Для определения глубины под мостом и ширины отверстия моста

Автор	Глубина русла под мостом	Ширина отверстия моста
Белелюбскин Н.А.
Лиштван Л.Л.
Андреев О.В.

Для назначения ширины отверстия моста необходимо задать значение коэффициента размыва Р, исходя из конст­рукции фундаментов опор или условий судоходства и т. п. Из формул глубины общего размыва русла Белелгобского и Андреева (см. табл. 18.1) следует, что уширение русла под мостом, т. е. увеличение ширины русла под мостом B_рм, ведет к снижению размыва. В связи с этим при проектиро­вании мостового перехода может предусматриваться ис­кусственное уширение подмостового русла, называемое срезкой. Срезку выполняют, удаляя связные грунты с пойменной части отверстия моста до уровня межени с обя­зательным обнажением несвязных аллювиальных грунтов. Величиной, подлежащей определению расчетом, является ширина срезки ΔB=B_рм -B_р6.

По предложению О. В. Андреева, глубину общего раз­мыва на пойменных участках отверстия моста находят из условия, что размыв прекращается при уменьшении ско­рости до неразмывающего значения. Из этого условия при неизменном пойменном расходе (Q_пм=const) следует

(18.10)

где h_пб, h_пм - глубины на пойменных участках в от­верстии моста соответственно до и после размыва; β_п=Q_пм/Q_пб - коэффициент увеличения пойменного рас­хода, по своему смыслу аналогичный коэффициенту общего стеснения β. Так как в выражении (18.10) неразмывающая скорость v_нр зависит от искомой величины h_пр, то решение возможно подбором или графо-аналитическим способом.

Дальнейшее развитие методов расчета отверстий мостов в рамках одномерной модели связано с предложением О. В. Андреева учитывать нестационарность потока путем замены (схематизации) реального гидрографа паводка сту­пенчатым и применения уравнения деформации (18.2) для определения глубин общего размыва подмостового русла. Следует отметить, что в такой постановке, в отличие от при­веденных выше методов, можно решать только задачу оп­ределения общего размыва при известной ширине отвер­стия моста.

Метод расчета общего размыва по гидрографу паводка, предложенный И.С. Ротенбургом, предусматривает заме­ну реального паводка на ступенчатый с небольшим числом ступеней и является одним из вариантов метода конечных разностей. В качестве расчетного интервала длиной Δl принимался участок русла между створом наи­большего подпора П-П (см. рис. 4.1.2.1) и подмостовым ство­ром III-III. Малое число ступеней схематизированного гидрографа и использование одного расчетного интервала по длине делает метод Ротенбурга доступным для выполне­ния расчетов «вручную» без применения ЭВМ.

В практике мостового строительства все чаще встреча­ются задачи расчета отверстий мостов на воздействие резко нестационарных потоков волн прорыва, которые рассматриваются в отдельных курсах.

2.1.12. Гидравлическое моделирование Виды моделей

Прежде чем приступить к строительству какого-либо сооружения, инженеры на стадии проектирования должны тща­тельно изучить все процессы и явления, с которыми придется столк­нуться строителям объекта и эксплуатационникам. Причем оценка влияния разнообразных факторов должна быть не только качествен­ной, но и количественной.

При проектировании, например, мостового перехода необходимо оценить: как изменятся параметры потока (глу­бина, ширина, распределение скоростей, давлений и т. д.), стеснен­ного подходными насыпями; какую форму должны иметь струенаправляющие дамбы; каким будет общий и местный размыв; каков будет подпор перед мостом; произойдет ли затопление земель; какая ветро­вая нагрузка будет действовать на пролетные строения и т. д.

На практике встречаются ситуации, при которых не представ­ляется возможным получить ответ на интересующий проектировщика вопрос чисто расчетным путем. В этих случаях исследователи прибегают к экспериментальным методам изучения явлений с помощью физического или предметного моделирования.

В предметных моделях воспроизводятся геомет­рические, кинематические, динамические и другие пара­метры оригинального (натурного) объекта. Этим объектом может служить поток (или его часть), взаимодействующий с твердыми границами (трубопроводом, дорожной водопро­пускной трубой, размываемым руслом и т. п.).

В случае, если модель имеет одну и ту же физическую природу, что и моделируемый объект, она называется физической моделью.

В тех случаях, когда изучаемое явление описывается уравнениями или математическими соотношениями того же типа, что и явление иной физической природы, можно за­менить изучение натуры изучением других явлений, более удобных для лабораторного воспроизведения, инструмен­тального измерения и т. д. Такой вид моделирования ис­пользует предметно-математические или аналоговые модели. Например, натурный фильтра­ционный поток под сооружением и движение электрического тока по проводящей среде описываются одним и тем уже уравнением Лапласа. Поэтому изучение фильтрационного потока (натуры) можно проводить на модели, воспроизводя­щей течение электрического тока по проводнику, на которой легко измерить значения таких величин, как потенциал скорости, функция тока, не поддающиеся измерению в на­турном потоке.

Поиск рациональных форм конструкций эксперимен­тальным путем довольно часто требует проведения весьма трудоемких, продолжительных и дорогостоящих исследо­ваний в гидравлических лабораториях методами физичес­кого моделирования. Например, конструкция входа в косогорную трубу исследовалась многократно, но до сих пор не найдено оптимального ее очертания. При проектировании консольных сбросов уже давно пытались подбирать опыт­ным путем различные формы носков-трамплинов, которые способствовали бы интенсивному расширению потока в плане, его дроблению и т. п. с целью уменьшения удельных расходов в месте падения струи и в конечном счете умень­шения глубины воронки размыва. Для решения задачи пере­бирались по 30-40 вариантов моделей трамплинов самых замысловатых очертаний и исследовалась их работа приме­нительно к конкретным условиям.

Для других условий работы эти исследования приходит­ся повторять, так как применимость экспериментальных данных весьма часто ограничена рамками конкретных ус­ловий, при которых они были получены.

Это неблагоприятное обстоятельство можно преодолеть в результате разработки надежной теории явления, методов решения уравнений, описывающих его, и всесторонней экспериментальной проверки справедливости теоретических положений. Наличие теории позволяет использовать математические модели и путем решения соот­ветствующих уравнений с учетом граничных и начальных условий и других особенностей задачи получать ответ без значительных затрат средств и времени. Этому способствует и использование ЭВМ.

Так, например, развитие теории управления бурными потоками и разработка методов расчета очертаний соот­ветствующих конструкций делает ненужными трудоемкие экспериментальные исследования. Задача о форме рассеи­вающего трамплина, применяемого для уменьшения глу­бины воронки размыва, с помощью математического моде­лирования решается на ЭВМ всего за несколько минут. Математические модели позволяют производить целые серии аналогичных расчетов, например, с целью составле­ния таблиц, оптимизировать решение и т. д.