Скачать .docx |
Курсовая работа: 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 | 10000 | ||
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).
При устройстве виража длина отгона L определяется по выражению:
,
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;
i2 = 0,06 - уклоны (рис 2.1)
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;
4. аналитически определяется расстояние от ближайшего пикета до точек с нулевыми рабочими отметками и до точек пересечения дна кювета с черным профилем (для этого необходимо рассмотреть получившуюся на чертеже геометрическую фигуру:
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 |
I I . 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.