Материал: Mostovoy_perekhod

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования.

Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I.

Кафедра «Изыскания и проектирование железных дорог»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к практическим работам

по дисциплине

«Изыскание и проектирование мостового перехода»

на тему:

«Проектирование участка новой железнодорожной линии с выбором места мостового перехода»

выполнил студент Р.В. Руденко

факультет ТС группа СЖД – 504

Отчет принял Т. М. Немченко

Санкт-Петербург

2019

Определение среднего уклона реки:

i = = = 0,0009

Расчёт зависимости расхода водотока от уровня воды в створе водомерного поста.

Составление морфоствора, для удобства расчётных работ, ведётся в масштабах

- горизонтальный – 1 : 10000 (1 км = 10 см)

- вертикальный – 1 : 200 (1 м = 0,5 см)

Самая высокая точка морфоствора должна возвышаться не менее чем на 2-3 м над самым высоким из наблюдавшихся уровней высокой воды.

УВВ_max = 274,2 + 2÷3 = 276,0 м

Ширина реки

1,0 ∙ 250 = 250,0 м

1. Расчет зависимости расхода водотока от уровня воды в створе водомерного поста

Многолетние наблюдения за уровнем воды на пересекаемом трассой водотоке фиксировались в месте расположения стационарного водомерного поста. Построение зависимости Q(H) также следует произвести для створа водомерного поста морфометрическим способом. Для этого используется поперечный профиль долины водотока в створе водомерного поста − морфоствор.

Расход водотока Q_i, м³/с, при любом рассматриваемом уровне воды H_i, определяется суммирования расходов на всех выделенных участках морфоствора,

= ∙+∙+∙,

где ,, – площади, м², живых сечений соответственно, главного русла, правой и левой пойм, определяются по профилю морфоствора при уровне воды H_i путём суммирования элементарных площадей треугольников и трапеций;

, , - средние скорости течения воды, м/с, соответственно в главном русле, на правой и на левой поймах, при уровне воды H_i;

Средняя скорость течения в русле реки или на пойме определяется по эмпирической формуле:

= ∙ ∙ ,

где n – коэффициент шероховатости указан в задании на проектирование для каждого участка морфоствора;

- средняя глубина воды на участке морфоствора при уровне воды H_i,, м;

- уклон водной поверхности реки при рассматриваемом уровне воды H_i;

Средняя глубина воды , м, на участке морфоствора при рассматриваемом уровне воды H_i определяется по формуле:

= ,

где - площадь живого сечения, м², соответствующего участка морфоствора при уровне воды H_i;

- ширина разлива воды, м, в пределах соответствующего участка морфоствора при уровне воды H_i;

Уклон водной поверхности реки при рассматриваемом уровне воды H_i, определяется по формуле Б.Ф.Снищенко:

= ∙ (0,05 ∙ + 0,95),

где - средний уклон долины водотока, указанный в Исходных данных, в рассматриваемой работе = 0,0003.

График зависимостей расхода водотока от уровня воды для левой поймы, правой поймы, главного русла и всего водотока в целом представлен в Приложении 1.

2. Определение расходов и уровней воды требуемой вероятности превышения

Нормы проектирования мостовых переходов регламентируют расчетные значения основных гидрологических характеристик пересекаемого водотока – максимального расхода Q и соответствующего ему уровня воды H – через вероятность их превышения р. Для построения эмпирической кривой распределения вероятностей имеющийся ряд гидрологической характеристики – Нi следует расположить в убывающем порядке (от большего к меньшему). В табл. 2 в убывающем порядке записаны наблюдавшиеся значения отметок уровня воды Нi (графа 2) и соответствующих значений расхода Qi, (графа 3).

Для каждого члена ряда наблюдений за гидрологической величиной определяется эмпирическая вероятность его превышения р_э (в процентах) по формуле:

где m - порядковый номер члена ряда гидрологической характеристики, расположенного в убывающем порядке,

n - общее число членов ряда наблюдений.

Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения ежегодных вероятностей превышения максимальных расходов, как правило, применяют трехпараметрическое гамма-распределение.

Параметрами аналитической кривой гамма-распределения являются:

• среднее многолетнее значение максимального расхода ;

• коэффициент вариации Cv ;

• отношение коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации Cs/Cv.

Параметры аналитической кривой гамма-распределения устанавливаются по гидрологическому ряду наблюдений ежегодных максимальных расходов методом приближенно наибольшего правдоподобия в зависимости от статистик λ2 и λ3, вычисляемых по формулам:

где k_i - модульный коэффициент рассматриваемой гидрологической характеристики (расхода воды), определяемый по формуле:

где Qi - значения максимального годового значения расхода воды для i-го члена ряда;

Q - среднее арифметическое значение максимальных расходов воды, определяемое в зависимости от числа лет гидрометрических наблюдений по формуле:

м³/с.

Определение параметров эмпирической кривой распределения вероятностей и значений статистик и представлено в Приложении 2.

По полученным значениям статистик λ2 и λ3 по номограммам определяются коэффициенты вариации Cv и отношение Cs /Cv.

Cv =0,20 и Cs = 2,0 Cv

По значениям Cv и Cs/Cv определяются ординаты (модульные коэффициенты) аналитической кривой распределения ежегодных вероятностей превышения максимальных расходов воды.

Полученные значения модульных коэффициентов kр% для каждого значения вероятности превышения р максимальных расходов записываются в таблицу:

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

Клетчатка вероятностей с построенными аналитической и эмпирической кривыми представлена в Приложении 3.

Значение величины расхода требуемой вероятности превышения определяется по формуле:

где k_p% - модульный коэффициент, соответствующий требуемой вероятности превышения максимального расхода.

м³/с – максимальный расход воды расчетной вероятности превышения,

м³/с – максимальный расход воды наибольшей вероятности превышения.

По графику зависимости ΣQ(H) определяются уровни воды требуемой вероятности превышения в створе мостового перехода, соответствующие максимальным расходам (представлен в Приложении 4):

• расчетный уровень высокой воды РУВВ1% = 274,56 м;

• наибольший уровень высокой воды НУВВ0,33% = 275,13 м.

3. Определение отверстия моста.

3.1. Определение пределов варьирования отверстия моста

Ширина русла Вр, м, в месте расположения мостового перехода определяется по карте с учетом масштаба карты В_р. = 250 м.

Далее определяется ширина устойчивого русла В_р.уст , м, которая при выполнении курсовой работы может быть принята равной ширине русла В_р.

В_р.уст = В_р. = 250 м.

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

В_р.уст ≤ Lм ≤ Вр.уш.

где В_р.уст – ширина устойчивого русла, м;.

В_р.уш – размер уширенного русла, м, определяется по формуле:

где Q – расчетный расход воды, м³/с, в створе перехода, проходивший в естественных (бытовых) условиях в речной долине, в рассматриваемом примере расчетный расход – расход, определенный с вероятностью превышения 1% , т.е. Q = м³/с;

Q_р.б. – расчетный расход воды, м³/с, в створе перехода, проходивший в бытовых условиях в русле;

x – показатель степени, принимаемый равным 0,5 для несвязных и 0,6 для связных грунтов. В курсовой работе грунт русла реки задается несвязный, поэтому в расчете принимается x = 0,5.

Величина расчетного расхода, приходящаяся на русловую часть морфоствора Qр.б., определяется путем распределения расчетного расхода Q между выделенными участках морфоствора.

Расчетному расходу Q_1% = м³/с соответствует расчетный уровень воды в створе мостового перехода РУВВ_1% = 274,56 м. При РУВВ_1% = 274,56 м площади живого сечения участков морфоствора в месте расположения мостового перехода составляют:

• правой поймы ω_пп = 1025 м²;

• левой поймы ω_лп = 1667 м²;

• русла ω_р = 2713 м².

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

,

где ω_j – площадь живого сечения, м², j-го участка морфоствора;

– средняя глубина, м, на j-м участке морфоствора, определяемая по формуле:

где b_j – ширина разлива воды, м, в пределах соответствующего участка морфоствора при РУВВ;

С_j – коэффициент Шези для j-го участка морфоствора, вычисляемый по формуле Н.Н.Павловского:

где n_j – коэффициент шероховатости j-го участка морфоствора,

y_j – показатель степени для j-го участка морфоствора, принимаемый в зависимости от коэффициента шероховатости и средней глубины . При выполнении курсовой работы для всех пойменных участков морфоствора принимается значение y = 0,3, а для руслового участка y = 0,2.