С.Р. ВЛАДИМИРСКИЙ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2006
УДК 624.21/(0.7)
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В.Н. Смирнов (кафедра «Мосты» ПГУПС); инженер С.П. Дорошенков (ЗАО «Петербург-Дорсервис»)
Владимирский С.Р.
Проектирование технологии строительства мостов: Учеб. пособие / Санкт-Петербургский гос. архит.-строит. ун-т. – СПб., 2006. – с.
В пособии приведены указания по разработке технологии строительства мостов в курсовом и дипломном проектировании. Рассмотрена методика составления вариантов организационно-технологических схем сооружения моста, их технико-экономической оценки и выбора оптимального варианта.
Предназначено для студентов всех форм обучения специальности «Мосты и транспортные тоннели».
ã С.Р. Владимирский, 2006. ã Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2006 |
Учебное издание
Владимирский Сергей Ростиславович
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
СТРОИТЕЛЬСТВА МОСТОВ
Редактор
Корректор
Компьютерная верстка
Подписано в печать Формат 60х84 1/8. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. Уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Заказ . «С» 59.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-
строительный университет.
198005, СПб, 2-я Красноармейская ул., 4.
Отпечатано на ризографе. 198005, СПб, 2-я Красноармейская ул., 5.
ВВЕДЕНИЕ
Подготовка будущих инженеров-мостостроителей традиционно строится следующим образом: после освоения основной части предмета «Проектирование мостов и труб» студент приступает к изучению дисциплин блока «Строительство мостов». В этом разделе курса мостов рассматриваются различные стороны и аспекты производственной системы строительства.
Производственная система имеет многоуровневое строение. На верхнем уровне рассматривается комплекс работ по возведению объекта в целом. Данный уровень составляет предмет курса «Организация, планирование и управление в мосто- и тоннелестроении» (ОПУСМ) [1]. Технология – следующий, более детальный уровень изучения производственной системы. Эта наука рассматривает способы выполнения отдельных технологических процессов, называемых строительными работами [2]–[4].
Производственная система строительства мостов имеет высокую сложность. Чтобы ее эффективно реализовать, необходимо предварительно составить проект системы в виде организационно-технологической документации (ОТД). ОТД включает две основные, последовательно разрабатываемые части: проект организации строительства (ПОС) и проект производства работ (ППР) [5, 6][1].
ПОС разрабатывается проектной организацией на объект в целом как раздел «Организация строительства» в составе ТЭО (проекта) моста. Методика составления ПОС изучается в дисциплине ОПУСМ.
Проект производства работ (ППР) регламентирует выполнение сложных технологических процессов с определением порядка обеспечения их ресурсами. Эта часть ОТД составляется в период подготовки строительства объекта, обычно подрядной строительной организацией, на основании рабочей документации конструкций (РД) и решений, принятых в ПОС (см. [1], [6]). Одновременно с ППР разрабатывают рабочие чертежи специальных вспомогательных сооружений и устройств (СВСиУ).
Данное учебное пособие предназначено в помощь студентам при работе над курсовым проектом по дисциплине «Технология строительства мостов», а также может быть полезно и в дипломном проектировании. В задачу курсового проекта входит ознакомление учащихся с составом, порядком и методикой разработки ППР, рабочих чертежей СВСиУ, выработка у студентов умений и навыков в проектировании технологии строительства мостов.
Конструкция моста и технология ее возведения – взаимосвязанные части единого объекта проектирования, который рассматривают как единую конструктивно-технологическую систему (КТС) [7], [8]. Каждая КТС включает основные (ОК) и вспомогательные (ВК) конструкции, технологические процессы (ТП) и средства механизации (М) работ по их возведению.
При разработке технологии строительства моста состав КТС изначально не задан, поскольку одну и ту же конструкцию моста (ОК) можно возвести разными способами (ТП), с применением различных вспомогательных конструкций (ВК) и машин (М). Эту сложную задачу обычно решают путем составления вариантов организационно-технологических схем производства работ и выбора из них наиболее рационального (оптимального) варианта. В первой части курсового проекта студенту и предстоит составить варианты и выбрать оптимальный вариант строительства моста.
Выбор проектных решений мостов, как весьма сложных сооружений, характеризуется многокритериальностью и неопределенностью [7]–[9]. В курсовом проектировании деревянного, железобетонного, металлического мостов эту задачу обычно упрощают, предлагая студентам выбрать вариант на основе одного какого-то критерия, обычно стоимости основных конструкций.
Однако принятие организационно-технологических решений не всегда обосновывается только экономическими соображениями. Зачастую решающим фактором может оказаться продолжительность производства работ, а для подрядчика важным является экономия затрат труда.
Поэтому в данном курсовом проекте студенту предлагается произвести многокритериальную оптимизацию технологии. В пособии приведена методика принятия многокритериальных решений и дается необходимый для этого справочный материал.
Еще одной важной задачей курсового проекта является выработка у будущих специалистов навыков в выполнении расчетов и проектировании вспомогательных сооружений для строительства моста (СВСиУ). Для выбранного варианта организационно-технологической схемы студент по заданию преподавателя конструирует по одному типу СВСиУ – для сооружения опоры и возведения пролетного строения. В связи с тем, что разнообразие вспомогательных сооружений, применяемых в мостостроении, велико, а данные о них малодоступны студентам, материал для выполнения этой части приведен в отдельных учебных пособиях [10], [11].
Кроме указанных выше учебников[2] и учебных пособий необходимо также пользоваться технической литературой [12]–[15], справочниками [16], [17], учебными пособиями [18], [19] и др. Полезно также изучение новейшей периодической печати по мостостроению – журналов «Транспортное строительство», «Мостостроение мира», «Вестник мостостроения» и др.
1. СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ
КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Взаимосвязь конструктивных и технологических решений мостовых сооружений и сложность принятия решений наиболее ярко проявляются при проектировании больших и внеклассных автодорожных и городских мостов. Данное учебное пособие составлено применительно к таким условиям.
Задание на выполнение курсового проекта выдается каждому студенту индивидуально. Проект разрабатывается для заданных конструктивных решений моста, которые являются исходными данными. При этом преподаватель может задать схему моста либо предоставить студенту самостоятельно выбрать схему, используя разработанную им ранее конструкцию в курсовом проекте железобетонного или металлического моста. Последнее является более предпочтительным, так как при этом обеспечивается преемственность курсового проектирования, повышается личный интерес студента – в данном курсовом проекте он занимается строительством моста, проект которого составил ранее.
Задание должно содержать необходимые исходные данные для проектирования технологии строительства моста, а именно: конструктивные решения должны быть проработаны с такой подробностью, чтобы можно было установить основные геометрические параметры сооружения, объемы работ по возведению фундаментов, тела опор и пролетных строений.
Курсовой проект состоит из следующих частей, представляющих собой основные этапы решения задачи проектирования технологии сооружения моста.
I. Составление, оценка и сравнение вариантов организационно-технологи-ческих схем сооружения пролетных строений, выбор оптимального варианта.
II. Разработка технологии сооружения опоры.
III. Расчет и конструирование вспомогательных сооружений по выбранному варианту.
IV. Графическая часть.
Варианты организационно-технологических схем (часть I) вычерчиваются на одном листе формата А1 (лист 1) в масштабе 1:400 – 1:1000 (в зависимости от размеров сооружения). При выполнении части I следует руководствоваться указаниями разделов 2 и 3 настоящего пособия.
Технологические схемы сооружения опоры (часть II) разрабатываются по указаниям раздела 4 и помещаются на том же листе 1 курсового проекта.
Результаты расчета вспомогательных сооружений по выбранному варианту (часть III) приводят в пояснительной записке.
Чертежи СВСиУ (часть IV) оформляются на одном листе формата А1 (лист 2), на котором изображают конструкцию одного вспомогательного сооружения для возведения опоры и одного – для монтажа пролетного строения. Чертежи должны содержать общие виды конструкций в двух–трех проекциях с показом характерных разрезов и узлов, основных размеров и отметок конструкций. Масштаб выбирается таким, чтобы чертежи были ясно читаемыми.
Пояснительная записка к курсовому проекту должна содержать следующие разделы.
1. Исходные данные.
2. Объемы основных работ.
3. Описание вариантов организационно-технологических схем возведения пролетных строений с анализом их достоинств и недостатков.
4. Определение показателей оценки вариантов, технико-экономическое сpавнение вариантов.
5. Разработка технологии сооружения опоры.
6. Расчет конструкций СВСиУ по выбранному варианту.
Пояснительная записка должна иметь титульный лист, нумеpацию стpаниц, оглавление и список литературы.
Пояснительная записка и чертежи конструкций оформляются в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД и СПДС. Желательно выполнять записку в текстовом редакторе на компьютере, а чертежи – средствами машинной графики, например графического редактора AutoCAD.
2. РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СООРУЖЕНИЯ
ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ
Многовариантность и сложность принятия организационно-технологических решений особенно характерна для пролетных строений больших мостов. Поэтому в первой части курсового проекта каждому студенту предлагается составить варианты схем возведения пролетных строений моста. Что касается технологий сооружения опор, то здесь также возможны различные решения, но в курсовом проекте достаточно ограничиться разработкой одной технологической схемы (см. раздел 4).
При составлении вариантов технологии возведения пролетных строений в первую очередь нужно мобилизовать знания, уже полученные при изучении соответствующих разделов курса, т.е. железобетонных и металлических мостов. Далее, необходимо изучить соответствующие разделы учебников [2], [3], технической и справочной литературы [12]–[19] и др.
В процессе разработки вариантов может оказать помощь материал таблиц 1 и 2, в которых классифицированы основные технологии сооружения железобетонных, металлических и сталежелезобетонных пролетных строений, приведены данные о наиболее рациональных областях их применения. Соответствующие конструктивные решения пролетных строений представлены на рис. 1–5.
Заметим, что здесь приведены типичные, некоторым образом обобщенные схемы, основанные на опыте строительства. В конкретных условиях возможны и какие-то отступления от них, а также возможны комбинации известных способов. Нисколько не возбраняется, а только приветствуется, творчество студента, который может предлагать любые свои решения. Другое дело, что эти решения должны быть технически целесообразными, технологически и экономически обоснованными. А посему студенту еще необходимо защитить, т.е. в свободной дискуссии с оппонентами отстоять свое предложение.
Железобетонные мосты. В курсовом проекте автодорожного железобетонного моста студенты обычно разрабатывают конструкцию балочного неразрезного пролетного строения коробчатого сечения из предварительно напряженного железобетона с пролетами длиной 42–105 м.
При разработке вариантов технологии возведения пролетных строений такого типа обычно исходят из следующих соображений:
Таблица 1
Технологии сооружения железобетонных пролетных строений
Система пролетного строения, исполнение | Схема конструкции | Тип поперечного сечения | Основные геометрические параметры | Варианты технологии сооружения | Область рационального применения, ограничения |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1. Разрезные балки из обычного или предва- | Рис. 1, а | Рис. 1, б, в | l 0=6–40 м h»(1/15– | Монтаж стреловыми кранами различного типа | Преимущественно – путепроводы, эстакады |
рительно напряженного железобетона, сборные | 1/20) l 1 | Монтаж консольно-шлюзовыми кранами | Многопролетное сооружение с одинаковыми пролетами, на прямой в плане | ||
Монтаж при помощи специальных агрегатов | В специфических условиях | ||||
2. То же, монолитные | То же | Рис. 1, б, в, е | То же | Бетонирование на сплошных подмостях | Преимущественно – путепроводы, эстакады |
Бетонирование на площадке с последующим подъемом монтажными агрегатами | То же | ||||
Бетонирование на продольно перемещающихся подмостях | Многопролетное сооружение с одинаковыми пролетами, на прямой в плане | ||||
3. Неразрезные предварительно напряжен- | Рис. 1, г | Рис. 1, ж, и | l =60–150 м l 1=(0,5–0,7) l | Уравновешенный навесной монтаж агрегатами | В больших многопролетных мостах на акватории рек |
ные балки переменной высоты, сборные | h»(1/40–1/70) l | То же, при помощи консольно-шлюзовых кранов | При затруднении подачи блоков на монтаж снизу | ||
H»(1/12–1/17) l | Монтаж цельнопролетными блоками, собираемыми на берегу, при помощи плавучих опор | При наличии нескольких пролетов с достаточной глубиной воды |
Продолжение табл. 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
4. То же, монолитные | То же | То же | То же | Уравновешенное навесное бетонирование | В больших многопролетных мостах на акватории рек |
Бетонирование крайних пролетов на сплошных подмостях, навесное бетонирование среднего пролета | В трехпролетной схеме | ||||
Монтаж цельнопролетными блоками, бетонируемыми на берегу, при помощи плавучих опор | При наличии нескольких пролетов с достаточной глубиной воды | ||||
То же, с установкой блоков на опоры плавкранами высокой грузоподъемности | То же | ||||
5. Неразрезные пред- | Рис. 1, д | Рис. 1, е, з | Аналогич- | Аналогично 3, кроме того: | Аналогично 3 |
варительно напряженные балки постоянной высоты, сборные | но 3; h 1»(1/20–1/25) l | Продольная надвижка с временными опорами и аванбеком | При гидрогеологических и судоходных условиях, допускающих устройство временных опор | ||
Сборка на продольно перемещающихся подмостях | l =30–60 м (система ПРК-ЦНИИС) | ||||
6. То же, монолитные | То же | То же | То же | Аналогично 4, кроме того: | Аналогично 4 |
Продольная надвижка с временными опорами и аванбеком | При гидрогеологических и судоходных условиях, допускающих устройство временных опор | ||||
Бетонирование на продольно перемещающихся подмостях | l =20–40 м |
Продолжение табл. 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
7. Рамно-консольная, из сборных блоков | Рис. 2, а | Рис. 2, г | l =40–140 м b =(1/15–1/25) l h»(1/40–1/60) l H»(1/15–1/20) l | Аналогично 3 | Аналогично 3 |
8. То же, с монолитными консолями | То же | То же | То же | Уравновешенное навесное бетонирование | В больших многопролетных мостах на акватории рек |
Монтаж цельнопролетными блоками, бетонируемыми на берегу, при помощи плавучих опор | При наличии нескольких пролетов с достаточной глубиной воды | ||||
То же, с установкой блоков на опоры плавкранами высокой грузоподъемности | То же | ||||
9. Консольно-подвес-ная, из сборных блоков | Аналогично 7 | Аналогично 7 | Аналогично 7 l 1=(0,3–0,4) l | Аналогично 7, кроме того монтаж подвесок при помощи кранов или монтажных агрегатов | Аналогично 7 |
10. Бесшарнирные арки или своды, | Рис. 3, а, б | Рис. 3, в, г | l =40–80 м l’ =100–150м | Бетонирование на сплошных подмостях | Преимущественно – на суходоле |
монолитные | f»(1/6–1/8) l | Бетонирование на кружалах | При отсутствии ограничений по судоходству | ||
d»(1/45–1/55) l | Навесное бетонирование | То же | |||
Монтаж цельнопролетными блоками, бетонируемыми | При наличии нескольких пролетов с достаточной |
Продолжение табл. 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
на берегу, при помощи плавучих опор | глубиной воды | ||||
11. То же, с ездой посередине | Рис. 3, д | Рис. 3, е | l =80–150 м f»(1/4–1/5) l d»1/60 l | Аналогично 10 | Аналогично 10 |
12. Комбинированная арка с затяжкой, с ездой понизу, монолитная | Рис. 3, ж | Рис. 3, з | l =60–100 м f»1/5 l h»1/35 l | Монтаж цельнопролетными блоками, бетонируемыми на берегу, при помощи плавучих опор | При наличии нескольких пролетов с достаточной глубиной воды |
То же, с установкой блоков на опоры плавкранами высокой грузоподъемности | То же | ||||
Продольная надвижка с временными опорами | При гидрогеологических и судоходных условиях, допускающих устройство временных опор | ||||
Продольная надвижка с плавучей опорой | При отсутствии ограничений по судоходству и ледовому режиму | ||||
13. Арочно-консоль-ная с верхней затяж- | Рис. 3, и | Рис. 3, к | l =60–140 м f»1/10 l | Бетонирование на кружалах | При отсутствии ограничений по судоходству |
кой, монолитная | h»1/50 l | Навесное бетонирование | То же | ||
14. Система «Extradosed» | Рис. 3, л | Рис. 3, м | l =100–160 м Н» (1/10–1/15) l h» (1/34–1/36) l | Уравновешенное навесное бетонирование | В больших многопролетных мостах на акватории рек |
Таблица 2