50-х годов прошлого столетия. Иначе происходило развитие мостостроения взарубежных странах, особенно в Англии и США. В этих странах наблюдался эмпирическийподход к проектированию мостов, вследствие чего нередко происходило обрушениемостов.
Русскаяшкола мостостроения с самых первых шагов по пути строительства больших мостовведущим положением считала обеспечение безопасной эксплуатации моста, развиваядля этого экспериментально-теоретический метод, заложенный Д. И. Журавским, исочетая его с изучением практики постройки мостов. Именно поэтому количествоаварий мостов вследствие недостаточной их прочности у нас за всю историюмостостроения было незначительным.
Металлическиепролетные строения мостов до 80-х годов XIX в. изготавливали из так называемогосварочного железа, которое плавили в пудлинговых печах. С 1885 г. появилосьболее качественное литое железо, В разработке металлических пролетных строенийбольших мостов в конце XIX в. необходимо отметить деятельность известногорусского ученого — проф. Н. А. Белелюбского (1845—1922 гг.). Под егоруководством были разработаны типовые пролетные строения с пролетами до 109 м,использованные в железнодорожных мостах через реки Волга, Днепр и др. Этимосты имели многорешетчатые и двухрешетчатые системы ферм. По инициативе проф.Л. Д. Проскурякова в конце XIX в. появились клепаные металлические пролетныестроения треугольной системы. Известен ряд крупных мостов через реки Енисей,Обь, Москву, Сулу и др., построенных по его проектам. В начале XX в. поинициативе проф. Н. А. Белелюбского и Г. П. Передерия в пролетных строенияхнебольшого размера и трубах стал применяться железобетон. В системе НКПС в 1926г. была организована первая государственная проектная организация Мостовоебюро, а в 1930 г. мостостроительный трест — Мостотрест. На эти организациибыло возложено проектирование и строительство мостов на железных дорогахстраны, разработка норм и правил проектирования искусственных сооружений,составление типовых проектов конструкций и технологических правил производстваработ. По их проектам в первой и второй пятилетках были построены крупнейшиеметаллические мосты на реках Волге, Днепре, Енисее, Оби, Дону и др.
Рис. 2. Железнодорожный железобетонный мост через
р. Днепр (1932г.)
Рис. 3. Двухъярусный совмещенный железобетонный мост через
р. Старый Днепр (1953 г.)
Вначале XX столетия железобетон в России применялся преимущественно в малыхмостах с пролетами до 6 м. Начало развития железобетонных конструкций вбольших мостах было положено успешной постройкой Мостотрестом в 1932 г.арочного железнодорожного моста через р. Днепр длиной свыше 1600 м (рис. 2).До Великой Отечественной войны из монолитного железобетона построиликрупнейшие железнодорожные и городские мосты через реки Волгу, Неву, Москву,Оку, Ангару и др. После окончания войны из монолитного железобетона былосооружено несколько крупных мостов, из них на р. Днепр — два уникальныхсовмещенных под железную и автомобильную дороги двухъярусных моста с пролетами140 и 228 м (рис. 3). Во время Великой Отечественной войны было разрушеноособенно много железнодорожных мостов. Только благодаря самоотверженному трудуспециалистов восстановили более 16000 сооружений.
Длясовременного отечественного и зарубежного мостостроения характерно применениесборных предварительно напряженных железобетонных конструкций в автодорожныхмостах (рис. 4). При этом решающее значение имело историческое решение партии иправительства в 1954 г. о широком переходе в капитальном строительстве наиндустриальные способы с использованием сборных железобетонных и бетонныхконструкций.
Впервыев мире, начиная с 1958 г., мостостроители нашей страны освоили применениесборных железобетонных конструкций для железнодорожных и городских мостов черезреки Волгу, Москву, Дон, Днепр, Оку. Были разработаны и получили успешное применениепрогрессивные конструкции и методы производства опор на железобетонных сваях,оболочках и столбах. В настоящее время искусственные сооружения выполняютпреимущественно сборной конструкции из элементов заводского и полигонногопроизводства. Освоен эффективный навесной способ монтажа сборных конструкций ссоединением элементов при помощи полимерного клея. В крупных городских мостахуспешно применены новые системы пролетных строений из сборного железобетона,рамно-консольные, арочно-консольные, балочно-неразрезные, вантовые. Массовое строительствоискусственных сооружений в виде малых и средних мостов, путепроводов, эстакад,водопропускных труб в настоящее время осуществляют преимущественно по типовымпроектам с использованием унифицированных сборных конструкций заводского иполигонного изготовления. После 1965 г. при строительстве новых железных иавтомобильных дорог широкое применение получили весьма эффективные трубы изгофрированного коррозиестойкого металла.
Рис. 4. Основные системы современных предварительнонапряженных железобетонных мостов:
а — в СССР; б — в Японии; в — в Ливии; г — во Франции; д — в Италии; е — в Австралии (покаждой схеме показан наибольший из перекрытых пролетов данной статической системы моста)
Пристроительстве железнодорожных мостов с пролетами до 27 м применяют типовыепредварительно напряженные пролетные строения заводского изготовлений".Для больших пролетов применяют металлические конструкции в видесплошностенчатых систем или решетчатых ферм. Получили распространениепрогрессивные конструкции с соединением элементов на электросварке и высокопрочныхболтах. Применяют новые виды высокопрочных сталей, коробчатые сечения,цельноперевозимые конструкции. Все это позволило построить крупнейшие мостычерез реки Волгу, Северную Двину. С применением вантовых конструкций построеныгородские мосты через р. Днепр в Киеве и через р. Даугаву в Риге с пролетом до320 м.
Зарубежом с появлением железных дорог начался процесс интенсивного развитиямостостроения. Наряду со строительством крупных каменных, а позднеежелезобетонных мостов в конце XIX — начале XX в. широко применяли металлическиеконструкции.
В1860 г. в Англии был сдан в эксплуатацию Фортский металлический мост спролетом 521 м, а в 1917 г. — Квебекский мост в Канаде с пролетом 549 м.Построены крупнейшие металлические арочные мосты, в том числе с пролетом 503 мв Сиднее (Австралия).
Американскоемостостроение отличается большим развитием конструкций висячих систем городскихмостов. Начало их применения было положено постройкой в 1883 г. в Нью-ЙоркеБруклинского моста с центральным пролетом 486 м. К настоящему времени в США,Европе и Японии построены десятки висячих мостов с пролетами до 1500 м (рис.5).
Характернымдля современного мостостроения как в отечественной, так и в зарубежнойпрактике является совершенствование конструкций и способов сооруженияфундаментов опор. Вместо широко применявшегося более 100 лет дорогого и весьматрудоемкого кессонного способа заложения фундаментов, требующего выполненияработ под сжатым воздухом, освоены прогрессивные способы постройки фундаментовна длинномерных железобетонных сваях, сборных железобетонных оболочках,погружаемых в грунт мощными молотами и электровибропогружателями. В последнеевремя, используя опыт строительства БАМа, применяют фундамен ты изжелезобетонных столбов, опускаемых в предварительно разбуренные скважиныдиаметром 80—300 см. Такие столбы могут проходить вверх до пролетного строения,исключая необходимость устройства ростверка.
Рис. 5. Висячий стальной мост через морскойпролив (США)
Впоследнее время получен большой опыт строительства искусственных сооруженийБайкало-Амурской железной дороги. На всей ее протяженности в 3110 км от станцииУсть-Кут на западе до станции Комсомольск-на-Амуре в течение десятой иодиннадцатой пятилеток было построено 126 больших и 815 средних металлическихмостов. С применением сборного железобетона построено 1046 малых мостов и 920водопропускных труб под насыпями. Часть труб выполнена из гофрированногометалла. При сооружении мостов впервые в отечественной практике опоры малых исредних мостов, расположенных на вечномерзлых грунтах, сооружали нажелезобетонных столбах, опущенных в предварительно пробуренные скважины. Надороге было построено значительное количество подпорных стен, галерей, селеспусков.
Другойраспространенный вид искусственных сооружений — тоннели — начали строить вглубокой древности, преимущественно для подачи воды и для военных целей.
Первыйгорный железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826—1830 гг. вАнглии. В это же время началось строительство таких тоннелей в Швейцарии,Франции, Бельгии, Германии, Италии, США и других странах. Крупнейший в миреоднопутный железнодорожный Симплонский тоннель длиной 19,78 км, соединившийИталию со Швейцарией, был построен в 1898— 1906 гг.
Железнодорожныетоннели в России начали строить с 1859 г. За три года были построены двухпутныетоннели длиной 427 и 1280 м на Петербург-Варшавской железной дороге. До концапрошлого столетия сооружено большое количество тоннелей на железных дорогахКавказа, Сибири, Урала. Самым крупным был Сурамский тоннель в Закавказье длиной4 км, построенный в 1886—1890 гг. До Великой Октябрьской социалистической революциив нашей стране было сооружено несколько десятков крупных горных однопутных идвухпутных тоннелей на железных дорогах Дальнего Востока.
ПослеВеликой Октябрьской социалистической революции построены крупные тоннели налиниях Казань — Свердловск, Мерефа — Херсон, на Черноморской железной дороге иряд тоннелей на востоке страны. Большое число железнодорожных тоннелей построенона БАМе.
Железнодорожныетоннели строили различными способами с обделками, защищающими движущиеся поездаот обвалов горных пород, из каменной кладки на известковых растворах, а позднееиз бетона.
Перваялиния метрополитена была построена в Англии в 1863г. в Лондоне. С этого временисеть метрополитенов быстро росла. В 1892—1894 гг. были построены линииметрополитенов в Чикаго и Нью-Йорке (США).
ВСССР строительство метрополитенов, начатое в 1930 г., ведется непрерывно. На 1января 1988 г. протяженность Московского метрополитена составляет 224 км.Построены метрополитены в Ленинграде, Киеве, Тбилиси, Харькове, Баку, Ташкенте,Горьком, Минске, Новосибирске, Куйбышеве. Строятся метрополитены в Днепропетровске идругих городах.
Виды и классификация искусственных сооружений
Искусственные сооружения — техническисложная часть строящихся дорог. В зависимости от условий рельефа местностирасходы на постройку обычно составляют до 10 % общей стоимости дороги, а иногда, например в горнойместности, до 25%. В период эксплуатации искусственные сооружения требуютособо тщательного надзора и ухода.
Наиболее часто встречающиеся на дорогахискусственные 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 мостапримыкает земляное полотно подходов. На многих реках, особенно больших, применяютрегуляционные сооружения и укрепления для защиты опор мостов и подходов от размыва высокимпаводком воды и ледоходом.
По назначению дорог и роду пропускаемыхподвижных нагрузок мосты могут быть: железнодорожныедля пропуска железнодорожных нагрузок (см. рис. 1.1); автодорожныедля пропускатранспортных средств по автомобильным дорогам; городские для метрополитена, автомобильного,трамвайно-троллейбусного ипешеходного движения; совмещенныедля одновременного пропуска железнодорожного и автомобильного транспорта; пешеходныедля пешеходов; специального назначения для пропускаводопроводов, газо- и нефтепроводов и каналов.
Поусловиям расположения на местности различают следующие виды искусственныхсооружений:
путепроводы— на пересечении дорогв 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 дорогойглубоких и сухих логов, оврагов,горных ущелий, сооружаемые взамен высоких (более 15— 20 м) насыпей (рис. 1.2, в);
эстакадыдля пропуска железной илиавтомобильной 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 слабыхгрунтах 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, напримерна период постройки капитального моста. Для пропуска по реке судов внаплавных мостах применяют выводныесекции, а на период ледохода и ледостава такие мосты разбирают (рис. 1.2, д).
Водопропускныетрубы (рис. 1.3) —сравнительно простые по конструкциии постройке искусственные сооружения. При насыпи небольшой высоты (до 1 —1,5 м)и незначительном количествепротекающей воды иногда устраивают лоток.
Рис. 1.1. Железнодорожный мост:1 — пролетное строение; 2 — опора
Рис. 1.2. Виды мостов: а — путепровод; б — разводной;
в — виадук;
Рис. 1.2. г — эстакада; д — наплавной
Рис. 1.3. Двухочковая
водопропускная труба
Рис. 1.4. Подпорные стены
Подпорные стены служат дляподдержания откосов на сыпей на крутых косогорах, при устройстве дорог впределах населенных пунктов, для
ограждения построек и предохранения от подмыва конусов насыпей и откосов дамб(возле мостов (рис. 1.4).
В горных районах, кроме того, для ограждения полотна дорог отвозможных обвалов крупных камней, каменныхосыпей, снежных лавин устраивают особыезащитные искусственные сооружения — галереи,подпорные и улавливающие стены, а для отвода грязи и каменных потоков (селей), стекающих со склонов гор во время сильных ливней, применяютспециальные сооружения — селеспуски (рис.1.5).
По общим размерам, сложности проектирования и способам организациистроительства искусственные сооружения принято классифицировать на четырегруппы: малые, к которым относятсямосты общей длиной до 25 м, а также водопропускные трубы под насыпями и лотки,средние, полная длина которых до 100 м, а отдельныепролеты не превышают 42 м, большие— длиной свыше 100 м с пролетами более 60 м, очень большие, часто называемые внеклассными илиуникальными мостами, возводимыми через большие водные пространства. Поколичеству возводимых на строящейся дорогесооружений, а также по суммарному объему работ, потребному для строительства, наибольшее распространениеимеют малые и средние искусственные сооружения.
Рис. 1.5. Селеспуски
Рис. 1.6. Железнодорожный тоннель
По сроку службы мосты бывают постоянные и временные. Постоянныемосты проектируют с расчетомнепрерывной и круглогодичной ихэксплуатации в течение многихдесятилетий. Соответственно с этимстроят их из долговечных материалов— бетона, железобетона, металла,антисептированного дерева, камня.Конструкции их рассчитывают нанаибольшие временные нагрузки,которые возможны не
только в настоящий, но и в перспективныйпериод эксплуатации._ Временные мосты устраивают облегченными, на небольшой срок эксплуатации,из менее долговечных и менее прочных материалов, например из не пропитанногоантисептиками лесоматериала, местного камня и т. п.
Рис. 1.7. Поперечноесечение 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. Вего состав входят мост, земляное полотно, примыкающее к устоям, регуляционныесооружения, направляющие водный поток,подпорные и ограждающие стены, сооружения берегоукрепительные ограждающие идругие.
Тоннель(рис. 1.6) представляет собой искусственное сооружение, расположенное в толще горных пород..
По назначению тоннели подразделяютсяна транспортные (железнодорожные иавтодорожные, городские тоннели метрополитенов, пешеходные и судоходные), гидротехнические, городскогохозяйства и горнопромышленные.Наибольшее распространение получили транспортные тоннели, которые по местоположению разделяют на находящиеся в горных массивах, подводные — подреками, каналами, проливами и городские —под городскими проездами и кварталами.
По характеру строительства тоннели могутразличаться по способупроизводства работ: закрытого — строящиеся без вскрытия земной поверхности над ними, и открытого.
Размеры и очертания внутреннего свободногопространства транспортных тоннелей зависят от размеров и формы подвижного состава иразмещаемого в них оборудования. Поперечное сечение тоннелейметрополитенов и железнодорожных (рис. 1.7) определяется требованиямигабарита и может быть рассчитано на один путь или два (тоннели для трех путейвстречаются крайне редко). Поперечное сечение автодорожного тоннеля определяетсякатегорией дороги и количеством полос движения, а также другими требованиями.
Горные железнодорожные и автодорожные тоннелипроектируют по СНиП11-44-78; тоннели для метрополитенов — по СНиП — II-40-80.
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, проходящейпо ним, давления ветра, льда, навала судов. На устои, кроме того,действует вес насыпи подходов к мосту.
Опоры имеют фундаментснадфундаментной частью. Фундаменты возводят с опиранием непосредственно нагрунт или, если грунт ненадежен, наспециальное искусственное основание. Материалом для опор служатбетонная, железобетонная и каменнаякладки, а в редких случаях для верхней части применяют металлическиеконструкции. Форма и размеры опор зависят от значения и характера нагрузок,передающихся от пролетных строений, собственного веса и веса насыпи, а такжеопределяются условиями прохода под мостомводного потока, ледохода и местнымиинженерно-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 фермили комбинированныхконструкций. На основных несущих элементах располагается конструкция проезжейчасти моста автодорожного (городского) или мостовое полотно железнодорожного моста.Главные несущие элементы объединяют связями, обеспечивающими устойчивость ипоперечную жесткость пролетного строения.
Основныеразмеры моста и его элементов следующие: полная длинаL;(см. рис. 1.8) междузадними гранями устоев или концами пролетногостроения, непосредственно соприкасающимися с насыпью подходов; отверстие моста, обеспечивающее пропуск высокой воды (за вычетом толщины опор), высота Н моста, исчисляемаяот верха проезжей части или подошвы рельсов до уровня меженных вод; строительная высота Нс — от верха проезжей части до низа конструкции пролетного строения; расчетныйпролет, равный при балочном пролетном строении расстоянию междуцентрами опорных частей, на которые устанавливают балки (фермы); расчетнаяширина пролетного строения — расстояние между осями несущих конструкций(ферм или крайних балок); высота телаопор — от верхней площадки до верха(обреза) фундамента; глубина фундамента и др.
Все эти размеры моста и егоэлементов устанавливают в процессепроектирования с учетом местных инженерно-гидрологических, геологических и судоходных условий,выявленных в процессе изысканий, а также на основе требований поинтенсивности движения не только в момент проектирования, но и в более далекойперспективе, соответствующей сроку службымоста. По характеру работы пролетных строений и опор,т. е. в зависимости от статической схемы, различают балочные,рамные, арочные, висячие икомбинированные системы мостов.
Наибольшеераспространение имеют балочныесистемы мостов (балочные мосты). Вних пролетные строения в виде сплошныхбалок или сквозных решетчатых ферм свободно установлены на опорные части, через которые передаются всевертикальные нагрузки на опоры моста.Пролетные строения могут быть балочно-разрезными (рис. 1.9, а), балочно-консольными (рис. 1.9, б) ибалочно-неразрезными (рис. 1.9, в)./Вбалочно-разрезной системе изгиб отсобственного веса и подвижной нагрузки одного пролетного строения неотражается на изгибе смежных с ним пролетов. Такие системы применяютпреимущественно в малых и средних железобетонныхи металлических мостах с пролетами до 33 м. В железнодорожных мостах металлические балочно-разрезные решетчатые конструкции пролетных строенийраспространены для пролетов от 33 до 158 м. Другие разновидностибалочных систем (балочно-консольные ибалочно-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 несколькихпролетов.