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

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;

К_пр = 0.6 - коэффициент использования пробега автомобиля;

К_гр = 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;

N_ч - часовая интенсивность движения, авт./час;

N_п - пропускная способность полосы движения, авт./час.

С учетом неравномерности движения в течение суток:

N_ч=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 = b_п n = 3,55  2 = 7,1 м.,

где b_п - ширина полосы движения, м (рис. 1.1)

n = 2 - количество полос движения.

Ширина полосы движения:

b_п = 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;

i_n = 20 ‰ - поперечный уклон проезжей части.

При назначении радиусов поворота, меньших R_H , 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 i_B = 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:

S_ВД= l₁+S_T+l₀ = 27,8 + 106 + 10 = 143,8 м,

где l₁=v/3,6 - путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, равное 1сек;

S_т - 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:

e_П = 2  (е+ е_V) = 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:

i_max =  -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 i_кр. 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 ∙ (i_кр - i_о) = 19,4  (0,007-0) = 0,14 м,

где l = 19,4 -длина трубы, м;

i_о = 0-уклон трубы;

i_кр = 0,007-критический уклон.

Так как тип оголовка I и Q_р = 1,9 м³/с, то принимаем d = 1,25 м, Н = 1,26 м, v = 2,5 м/с, с учетом

1  (i_кр-i_о), 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 Н_нас. 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:

Н_наc= d +0,5 + h_{дорожной одежды} = 1,25 + 0,5 + 0,68 = 2,43 м

Длина трубы определяется по выражению:

l = В + 2m  Н_нас = 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 h_б = 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 i_p = 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∙v_б = 14,7∙1,3 = 19,11 м³/сек

Полученный расход Q сравнивают с расчетным Q_р. При отличии Q от Q_р, менее 10 % принимаем назначенную бытовую глубину и скорость за действительные:

(Q-Q_p)/Q_p∙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 v_доп = 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 h_б = 1,05<1,3∙h_к = 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 B_тип = 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:

Н_м = 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:

L_М = B + 2 ∙ m ∙ H_M +∑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;

Н_м = 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 _iравна 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 = R_кр. Переходную кривую разбивают по кубической параболе:

где q = const ≥ 10000

Уклон отвода возвышения определяем по формуле:

где v_МАХ = 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

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;

I_Н = 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;

I_B = 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;

m_ход = 1 – количество ходовых путей в районном парке;

n_i = 9 – количество передач в i-ый районный парк в сутки;

- количество сортировочных путей в районном парке:

,

где К_пр = 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 l_B = 8 - длина условного вагона;

l_ЛОК = 7, 5 - длина локомотива;

l_НЕТ = 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 = t_п + t_с= 10 + 50 = 60 мин,

где t_п=10 мин - время, затрачиваемое на прием поезда;

t_с = 50 мин - простой поезда на приемоотправочном пути от момента прибытия до взятия на сортировку.

t₂ = t₀ + t_с '= 10 + 50 = 60 мин

где t₀ = 0 мин - время, затрачиваемое на отправление поезда;

t_с'=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.