3. Проектирование мостового перехода

3.1 Основные требования к мостовому переходу

Сооружения мостового перехода должны обеспечивать:

- безопасный и бесперебойный пропуск поездов с установленными скоростями. Для этого мост должен обладать соответствующей грузоподъемностью, а продольный профиль и план перехода – удовлетворять нормам проектирования железных дорог данной категории;

- безопасный для сооружений мостового перехода пропуск речного потока при расчетных уровнях высоких вод. Этим требованием определяется главный размер мостового перехода – отверстие моста, а также тип и глубина заложения фундаментов опор моста; высота подходных насыпей, крутизна и тип укрепления их откосов; вид, размеры и тип укрепления регуляционных сооружений;

- беспрепятственное движение судов и плотов на судоходных и сплавных реках, а также безопасный для сооружений мостового перехода пропуск

ледоходов. Для удовлетворения этих требований должны быть обеспечены соответствующие подмостовые габариты: высота моста, число и размеры судоходных пролетов, минимальные размеры пролетов по условию беззаторного пропуска ледохода и карчехода; соблюдение требований охраны природы, удовлетворение нужд народного хозяйства.

3.2 Выбор места мостового перехода

Мостовой переход – это комплекс сооружений, возводимых в границах разлива высоких вод, включающих в себя в общем случае мост, подходные насыпи и регуляционные сооружения.

На выбор места мостового перехода влияют: общее направление проектируемой линии, морфологические и гидрологические характеристики реки, инженерно-геологические условия, требования судоходства и сплава.

Основные факторы, которые следует учитывать при выборе места мостового перехода:

трасса железной дороги должна пересекать реку в наиболее узком месте, что предполагает меньшую длину моста;

место мостового перехода должно назначаться как можно ближе к воздушной линии с тем, чтобы обеспечить кратчайшую длину линии;

русло реки в месте пересечения должен обладать достаточной устойчивостью;

в месте мостового перехода поймы должны быть не широкие и не заболоченные;

мостовой переход не следует располагать в непосредственной близости от впадения значительных притоков;

ось мостового перехода должна быть перпендикулярной направлению течения реки.

3.3 Определение максимальных расходов заданной вероятности превышения

Для проектирования мостовых переходов решающее значение имеют колебания годовых максимальных расходов. Задача сводится к установлению такого наибольшего расхода, который гарантировал бы устойчивость и сохранность сооружений на мостовом переходе, безопасность и бесперебойность движения поездов по участку мостового перехода.

Для сохранности сооружений мостового перехода могут представлять опасность расходы, превышающие принятый в расчет максимальный расход, то

под вероятностью превышения того или иного максимального расхода принято

принимать вероятность появления расходов, превышающих его значение.

Расчет сооружений мостового перехода ведется по двум расходам и соответствующим им уровням.

1. Отверстие моста определяется по расчетным расходам (уровням воды) с вероятностью превышения р = 1℅.

2. Высота пойменных насыпей и струенаправляющих дамб определяется по наибольшим расходам (уровни воды) с вероятностью превышения р = 0,33℅

При наличии многолетних наблюдений для определения расходов заданной вероятности превышения применяется прогнозирование максимальных расходов на основе метода математической статистики.

Определение максимальных расходов заданной вероятности превышения при наличии многолетних наблюдений. В ходе выполнения курсовой работы был построен продольный профиль местности мостового перехода (рисунок2.1) в масштабе 1:200 по вертикали и 1:2000 по горизонтали в соответствии с данными таблицы 2.45 /4/.

Профиль мостового перехода по границам главного русла разбивается на 3

части:

главное русло;

левая пойма;

правая пойма.

Профиль из таблицы наблюдений за уровнями высоких вод (исходные данные) были выбраны и нанесены следующие уровни воды:

самый минимальный уровень воды (Н_min=163,90), м;

первый средний уровень (Н_ср.1=165,60), м;

второй средний уровень воды (Н_ср.2=165,30), м;

самый максимальный уровень воды (Н_max=169,10), м;

теоретический уровень воды, на метр превышающий максимальный

(Н_{max +1}=170,10), м.

Для каждого участка профиля мостового перехода (относительно выбранных уровней высоких вод) определяем следующие гидрологические характеристики и приводим в таблицу 2.1:

ω - площадь живого сечения участка, м²;

В - ширина свободной поверхности воды, м;

Н_ср=ω/В - средняя глубина или гидравлический радиус, м;

V= mН_ср^2/3∙I^1/2 - скорость течения воды, м/с;

Q=ωV - расход воды, м³/с.

Таблица 3.1 – гидрологические характеристики участков

Левая пойма
Уровень воды H, м	ω, м2	B, м	Hср, м	V, м/с	Q, м3/с
163,90	425,64	212,82	2,00	0,99	423
165,60	852,034	296	2,88	1,27	1079
167,3	1398,584	347	4,03	1,59	2218
169,10	2031,834	398	5,11	1,86	3772
170,1	2443,334	426,5	5,73	2,00	4898
Правая пойма
Уровень воды H, м	ω, м2	B, м	Hср, м	V, м/с	Q, м3/с
163,90	400	100	4,00	1,58	631
165,60	629,925	170,5	3,69	1,50	943
167,3	1013,7	281	3,61	1,47	1493
169,10	1585,325	391,5	4,05	1,59	2522
170,1	2006,375	452,5	4,43	1,69	3390
Главное русло
Уровень воды H, м	ω, м2	B, м	Hср, м	V, м/с	Q, м3/с
163,90	1405	200	7,03	4,92	6914
165,60	1745	200	8,73	5,69	9922
167,3	2085	200	10,43	6,40	13349
169,10	2425	200	12,13	7,08	17171
170,1	2625	200	13,13	7,47	19596

Значение коэффициента шероховатости поверхности ложа потока (m) зависит от характеристик потока, морфологических признаков и определяется по приложению Ю /6/.

В данной курсовой работе m=32 – для главного русла, как для равнинной реки, m=25 – для не заросших пойм, заросших пойм на 25% m=17

Продольный уклон реки определяется по карте, непосредственно, в месте мостового перехода: I=0,002.

Результаты расчёта сводятся в табличную форму (Таблица 3.1).

По результатам расчетов основных гидрологических характеристик строим кривую Q=f(H) (рисунок 2.2). По ней можно определить расход для всех остальных значений наблюденных уровней воды. Также строится кривая скорости V=f (H) для главного русла (рисунок 2.3).

Для определения расходов воды (Q_p, Q_max) и уровней воды (Н_p, Н_max) методами математической статистики необходимо иметь данные о максимальных расходах воды за ряд лет и построенные кривые зависимости Q=f(H) и V=f(H).

Рисунок 3.1- Кривая Q=f (H)

Рисунок 3.2- Кривая скорости V=f(H) для главного русла

Таблица 3.2 Ведомость определения расходов заданной вероятности превышения.

Номера наблюдений	Уровни воды, м	Расход Q, м^3/с	Модульный коэффициент, Кi	(Кi-1)^2
1945	164,40	10000	0,724	0,076
1946	165,50	11900	0,862	0,019
1947	164,20	9800	0,710	0,084
1948	164,60	10600	0,768	0,054
1949	165,10	11000	0,797	0,041
1950	168,40	23500	1,702	0,493
1951	169,10	23465	1,699	0,489
1952	167,00	18976	1,374	0,140
1953	164,50	10300	0,746	0,065
1954	163,90	7968	0,577	0,179
1955	168,20	20000	1,449	0,201
1956	166,50	14500	1,050	0,003
1957	164,10	9600	0,695	0,093
1958	164,00	9500	0,688	0,097
1959	167,10	16000	1,159	0,025
Суммы:	2322,20	207109	15,000	2,059

Порядок расчета Q заданной вероятности превышения следующий:

1. Определяем среднеарифметическое значение максимального годового

расхода:

(3.1)

где ∑Q_м(i) – сумма максимальных годовых расходов за все годы наблюдений, м³/с;

n =15– число лет наблюдений (число членов ряда).

м³/с

Определяем коэффициент вариации, характеризующий среднеквадратичное отклонение расходов от среднеарифметического значения:

(3.2)

Определяем коэффициент асимметрии , формула (3.3), характеризую-

щий среднекубическое отклонение расходов от .средний расход за все время наблюдений, равен 10153 м³/с.

(3.3)

Расчетный и наибольший расходы рассчитываются по формуле (3.4).

, (3.4)

где коэффициент, зависящий от коэффициента ассиметрии и вероятности превышения расчетного расхода / , таблица 3.2/.

По графикам 5.1, 5.2 определим отметки и скорости течения соответствующие расчетному и максимальному расходу воды. ,,,.