Мостовые переходы / PROEKTIROVANIE_MOSTOVYKh_PEREKhODOV_NA_ZhELEZNYKh_DOROGAKh

Рис. 5. Определение параметров Cv и Cs/Cv по номограмме

Полученные значения модульных коэффициентов аналитической кривой распределения kр% для каждого значения вероятности превышения р максимальных расходов записываются, соответственно, в графы 1 и 2 табл. 5.

Аналитическая кривая наносится на клетчатку вероятностей с построенной эмпирической кривой по определенным ординатам, т. е. по точкам с координатами (р, kр%) (см. рис. 4, кривая 2).

Далее визуально сопоставляют положения теоретической кривой по отношению к эмпирическим точкам. Величина разброса показывает, насколько правомерно остановить свой выбор на данной аналитической кривой. Если разброс соответствующих точек между аналитической и эмпирической кривыми представляется приемлемым, можно завершить расчет, остановившись на данной кривой распределения. В противном случае следует попытаться

20

уменьшить величину разброса, для чего на клетчатку следует нанести помимо трехпараметрической кривой гамма-распределения 1-2 аналитические кривые с иным законом распределения вероятностей превышения.

При выполнении курсовой работы другие законы распределения можно не рассматривать, а делать вывод о приемлемости наблюдаемого разброса теоретических и эмпирических точек.

Значение величины расхода требуемой вероятности превышения определяется по формуле

где kp% – модульный коэффициент, соответствующий требуемой вероятности превышения максимального расхода.

Ранее для рассматриваемого примера было определено, что расчетный расход водотока определяется с вероятностью превышения р = 1%, а наибольший – с вероятностью превышения р = 0,33%. Модульные коэффициенты, соответствующие этим вероятностям превышения, равны:

k1% = 1,673; k0,33% = 1,830.

Для рассматриваемого примера расход воды:

• расчетной вероятности превышения

Q1% = 5354,2 1,673 = 8958м3/с;

• наибольшей вероятности превышения

Q0,33% = 5354,2 1,830 = 9798 м3/с.

Таблица 5 Ординаты аналитической кривой распределения вероятностей максимальных расходов

21

По графику зависимости ΣQ(H) определяют уровни воды требуемой вероятности превышения в створе водомерного поста, соответствующие максимальным расходам (рис. 6):

•расчетный уровень высокой воды РУВВ1% (ВП) = 318,30 м;

•наибольший уровень высокой воды НУВВ0,33% (ВП) = 318,70 м.

Рис. 6. Определение уровней воды, соответствующих максимальным расходам требуемой вероятности превышения

Далее уровни воды требуемой вероятности превышения из створа водомерного поста переносят на створ мостового перехода, используя рекомендации п. 1.3 (в рассматриваемом примере отметки, полученные для места расположения створа водомерного поста, следует уменьшить на величину

h = 1,61 м).

Таким образом, в створе мостового перехода:

•РУВВ1% = 318,30 – 1,61 = 316,69 м;

•НУВВ0,33% = 318,70 – 1,61 = 317,09 м.

3.3.Определение величины расчетного судоходного уровня

При проектировании мостового перехода через судоходные реки важнейшей задачей является определение РСУ.

Принятая отметка РСУ непосредственно влияет на высоту моста в пределах судоходных пролетов (от нее отсчитывают надводную высоту подмостового габарита). Кроме того, РСУ оказывает косвенное влияние на положение по высоте пойменных пролетов моста, а также на высоту насыпей подходов на некотором их протяжении. В результате чем выше отметка РСУ, тем больше стоимость мостового перехода.

22

С другой стороны, от принятой отметки РСУ зависит режим навигации на данной реке: чем выше РСУ, тем благоприятнее условия для судоходства, в частности, для его бесперебойности.

Чтобы уменьшить стоимость мостового перехода, прежде всего, опор и насыпей подходов к мосту, отметку РСУ обычно принимают несколько ниже уровней, соответствующий наибольшему и расчетному расходам воды, т.е. вероятность превышения РСУ оказывается большей, чем для РУВВ и НУВВ. Из этого следует, что в годы, когда РСУ окажется превышен, движение наиболее высоких судов может быть прервано на несколько суток в ожидании понижения уровня воды до РСУ. Подход к выбору экономически рационального значения РСУ должен основываться на учете потерь, связанных с задержкой судов, с одной стороны, и экономии затрат на строительство мостового перехода, с другой стороны.

При выполнении курсовой работы можно использовать упрощенную методику определения РСУ [5].

Поскольку ряд наблюдений за УВВ на водотоке, приведенный в задании на проектирование, относится к створу водомерного поста, отметка РСУ также определяется сначала для створа водомерного поста, а затем переносится на ось мостового перехода.

Для определения РСУ ряд наблюдений гидрологической характеристики Нi следует расположить в убывающем порядке, при этом можно не рассматривать весь ряд наблюдений, а ограничиться выборкой трех-четырех наибольших значений УВВ из ряда в исходных данных.

Для рассматриваемого примера ранжированный ряд УВВ, ограниченный первыми тремя уровнями воды, приведен в табл. 6.

По табл. 7 в зависимости от класса водного пути, заданного в исходных данных, определяется расчетная вероятность превышения РСУ рd,%.

Далее определяется порядковый номер m уровня, вероятность превышения которого имеет значение рd,%:

где n – общее число членов ряда наблюдений, в рассматриваемом примере n = 20.

23

Таблица 7

Коэффициенты для определения РСУ

В рассматриваемом примере класс водного пути 5 (см. исходные данные), следовательно, рd = 5%. Тогда

m = pd (n +1) = 5(20 +1) =1,05. 100 100

Полученная величина m округляется до целого значения.

В рассматриваемом примере m = 1,05 ≈ 1, т.е. в качестве расчетного года для определения РСУ принимаем год, в котором наблюдался самый высокий уровень Н = 317,6 м, записанный в табл. 6 с порядковым номером 1.

Далее определяется допустимая продолжительность t, сутки, стояния уровня воды выше РСУ, когда временно прекращается навигация наиболее высоких судов в ожидании понижения уровня воды.

Допустимая продолжительность t определяется по формуле

где k – коэффициент допустимого снижения продолжительности физической навигации, принимаемый по табл. 7: для рассматриваемого примера k = 3%, так как река относится к водным путям 5 класса; T – расчетная продолжительность навигации, задаваемая в исходных данных; для рассматриваемого примера Т = 215 сут.

Тогда t = 100kT = 3100215 = 6,5 сут.

Отметка РСУ в створе водомерного поста определяется по водомерному графику в расчетном году H(t) – зависимости отметки уровня воды от времени. В курсовой работе зависимость H(t) задается преподавателем и для рассматриваемого примера приведена на рис. 7.

На водомерном графике H (t) находится место, где можно отложить отрезок, длина которого соответствует найденному значению t суток. При этом учитываем, что на оси абцисс (время) каждое деление соответствует 1 суткам.

24

Рис. 8. Поперечный профиль моста в створе мостового перехода

Далее определяется ширина устойчивого русла Вр.уст, м, которая при выполнении курсового проекта может быть принята равной ширине русла Вгр. В рассматриваемом примере Вр.уст = Вгр = 250 м.

Для большинства мостовых переходов через равнинные реки рациональная величина отверстия моста Lм находится в диапазоне

где Вр.уст – ширина устойчивого русла, м; Вр.уш – размер уширенного русла, м, определяется по формуле

26

где Qр% – расчетный расход воды, м3/с, в створе перехода, проходящий в естественных (бытовых, без устройства моста) условиях в речной долине; в рассматриваемом примере расчетный расход – расход, определенный с вероятностью превышения 1% (см.п. 2.2), т.е. Q1% = 8958 м3/с; Qгр.б – расчетный расход воды, м3/с, в створе перехода, проходивший в бытовых условиях в главном русле; x – показатель степени, принимаемый равным 0,5 для несвязных и 0,6 для связных грунтов. В курсовом проекте грунт русла реки задается несвязный, поэтому в расчете принимается x = 0,5.

Величина расчетного расхода, приходящаяся на русловую часть морфоствора Qгр.б, определяется путем распределения расчетного расхода Qр% между выделенными участками морфоствора (главным руслом, правой и левой пойм).

Для каждого выделенного участка определяется площадь живого сечения при расчетном уровне высокой воды РУВВ, соответствующего определенному ранее расчетному расходу Qр%.

В рассматриваемом примере (см. п. 2.2) расчетному расходу Q1 % = = 8958 м3/с соответствует расчетный уровень воды в створе мостового перехода РУВВ1% = 316,69 м.

При РУВВ1% = 316,69 м площади живого сечения участков морфоствора в месте расположения мостового перехода составляют:

•правой поймы ωпп = 1063 м2;

•левой поймы ωлп = 1042 м2;

•русла ωгр = 2775 м2.

Для каждого j-го участка морфоствора (в рассматриваемом примере на морфостворе выделено три участка: русло, правая и левая поймы, следовательно, j = 3) вычисляется расходная характеристика kj по формуле

где ωj – площадь живого сечения, м2, j-го участка морфоствора; hj – средняя

глубина, м, на j-м участке морфоствора, определяемая по формуле h j = ωj , bj

где bj – ширина разлива воды, м, в пределах соответствующего участка морфоствора при РУВВ; Сj – коэффициент Шези для j-го участка морфоствора, вычисляемый по формуле Н.Н. Павловского

27

где nj – коэффициент шероховатости j-го участка морфоствора (см. исходные данные); yj – показатель степени для j-го участка морфоствора, принимаемый в зависимости от коэффициента шероховатости и средней глубины h . При выполнении курсового проекта для всех пойменных участков морфоствора принимается значение y= 0,3, а для руслового участка y= 0,2.

Распределение расхода между участками морфоствора начинается с выделения части расхода, проходящего через главное русло:

где m – число выделенных на морфостворе частей живого сечения без учета главного русла. В рассматриваемом примере m = 2 (два участка – правая и левая поймы).

Для рассматриваемого примера

Расход, проходящий через любую другую j-ю часть живого сечения,

То есть расход через левую пойму составит

а расход через правую пойму –

Расчет ведется в табличной форме.

После завершения расчета следует убедиться, что сумма расходов воды по всем выделенным участкам морфоствора равна общему расходу водотока, т.е.

28

В рассматриваемом примере итоговое значение графы 8 табл. 8 составляет 8958 м3/с, что равно значению распределяемого расчетного расхода

Таким образом, отверстие моста Lм, м, назначается в диапазоне

250≤ Lм ≤ 276.

Вкачестве искомого отверстия моста Lм рекомендуется принять большее из полученных значений, т.е. в рассматриваемом примере Lм = 276 м.

4.2.Определение схемы моста

Выбор схемы моста, системы пролетных строений и опор и назначение основных размеров – задачи, имеющие множество решений. Это задача творческая, которую нужно решать так, чтобы в результате получить сооружение, в наибольшей степени удовлетворяющее предъявляемым к нему требованиям:

29