4.2 Графоаналітичний спосіб визначення витрат заданої імовірності перевищення

Ранжируємо в спадаючому порядку рівні і відповідні їм максимальні витрати. Визначаємо емпіричну імовірність перевищення за формулою М.М.Чегодаєва:

m – порядковий номер члену ранжированого ряду, імовірність якого шукаємо;

n – кількість років спостереження.

Розрахунок зводимо у таблицю.

На клітчатці імовірності нанести точки, положення яких визначається значеннями Q і P. Попередньо позначимо на осі ординат клітчатки в певному масштабі інтервал зміни Q. Потім проводимо плавну криву, узагальнюючи сукупність нанесених точок. Після цього криву екстрополіруємо до абсциси, яка відповідає нормованій імовірності перевищень (1%) і визначається шукані витрати.

4.4. Розрахункові витрата і рівень високої води

За розрахункову витрату вибирається більша з двох витрат, отриманих аналітичним і графо-аналітичним способами. Розрахунковий рівень високої води (РРВВ) визначається по, побудованій раніше, кривій загальної витрати Q=f(Н).

5. Визначення ширини отвору та прогнозування загального розмиву під мостом.

5.1. Визначення ширини отвору мостового переходу

Спираючись на досвід проектування мостових переходів, проф. Андрєєв О.В. вважає, що з точки зору економічної доцільності завжди треба прагнути до якнайменшої ширини отвору . Але при цьому повинні братися до уваги такі обмеження:

• Ширина отвору не може бути меншою за ширину русла ;

• Коефіцієнт розмиву Р не рекомендується допускати більшим за 1,5 для судноплавних річок і більшим ніж 2 - для несудноплавних річок, де - відношення максимальних глибин в руслі після і до розмиву;

• Підпір перед мостом і біля підходів не повинен загрожувати затопленням прилеглих поселень, народногосподарських об'єктів тощо;

• Швидкості під мостом в повеневий період на судноплавних річках та розрахункові судноплавні рівні (РСР) повинні бути узгоджені з відповідними судноплавними компаніями.

Граничний коефіцієнт загального розмиву практично дорівнює коефіцієнту стиснення потоку під мостом , де

де Q і - загальна і руслова витрати води на піку повені; - питома природна витрата заплав;

В - ширина розливу ріки (відстань між урізами). Тоді, враховуючи ці залежності ширина отвору з деяким запасом визначається за формулою

де: , .

Якщо за формулою виявиться, що , то ширину отвору слід приймати рівною ширині русла, тобто проектувати міст найменшої довжини.

5.2. Визначення ширини отвору мостового переходу при заданій ймовірності перевищення.

Вихідні данні беру з графічного способу, так як витрата отримана аналітичним способом є меншою ніж витрата визначена графо-аналітичним способом.

Визначення ширини отвору мостового переходу при 1% ймовірності перевищення.

, , , , ,

Визначаю ширину отвору

Ширину отвору беремо

Природна питома витрата заплав

Коефіцієнт стиснення потоку під мостом

Загальний розмив визначаємо посилаючись на підручник С.Г.Ткачука “Теорія розмиву на мостових переходах ”

Оскільки =1 то можна замінити .

5.3. Розрахунковий суднохідний рівень і мінімальна

відмітка проїзної частини моста

Мінімальна відмітка проїзної частини моста в межах суднохідних ділянок знаходиться таким чином:

Н_пс=Н_рс.у+r+h_k= м

де Н_рс.у - відмітка розрахункового судоходного рівня (РСР); r – висота підмостового габариту, м; h_k=h_b+h_n - конструктивна висота; h_b - висота балки ; h_n - товщина покриття (разом з бетонною підготовкою приймається 0.15 м).

Для визначення РСР необхідно побудувати на клітчатці імовірності криву Н_t рівнів води, які перевищуються більш високими рівнями на протязі t діб, коли допускається зниження фізичної навігації:

t=KT/100=2*200/100=4

де К - коефіцієнт допуску зниження тривалості фізичної навігації (для У класу водних шляхів дорівнює 3,для УІ та УП - 2); T - тривалість фізичної навігації, діб.

Для побудови кривої H_t=f(p), де p=m/(n+1)100 - емпірична імовірність перевищення, необхідно ранжирувати Н_t в зменшувальному порядку. В даному проекті з відповідними допущеннями, які визванні відсутністю водомірних графіків на весь ряд спостережень, розрахунок слід виконувати в такому порядку.

Побудувати графік залежності рівня високих вод H_t=f(p) і водомірний графік по даним завдання РВВ з розрахунковою імовірністю перевищення 5 % для річок. У класу і 4 % для УІ та УП класів. На водомірному графіку по величині t встановити розрахунковий судоходний рівень РСР. Потім визначити потрібну мінімальну відмітку проїзду на судоходних ділянках. В межах несудохідних ділянок мінімальна відмітка проїзної частини

Н_пн=Н_рвв+Г _н+h_k=23,06+2,00+2,0+0,15= м

де h_k - знаходиться з додатоку , таблиця 13 ; Г _н - підйом прольотних будівель над розрахунковим рівнем води заданої імовірності перевищення (просвіт між РРВВ та низом прольотної будови в несудохідному прольоті приймається Г_н = 2.00 м) .

На поздовжньому профілі вказати довжину мосту та пікетажне положення його початку, середини і кінця. Для встановлення цих даних, після попередньої розбивки мосту на прольоти, слід визначити мінімальну довжину мосту в залежності від отвору і положення проектної лінії;

де L - розміри отвору; - сума товщин всіх проміжних опор (ширину опори прийняти рівною 1/5 висоти опори); C_л, , С_п - горизонтальні проекції відстаней по осі переходу від бровки конусів до урізів води під мостом при розрахунковому РВВ; d - заглиблення конструкції берегової опори в конус насипу підходу, приймається рівним 0.75 м.

Після цього уточнюємо розбивку моста на прольоти, а кінцеву довжину моста знаходимо таким чином:

де - сума відстаней між висями опор (додаток , таблиця 13 ).

При розбивці моста на прольоти заплавні прольоти слід проектувати короткими.

5.4. Визначення мінімальної відмітки брівки земляного полотна: передмостовий підпір; висота хвилі з урахуванням набігу

Передмостовий підпір:

= м

де Q_пер - витрати, які спостерігалися в побутових умовах до стиснення на пересипаній насипами частині заплави ( Q_пер=Q_РРВВ -Q_м.б ); V_m - швидкість води під мостом; Q_рб - побутовий розхід в руслі; V_п.б - побутова середня швидкість на обох поймах; V_р.б - побутова швидкість в руслі; a₀ =1.05 - коректив кількості руху.

Ділянку підходу, що з’єднує заплавну ділянку насипу з незатопленим земляним полотном за межами річної долини, слід проектувати як звичайну дорогу, а заплавний насип - з урахуванням мінімальної допустимої відмітки земляного полотна:

Н_з.п=Н_рвв+Dh_н+h_в.н+Dh_к

Н_з.п=23,06+0,47+0,18+0,50= м

де Н_рвв - розрахунковий рівень заданої імовірності перевищення; Dh_н - підвищення рівня води у верхньому б'єфі (підпір біля насипу); h_в.н - висота вітрової хвилі з урахуванням накату на укіс дамби; h_в.н - конструктивний запас, який дорівнює 0.50 м.

Підпір біля насипу:

де Dh - передмостовий підпір; i - гідравлічний похил в побутових умовах; B₀ - ширина розливу по осі переходу; L - розмір отвору моста; B_мп - ширина меншої заплави; B_бп - ширина більшої заплави.

На водній поверхні річок під дією вітру виникають хвилі. Набігаючи на укіс заплавного насипу, гребінь хвилі піднімається на визначену висоту, яку необхідно врахувати при проектуванні геометричних розмірів земляного полотна та укріпленні його укосів.

Висота хвилі:

де W - швидкість вітру, м/с; D - довжина розбігу хвилі, км.

Швидкість вітру знаходиться по даним метеостанцій в районі будівництва переходу. При відсутності необхідних даних розрахункову швидкість вітру можна прийняти рівною 20 м/с. Довжину розбігу повітряної хвилі (протяжністю водної поверхні в напрямку дії вітру) визначається по карті.

Висота хвилі з набігом на укіс насипу:

де H_b - розрахункова висота хвилі; m - коефіцієнт заложення укосів; k - коефіцієнт гладкості укріплення укосів (для бетонних плит К=0.09).