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

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;

j = 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 j 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 = g×j -f – j = 0,5 – 0,02 – 0,24 = 0,24

где g- 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;

x- коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей автомобиля;

z = 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 w, 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 e = 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 j = 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 Di равна или превышает на дорогах III категории 10‰. Подъемы считаются положительными уклонами, спуски отрицательными. Величина Di 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

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.