книги / Проектирование мостовых переходов
..pdfПараметры кривой вероятности величин максимальных расходов– среднемноголетнее значение максимальных расходов Qср, коэффициент вариации Cv и коэффициент асимметрии Cs определяются непосредственно по имеющемуся рядунепрерывных наблюдений.
Величина среднемноголетнего максимального расхода определяется по формуле
n
∑Qi
Q = |
i =1 |
, |
(4) |
ср n
где Qi – максимальный расход с порядковым номером в ряду наблюдений;
n – число лет наблюдений.
Коэффициент вариации максимальных расходов определяется по формуле
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
∑(Ki −1)2 |
|
||||
|
|
Cν = |
|
i=1 |
|
, |
(5) |
|
|
|
|
n −1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Ki = |
Qi |
– модульный коэффициент. |
|
|||||
|
|
|||||||
|
Qср |
|
|
|
|
|
||
Коэффициент асимметрии ряда максимальных расходов вы- |
||||||||
числяется по формуле Крицкого – Менкеля |
|
|||||||
|
|
Cs = |
|
2Cν |
, |
|
(6) |
|
|
|
1− Kmin |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
где Kmin – минимальное значение модульного коэффициента. Расход расчетной вероятности превышения определяется по
формуле |
|
|
|
QP % =Qср(CνΦ+1), |
(7) |
где Φ= f (P%, Cs |
) определяют по табл. 3. |
|
|
|
11 |
Стр. 11 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
|
Таблица 3
Cs |
|
|
|
|
Коэффициент Φ |
|
|
|
||||
|
|
|
Вероятность превышения, % |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0,1 |
0,39 |
1 |
|
2 |
10 |
25 |
50 |
|
75 |
50 |
99 |
0,00 |
3,09 |
2,75 |
2,33 |
|
2,04 |
1,28 |
0,67 |
–0,00 |
|
–0,67 |
–1,28 |
–2,33 |
0,10 |
3,23 |
2,82 |
2,40 |
|
2,10 |
1,29 |
0,66 |
–0,02 |
|
–0,68 |
–1,27 |
–2,25 |
0,20 |
3,38 |
2,93 |
2,47 |
|
2,15 |
1,30 |
0,65 |
–0,03 |
|
–0,69 |
–1,26 |
–2,18 |
0,30 |
3,52 |
3,04 |
2,54 |
|
2,20 |
1,31 |
0,64 |
–0,05 |
|
–0,70 |
–1,24 |
–2,10 |
0,40 |
3,66 |
3,15 |
2,61 |
|
2,25 |
1,32 |
0,63 |
–0,07 |
|
–0,71 |
–1,23 |
–2,03 |
0,50 |
3,81 |
3,27 |
2,68 |
|
2,30 |
1,32 |
0,62 |
–0,08 |
|
–0,71 |
–1,22 |
–1,96 |
0,60 |
3,69 |
3,36 |
2,75 |
|
2,34 |
1,33 |
0,61 |
–0,10 |
|
–0,72 |
–1,20 |
–1,88 |
0,70 |
4,10 |
3,48 |
2,82 |
|
2,37 |
1,33 |
0,59 |
–0,12 |
|
–0,72 |
–1,18 |
–1,81 |
0,80 |
4,24 |
3,60 |
2,89 |
|
2,43 |
1,34 |
0,58 |
–0,13 |
|
–0,73 |
–1,17 |
–1,74 |
0,90 |
4,38 |
3,70 |
2,96 |
|
2,48 |
1,34 |
0,57 |
–0,15 |
|
–0,73 |
–1,15 |
–1,66 |
1,00 |
4,55 |
3,81 |
3,02 |
|
2,53 |
1,34 |
0,55 |
–0,16 |
|
–0,73 |
–1,13 |
–1,59 |
1,10 |
4,67 |
3,88 |
3,09 |
|
2,56 |
1,34 |
0,54 |
–0,18 |
|
–0,74 |
–1,10 |
–1,52 |
1,20 |
4,81 |
4,04 |
3,15 |
|
2,61 |
1,34 |
0,52 |
–0,19 |
|
–0,74 |
–1,08 |
–1,45 |
1,30 |
4,95 |
4,08 |
3,21 |
|
2,64 |
1,34 |
0,51 |
–0,21 |
|
–0,74 |
–1,06 |
–1,38 |
1,40 |
5,09 |
4,12 |
3,27 |
|
2,67 |
1,34 |
0,49 |
–0,22 |
|
–0,73 |
–1,04 |
–1,32 |
1,50 |
5,23 |
4,28 |
3,33 |
|
2,71 |
1,33 |
0,47 |
–0,24 |
|
–0,73 |
–1,02 |
–1,26 |
1,60 |
5,37 |
4,33 |
3,39 |
|
2,73 |
1,33 |
0,46 |
–0,25 |
|
–0,73 |
–0,99 |
–1,20 |
1,70 |
5,50 |
4,45 |
3,44 |
|
2,78 |
1,32 |
0,44 |
–0,27 |
|
–0,72 |
–0,97 |
–1,14 |
1,80 |
5,64 |
4,53 |
3,50 |
|
2,82 |
1,32 |
0,42 |
–0,28 |
|
–0,72 |
–0,94 |
–1,09 |
1,90 |
5,77 |
4,62 |
3,55 |
|
2,85 |
1,31 |
0,40 |
–0,29 |
|
–0,72 |
–0,92 |
–1,04 |
2,00 |
5,91 |
4,70 |
3,60 |
|
2,89 |
1,30 |
0,39 |
–0,31 |
|
–0,71 |
–0,90 |
–0,99 |
2,10 |
6,06 |
4,80 |
3,65 |
|
2,93 |
1,29 |
0,38 |
–0,32 |
|
–0,70 |
–0,88 |
–0,94 |
2,20 |
6,20 |
4,91 |
3,70 |
|
2,96 |
1,28 |
0,37 |
–0,33 |
|
–0,69 |
–0,85 |
–0,90 |
2,30 |
6,34 |
4,98 |
3,75 |
|
2,99 |
1,27 |
0,35 |
–0,34 |
|
–0,68 |
–0,82 |
–0,87 |
2,40 |
6,47 |
5,08 |
3,79 |
|
3,02 |
1,25 |
0,33 |
–0,35 |
|
–0,66 |
–0,79 |
–0,83 |
2,50 |
6,60 |
5,19 |
3,83 |
|
3,04 |
1,24 |
0,32 |
–0,36 |
|
–0,65 |
–0,79 |
–0,80 |
3,00 |
7,22 |
5,55 |
4,02 |
|
3,16 |
1,18 |
0,25 |
–0,40 |
|
–0,60 |
–0,65 |
–0,67 |
4,00 |
8,17 |
6,08 |
4,34 |
|
3,30 |
0,96 |
0,01 |
–0,41 |
|
–0,49 |
–0,50 |
–0,50 |
5,00 |
9,12 |
6,52 |
4,54 |
|
3,37 |
0,78 |
–0,10 |
–0,38 |
|
–0,40 |
–0,40 |
–0,40 |
12
Стр. 12 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
2. МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
При проектировании мостовых переходов в створах с неизученным гидрологическим режимом прогноз последнего приходится делать на основе приближенного морфометрического расчета, который заключается в оценке шероховатости русла и пойм по их внешним морфологическим и геометрическим характеристикам и в последующем определении скоростей течения и расходов по уровню равномерного течения.
Морфометрический расчет используется для:
– построения кривых общего Q = f (H), руслового Qрб = f (H), пойменных расходов Qпб = f (H) (рис. 4) и скоростей течения в русле vрб = f (H) и на поймах (рис. 3);
–оценки распределения расчетного расхода между элементами живого сечения долины. Величина распределения расчетного расхода между руслами и поймами является одной из основных характеристик, во многом определяющей как генеральные размеры будущих сооружений мостового перехода, так и особенности их работы;
–определения величины расчетных уровней в неизученных створах при известных величинах расчетных расходов;
–оценки бытовых скоростей течения в русле и на поймах;
–построения эпюр элементарных и интегральных расходов, последние часто используются при специальных расчетах (например, при расчете групповых отверстий).
Основное уравнение морфометрического расчета имеет вид
(8)
где νij – средняя скорость течения на i-м участке живого сечения
долины при j-м уровне;
mi – коэффициент ровности i-го участка (величина, обратная коэффициенту шероховатости n), m = 1n ;
hij – средняя глубина потока на i-м участке при j-м уровне; Iб – бытовой уклон свободной поверхности.
13
Стр. 13 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Последовательность морфометрического расчета:
–по имеющемуся профилю морфоствора (рис. 2) и морфологическому описанию характерных участков принимают коэффициент ровности (шероховатости) по табл. 4;
–задаются j-м уровнем воды и для каждого i-го характерного участка вычисляют площадь живого сечения ωij и среднюю глубину
hij = ωBij ; (9) ij
– вычисляют скорости течения на каждом i-м участке по уравнению (8) и величины расходов по формуле
Qij = ωij νij ; |
(10) |
– суммируют расходы характерных участков долины и определяют общий Qj, русловой бытовой Qрбj расходы и средние русловые
|
скорости течения νрбj |
при j-м уровне. |
|
|
|
|
Расчет ведется в форме табл. 5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Морфологические признаки |
Коэффициент ровности m |
|||
|
|
|
Наи- |
Наи- |
Средний |
|
|
|
больший |
меньший |
|
|
Русла земляные ровные |
|
|
|
|
|
Русла полугорных рек |
|
40 |
20 |
30 |
|
Незаросшие поймы |
|
|
|
|
|
Русла земляные извилистые |
|
|
|
|
|
Русла галечно-валунные |
|
30 |
20 |
25 |
|
Суходолы ровные |
|
|
|
|
|
Поймы, заросшие на 10 % |
|
|
|
|
|
Русла земляные очень извилистые |
|
|
|
|
|
Суходолы извилистые |
|
25 |
15 |
20 |
|
Поймы, заросшие на 10 % |
|
|
|
|
|
Суходолы, засоренные камнем и заросшие |
20 |
10 |
15 |
|
|
Поймы, заросшие на 50 % |
|
|
|
|
|
Поймы, заросшие на 70 % |
15 |
0 |
10 |
|
|
Поймы, заросшие на 100 % |
10 |
5 |
5 |
|
14 |
|
|
|
|
|
Стр. 14 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
|
|
Рис. 2. Морфоствор по оси перехода
15
Стр. 15 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Рис. 3. Кривые русловых и пойменных скоростей
Рис. 4. Кривые общего, руслового и пойменных расходов
16
Стр. 16 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Таблица 5
|
№ |
Отметка |
Измери- |
Левая |
Русло |
Правая |
Всего Qj, |
|
п/п |
Нj , м |
тель |
пойма |
|
пойма |
м3/c |
|
|
УМВ |
Bi |
|
69,1 |
|
|
|
|
ωi |
|
65,83 |
|
|
|
|
1 |
85,6 |
hi |
|
0,95 |
|
|
|
|
|
νi |
|
0,38 |
|
|
|
|
|
Qi |
|
25,19 |
|
25,19 |
|
|
|
Bi |
|
78,22 |
|
|
|
|
|
ωi |
|
95,29 |
|
|
|
2 |
86,0 |
hi |
|
1,22 |
|
|
|
|
|
νi |
|
0,45 |
|
|
|
|
|
Qi |
|
42,96 |
|
42,96 |
|
|
|
Bi |
|
89,0 |
|
|
|
|
|
ωi |
|
137,2 |
|
|
|
3 |
86,45 |
hi |
|
1,54 |
|
|
|
|
|
νi |
|
0,53 |
|
|
|
|
|
Qi |
|
72,37 |
|
72,37 |
|
|
|
Bi |
29,2 |
89,0 |
151,72 |
|
|
|
|
ωi |
7,29 |
181,7 |
29,2 |
|
|
4 |
87,0 |
hi |
0,25 |
2,04 |
0,19 |
|
|
|
|
νi |
0,09 |
0,64 |
0,08 |
|
|
|
|
Qi |
0,69 |
115,59 |
2,31 |
118,58 |
|
|
|
Bi |
45,2 |
89,0 |
158,5 |
|
|
|
|
ωi |
26,54 |
226,2 |
120,7 |
|
|
5 |
87,5 |
hi |
0,59 |
2,54 |
0,76 |
|
|
|
|
νi |
0,17 |
0,74 |
0,20 |
|
|
|
|
Qi |
4,41 |
166,52 |
23,87 |
194,81 |
|
|
|
Bi |
57,96 |
89,0 |
165,28 |
|
|
|
|
ωi |
52,3 |
270,7 |
201,7 |
|
|
6 |
88,0 |
hi |
0,90 |
3,04 |
1,22 |
|
|
|
|
νi |
0,22 |
0,83 |
0,27 |
|
|
|
|
Qi |
11,58 |
224,63 |
54,63 |
290,84 |
|
|
|
Bi |
70,71 |
89,0 |
172,06 |
|
|
|
|
ωi |
84,5 |
315,2 |
286 |
|
|
7 |
88,5 |
hi |
1,20 |
3,54 |
1,66 |
|
|
|
|
νi |
0,27 |
0,92 |
0,33 |
|
|
|
|
Qi |
22,57 |
289,49 |
95,18 |
407,24 |
|
|
|
|
|
|
|
17 |
Стр. 17 |
|
|
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
|
|
|
|
|
|
Окончание |
табл. 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Отметка |
Измери- |
Левая |
Русло |
Правая |
Всего Qj, |
п/п |
Нj , м |
тель |
пойма |
|
пойма |
м3/c |
|
|
Bi |
83,47 |
89,0 |
178,84 |
|
|
|
ωi |
123,0 |
359,7 |
373,7 |
|
8 |
89,0 |
hi |
1,47 |
4,04 |
2,09 |
|
|
|
νi |
0,31 |
1,00 |
0,39 |
|
|
|
Qi |
37,78 |
360,76 |
144,86 |
543,40 |
|
|
Bi |
103,33 |
89,0 |
185,62 |
|
|
|
ωi |
169,5 |
404,2 |
464,9 |
|
9 |
89,5 |
hi |
1,64 |
4,54 |
2,50 |
|
|
|
νi |
0,33 |
1,08 |
0,44 |
|
|
|
Qi |
55,91 |
438,17 |
203,35 |
697,44 |
|
РУВВ1% |
Bi |
115,83 |
89,0 |
189,69 |
|
|
ωi |
202,4 |
430,9 |
521,1 |
|
|
10 |
89,8 |
hi |
1,75 |
4,84 |
2,75 |
|
|
|
νi |
0,34 |
1,13 |
0,47 |
|
|
|
Qi |
69,64 |
487,47 |
242,42 |
799,53 |
Для створов, в которых известны величины расчетного уровня и расхода, морфометрический расчет дает возможность оценить распределение расчетного общего расхода между руслом и поймами:
τ= |
Q |
m B h5/3 |
|
|
|
||
рб |
= |
р |
рб рб |
|
, |
(11) |
|
|
m B h5/3 |
+∑m B h5/3 |
|||||
|
Q |
|
|
||||
|
|
|
р рб рб |
пi |
пi пбi |
|
|
где mр , mпi – соответственно коэффициенты ровности русла и ха-
рактерных участков пойм;
Bрб , Bпi – бытовая ширина русла и ширина i-го участка поймы;
hрб, hпбi – средняя глубина в русле и на i-м участке поймы. Величины руслового бытового и пойменного расходов при
этом определяются следующим образом:
Qрб =Qτ и Qпб = (1−τ) . |
(12) |
18
Стр. 18 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
3. НАЗНАЧЕНИЕ ОТВЕРСТИЯ МОСТА И РАЗМЕРОВ СРЕЗКИ
Русла рек формируются от разных по высоте паводков в течение длительного времени. При этом размеры русел рек в пределах каждого конкретного участка остаются достаточно устойчивыми во времени. Размеры русел рек определяются не по всем расходам, проходящим через данное сечение долины, а лишь по проходящей на его ширине частью общего расхода – руслового бытового расхода (Qрб). Сооружение мостового перехода не меняет общего расхода, проходящего через данное сечение, но меняет на участках, прилегающих к мостовому переходу, естественное распределение общего расхода между руслом и поймами. Чем больше относительная часть расхода, проходящего по поймам, и чем чаще они затопляются в паводки, тем в большей степени мостовой переход меняет естественный русловой режим реки на участке своего влияния и тем большие размеры мостового перехода могут быть приняты.
Искусственное уширение подмостовых русел (устройство срезок) является одним из эффективных средств уменьшения общего размыва, позволяет при сравнительно малых затратах назначить для одного и того жеотверстия моста существенно меньшее заложение опор.
На степень возможного уширения γ = |
Bрм |
главным образом |
|
B |
|||
|
|
||
|
рб |
|
влияют величина стеснения потока подходами к мосту
β=Qрм и вероятность затопления пойм в месте перехода Pп %. Сте-
Qрб
пень возможного уширения при этом оказывается тем больше, чем больше стеснен поток подходами и чем чаще затапливается пойма в месте перехода. Полнота расчетного паводка П (отношение средней высоты водомерного графика над поймой к максимальной) также оказывает заметное влияние на степень устойчивого уширения подмостовых русел, при этом большей полнотой определяют большие уширения.
19
Стр. 19 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |
Ширина устойчивого русла под мостом определяется по теоре- тико-эмпирической формуле
|
0,93 |
|
, |
(13) |
Bрм = Bрб (β1% |
−1)KпKP % +1 |
где Bрб – бытовая ширина русла;
β1% – степень стеснения потока на пике паводка ВП = 1 % при отверстии моста Lм = Bрм .
Первоначально, а также в том случае, если мост перекрывает только русло, степень стеснения потока определяют по формуле
β |
≈ |
1 |
= |
Q1% |
. |
(14) |
τ |
|
|||||
1% |
|
|
Q |
|
||
|
|
|
|
рб |
|
В том случае, когда мост перекрывает русло и часть поймы, пропускающую значительную часть расхода, после предварительного определения ширины устойчивого русла под мостом по формуле (13) и назначения отверстия моста находят новое фактическое значение β1% по формуле (20).
Kп – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние полноты расчетного паводка, определяется по формуле
|
7,7 |
|
П (3,18 − 0,85β1% ) |
, при β1 % < 4,5, |
(15) |
Kп = |
β1% |
−1 |
|
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Кп = 0,7, при β1 % ≥ 4,5, |
(16) |
где П – полнота расчетного паводка (отношение средней высоты водомерного графика над поймой к максимальной (рис. 5.), при отсутствии данных можно принимать П ≈ 0,7.
KP % – коэффициент, учитывающий влияние частоты затопления пойм в месте перехода, вычисляется по эмпирической формуле
|
|
|
0,5+ |
2,5 |
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
||
|
|
|
|||||
|
|
β1% |
|
|
|||
KP % = |
п% |
|
|
|
|
, |
(17) |
100 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
20
Стр. 20 |
ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru) |