 |
Размещение и расчет водопропускных сооружений.
|
|
|
|
Практическое занятие №4
Размещение и расчет водопропускных сооружений.
Тяговые расчеты. Определение скоростей движения, времени хода и других тягово-энергетических показателей
Размещение и расчет водопропускных сооружений.
Водопропускные сооружения делятся на малые (трубы, мосты длиной до 25 м, лотки, фильтрующие насыпи, акведуки, дюкеры), средние (мосты длиной от 25 до 100 м), большие (мосты длиной от 100 до 1000 м) и внеклассные (слайд 2).
Искусственные водопропускные сооружения размещаются на пересечении водотока с железной дорогой. Различают водотоки постоянные (например, реки или ручьи) и периодические (последствия дождя или снеготаяния). Если в местах их пересечения не предусмотреть пропуск воды, то создается угроза размыва или затопления земляного полотна, а как следствие – возникает угроза безопасности движения (слайд 3).
Наибольшее распространение в современной практике железнодорожного строительства получили следующие малые водопропускные сооружения (слайд 4):
- круглые железобетонные трубы отверстием 1,0-2,0 м одно-, двух- и трехочковые;
- прямоугольные железобетонные трубы отверстием 1,0-4,0 м одно-, двухочковые;
- прямоугольные бетонные трубы отверстием 2,0-6,0 м одно-, двухочковые;
- круглые из гофрированного металла отверстием 1,5-3,0 м одно-, двух- и трехочковые;
- сборные железобетонные мосты эстакадного типа;
- железобетонные мосты с обсыпными устоями.
Водоток в значительной степени характеризуется его водосбором, который расположен с верховой стороны от трассы и ограничен по периметру линиями водоразделов и земляным полотном дороги. Границы и площади водосборов определяются по картам или планам в горизонталях (слайды 5,6).
|
|
|
Выбор типа и размера малого искусственного сооружения зависит от величины стока (расхода) поверхностных вод (слайд 7) [1], который пропорционален величине водосбора данного сооружения.
Местоположение искусственных сооружений наиболее удобно определять с помощью одновременного анализа плана и продольного профиля трассы. Построение границ водосборов следует начинать от водораздельных точек.
Мосты с устройством пути на балласте, а также трубы могут располагаться при любых сочетаниях плана и профиля, разрешенных для перегона. Мосты с безбалластной проезжей частью следует устраивать только на прямых участках пути и на уклонах не круче 4 ‰ [2, 3,4,5].
Предельная максимальная высота насыпи для размещения железобетонных мостов с обсыпными устоями, бетонных и железобетонных труб – 20 м, для металлических гофрированных труб и железобетонных мостов эстакадного типа – 8 м.
Типы и размеры малых искусственных водопропускных сооружений подбираются в зависимости от величины стока поверхностных вод (слайд 8) и с учётом высоты насыпи по графикам или таблицам их водопропускной способности (слайды 9 и 10).
Высота насыпи в месте расположения малого искусственного сооружения должна удовлетворять следующим двум основным требованиям:
- не менее, чем на 0,5 м возвышаться над горизонтом подпертой воды;
- быть не менее высоты насыпи, потребной для размещения труб по конструктивным условиям, т.е. с учетом минимальной толщины засыпки над трубой.
Специфический блок вопросов решается при проектировании мостового перехода через постоянный водоток (слайды 11-14).
При проектировании подходов к средним, большим и внеклассным мостам кривые необходимо располагать вне границ разлива высоких вод. В противном случае возможно образование «грязевых мешков» и (или) зон усиленного размыва откосов пойменной насыпи (рис. 1).
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Неблагоприятный вариант плана трассы
в пределах границ разлива высоких вод:
1 – зона образования «грязевых мешков»;
2 – зона усиленного размыва пойменной насыпи
Для сохранности мостов через постоянные водотоки [6,7], где судоходство отсутствует (рис. 2), отметка бровки насыпи H min должна быть не менее значений, полученных по формулам, м:
и
,
где Н наиб, Н расч – отметка соответственно наибольшего и расчетного уровня высоких вод (УВВ), м;
а ′, а – возвышение низа пролетных строений соответственно над наибольшим и расчетным уровнями высоких вод, м; для балочных мостов при глубине подпертой воды до 1 м а = 0,50 м и а ′ = 0,25 м; при глубине более 1 м а = 0,75 м и а ′ = 0,25 м.
Рис.2. Наименьшая отметка бровки насыпи у моста
Для мостов через периодические водотоки:
и
,
где Н л – отметка дна лога в месте расположения моста, м;
h ′, h – глубина воды с учетом подпора соответственно при наибольшем и расчетном уровне (или расходе) воды, м, может быть определена по графикам водопропускной способности, приведенным в [8].
Сохранность мостов через судоходные реки обеспечивается соблюдением условия
,
где Н РСГ – уровень расчетного судоходного горизонта;
h габ – высота подмостового габарита, м, зависящая от класса реки.
Незатопляемость земляного полотна в пределах водопропускных сооружений обеспечивается возвышением бровки земляного полотна над наибольшим уровнем воды заданной вероятности превышения не менее чем на 0,5 м. При необходимости учитываются также подпор от стеснения потока воды, ветровой нагон, высота волны и накат волны на откос насыпи [6,7,8].
2. Тяговые расчеты. Определение скоростей движения, времени хода и других тягово-энергетических показателей [9,10,11]
2.1. Назначение тяговых расчетов (слайд 15)
При разработке проекта новой или реконструкции существующей железной дороги решают, в частности, следующие задачи:
оптимизация положения трассы в плане и профиле;
выбор элементов технического оснащения линии, в частности типа локомотива;
назначение путей увеличения провозной способности железной дороги.
Для того чтобы решить эти и другие задачи проектирования железных дорог, надо располагать алгоритмическими методами, позволяющими определить: массу поезда при известном уклоне продольного профиля и заданном локомотиве; скорости движения и время хода поезда; расход электрической энергии при электрической тяге или дизельного топлива при тепловозной тяге.
|
|
|
Методы решения таких задач объединяются общим названием – тяговые расчеты, которые базируются на положениях науки о тяге поездов.
Специфика тяговых расчетов при проектировании железных дорог состоит в том, что основное внимание уделяется тем вопросам, от которых зависит выбор проектного решения и его качество.
2.2. Модель поезда в тяговых расчетах
Для упрощения вычислений в тяговых расчетах принимается ряд допущений. Так в большинстве случаев поезд рассматривается как материальная точка, расположенная в центре тяжести поезда (в середине) и концентрирующая в себе всю массу поезда 
, где 
‑ вес локомотива, т; 
‑ вес вагонного состава, т (рис. 2.1):
Рис. 2.1. Модель поезда в виде материальной точки
В более точных расчетах, при исследовании условий движения длинно-составных и тяжеловесных поездов, поезд представляется в виде системы масс со связями.
Порядок и методика тяговых расчетов приведены в Правилах тяговых расчетов (ПТР) [9].
2.3. Силы, действующие на поезд (слайд 16)
В тяговых расчетах рассматриваются и изучаются силы, действующие вдоль линии движения поезда. Выделяют три основные силы, которые измеряются в кгс (или в Н):
1) Сила тяги, Fк, кгс.
Источником является локомотив, сила управляемая и всегда направлена в сторону движения поезда, т.е. принимается со знаком «+».
2) Силы сопротивления движению поезда, Wк, кгс.
Возникают в результате взаимодействия с внешней средой. Сила является неуправляемой, но воздействовать на нее можно. Может быть как положительной (со знаком «+»), так и отрицательной (со знаком «‑»).
3) Сила торможения, Bт, кгс.
Источником являются тормозные устройства локомотива и вагонов. Сила управляемая, действует против движения поезда и принимается со знаком «-».
|
|
|
Силы, приложенные к поезду в целом, называют полными, измеряют в «кгс» и обозначают Fк, Wк, Bт.
Силы, отнесенные к единице веса поезда, называют удельными, измеряются в «кгс/т», обозначаются 
, 
, 
, и определяют:
| , кгс/т |
| , кгс/т |
| , кгс/т |
В различных режимах движения поезда указанные силы действуют в различных сочетаниях. Сумма всех сил, действующих на поезд, называется равнодействующей силой, 
, кгс.
В зависимости от соотношения сил, действующих на поезд, различают следующие режимы движения поезда (слайд 17):
1) режим тяги
| или | 
|
где 
, – соответственно общее полное и удельное сопротивление движению поезда;
2) режим холостого хода
| или | 
|
где 
, 
– соответственно основное полное и удельное сопротивление движению поезда в режиме холостого хода;
3) режим торможения
| или | 
|
От знака равнодействующей силы зависит характер движения поезда:
при R > 0 – ускоренное движение; при R < 0 – замедленное; при R = 0 – равномерное.
2.4. Программный комплекс «ИСКРА» (слайд 18)
Автоматизация тяговых расчетов в практике проектирования позволяет повысить их эффективность. Возможность многовариантной проработки тяговых расчетов повышает в целом обоснованность технических решений, принимаемых при проектировании новых и реконструкции существующих железных дорог.
Система ИСКРА - Интегрированная Система Комплексных Расчетов и Анализа движения поездов (как и последующие системы под названием «ЭРА» и «ЭТР») – создана на базе кафедры «Информационные технологии системы» Хабаровского государственного университета путей сообщения. Авторы программы: Анисимов В. А. - к.т.н., профессор кафедры «Изыскания и проектирование ж.д.» и Анисимов В. В. - к.т.н., доцент кафедры «Информационные технологии системы».
Система ИСКРА предназначена для тяговых и экономических расчетов при решении специальных задач в области проектирования и эксплуатации железных дорог. Результаты расчетов представляют собой ведомости перегонных времен хода поездов на заданных участках железнодорожных полигонов; физико-механические, энергетические и экономические показатели; кривые скорости движения поездов, а также ведомости потерь времени, связанных с предупреждениями о снижении скорости движения.
Программный комплекс представлен тремя модулями: ИСКРА-ПУТЬ, ИСКРА-ПТР и ИСКРА-АС ПУТЬ (слайды 19,20,21).
2.4.1. Модуль ИСКРА – ПТР [11] (слайд 20)
|
|
|
