Технико-экономические предпосылки выбора оптимального отверстия моста

Из предыдущего следует, что задача определения отверстия моста не имеет однозначного решения. С увеличением принимаемого в расчет коэффициента размыва уменьшается потребное отверстие моста. В связи с этим необходимо рассмотреть, как влияет коэффициент размыва, а, следовательно, величина отверстия моста на стоимость строительства и расходы по эксплуатации сооружений мостового перехода.

С увеличением коэффициента размыва уменьшается суммарная длина и сто­имость пролетных строений моста (рисунок 3.1). Одновременно сокращается число опор, но увеличивается глубина заложения фундаментов, а нередко требуются более сложные и дорогие типы фундаментов. Поэтому суммарная стоимость опор моста при увеличении коэффициента размыва снижается в меньшей мере, нежели стоимость пролетных строений, а в отдельных случаях зависимость стоимости опор от величины коэффициента размыва может иметь экстремальный характер (см. рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Зависимость стоимости сооружений мостового перехода К от коэффициента размыва Р

Стоимость подходных насыпей к мосту возрастает с увеличением коэффициента размыва за счет их удлинения вследствие сокращения отверстия моста и за счет увеличения высоты насыпей, связанного с увеличением подпора. Кроме того, при меньшем отверстии моста возрастают скорости течения воды до размыва, поэтому требуются более мощные типы укрепления откосов насыпей. Аналогично при больших коэффициентах размыва больше стоимость регуляционных сооружений за счет увеличения их длины и высоты, а также более мощных укреплений откосов (см. рис. 3.1).

В соответствии с зависимостью стоимости отдельных сооружений мостового перехода от коэффициента размыва суммарная стоимость перехода оказывается минимальной при некотором значении коэффициента размыва, которое следует считать оптимальным по критерию минимума строительных затрат.

Расходы по эксплуатации мостового перехода тоже зависят от величины коэффициента размыва, т. е. от отверстия моста. Чем меньше отверстие и больше размыв, тем меньше расходы по содержанию пролетных строений (осмотр, окраска и пр.), но больше расходы по ремонту укреплений откосов земляных сооружений. При сравнении и оценке проектных вариантов средних и больших мостов ежегодные эксплуатационные расходы по содержанию различных конструкций мостовых сооружений принимаются обычно в долях процента от первоначальной стоимости сооружения. Поэтому можно считать, что величина отверстия моста, соответствующая минимуму приведенных строительно-эксплуатационных  расходов, близка к оптимальному отверстию, найденному по критерию минимума строительных затрат.

Следовательно, задача заключается в определении такого отверстия моста, которое соответствует наименьшей стоимости мостового перехода. Эта задача может быть решена путем разработки нескольких вариантов перехода (не менее трех) при различных величинах отверстия моста, определения стоимости каждого из них и построения зависимости, подобной указанной на рис. 3.1, которая позволит найти отверстие (или величину коэффициента размыва, что адэкватно), соответствующее минимуму строительных затрат.

При решении рассматриваемой задачи следует исходить из того, что коэффициент размыва не может превышать наибольшей допускаемой величины, установленной нормами проектирования. Значения Р_доп установлены исходя из требований обеспечения нормальных условий эксплуатации мостового перехода и даны в зависимости от удельного расхода q на 1 м длины отверстия моста L_max, рассчитанного без учета размыва и срезки русла под мостом (т. е. при Р = 1). Чем больше величина удельного расхода, тем меньше допускаемое значение коэффициента размыва:

q, м³/с·м      до  2        3    5       10        15          20 и более

                        Р_доп         2,20  2,10     1,70    1,40     1,30         1,25

Таким образом, пределы варьирования отверстием моста могут быть от L_max при Р = 1 до L_min при Р = Р_доп. Рассмотренная выше расчетная схема обеспечивала достаточно простой путь определения отверстия моста, соответствующего любому значению коэффициента размыва в указанных пределах.

Для определения на данном мостовом переходе величины Р_доп можно по формуле (2.1) найти потребную площадь живого сечения под мостом до размыва при Р = 1. Этой величине со_{д р} будет соответствовать максимальное отверстие моста L_max. Определив L_max, находим удельный расход

q=Q_p%/L_max

и по величине q в соответствии с нормами проектирования устанавливаем наибольший допускаемый коэффициент размыва Р_доп.

Задача определения величины отверстия моста по известному значению площади ω_д.р. достаточно просто решается таким подбором положения крайних опор моста, чтобы площадь подмостового сечения была равна ω_д.р.. Это удобно делать графическим способом путем построения графика накопления площади живого сечения под мостом.

График накопления площади живого сечения под мостом совмещается с живым сечением реки на переходе (рис. 3.2). По оси абсцисс графика откладываются расстояния l в том же масштабе, что и горизонтальный масштаб живого сечения реки, а по оси ординат — накапливающаяся площадь живого сечения  ω в масштабе, обеспечивающем угол наклона линии ω( l ) к горизонту в среднем не менее 30—40°.

Рисунок 3.2 – Определение отверстия моста по графику накопления площади живого сечения под мостом

Начало координат графика ω(l) располагается за пределами возможного расположения береговой опоры моста. От начала координат живое сечение разбивается на отдельные участки, площади которых ω₁ и т. д. откладываются по оси ординат графика ω(l) нарастающим итогом (см. рис. 3.2). Таким образом, ордината графика ω(l) в каждой точке представляет площадь живого сечения реки от начала координат до данной точки.

После построения графика накопления площади живого сечения намечается положение одной из береговых опор (например, опоры А на рис. 3.2). От точки а на кривой ω(l), соответствующей положению опоры А, откладывается ордината, равная потребной площади живого сечения под мостом ω_{д р}. Таким образом, устанавливается точка б на кривой ω(l), которая определяет положение второй береговой опоры моста (опора Б на рис. 3.2). Расстояние по оси абсцисс между опорами А и Б определяет отверстие моста L.

Если полученное таким образом положение второй береговой опоры недостаточно благоприятно, то делается вторая попытка с учетом целесообразного смещения отверстия моста в ту или иную сторону. При этом, как правило, изменится отверстие моста. Минимальное отверстие моста получится при таком положении крайних опор, при котором средний наклон линии ω(l) между береговыми опорами будет наибольшим. К этому следует стремиться во всех случаях, когда выбор положения опор моста не зависит от иных, например, геологических условий.

После выбора типа моста и. разбивки общего отверстия на пролеты необходимо некоторое смещение крайних опор для возможности использования типовых пролетных строений и для учета стеснения живого сечения промежуточными опорами.

При определении отверстия моста следует учитывать возможность уменьшения величины отверстия за счет срезки грунта под мостом (рис. 3.3). Срезка грунта предназначена также обеспечить более равномерное распределение расхода воды в подмостовом сечении путем увеличения доли расхода в пойменной части. Срезка обычно экономически оправдывается, так как позволяет не только уменьшить отверстие, но и использовать срезаемый грунт для возведения насыпей подходов и струенаправляющих дамб.

Рисунок 3.3 - Схема горизонтальной двусторонней срезки грунта под мостом

Срезка может производиться на одном или на обоих берегах реки. Отметка уровня срезки Н_с назначается не менее чем на 25 см выше отметки среднего уровня межени Н_умв для беспрепятственного производства работ по срезке. Для того чтобы срезка не заносилась, ее продолжают в верховую и низовую сторону от оси перехода.

При горизонтальной двусторонней срезке русла (см. рис. 3.3) отверстие моста можно определить аналитически. Согласно рис. 3.3, площадь живого сечения под мостом до размыва ω_д.р., м², выражается следующим образом:

ω _{д р}.= L(Н_увв(р%) — Н_с) + ω_с,

где L — искомое отверстие моста с учетом срезки, м;

 Н_увв(р%) — отметка расчетного уровня, м;

ω_с — площадь живого сечения, м², ниже уровня срезки Н_с.

Из данного уравнения по величине потребной площади живого сечения под мостом до размыва ω_д.р. находят величину отверстия моста при срезке:

L = (ω _{д. р/-} ω _c)/( Н_увв(р%)- Н_c)

Если срезка составляет значительную часть площади живого сечения под мостом, то на ней могут откладываться наносы. Поэтому площадь срезки ограничивается, как правило, в размере 25% площади живого сечения под мостом после размыва.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: