Автомобильные и железные дороги
Автомобильные и железные дороги
Курсовая работа студента группы 3012/1
Санкт-Петербургский Государственный
Политехнический Университет
2003
Автомобильные дороги
I. Определение требуемых параметров дороги
Технические параметры, значения которых
должны быть выдержаны при проектировании автомобильной дороги для обеспечения
безопасности движения по ней, приведены в табл. 1. Они зависят от категории
автомобильной дороги, которая является обобщенным показателем степени ее
капитальности. При выполнении курсовой работы, после установления категории
дороги находим значения технических параметров СНиП и заносим их в
пояснительную записку, кроме того определяем параметры дороги расчетом на
движение принятых транспортных средств с расчетной скоростью, установленных
СНиП для дороги данной категории. В работе принимаем значения, удовлетворяющие
требованиям СНиП и расчетам.
Таблица 1
№ пп
|
Наименование
Параметров
|
Значение параметров
|
по СНиП
|
по расчету
|
Принятое в
Проекте
|
1
|
Основная
расчетная скорость движения, км/час
|
100
|
не опред.
|
100
|
2
|
Число полос
движения
|
2
|
0,46
|
2
|
3
|
Ширина полосы
движения, м
|
3,5
|
3,55
|
3,55
|
4
|
Ширина проезжей
части, м
|
7
|
7,1
|
7,1
|
5
|
Ширина обочин,
м
|
2,5
|
не опред.
|
2,5
|
6
|
Ширина
земляного полотна, м
|
12
|
12,1
|
12,1
|
7
|
Наименьшие
радиусы кривых в плане, м:
- без
устройства виража
- с устройством
виража
|
|
|
|
400
|
985
|
985
|
400
|
563
|
563
|
8
|
Расстояние
видимости, м:
- поверхности
дороги
- встречного
автомобиля
|
|
|
|
140
|
143,8
|
144
|
не опред.
|
не опред.
|
не опред.
|
9
|
Наименьшие
радиусы вертикальных кривых, м
- выпуклых
- вогнутых
|
|
|
|
10000
|
8616
|
3000
|
1538,5
|
3000
|
10
|
Величина
уширения проезжей части, м
|
1,2
|
0,68
|
1,2
|
11
|
Наибольший
продольный уклон, %
|
50
|
24
|
24
|
12
|
Рекомендуемый
тип покрытия
|
Усовершенствованное
капитальное из асфальтобетонных смесей
|
1. Установление категории дороги.
В соответствии со СНиП II-Д. 5-72 категория автомобильной дороги
зависит от интенсивности движения по ней. Поскольку обычно интенсивность
движения в период возведения объектов больше, чем в период их эксплуатации, при
выполнении задания за расчетный принимается период строительства объекта.
Ожидаемая интенсивность движения в период
строительства объекта определяется по формуле:
,
где q=90000 - количество грузов,
перевозимых на 1 млн. руб. сметной стоимости строительно- монтажных работ, т;
С = 170 - сметная стоимость
строительно-монтажных работ по объекту, млн. руб.;
Т = 2 - срок строительства объекта, годы;
n = 365 - число рабочих дней в году;
Кпр = 0.6 - коэффициент
использования пробега автомобиля;
Кгр = 0.8 - коэффициент
использования грузоподъемности автомобиля;
Г = 15 - грузоподъемность автомобиля, т.
По интенсивности движения N в соответствии
с приведенной в табл.1 СНиП классификацией автомобильных дорог определяем, что
дорога III категории.
2. Установление параметров дороги по СНиП.
В табл. 3, 4, 9, 10, 25 СНиП даны основные
параметры автомобильных дорог в зависимости от их категории. Они приведены в
пояснительной записке в форме табл.1.
3. Определение параметров дороги расчетами.
3.1 Установление числа полос движения
Число полос движения определяется из
сопоставления ожидаемой часовой интенсивности движения по дороге и пропускной
способности одной полосы движения по формуле:
,
где n – число полос движения;
Nч - часовая интенсивность
движения, авт./час;
Nп - пропускная способность полосы движения,
авт./час.
С учетом неравномерности движения в
течение суток:
Nч=N/10=2911/10=291,1 авт/час
Пропускной способностью полосы движения
называется количество автомобилей, которые могут проехать по ней в течение
одного часа при обязательном условии обеспечения безопасности движения. В
курсовой работе используется упрощенная динамическая модель транспортного
потока, согласно которой автомобили перемещаются по полосе движения друг за
другом, без обгона и с постоянной скоростью.
В этом случае пропускную способность
полосы движения можно определить по формуле: авт/час.,
Где v = 100 - расчетная скорость движения, км/час;
= 0,5- коэффициент сцепления;
f = 0,02 - коэффициент сопротивления
качению;
l2 = 15 - длина автомобиля, м;
lо = 10- запас расстояния, м;
Кэ = 1,4- коэффициент эксплуатационного
состояния тормозов.
3.2 Определение ширины проезжей части, полосы движения и
земляного полотна.
Ширина проезжей части b вычисляется по
формуле:
b = bп n =
3,55 2 = 7,1 м.,
где bп - ширина полосы
движения, м (рис. 1.1)
n = 2 - количество полос движения.
Ширина полосы движения:
bп = а + 2 х =2,75 + 2
0.4 = 3,55 м.,
где а = 2,75 - ширина кузова автомобиля,
м;
х - расстояние от кузова до обочины или
смежной полосы движения, м;
Величина х устанавливается по эмпирической
зависимости:
х
= 0.004 v = 0.004 100 = 0,4 м
Ширина земляного полотна:
В = b + 2 t = 7,1 + 2
2,5 = 12,1 м.,
где t = 2,5 м - ширина обочины, принимаемая по СНиП(табл.4).
Рис. 1.1. Определение ширины полосы
движения
3.3 Определение наименьших радиусов кривых в плане
Проезжая часть автомобильной дороги на
кривой в плане может иметь либо двухскатный поперечный профиль, либо
односкатный, называющийся виражом. Наименьший радиус кривой в плане, при
котором применяется двухскатный профиль при данной расчетной скорости движения
находится по формуле:
где n = 0,1
-коэффициент сцепления колеса с дорогой в поперечном направлении;
in = 20 ‰ - поперечный уклон проезжей части.
При назначении радиусов поворота, меньших
RH , необходимо предусматривать устройство виража. При значительном
уменьшении радиуса поворота центробежная сила возрастает настолько, что вираж
уже не обеспечивает устойчивости автомобиля против бокового скольжения. Это
наименьшее значение радиуса поворота автомобильной дороги с виражом вычисляется
по формуле:
,
где iB = 40 ‰ - уклон виража
(СНиП, п.3.18).
,
где i пр = 0.02 -дополнительный
продольный уклон отгона виража (СНиП, п.3.29).
Рис. 1.2. Схема отгона виража
3.4 Видимость пути
Для обеспечения безопасности движения с
расчетной скоростью водитель должен видеть дорогу на определенном расстоянии,
называемом расстоянием видимости поверхности дороги (рис. 1.3), которое равно:
SВД = l1+ST+l0
= 27,8 + 106 + 10 = 143,8 м,
где l1=v/3,6 - путь, проходимый автомобилем за время реакции
водителя, равное 1сек;
Sт - длина
тормозного пути:
lо - запас расстояния (5-10м)
Рис. 1.3. Схема видимости поверхности
дороги
3.5 Определение наименьших радиусов вертикальных кривых.
Наименьший радиус выпуклой кривой
устанавливается из условий видимости дороги:
,
где d=1,2 м - высота луча зрения водителя
над поверхностью дороги.
Наименьший радиус вогнутой кривой
определяется из условия ограничения величины центробежной силы:
3.6 Определение уширения проезжей части на
кривых
Величина уширения устанавливается для
принятых в проекте радиусов поворота (рис. 1.4). При движении по кривой ширина
проезжей части, занимаемой автомобилем, увеличивается (рис. 1.5). Она находится
по формуле:
,
где L = 12 - расстояние между задней осью
и передним буфером автомобиля;
К = 563 - радиус кривой.
Учет зависящих от скорости движения
отклонений автомобиля от средней траектории производится по эмпирической
формуле:
Полная величина уширения:
eП = 2 (е+ еV)
= 2 (0,128 + 0,21) = 0,676 м
Рис. 1.4. Схема поворота автомобиля
Рис. 1. 5. Отвод уширения проезжей части
3.7 Определение максимального продольного уклона дороги
Максимальный продольный уклон
устанавливается по условиям сцепления ведущих колес автомобиля с покрытием при
трогании с места.
По условиям сцепления при трогании с
места:
imax = -f – j = 0,5 – 0,02 – 0,24 =
0,24
где - коэффициент сцепного веса -
отношение веса, приходящегося на ведущие оси ко всему весу
автомобиля;
j-коэффициент сопротивления инерции:
где а = 0,5-ускорение;
g = 9,8- ускорение силы тяжести;
- коэффициент, учитывающий инерцию
вращающихся частей автомобиля;
= 1 + 0,06 K2 = 1 + 0,06 7,822 = 4,67
где К = 7,82-передаточное число в
коробке скоростей.
II Гидравлические расчеты водопропускных сооружений
1. Гидравлический расчет трубы
Гидравлический расчет трубы включает в
себя определение:
-диаметра трубы и типа укрепления русла;
-высоты подпора воды и высоты насыпи над
трубой;
-длины трубы,
Расчет безнапорных труб производится по
табл. П-15 [2], которая составлена из условия, что трубы имеют уклоны, не менее
критического iкр. Практически трубы укладываются по уклону
местности. Так как он меньше критического более чем в два раза, то подпор,
полученный по таблице, увеличивается на величину:
l ∙ (iкр - iо)
= 19,4 (0,007-0) = 0,14 м,
где l = 19,4 -длина трубы, м;
iо = 0-уклон трубы;
iкр = 0,007-критический уклон.
Так как тип оголовка I и Qр =
1,9 м3/с, то принимаем d = 1,25 м, Н = 1,26 м, v = 2,5 м/с, с учетом
1 (iкр-iо),
Н = 1,40 м.
По скорости протекания воды (табл. П-16)
[2] назначается тип укрепления русла -каменная наброска из булыжника или рваного
камня.
Определяем высоту насыпи над трубой Ннас.
Бровка земляного полотна на подходе к трубе возвышаться на 0,5 м над
расчетным горизонтом с учетом подпора. Высота насыпи должна обеспечивать
размещение над трубой дорожной одежды; в итоге получаем:
Ннаc= d +0,5 + hдорожной
одежды = 1,25 + 0,5 +
0,68 = 2,43 м
Длина трубы определяется по выражению:
l = В + 2m Ннас = 12,1 + 2 1,5
2,43 = 19,4 м,
где m = 1,5-коэффициент крутизны откоса
насыпи
Из таблицы П-17 [2] находим:
- толщину звена = 0,12 м;
- длину оголовка = 2,26 м.
2. Расчет отверстия малого моста
2.1 Определение бытовой глубины
Бытовую глубину устанавливают подбором
положения горизонта высоких вод. Для этого задаются каким-либо значением
бытовой глубины hб = 1,05 м, определяют площадь живого сечения ,
смоченный периметр р и гидравлический радиус R:
,
где i1 = 0,1;
Далее по формуле Шези вычисляем бытовую
скорость:
где ip = 0,007-уклон русла.
где n = 0,04 - русловой коэффициент,
устанавливаемый по табл.;
у = 0,25 - показатель степени.
Зная площадь сечения и скорость в бытовых
условиях, находят расход:
Q = ω∙vб = 14,7∙1,3
= 19,11 м3/сек
Полученный расход Q сравнивают с расчетным
Qр. При отличии Q от Qр, менее 10 % принимаем назначенную
бытовую глубину и скорость за действительные:
(Q-Qp)/Qp∙100%
= 0,6%
Рис. 2. 1. Живое сечение мостового
перехода
2.2 Установление схемы протекания воды под мостом
Для установления схемы протекания воды под
мостом (рис. 2.2) необходимо знать критическую глубину потока:
где
vдоп = 3,4-скорость потока, при которой не размывается грунт или
укрепление русла-каменная
наброска из булыжного камня;
g = 9,8-ускорение силы тяжести.
Так как hб = 1,05<1,3∙hк
= 1,53 то истечение свободное и водослив незатопленный (рис.2.2.).
Рис. 2.2. Схема протекания воды в русле
(незатопленный водослив)
2.3 Определение величины отверстия моста
При свободном истечении отверстие моста на
уровне свободной поверхности определяют по формуле:
,
где = 0,9-коэффициент сжатия
потока, зависящий от формы устоев.
Полученную величину округляем до типового
размера Bтип = 6 м.
2.4 Уточнение расчетных данных
Определим фактическую скорость под мостом:
Определим глубину потока под мостом:
Глубина потока перед сооружением:
где = 0,9 - коэффициент скорости,
зависящий от формы опор.
2.5 Определение высоты и длины моста (рис. 2.3)
Наименьшая высота моста находится по
выражению:
Нм = Н + Z + К = 1,74 + 0,75+ 0,96 = 3,45 м,
где Z = 0,75- наименьшее возвышение низа
пролетного строения над ГВВ;
К = 0,96- конструктивная высота моста;
Длину моста находим по формуле:
LМ = B + 2 ∙ m ∙ HM +∑d +2p + 2q = 6 + 2 ∙ 1,5 ∙ 3,45 + 2 ∙ 0,1 + 2 ∙ 0,3
= 17,15 м,
где В = 6- отверстие моста;
m = 1,5- коэффициент крутизны откоса
насыпи;
Нм = 3,45- высота моста;
d = 0- ширина промежуточной опоры;
р = 0,1- расстояние от передней грани
устоя до основания насыпи;
q = 0,3- расстояние от задней грани устоя
до вершины откоса насыпи.
Рис. 2.3. Схема малого моста при устоях с
обратными стенками
III Проектирование продольного профиля
земляного полотна, водоотвода
1 Проектирование продольного профиля.
Продольный профиль содержит линию
поверхности земли (черный профиль), рельеф местности по оси дороги, грунтовый и
гидро-грунтовый разрез и проектную линию (красный профиль). В целом продольный
профиль характеризует геологические условия и высотное положение бровки
земляного полотна.
Высотное положение бровки относительно
линии поверхности земли, оцениваемое рабочими отметками, в решающей мере
определяет эксплуатационные, прочностные и экономические показатели дороги, а
также ее долговечность.
Для получения оптимальных результатов при
проектировании продольного профиля должны быть обеспечены:
-необходимые условия для движения
автомобилей и экономически эффективной работы
автотранспорта;
-плавность и безопасность движения
автомобилей, достигающих расчетной скорости;
-устойчивость, надежность и долговечность
дороги;
-бесперебойное функционирование дороги;
-экономичность строительства дороги.
Необходимые эксплуатационные условия
обеспечиваются путем прокладывания проектной линии с пологими продольными
уклонами.
СНиП П-Д.5-72 рекомендует применять уклоны
до 30%. При экономической нецелесообразности выполнения этой рекомендации из-за
рельефа местности, допускается применять продольные уклоны, не превышающие
следующих максимальных значений: при категории дороги III-50‰.
Плавность движения автомобилей достигается
вписыванием в переломы проектной линии круговых вертикальных кривых, а
безопасность - назначением таких радиусов вертикальных кривых, которые
обеспечивают расчетные расстояния видимости (на выпуклых переломах) и
ограничивают центробежную силу в пределах 5% от веса автомобиля (на вогнутых
переломах).
Вертикальные кривые необходимо вписывать в
переломы, где алгебраическая разность смежных уклонов i равна или превышает на дорогах III категории 10‰. Подъемы считаются
положительными уклонами, спуски отрицательными. Величина i на переломах попутных уклонов (два
подъема или спуска) определяется как разность сопрягаемых уклонов, а на
переломах встречных уклонов (спуск и подъем, подъем и спуск)- как их сумма.
Наименьшие значения параметров продольного
профиля, при которых еще обеспечиваются плавность и безопасность движения
автомобилей, приведены в таблице 10 СНиП. В проектах следует стремиться к
применению возможно больших значений параметров - это повышает удобство и
безопасность движения.
2 Требования к проектированию кюветов
На вертикальных кривых кюветы повторяют
реальное круговое очертание бровки земляного полотна. Проектирование кюветов
производится в такой последовательности:
1. по величинам рабочих отметок устанавливаются места, где
необходимо устройство кюветов.
2. задается уклон дна кювета и тип укрепления;
3. на чертеж вчерне наносится линия дна кювета;
треугольник или трапецию, а так же составить
и решить соответствующую пропорцию);
5. указываются проектные отметки дна кювета на всех его переломах, на
пикетах и в местах выхода на поверхность;
б. записываются проектные уклоны кюветов;
7. указываются расстояния между переломами и производится привязка к
пикетажу точек начала и конца кювета, а также точек с нулевыми отметками;
8. выполняется проверка вычислений (отметки дна кюветов в местах
выхода на поверхность должны соответствовать отметкам земли; разность между
проектными отметками бровки земляного полотна и проектными отметками дна кювета
должна быть равной принятой глубине кювета; кроме того, в соответствии должны
находиться указанные расстояния, уклоны и отметки);
9. производится окончательное оформление
чертежа и соответствующих граф. Проектные данные, относящиеся к кюветам,
проставляются красной тушью.
IV Конструкция дорожной одежды
Дорожная одежда является наиболее
ответственным элементом, поэтому от правильного ее проектирования зависят как
прочность и долговечность, так и общая стоимость дороги. Нежесткими называются
одежды, слои которых либо не обладают сопротивлением изгибу, либо обладают им в
малой степени.
При конструировании нежесткой одежды
необходимо:
-учесть назначение дороги, ее категорию,
состав и интенсивность движения, удельное давление на
покрытие и размер отпечатков пневматиков
автомобилей, климатические и грунтово-
гидрогеологические условия строительства,
наличие дорожно-строительных материалов и их
расчетные параметры;
-определить рекомендуемый тип покрытия;
-установить материал основания, а также
необходимость введения в конструкцию морозозащитных
и дренирующих слоев;
-принять минимальную толщину
конструктивных слоев по технологическим требованиям.
Проектирование нежестких одежд состоит:
1. В выборе материалов конструктивных слоев,
2. Назначении числа этих слоев,
3. Размещении их в конструкции,
4. Определение толщины каждого слоя на основе прочностных расчетов,
5. Расчетов на морозоустойчивость.
Из табл. 25 СНиП выбираем
усовершенствованное капитальное из смесей асфальтобетона покрытие, укладываемое
в теплом или холодном состоянии. Из методических указаний рис.24 выбираем
асфальтобетонное покрытие на щебеночном основании (рис .4.1).
Рис 4.1. Схема дорожной одежды
1-Мелкозернистый асфальтобетон. 2-Крупнозернистый асфальтобетон.
3-Слой щебня, обработанного битумом. 4-Щебеночный слой. 5-Морозозащитный
песчаный слой.
Железные дороги
I. Проектирование плана пути железной
дороги на перегонах
Основными целями при проектировании плана
железной дороги являются обеспечение безопасности и высокой скорости движения
поездов при минимальной стоимости строительных работ. Эти факторы определяют
стоимость перевозок. Прямолинейное очертание пути в плане является наиболее
рациональным с точки зрения безопасности и скорости, но значительно увеличивает
стоимость работ. Исходя из этого, оптимальным является сочетание прямолинейных
и криволинейных участков. Криволинейные участки выполняют в виде круговых
кривых.
При переходе поезда с прямолинейного
участка на круговую кривую возникает центробежная сила, действующая на вагоны
поезда и на локомотив, которая смещает равнодействующую сил, действующую на
вагон к наружному рельсу. Для избежания этого наружный рельс на закруглении
должен быть выше внутреннего на величину:
,
где l = 1,52 м-ширина колеи;
v = 11,11 м/с - средневзвешенная скорость движения поездов
различных категорий;
R = 2000 м-радиус кривой в плане (табл.2)
[З].
Поскольку невозможно сразу в начале
круговой кривой повысить рельс на высоту h, это возвышение делается постепенно
вдоль переходной кривой. С ее помощью осуществляется сопряжение прямолинейного
участка с криволинейным (рис1.1). Радиус переходной кривой меняется от R =
до R = Rкр. Переходную кривую разбивают по кубической параболе:
где q = const ≥ 10000
Уклон отвода возвышения определяем по
формуле:
где vМАХ = 40
км/час- максимальная скорость движения поездов.
Длина проекций переходных кривых равна:
,
где i = 2,5-уклон отвода возвышения в
промилях.
x
Рис 1.1. Эпюра отвода возвышения
x
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
y
|
0,02
|
0,13
|
0,45
|
1,06
|
2,08
|
II.
Расчет числа путей в районном парке и количества парков
Расчет количества вагонов ведется для
каждого рода грузов отдельно, исходя из характеристик выбранных типов
специализированных вагонов для перевозки того или иного типа грузов.
Среднесуточное количество вагонов, находящихся одновременно в порту и на
железнодорожной станции, находится по формуле:
Здесь: - среднесуточное количество порожних вагонов,
подаваемых для приёма грузов с водного транспорта.
где = 680000 – годовой объём прибытия груза по морю,
т;
β = 0,75 – коэффициент, учитывающий
долю грузооборота, связанного с железной дорогой;
q = 27 – средняя загрузка двухосного условного вагона;
IН = 365 –
навигационный период данного порта, в днях;
К0 = 1 – коэффициент сдвоенных
операций.
- среднесуточное количество вагонов, подаваемых
под выгрузку определённого типа груза:
где = 680000 – годовой объём выгрузки по каждому
роду груза, т;
IB = 365 – период поступления грузов в порт
по железной дороге;
α = 1 – среднесуточный коэффициент
неравномерности железнодорожных перевозок в максимальный месяц работы по
каждому роду груза.
- среднесуточное оптимальное количество
вагонов, которое допустимо задержать на определённый срок в ожидании
последующей обработки по прямому варианту:
= - 245 ∙ Г2 + 806 ∙ Г =
-245 ∙ 0,682 + 806 ∙ 0,68 = 435
Количество районных парков определяется по
формуле:
P = - 0,005 ∙ Г3 + 0,007 ∙ Г2 +
0,116 ∙ Г = - 0,005 ∙ 0,683 + 0,007 ∙ 0,682
+ 0,116 ∙ 0,68 = 0,08
Примем Р = 1.
Число путей в районном парке находим по
зависимости:
где = 0,85 ч – технологическое время обработки в
районном парке передачи по приёму из сортировочной станции;
= 2 ч – технологическое время обработки в
районном парке передачи по отправлению на сортировочную станцию с учётом
времени маневровой работы по сбору вагонов с причалов и выставке в районный
парк;
mход = 1 –
количество ходовых путей в районном парке;
ni = 9 – количество передач в i-ый районный парк в сутки;
- количество сортировочных путей в районном
парке:
,
где Кпр = 3- количество
причалов в порту;
Г = 1- количество причалов, обслуживаемых
одноразовой подачей.
Полезная длина сортировочных путей на
предпортовой станции и приемоотправочных путей в районном парке находится по
формуле:
,
где lB = 8 - длина условного
вагона;
lЛОК = 7, 5 - длина локомотива;
lНЕТ = 10 - запас на неточность установки;
Количество приемоотправочных путей
определяется по формуле:
,
где n1 = 10, n0 =
10- количество принимаемых и отправляемых передач;
ξ = 0,5 - коэффициент использования пути;
t1, t2 - время,
которое занимает один прибывающий или отправленный поезд:
t1 = tп + tс=
10 + 50 = 60 мин,
где tп=10 мин - время,
затрачиваемое на прием поезда;
tс = 50 мин - простой поезда на
приемоотправочном пути от момента прибытия до взятия на сортировку.
t2 = t0 + tс '=
10 + 50 = 60 мин
где t0 = 0 мин - время,
затрачиваемое на отправление поезда;
tс'=50 мин - время стоянки
состава приемоотправочных путях до момента отправления.
Список литературы
1. Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги. СНиП
П-Д.5-72, Москва 1979 г.
2. Автомобильные дороги. Методические указания для курсового
проектирования. Издание Санкт-Петербургского технического университета.
3. Железнодорожные пути портов. Методические указания для курсового
и дипломного проектирования. Ленинград, 1978 г.