Максимальные моменты и поперечные силы на опоре (рис. 10?? а) и в пролете (рис. 10?? б) траверсы от вертикальной нагрузки?? М0=15,8??1,22/2=11??4 кН??м?? Q0=15,8??1,2=19 кН?? Мр=13??2??3,62/8=21,4 кН??м?? Qр =13,2??3,62/2=23,8 кН.

Максимальные моменты и поперечные силы на опоре (рис. 11?? а) и в пролете (рис. 11?? б) траверсы от горизонтальной нагрузки?? Мх0=4??1,22/2=2,9 кН??м?? Qx0 =4??1,2=4,8 кН?? Мхр=2??3,62/8=3,2 кН??м?? Qxр =2??3,6/2=3,6 кН.

Рис. 11 К расчету рядовой траверсы на горизонтальные нагрузки

а - консолей?? б - пролета

Принимаем сечение траверсы из гнутого замкнутого профиля Гн ?? 140??4 по ТУ 36-2287??80 из стали марки 14 Г2-6.

Максимальные крутящие моменты на опоре и в пролете от горизонтальной нагрузки при высоте траверсы 140 мм?? Т0=4??1??2??0??14/2=0??3 кН?? Тр= =2??3??6??0??14/4=0??3 кН??м.

Расчет сечения траверсы на прочность производится?? как изгибаемого элемента в двух главных плоскостях на действие моментов?? М=21??4 кН??м и Мх=3??2 кН??м.

На действие максимальной поперечной силы Q=23??8 кН и крутящего момента Т=0??3 кН??м производится проверка сечения на сдвиг от суммарных касательных напряжений. От действия нормативной вертикальной нагрузки Pn =P/1,1=13,2/1,1=12 кН/м в пролете и Pn =15,8/1,1=14??4 кН/м на опоре производится проверка прогибов траверсы.

Аналогично рассчитываются траверсы с неподвижным опиранием трубопроводов и траверсы нижнего яруса.

Расчет связевой фермы

Связевые фермы запроектированы по верхнему и нижнему ярусам эстакады (рис. 12). Пояса связевой фермы являются поясами двух вертикальных ферм пролетного строения. Элементы решетки связевой фермы С3 служат для уменьшения расчетных длин поясов вертикальных ферм и их работа не учитывается. Элементы С4 являются траверсами пролетного строения?? элементы С1?? С2 и С3 выполнены из одиночных уголковых профилей стали марки ВСт.3кп.2. Расчет связевой фермы выполнен как разрезной фермы. Работа сжатых раскосов фермы (на рис. 12?? а показаны пунктиром) не учитывается.

Рис. 12 К расчету связевой фермы

а - расчетная схема фермы?? б - схема ветровой нагрузки?? в - поперечное сечение раскоса?? 1 - траверса

Расчетная ветровая нагрузка на эстакаду для верхнего и нижнего ярусов при коэффициенте надежности по нагрузке 1??4?? высоте ветровой полосы а=0??7 м?? b=1 м?? h=3??14 м и нормативной ветровой нагрузке qnw =600 Па будет qh =0??66??1??4(1+3??14/2)=2??4 кН/м?? qu =0??66??1??4(0??7 +3??14/2)=2??1 кН/м.

Сосредоточенная ветровая нагрузка?? передающаяся на траверсы верхнего и нижнего ярусов?? Wh =2??4??6=14??4 кН?? Wu =2,1??6=12,6 кН.

Опорные реакции ферм Rh =14,4+14,4/2=21,6 кН?? Ru =12??6+12,6/2=18,9 кН.

Усилия в стержнях связевых ферм от ветровой нагрузки для верхнего и нижнего ярусов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Усилия в стержнях связевых ферм?? кН

верхнего яруса

нижнего яруса

О1

О2

О1??

О2??

С1

С2

С4

U1

U2

U1

U2

С1

С2

С4

+23

??23

0

23

27

0

-14

??20

??20

0

??20

24

0

-12

По расчетным продольным силам?? приведенным в табл. 3?? производится расчет стержней С1 и С2 на прочность и устойчивость.

Расчетные длины стержней м.

Подбор сечений стержней С3 производится по предельной гибкости ??=200.

Расчетная длина стержня С3?? lx =ly =3,6 м.

Расчет вертикальной фермы промежуточного пролета

Расчет фермы производится для наиболее нагруженного пролета?? расположенного в середине температурного блока.

Расчетная схема фермы показана на рис. 13.

Рис. 13 К расчету вертикальной фермы

а - расчетная схемы фермы?? б - сечение элементов

Расчетные вертикальные нагрузки на одну ферму для верхнего и нижнего поясов?? Р1=0,6????q=0,6??0,6??20??1,1+0,6??1,3??1,05=8,8 кН/м?? Р2=0,4????q=0,4??0,6??20??1,1+0,4??1,3??1,05=5,8 кН/м?? где ??=0??6 - коэффициент распределения вертикальной нагрузки по поперечному сечению?? трассы?? 1??3 кН/м - нагрузка от собственного веса фермы?? связей?? траверсы?? 1??05 - коэффициент надежности по нагрузке.

Расчетные узловые нагрузки Р1=р1а=8??8??6=53 кН?? Р2=р2а=5??8??6=35 кН.

За счет неразрезности пролетного строения ферм на опоре промежуточного пролета от вертикальной нагрузки возникает момент М0=2(Р1 +Р2)L/9=2(53+35)18/9=352 кН??м.

Разлагая момент М0 на пару сил?? имеем Р3= М0/Н=352/3=117 кН.

От сил трения трубопроводов верхних и нижних ярусов в поясах наиболее нагруженной фермы возникают усилия?? Р4=????qLi??0,6=0,09??20??1,1??57??0,6=??68 кН?? Р5=????qLi??0,4=0,09??20??1,1??57??0,4=??45 кН?? где Li =120/2-3=57 м - расстояние от середины температурного блока до ближайшего конца эстакады?? q=20??1??1 - расчетная нагрузка на 1 м длины трассы?? ?? - коэффициент распределения горизонтальной нагрузки между фермами?? 0??6 и 0??4 - коэффициенты распределения вертикальной нагрузки между ярусами эстакады.

При отсутствии в температурном блоке эстакады анкерной опоры на пояса ферм будет передаваться расчетная горизонтальная технологическая нагрузка?? приходящая на блок эстакады??

Pxb =1,1??2??qn =1,1??2??20=44 кН??

на верхний пояс P4??=0,6??0,5?????? Pxb =0,6??0,5??0??6??44= 8 кН??

на нижний пояс P5??=0,4??0,5?????? Pxb =0,4??0,5??0??6??44= 6 кН??

где 0??6 и 0??8 - коэффициенты распределения нагрузки по ярусам??

0??5 - коэффициент распределения нагрузки на ферму??

?? - коэффициент распределения нагрузки по поперечному сечению.

Результаты определения усилий в стержнях фермы приведены в табл. 4.

Таблица 4

Усилие??

Элементы

кН

О1

О2

О3

U1

U2

U3

D1

D2

D3

V1

V2

V3

От вертикальной нагрузки??

Р1 и Р2

-176

-176

-88

-176

88

0

124

124

0

-88

-53

0

Р3

+117

+117

+117

-117

-117

-117

0

0

0

0

0

0

От ветровой нагрузки

??23

??23

??23

??20

??20

??20

0

0

0

0

0

0

От трения трубопроводов

??64

??64

??64

??45

??45

??45

0

0

0

0

0

0

От технологической нагрузки

??8

??8

??8

??6

??6

??6

0

0

0

0

0

0

Расчетная комбинация усилий

-154

-154

-66, 124

130

-100

-188

124

124

0

-88

-53

0

По расчетным продольным силам?? приведенным в табл. 4?? производится расчет стержней фермы на прочность и устойчивость.

Расчетные длины стержней??

верхнего и нижнего поясов lx =ly =l= 300 см??

опорного раскоса D1 см.

Раскосы в плоскости фермы ly =0??9l=0,9??424=382 см и из плоскости фермы lx =l=424 см

Стойки решетки в плоскости фермы ly =0??9l=0,9??300=270 см и из плоскости фермы ly =l=300 см.

Расчет надколонника

Надколонники выполняются в виде рамы с жесткими сопряжениями траверс со стойками. Стойки рам шарнирно опираются на железобетонные колонны.

Рис. 14 Расчетная схема подколонника

Расчетная схема рамы приведена на рис. 14. Определяем расчетные нагрузки. Равномерно распределенная нагрузка на траверсу верхнего яруса??

для консолей 1??2р??=1??2??13??2=15??8 кН/м??

для пролета р??=13??2 кН/м.

Равномерно распределенная нагрузка на траверсу нижнего яруса??

для консолей 1??2рn=1??2??8??8=10??7 кН/м??

для пролета рn=8??8 кН/м, где р??=13??2 кН/м и рn=8??8 кН/м - расчетная нагрузка на траверсы верхнего и нижнего ярусов (см. расчет рядовой траверсы).

Вертикальные реакции пролетных строений от расчетной нагрузки R1= =??qnL??1,1+G??1,05=0,6??20??18??1,1+17??8??1,05=257 кН?? R2=(1-??)qnL??1,1+G??1,05= =0,4??20??18??1,1+17,8??1,1=178 кН?? где ??=0??6 - коэффициент распределения вертикальной нагрузки между фермами яруса при 10<qn=20<30 кН?? L=18 м - пролет фермы?? G=17,8 кН - нагрузка от собственного веса металлоконструкций. Сосредоточенная ветровая нагрузка на верхний и нижний ярусы (см. расчет связевой фермы)?? Wh =qh L=2,4??18=??43 кН?? Wu =qu L=2,1??18=??38 кН.

Расчетная нагрузка от каждого поперечного ответвления трубопроводов эстакады на опору?? Ph =0,6qn??1,1=0,6??20??1,1=??13 кН?? Pu = 0,4qn??1,1=0,4??20??1,1=??9 кН.

Результаты статического расчета приведены на рис. 15. Сечение элементов надколонников выполнено из широкополочных двутавров 26Ш I по ТУ 14-2-24-72.

Расчет ригеля производится на прочность как внецентренно сжатого элемента от изгибающих моментов?? Мх=73 кН??м?? Му=1??9 кН??м и нормальной силы N=21 кН с проверкой на сдвиг от максимальной поперечной силы Q=52 кН.

На действие изгибающего момента Мх=47 кН??м и нормальной силы N=330 кН сечение стойки рамы рассчитывается на прочность и устойчивость в плоскости и из плоскости действия момента.

Расчетная длина стойки надколонника в плоскости рамы n=lcIs/2Icls= =300??6280/2??6280??360=0,42?? где Is =Ic =6280 см4 - моменты инерции верхнего ригеля и стойки?? ls =360 см - длина верхнего ригеля?? lc =300 см - длина стойки. P= lcIc/2Icli =300??6280/2??6280??360=0,42, где Ii =6280 см4 - момент инерции нижнего ригеля?? li =360 см - длина нижнего ригеля??

Для стоек двухэтажных рам расчетная длина l=0,9 ??h=0,9??1,68??300=450см.

Расчетная длина стойки из плоскости рамы принимается равной расстоянию между узлами закрепления в продольном направлении lx =350 см.

Рис. 15 Эпюры изгибающих моментов М?? поперечных сил Q?? продольных сил N в надколоннике

Пример 4. Рассчитать железобетонную опору промежуточного температурного блока двухъярусной эстакады по данным?? приведенным в примере 3. Конструкция эстакады представлена на рис. 9. На каждой опоре имеется поперечное ответвление трубопроводов. Нормативное значение температуры наружного воздуха в теплое tn??=26 ??C и холодное tnx= -32 ??C время года. Начальный модуль упругости бетона колонн Eb =24000 МПа.

РЕШЕНИЕ

Расчет производится для наиболее нагруженной промежуточной опоры?? расположенной на расстоянии 21 м от конца температурного блока.

Расчетная вертикальная нагрузка на колонну от вертикальной нагрузки на эстакаду qn =20 кН/м.

Px =1,1qn??Z=1,1??20??0,6??18=238 кН??

где ??=0??6 - коэффициент распределения вертикальной нагрузки по поперечному сечению трассы.

Расчетная нагрузка от собственного веса пролетного строения Рр=1,1??20=22 кН.

Расчетная нагрузка от собственного веса колонны Pk =1,1??0,4??0,5??6??25=33 кН.

Расчетная горизонтальная технологическая нагрузка на эстакаду вдоль трассы Pxb =1,1??2qn =1,1??2??20=44 кН.

При одинаковой жесткости колонн температурного блока расчетная горизонтальная нагрузка вдоль трассы передается одинаково на все колонны блока Px =Pxb/n=44/14=3 кН?? где n=14 - количество колонн в температурном блоке.

Расчетное изменение температуры конструкции t=1,2(tn??-tnx)=1,2(26-(-32))=70 ??C.

Относительная температурная деформация от климатических воздействий ??t =t??t=70??11??

10-6=77??10-5.

Расстояние от неподвижной точки продольной рамы эстакады (середины температурного блока) до второй от края колонны у=120/2-24=36 м.

Величина горизонтального перемещения колонны эстакады ??=??ty =77??10-5??3600=2??8 см.

Момент инерции сечения колонны I=50??403/12=267000 см4.

Жесткость колонны В=0??85EbI/cb =0,85??2400??267000/2=272??106 кН??см2?? где сb=2 - коэффициент?? учитывающий влияние деформаций ползучести бетона колонн.

Расчетная горизонтальная сила на колонну от климатических воздействий Pt =3??B/h3=3??2,8??272??106/6603=8 кН.

Расчетная ветровая нагрузка на колонну (см. расчет надколонника в примере 3) W=(Wh +Wy)/2=(43+38)/2=??41 кН.

Расчетная горизонтальная нагрузка на колонну от поперечного ответвления трубопроводов эстакады (см. расчет надколонника в примере 3) Py =Ph +Pu =13+9=??22 кН.

Расчетная вертикальная нагрузка на колонну от ветровой нагрузки и от ответвлений трубопроводов P??=Wh??3/3,6=43??3/3,6=36 кН?? Pr =Ph??3/3,6=13??3/3,6=11 кН?? где 3 м - высота пролетного строения?? 3??6 м - расстояние между колоннами опоры.

Расчетная схема колонны опоры показана на рис. 16.

Рис. 16 Расчетная схема колонны эстакады

Расчетные усилия в месте заделки колонны в фундамент.

Продольная вертикальная сила от длительно действующей части нагрузок Nd =Ps +Pp +Pk =238+22+33=293 кН

Продольная сила от полной нагрузки N= Nd +P??+Pr =293+36+11=340 кН.

Изгибающий момент вдоль трассы от длительно действующих нагрузок Mxd =Pxh =3??6,6=20 кН??м?? от полной нагрузки Mx =Pxh +Pth =3??6,6+8??6,6=73 кН??м.

Изгибающий момент поперек трассы??

от длительно действующей нагрузки Myd =Pyh =22??6,6=145 кН??м??

от полной нагрузки My =Pyh +Wh =22??6,6+41??6,6=416 кН??м.

Расчетные длины колонны ly =lx =2h=2??6,6=13??2 м.

На действия изгибающих моментов Mx?? My и продольной силы N производится проверка сечения колонны на прочность при косом внецентренном сжатии и на трещиностойкость.

Пример 5. Рассчитать стойки отдельно стоящей опоры под трубопроводы (рис. 17). Стойки опоры выполнены из железобетонных забивных свай-колонн сечением d??d=400??400 мм. Крепление трубопроводов на опоре - подвижное.