Визначення ширини отвору мостового переходу

Спираючись на досвід проектування мостових переходів, проф. Андрєєв О.В. вважає, що з точки зору економічної доцільності завжди треба прагнути до якнайменшої ширини отвору . Але при цьому повинні братися до уваги такі обмеження:

• Ширина отвору не може бути меншою за ширину русла ;

• Коефіцієнт розмиву Р не рекомендується допускати більшим за 1,5 для судноплавних річок і більшим ніж 2 - для несудноплавних річок, де - відношення максимальних глибин в руслі після і до розмиву;

• Підпір перед мостом і біля підходів не повинен загрожувати затопленням прилеглих поселень, народногосподарських об'єктів тощо;

• Швидкості під мостом в повеневий період на судноплавних річках та розрахункові судноплавні рівні (РСР) повинні бути узгоджені з відповідними судноплавними компаніями.

Граничний коефіцієнт загального розмиву практично дорівнює коефіцієнту стиснення потоку під мостом , де

 

де Q і - загальна і руслова витрати води на піку повені; - питома природна витрата заплав;

В - ширина розливу ріки (відстань між урізами). Тоді, враховуючи ці залежності ширина отвору з деяким запасом визначається за формулою

де: , .

Якщо за формулою виявиться, що , то ширину отвору слід приймати рівною ширині русла, тобто проектувати міст найменшої довжини.

 

 

5.2. Визначення ширини отвору мостового переходу при заданій ймовірності перевищення.

 

Вихідні данні беру з графічного способу, так як витрата отримана аналітичним способом є меншою ніж витрата визначена графо-аналітичним способом.

Визначення ширини отвору мостового переходу при 1% ймовірності перевищення.

, , , , ,

Визначаю ширину отвору

 

Ширину отвору беремо

 

Природна питома витрата заплав

Коефіцієнт стиснення потоку під мостом

 

Загальний розмив визначаємо посилаючись на підручник С.Г.Ткачука “Теорія розмиву на мостових переходах ”

 

 

Оскільки =1 то можна замінити .

5.3. Розрахунковий суднохідний рівень і мінімальна

відмітка проїзної частини моста

Мінімальна відмітка проїзної частини моста в межах суднохідних ділянок знаходиться таким чином:

Н_пс=Н_рс.у+r+h_k= м

де Н_рс.у - відмітка розрахункового судоходного рівня (РСР); r – висота підмостового габариту, м; h_k=h_b+h_n - конструктивна висота; h_b - висота балки; h_n - товщина покриття (разом з бетонною підготовкою приймається 0.15 м).

Для визначення РСР необхідно побудувати на клітчатці імовірності криву Н_t рівнів води, які перевищуються більш високими рівнями на протязі t діб, коли допускається зниження фізичної навігації:

t=KT/100=2*200/100=4

де К - коефіцієнт допуску зниження тривалості фізичної навігації (для У класу водних шляхів дорівнює 3,для УІ та УП - 2); T - тривалість фізичної навігації, діб.

Для побудови кривої H_t=f(p), де p=m/(n+1)100 - емпірична імовірність перевищення, необхідно ранжирувати Н_t в зменшувальному порядку. В даному проекті з відповідними допущеннями, які визванні відсутністю водомірних графіків на весь ряд спостережень, розрахунок слід виконувати в такому порядку.

Побудувати графік залежності рівня високих вод H_t=f(p) і водомірний графік по даним завдання РВВ з розрахунковою імовірністю перевищення 5 % для річок. У класу і 4 % для УІ та УП класів. На водомірному графіку по величині t встановити розрахунковий судоходний рівень РСР. Потім визначити потрібну мінімальну відмітку проїзду на судоходних ділянках. В межах несудохідних ділянок мінімальна відмітка проїзної частини

 

Н_пн=Н_рвв+Г _н+h_k=23,06+2,00+2,0+0,15= м

 

де h_k - знаходиться з додатоку, таблиця 13; Г _н - підйом прольотних будівель над розрахунковим рівнем води заданої імовірності перевищення (просвіт між РРВВ та низом прольотної будови в несудохідному прольоті приймається Г_н = 2.00 м).

На поздовжньому профілі вказати довжину мосту та пікетажне положення його початку, середини і кінця. Для встановлення цих даних, після попередньої розбивки мосту на прольоти, слід визначити мінімальну довжину мосту в залежності від отвору і положення проектної лінії;

де L - розміри отвору; - сума товщин всіх проміжних опор (ширину опори прийняти рівною 1/5 висоти опори); C_л,, С_п - горизонтальні проекції відстаней по осі переходу від бровки конусів до урізів води під мостом при розрахунковому РВВ; d - заглиблення конструкції берегової опори в конус насипу підходу, приймається рівним 0.75 м.

Після цього уточнюємо розбивку моста на прольоти, а кінцеву довжину моста знаходимо таким чином:

 

 

де - сума відстаней між висями опор (додаток, таблиця 13).

 

При розбивці моста на прольоти заплавні прольоти слід проектувати короткими.

 

5.4. Визначення мінімальної відмітки брівки земляного полотна: передмостовий підпір; висота хвилі з урахуванням набігу

 

Передмостовий підпір:

 

= м

де Q_пер - витрати, які спостерігалися в побутових умовах до стиснення на пересипаній насипами частині заплави (Q_пер=Q_РРВВ -Q_м.б); V_m - швидкість води під мостом; Q_рб - побутовий розхід в руслі; V_п.б - побутова середня швидкість на обох поймах; V_р.б - побутова швидкість в руслі; a₀ =1.05 - коректив кількості руху.

Ділянку підходу, що з’єднує заплавну ділянку насипу з незатопленим земляним полотном за межами річної долини, слід проектувати як звичайну дорогу, а заплавний насип - з урахуванням мінімальної допустимої відмітки земляного полотна:

 

Н_з.п=Н_рвв+Dh_н+h_в.н+Dh_к

Н_з.п=23,06+0,47+0,18+0,50= м

де Н_рвв - розрахунковий рівень заданої імовірності перевищення; Dh_н - підвищення рівня води у верхньому б'єфі (підпір біля насипу); h_в.н - висота вітрової хвилі з урахуванням накату на укіс дамби; h_в.н - конструктивний запас, який дорівнює 0.50 м.

Підпір біля насипу:

 

де Dh - передмостовий підпір; i - гідравлічний похил в побутових умовах; B₀ - ширина розливу по осі переходу; L - розмір отвору моста; B_мп - ширина меншої заплави; B_бп - ширина більшої заплави.

На водній поверхні річок під дією вітру виникають хвилі. Набігаючи на укіс заплавного насипу, гребінь хвилі піднімається на визначену висоту, яку необхідно врахувати при проектуванні геометричних розмірів земляного полотна та укріпленні його укосів.

Висота хвилі:

де W - швидкість вітру, м/с; D - довжина розбігу хвилі, км.

Швидкість вітру знаходиться по даним метеостанцій в районі будівництва переходу. При відсутності необхідних даних розрахункову швидкість вітру можна прийняти рівною 20 м/с. Довжину розбігу повітряної хвилі (протяжністю водної поверхні в напрямку дії вітру) визначається по карті.

Висота хвилі з набігом на укіс насипу:

де H_b - розрахункова висота хвилі; m - коефіцієнт заложення укосів; k - коефіцієнт гладкості укріплення укосів (для бетонних плит К=0.09).

 

 

6. СТРУМЕНЕСПРЯМОВУЮЧІ ДАМБИ

 

Для попередження несприятливих руслових деформацій, які могли б привести до пошкодження чи руйнування споруд мостового переходу, будують регуляційні споруди різних типів.

Струменеспрямовуючі дамби застосовуються для забезпечення плавного, без завихрень, протікання стисненого потоку під мостом. Таке протікання не сприяє розвитку значних розмивів біля берегових опор та конусів. Зображується криволінійна струменеспрямовуюча дамба між крайніми струменями річного потоку. Визначення розмірів струменеспрямовуючих дамб та обчислення координат вісі дамби бісинусоїдального вигляду виконується в такій послідовності.

Розраховується коефіцієнт стиснення річкового потоку що дорівнює відношенню розрахункового витрат до витрат в межах отвору моста в побутових умовах:

 

По таблиці встановлюють відносну сумарну довжину верхових струменемспрямовуючих дамб:

де L_св - довжина верхової струменеспрямовуючої дамби (для двосторонніх заплав L_св дорівнює сумі лівої та правої верхових дамб); L - отвір моста.

 

L_св = L_лв + L_пв

 

Таблиця 9 Відносні сумарні довжини верхових струменеспрямовуючих дамб

 

Коефіцієнт стиснення річкового потоку	1.0÷1.2	1.25	1.50	1.75	2.0	2.5
Відносна довжина верхової дамби	0.0	0.25	0.33	0.42	0.5	0.6

 

Сумарна довжина верхових струменеспрямовуючих дамб розподіляється між ними пропорційно побутовим витратам на пересипаних насипами частинах лівої Q_л.пер і правої Q_п.пер заплав (ці витрати можуть бути обчислені морфометричними розрахунками з застосуванням формули Менінга або з графіків залежностей Q_л.пер=j₁(H) і Q_п.пер=j₂(H) які є в таблиці даних вже виконаних морфологічних розрахунків):

 

 

і відповідно

 

 

L_св = 46,1+82,9=129,0 м

 

В залежності від довжини верхової струменеспрямовуючої дамби визначають геометричні параметри бісинусоїдальних дамб - радіуси кривизни в головній точці лівої та правої дамб:

Для лівої:

=

Для правої:

=

 

 

де L_в - довжина верхової дамби (лівої чи правої).

По таблиці 10 визначають відносні координати осі всієї дамби (верхової m і низової n):

 

і

 

де Х, Y - дійсні координати осі дамби, м.

Вісь OY спрямована по вісі переходу від моста до корінного берега; вісь ОХ - перпендикулярно до осі ОY в бік верхового б'єфу. Дійсні Х та Y координати знаходять таким чином:

 

X = Rm і Y = Rn

Початок координат та (кінець дамби) знаходиться на вісі переходу біля конусу дамби підходу.

Довжина дамби:

Для лівої:

 

верхової L_в = 3,0R=15,4*3=46,1 м

 

низової L_н= 1.2R=1,2*15,4=18,5 м

Для правої:

 

верхової L_в = 3,0R=27,6*3=82,9 м

 

низової L_н= 1.2R=1,2*27,6=33,1 м

 

Таблиця 10.

Координати для розбивки струменеспрямовуючих дамб

 

N	µ	ν	N	µ	ν
	2.321	1.435		0.805	0.087
	2.300	1.237		0.610	0.050
	2.243	1.036		0.410	0.023
	2.151	0.870		0.210	0.006
	2.027	0.710		0.000	0.000
	1.886	0.570		-0.192	0.005
	1.732	0.453		-0.393	0.020
	1.556	0.348		-0.592	0.041
	1.375	0.254		-0.791	0.062
	1.186	0.193		-0.990	0.082
	1.000	0.134		-1.189	0.103

 

Точки 1-16 відносяться до верхової дамби, 16-22 до низової. Для плавності обтікання потоком головної частини струменеспрямовуючої дамби до неї слід додати вхідний елемент у вигляді дуги кола радіусом

 

r =0.2y ₁

 

де y ₁ - ордината в точці 1.

Дуга з’єднується з віссю дамби в точці 1. Центр кривизни знаходиться на відрізку прямої, яка паралельна осі ОХ, між точкою 1 та віссю переходу. Центральний кут цієї дуги дорівнює 120°.

Вісь струменеспрямовуючий дамби

 

Замість струменеспрямовуючих дамб бісинусоїдального типу можна запроектувати дамби еліпсного типу.