Расчет по упругому прогибу.
ВВЕДЕНИЕ
САПР (система автоматизированного проектирования) – это совокупность правил, определяющих действия инженера при решении проектной задачи в строго определенной последовательности с минимальными затратами при комплексном использовании всех составляющих САПР.
Цель данного проекта – при помощи программного комплекса «Топоматик Robur – Автомобильные дороги», в соответствии с заданием на курсовой проект (Приложение А), спроектировать автомобильную дорогу.
Для реализации поставленной цели в проекте необходимо:
- построить цифровую модель местности;
- получить план автомобильной дороги;
- получить продольный и поперечный профиль и верх земляного полотна;
- спроектировать выравнивание заданного участка;
- сделать оценку проектных решений, рассчитать коэффициенты снижения пропускной способности;
- произвести расчет дорожной одежды.
Объектом настоящего исследования является заданный участок модели местности, предметом – проектирование на заданном участке модели местности автомобильной дороги.
Теоретической основой данного проекта послужили труды отечественных и зарубежных учёных В.Н. Ганьшина, Л.С. Хренова, В.В. Ушакова, П.И. Поспелова, В.П. Залуги и др., а также ряд нормативных документов.
Данный проект позволит определить объемы основных работ, произвести расчет коэффициентов снижения пропускной способности, а также подобрать конструкцию дорожной одежды для автомобильной дороги.
|
|
|
1 ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ
1.1 Теоретическая основа моделирования поверхностей
Поверхность – математическое представление местности в виде связанных треугольников.
Фактические и проектные данные в Топоматик Robur представлены в виде поверхностей. Поверхность представляет собой совокупность треугольников, имеющих общие ребра. Каждый треугольник образует плоскость, построенную по трем соседним точкам.
Поверхности в Топоматик Robur используются для создания профилей и подсчета объемов.
В Топоматик Robur имеется обширный набор функций для работы с поверхностями:
- импорт материалов изысканий;
- редактирование съемочных точек;
- автоматизированное построение структурных линий;
- построение поверхности (триангуляция по критерию Делоне);
- редактирование ребер поверхности.
Поверхности могут создаваться как встроенными средствами Топоматик Robur, так и импортироваться из специализированных пакетов обработки материалов изысканий (например Credo, Softdesk Civil/Survey, Gip, Inroads и др.).
Исходные данные могут быть получены с цифровых геодезических приборов, оцифровкой растров или импортом из других программ.
|
|
|
Топоматик Robur позволяет создавать неограниченное количество поверхностей. В программе есть возможность автоматического подсчета объемов между поверхностями. Поверхности могут быть как проектные, так и слои конструктивных элементов или геологии.
При визуализации поверхностей возможно отображение структурных линий и ситуации.
Заливка может быть выполнена по кодам, градиентом и спектром.
Трехмерная модель может отображаться в виде твердого тела и линий.
1.2 Импорт рельефных точек, нахождение ситуационных точек и расстановка условных знаков
В программе Топоматик Robur создаем новый проект, в который импортируем заданные рельефные точки (рисунок 1.1) при помощи элемента меню (Проект – Импортировать – Поверхность…).
Рисунок 1.1 – Импортированные рельефные точки
Перед дальнейшей работой осуществим анализ рельефных точек на наличие ошибок, таких как дублирование, для этого при помощи элемента меню (Поверхность – Точки – Тестировать) протестируем данные точки, результаты тестирования приведены на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Результаты тестирования рельефных точек
(дублирующиеся точки помечены стрелками)
При помощи элемента меню (Поверхность – Точки – Корректировать) удалим дублирующиеся точки. В результате проделанной операции были удалены следующие точки:
|
|
|
- 66, 68, 69 (оставлена точка 46);
- 274 (оставлена точка 123);
- 233 (оставлена точка 194);
- 277 с отметкой 292.000 (оставлена точка 277 с отметкой 290.000);
- 276 с отметкой 292.000 (оставлена точка 276 с отметкой 290.000).
Ситуационными точками будут являться рельефные точки, помеченные условными знаками. Перечень условных знаков и точек приведен в задании на курсовой проект (Приложение А).
Найдем необходимые условные знаки при помощи элемента меню (Вид – Условные знаки), после чего найдем заданные точки при помощи элемента меню (Поверхность – Точки – Поиск точек по номеру…) и пометим их соответствующими условными знаками. Результаты проделанной работы представлены на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Расположение условных знаков:
1 – земли заболоченные; 2 – ЛЭП высокого напряжения; 3 – вода с осокой; 4 – курган; 5 – яма; 6 – мельницы ветряные (каменные); 7 – фонтан; 8 – леса саженые высокоствольные; 9 – леса естественные высокоствольные; 10 – ограды каменные и железобетонные высотой 1 м и более; 11 – кабельная воздушная ЛЭП; 12 – кустарники отдельные группы; 13 – паромы с механическими двигателями; 14 – растительность травяная, луговая
|
|
|
1.3 Построение поверхностей в горизонталях участка проектируемой автомобильной дороги
В программе Топоматик Robur поверхности можно построить при помощи элемента меню 3-мя способами:
1) Поверхность – Построить…;
2) Поверхность – Построить по структурным линиям;
3) Поверхность – Построить внутри контура.
Построим поверхность в горизонталях участка проектируемой автомобильной дороги первым способом, задав при этом максимальную длину ребра 500 м, результат построения приведен на рисунке 1.4, а (для большей наглядности при помощи элемента меню (Вид – Управляющие элементы…) отключен слой Ситуация (показывающий условные знаки) и установлен шаг горизонталей – 1 м). Далее на построенной поверхности отрисуем горизонтали при помощи элемента меню (Ситуация – Планшет – Отрисовать элементы поверхности…) отметив во всплывающем окне «Рисовать элементы поверхности» пункт «горизонтали», установив: размер текста – 1,5 мм; поворот текста – по листу; шаг основных горизонталей – 0,5 м; шаг утолщенных горизонталей – 1 м; фактор сглаживания – «3 – Большой», результат построения приведен на рисунке 1.4, б (для большей наглядности отключен слой Поверхность и включен слой Ситуация).
| 
|
| а | б |
Рисунок 1.4 - Результат построения поверхности
1.4 Выводы по разделу
Таким образом, в процессе выполнения первого раздела были импортированы рельефные точки, расставлены условные знаки и построена поверхность в горизонталях участка проектируемой автомобильной дороги.
2 ПОСТРОЕНИЕ ПЛАНА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
2.1 Теоретические основы трассирования
При выборе направления трассы следует в зависимости от рельефа и ситуации наметить 2-3 варианта целесообразного проложения трассы в полосе местности между начальными и конечными пунктами проектируемой дороги.
Неспокойный рельеф местности, населенные пункты, пересечения дорог, болот, водотоков, железных и автомобильных дорог и прочие препятствия вызывают отклонение трассы от кратчайшего направления (по воздушной линии). При этом следует назначить по возможности большие радиусы кривых, учитывая требования удобства движения и возможности перевода дороги в дальнейшем в более высокую категорию. Радиусы менее Rmin применять не допускается, при вписывании радиуса, требующего устройства переходных кривых, следует предусмотреть возможность их размещения. Наименьшие длины переходных кривых принимаются согласно таблице 5.5 [1].
Дорога должна органически вписываться в ландшафт. Углы поворота в плане следует совмещать с основными переломами элементов рельефа (водоразделами, пересечением водотоков). Трасса должна огибать отдельно стоящие возвышенности, а не пересекать их.
Направление дороги должно быть ясно видно на расстоянии, значительно превышающем нормативное расстояние видимости. Элементы дороги (в плане и профиле) следует проектировать таким образом, чтобы отсутствовали оптические искажения вида отдельных участков в перспективе.
Следует избегать резких переходов от кривых большого радиуса в плане к кривым малого радиуса. Радиусы сопрягающихся кривых или расположенных неподалеку друг от друга не должны отличаться более чем в 1,3 – 2 раза.
Повороты дороги с углами порядка (1 – 5 °) должны смягчаться вписыванием кривых больших радиусов (3000 – 5000 м) или непосредственно сопрягающихся переходных кривых.
Не следует допускать между кривыми, направленными в одну сторону, прямых вставок короче 300 – 450 м, а между обратными кривыми – короче 200 м.
Целесообразно вместо устройства коротких прямых вставок увеличивать радиусы кривых, чтобы они непосредственно сопрягались друг с другом, или вводить сопрягающиеся клотоидные кривые.
В соответствии с требованиями [1] малые и средние мосты и трубы допускается располагать при любых сочетаниях элементов плана и продольного профиля, в том числе криволинейных. Не следует ради удобства пересечения небольших оврагов, ложбин и небольших рек на прямых участках дополнительно искривлять и удлинять трассу.
Пересечения автомобильных дорог с существующими железными и автомобильными дорогами следует по возможности располагать на свободных площадках и прямых участках пересекающихся дорог. Острый угол между пересекающимися дорогами в одном уровне не должен быть менее 60°.
Дороги I – III категорий следует, как правило, прокладывать в обход населенных пунктов с устройством подъездов к ним.
По всем вариантам трассы на прямых и кривых ее участках разбивается пикетаж черточками через 100 м с нумерацией только каждого пятого пикета. Условными обозначениями отмечаются километры. Тангенсы кривых показываются пунктиром. Принятый вариант оформляется красным цветом.
Возможно проектирование на отдельных участках подвариантов, в этом случае при примыкании подварианта к варианту вводиться рубленый пикет (длиной от 50 до 150 м).
На вариантах указываются номера углов поворота и подписываются румбы и длины прямых.
Для каждого варианта составляется ведомость углов поворота, прямых и кривых.
Основные элементы круговых кривых: тангенс Т, длина круговой кривой К, домер Д, биссектриса Б, берутся по таблицам [2] или вычисляются по формулам приведенным в этих таблицах:
;
;
– угол α дан в радианах, 
;
,
где R – радиус круговой кривой, м;
α – угол поворота, °.
Пикетаж начала кривой НК и конца кривой КК определяется по формулам:
;
;
,
где ВУ – вершина угла.
Общая длина трассы L вычисляется по формуле:
,
где Σк – суммарная длина кривых, м;
Σl – суммарная длина прямых участков, м.
Проверкой правильности определения румбов является выполнение условия: разность между суммой углов вправо и влево должна равняться разности между начальным и конечным румбами.
Для подробного сравнения вариантов требуется запроектировать дорогу по всем вариантам, определить объемы работ и строительную стоимость. При выполнении курсового проекта сравнение вариантов можно произвести приближенно по технико-эксплуатационным показателям.
В Топоматик Robur реализованы два метода трассирования: эскизное и детальное проектирование плана трассы.
Эскизное проектирование предназначено для быстрого редактирования горизонтального положения оси трассы. Ось представляется в виде набора вершин горизонтальных углов поворота. В каждый угол могут быть вписаны круговая и две переходных кривые (по Ксенодохову). Вершины углов, вместе со вписанными кривыми, перетаскиваются при помощи мыши. Одним из наиболее мощных инструментов эскизного проектирования плана трассы является режим динамического трассирования, позволяющий локально менять плановое положение оси трассы, сохраняя при этом запроектированные продольный профиль и поперечники на тех участках, где ось не менялась. Например, при увеличении радиуса круговой кривой, ось трассы сместится, а Топоматик Robur автоматически перепроектирует земляное полотно на изменившемся участке, а за границами изменений оно останется нетронутым.
Детальное проектирование предназначено для скрупулезного подбора параметров оси трассы. Ключевую роль здесь играют примитивы типа «Осевая линия», состоящие из сопряженных элементов: отрезков, дуг и клотоид. Каждый элемент имеет фиксирующие точки, закрепляющие его от сдвига или поворота. При редактировании осевой линии, путем перетаскивания мышью фиксирующих точек, осевая линия динамически перестраивается, причем зафиксированные элементы остаются на месте.
2.2 Построение оси дороги, кромки, бровки и вписывание радиусов кривых в плане
Построение оси дороги выполним с помощью структурных линий по заданным точкам, обозначенным в Приложении А как «Трасса», взяв за основу результаты проделанной работы в подразделе 1.3. Для этого в элементе меню (Поверхность – Структурные линии – Ввести) начнем ввод структурных линий и при помощи элемента меню (Поверхность – Точки – Поиск точек по номеру…) найдем заданные точки. После завершения построения структурных линий во всплывающем окне «Свойства структурной линии» зададим «Код линии» – «5 ось сущ.». Результаты проделанной работы представлены на рисунке 2.1 (для наглядности при помощи элемента меню (Вид – Управляющие элементы…) отключен слой Горизонтали).
Рисунок 2.1 – Ось дороги по заданным точкам трассы
После того как построена ось дороги приступим к построению кромки и бровки.
Для построения кромки при помощи элемента меню (Поверхность – Структурные линии – Копировать по дистанции) выделим ось дороги и во всплывающем окне зададим следующие параметры: дистанция 5 м, уклон 5 ‰. После чего аналогичным образом построим структурную линию с теми же параметрами, но с противоположной стороны от оси дороги. Далее при помощи элемента меню (Поверхность – Структурные линии – Свойства) зададим «Код линии» – «4 кромка» построенным структурным линиям.
Построение бровки произведем аналогичным образом, что и кромка, но зададим другие параметры: дистанция 6 м, уклон 6 ‰, «Код линии» – «3 бровка».
Результаты проделанной работы представлены на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – Ось дороги, кромка и бровка по заданным точкам трассы
Разобьем ось дороги на пикетаж при помощи элемента меню (План – Создать ось из структурной линии). Результаты проделанной работы представлены на рисунке 2.3 (для большей наглядности при помощи элемента меню (Вид – Управляющие элементы…) отключен слой Структурные линии).
Рисунок 2.3 – Ось дороги с разбивкой пикетажа
После разбивки оси дороги на пикетаж впишем радиусы кривых в плане. Нажав правой кнопкой мыши на вершине угла, вызовем контекстное меню и выберем «Свойства…», зададим значения радиусов круговых кривых равными на: ВУ1 – 300 м, ВУ2 – 300 м, ВУ3 - 500 м, ВУ4 – 500 м, ВУ5 – 2000 м, ВУ6 – 300 м, ВУ7 – 150 м. Результаты проделанной работы представлены на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Ось дороги с вписанными радиусами кривых в плане
2.3 Выводы по разделу
Таким образом, в процессе выполнения второго раздела была построена ось дороги, кромки, бровки и вписаны радиусы кривых в плане.
3 ПОСТРОЕНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ И ПОПЕРЕЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ И ВЕРХА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
3.1 Теоретические основы проектирования продольного профиля
Одним из основных проектных документов является продольный профиль, который вычерчивается по строго установленной форме. Исходными данными для проектирования продольного профиля являются: отметки поверхности земли, грунтовой разрез, максимальный продольный уклон, минимальные радиусы вертикальных кривых, рекомендуемые рабочие отметки в насыпях и положение контрольных (фиксированных и строго фиксированных) точек.
Рекомендуемая рабочая отметка насыпи устанавливается исходя из почвенно-грунтовых и гидрологических условий, а также из соображений снегонезаносимости отдельных участков дороги. Рекомендуемая высота насыпи в сухих местах должна быть не менее толщины дорожной одежды и требуемого возвышения низа дорожной одежды над поверхностью земли. Для сырых и мокрых участков рельефа рекомендуемые высоты насыпей назначаются в соответствии с нормативными документами.
К строго фиксированным контрольным точкам относятся: головки рельсов на железнодорожных переездах в одном уровне, оси пересекаемых в одном уровне автомобильных дорог и т.п. Фиксированными точками являются: бровки насыпей у искусственных сооружений (мостов и труб), настилы путепроводов на узлах пересечения с железными и автомобильными дорогами в разных уровнях.
На открытых местах, где возможны значительные снежные заносы, возвышение бровки земляного полотна необходимо принимать на 0,6 – 0,8 м над поверхностью снегового покрова, принимаемого с расчетной повторяемостью 5 %.
Составление продольного профиля участка проектируемой автомобильной дороги производится в следующей последовательности:
1). Вычерчивается нижняя часть документа – сетка (размеры отдельных граф и общие размеры чертежа строго регламентированы).
2). Данные для заполнения графы берут с плана трассы и из ведомости прямых и кривых.
3). Ситуация местности наносится в пределах 25 – 50 м по обе стороны трассы.
4). В графу записываются отметки земли по оси дороги на каждом пикете и плюсовой точке. Плюсовыми точками могут быть места, где резко меняется уклон местности, границы болот, лесов, карьеров, оси пересекаемых дорог, линий связи, ЛЭП и т.п.
5). По отметкам земли по оси дороги наносится линия поверхности земли – «черная линия», ниже ее на 2 см и параллельно вычерчивается линия грунтового профиля. Под линией грунтового профиля указывается характеристика залегающих грунтов. Места расположения скважин и шурфов назначаются в соответствии с рельефом и данными задания. Глубокие скважины, которые не могут быть показаны в масштабе, разрываются, и цифрой указываются глубина залегания грунтов и глубина скважины. Шурфы устраиваются до глубины 2,5 м.
6). Определяются места (пикетажное положение) искусственных сооружений – мостов, путепроводов, труб. При проектировании пересечений в разных уровнях для расположенных внизу автомобильной или железной дорог необходимо обеспечивать габарит от уровня проезжей части (головки рельса) 5,0 и 6,5 м соответственно.
7). Наиболее ответственной частью работы при проектировании продольного профиля является нанесение проектной линии и обеспечение водоотвода.
Приступая к проектированию продольного профиля, необходимо наметить основной принцип проложения проектной линии. В условиях равнинного рельефа проектную линию наиболее целесообразно назначать «по обертывающей» с возвышением бровки земляного полотна для отдельных участков на величину, рекомендуемую нормативными документами в зависимости от климатических, грунтовых и гидрологических условий.
В условиях пересеченной местности или при наличии участков с большими уклонами (более допустимых по нормам для проектируемой дороги) проектирование следует вести по принципу «секущей». Следует стремиться к такому проложению проектной линии, чтобы имели место выемки и насыпи с компенсирующимися, возможно малыми объемами работ.
Проектирование ведется в два этапа: вначале намечается на карте план дороги, а затем проектируется продольный профиль.
Наибольший эффект плавности достигается, когда середины круговых кривых в плане и вертикальных кривых в профиле совпадают, а длина горизонтальной кривой в плане несколько превышает длину вертикальной кривой в продольном профиле. Допустимы смещения вершин углов кривых в плане и профиле не более чем на 
длины наименьшей из кривых. Желательно, чтобы количество переломов в плане и профиле было по возможности одинаковым.
Нежелательны:
- возвышаются над прилегающими участками «горбатые» мосты и путепроводы, расположенные на выпуклых вертикальных кривых малого радиуса;
- горизонтальные мосты малой длины, расположенные между двумя вогнутыми вертикальными кривыми, так как они создают впечатление как бы плоской доски, вставленной в плавную криволинейную трассу.
В соответствии с пунктом 5.3 [1] в качестве элементов трассы, определяющих план и продольный профиль, следует принимать прямые и кривые постоянной и переменной кривизны с линейной и нелинейной закономерностью ее изменения. При назначении элементов плана и продольного профиля в качестве основных параметров следует принимать:
а) продольные уклоны – не более 30 ‰;
б) радиусы кривизны для кривых в плане – не менее 3000 м;
в) радиусы кривизны для кривых в продольном профиле:
· выпуклых – не менее 70000 м,
· вогнутых – не менее 8000 м;
г) длины криволинейных участков продольного профиля:
· непрерывно выпуклых – не менее 300 м,
· непрерывно вогнутых – не менее 100 м.
Проектная (красная) линия наносится одним из двух методов.
Первый метод проектирования заключается в нанесении проектной линии при помощи прозрачных шаблонов непосредственно по вертикальным кривым, сопрягающимся между собой или через прямые участки. Чтобы наилучшим образом запроектировать проектную линию, необходимо пользоваться набором шаблонов кривых разных радиусов. Накладывая шаблоны на «черную» линию (профиль поверхности земли), находят наиболее целесообразный радиус и по таблицам вычисляют проектные отметки. Шаблоны должны устанавливаться строго горизонтально (по соответствующей риске), уклоны в местах сопряжения смежных кривых должны совпадать, а в местах примыкания к прямолинейным участкам должны быть равными уклонам этих прямолинейных участков.
При нанесении проектной линии при помощи шаблонов отмечаются положения начала, вершины, конца кривой и указываются продольные уклоны в этих точках.
По второму методу проектная линия наносится в виде сопрягающихся прямых с последующим вписыванием (разбивкой) в переломы продольного профиля вертикальных выпуклых и вогнутых кривых. Согласно нормативным документам переломы проектной линии следует сопрягать кривыми, если алгебраическая разность уклонов 0,5 % и более на дорогах I – II категорий, 1 % – на дорогах III категории и 2,0 % и более – на дорогах IV и категорий V категорий.
Для разбивки вертикальных кривых вычисляются рабочие отметки на сопрягающих прямых. Затем производится разбивка вертикальных кривых, вычисление их ординат и введение поправок к прежним рабочим отметкам, при этом прежние отметки заключаются в скобки, а новые пишутся открытыми.
После нанесения проектной линии определяются нулевые точки, т.е. места перехода выемки в насыпь и обратно.
При проектировании продольного профиля на всех пониженных местах должны быть назначены мероприятия по водоотводу. Обеспечение нормального стока поверхностных вод на участках продольного профиля в выемках и насыпях, высотой менее руководящей отметки, достигается устройством боковых канав с продольными уклонами по дну. Боковые канавы, кюветы треугольной и трапециидальной формы, кювет-резервы должны иметь продольные уклоны не менее 0,5 %. Глубина кюветов принимается 0,6 – 1,0 м. Обычно продольный уклон дна канав назначается равным продольному уклону бровки земляного полотна, а в случаях перепуска воды из одного пониженного места в другое и при проектных уклонах бровки земляного полотна менее 0,3 – 0,5 % проектируются углубленные кюветы. В выемках, когда имеется водораздельная точка, глубину кювета можно назначить 0,25 м. Вывод боковых канав из выемки производится в сторону или в резервы. Вода из боковых канав (кюветов) должна отводиться в сторону через каждые 500 м. В случае, если невозможно с верховой стороны воду отвести в сторону от дороги, разрешается устраивать трубы для перепуска воды с последующим отводом воды с низовой стороны. Не допускается воду из кюветов насыпей пропускать через выемку.
Профиль продольного водоотвода необходимо увязывать с отметками русел водотоков у искусственных сооружений или мест выпуска воды.
Система поперечного водоотвода должна предусматривать сброс воды в сторону от земляного из продольных канав на затяжных спусках, отвод воды из бессточных впадин, отвод воды в условиях равнинного рельефа в пониженные места.
В пояснительной записке к проекту должна быть приведена краткая характеристика продольного профиля. В частности, описание должно содержать:
1 - принятый метод нанесения проектной линии;
2 - положение проектной линии относительно контрольных точек;
3 - подробное обоснование проектируемых высоких насыпей и глубоких выемок;
4 - обеспеченность водоотвода в продольном и поперечном направлениях;
5 - общую характеристику проектной линии по эксплуатационным показателям.
Продольный профиль вычерчивается на листах миллиметровой бумаги высотой 29 см в рамке высотой 28 см по 5 км (в масштабе 1:5000) на каждом листе. В производственных условиях все линии построения (непроектные) продольного профиля вычерчиваются черной тушью тонкой линией, а проектная линия и вся другая проектная документация – красной тушью (или утолщенными линиями). При выполнении курсового проекта рекомендуется весь чертеж продольного профиля выполнять черной тушью с выделением толщиной линий, обозначающих проектные решения.
Отметки земли по оси дороги, проектные и рабочие отметки наносятся на профиль с точностью до 1 см. Все расстояния указываются с точностью до 1 м. Рабочие отметки надписывают на расстоянии 0,5 см над проектной линией для насыпей и под проектной линией – для выемок.
Все надпрофильные надписи: искусственные сооружения, реперы, съезды, канавы, водосборы должны изображаться в условных знаках. У проектируемых водопропускных сооружений указывают УВВ и УМВ.
3.2 Построение продольного профиля и его корректировка
Построение продольного профиля выполним при помощи элемента меню (Профиль – Создать черный профиль), выбрав при этом во всплывающем окне позиции «Целые пикеты» и «Точки с шагом 50 м». Так же щелкнув правой кнопкой мыши в нижней части экрана вызовем контекстное меню «Менеджер сетки профиля…» и в нем включим отображение отметок и уклонов черного профиля. Результат построения приведен на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Продольный профиль
Откорректируем продольный профиль по руководящей отметке для этого воспользуемся элементом меню (Профиль – Проектировать по руководящей отметке…) задав во всплывающем окне следующие параметры: шаг проектирования – 250 м, руководящая отметка – 1 м, учесть максимальный продольный уклон – 50 ‰. Результат построения приведен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Продольный профиль откорректированный по руководящей отметке
Программа показывает, что после корректировки профиля по руководящей отметки на двух его участках присутствуют радиусы меньше допустимых (рисунок 3.3, а), откорректируем эти участки вручную передвинув вершины углов мышкой так чтобы увеличить радиусы (рисунок 3.3, б).
|
| а |
|
| б |
Рисунок 3.3 – Участок продольного профиля до ручной корректировки (а) и после (б)
3.3 Построение поперечных профилей и верха земляного полотна
Построим поперечные профили при помощи элемента меню (Поперечник – Создать список поперечников) включив в список поперечников «Точки на черном профиле по оси». Для наглядности включим опцию «Показывать фактические данные». Результат построения поперечного профиля на ПК 8+0,0 приведен на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 – Поперечный профиль на ПК 8+0,0
Далее построим верх земляного полотна для этого воспользуемся элементом меню (Поперечник – Создать верх земполотна…), во всплывающем окне выберем «Тип земполотна» – «Без разделительной полосы» и в нем же воспользуемся функцией «Автозаполнение» установив «Категория: 3». Поперечный профиль с верхом земляного полотна на ПК 8+0,0 приведен на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5 – Поперечный профиль с верхом земляного полотна на ПК 8+0,0
Для построения левого и правого откосов одновременно на всех поперечниках воспользуемся элементом меню (Поперечник – Применить правило…) указав во всплывающем окне следующие параметры:
1) «Участок» – «Вся трасса»;
2) «Предельная высота малой насыпи» – 2 м;
3) «Предельная высота малой выемки» – 2 м;
4) «Тип для малой насыпи» – «1»;
5) «Тип для большой насыпи» – «200»;
6) «Тип для малой выемки» – «100»;
7) «Тип для большой выемки» – «300».
Результат построения левого и правого откосов поперечного профиля на ПК 8+0,0 приведен на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6 – Левый и правый откос на поперечном профиле на ПК 8+0,0
3.4 Выводы по разделу
Таким образом, в процессе выполнения третьего раздела был построен и откорректирован продольный профиль, а также построены поперечные профили и верх земляного полотна автомобильной дороги.
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫРАВНИВАНИЯ ЗАДАННОГО УЧАСТКА
4.1 Построение линий нулевых работ
Перед построением линии нулевых работ импортируем заданные рельефные точки, данный процесс был описан в 1-ом разделе. По заданным точкам (Приложение А) построим площадку для выравнивания с помощью структурных линий. Для этого в элементе меню (Поверхность – Структурные линии – Ввести) начнем ввод структурных линий и при помощи элемента меню (Поверхность – Точки – Поиск точек по номеру…) найдем необходимые точки. Результат построения приведен на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Площадка для выравнивания
Построим поверхность внутри контура площадки для выравнивания при помощи элемента меню (Поверхность – Построить внутри контура), задав при этом максимальную длину ребра 500 м, результат построения приведен на рисунке 4.2 (установлен шаг горизонталей – 0,5 м).
Рисунок 4.2 – Созданная поверхность площадки для выравнивания
Далее построим линии нулевых работ при помощи элемента меню (Ситуация – Рисовать – Линия нулевых работ…) задав при этом во всплывающем окне следующие параметры: «Руководящий уклон» – 0,5 ‰, «Шаг горизонталей» – 0,05 м. Линии нулевых работ на площадке для выравнивания показаны на рисунке 4.3 (для наглядности видимость горизонталей отключена).
Рисунок 4.3 – Линии нулевых работ на площадке для выравнивания
4.2 Расчет объемов выемки, насыпи и баланса земляных работ
Для расчетов суммарного объема выемки, насыпи и баланса земляных работ составим сводную таблицу 4.1 в которую внесем результаты выполнения следующих действий:
1) на построенных линиях нулевых работ отметим 15 произвольных точек (см. рисунок 4.4) приблизительно на одинаковом расстоянии друг от друга и определим среднюю отметку этих точек;
2) в каждом из 5-ти размеченных секторов площадки для выравнивания равномерно по площади разместим по 10 точек (см. рисунок 4.4) и определим среднюю отметку этих точек;
3) в зависимости от средней отметки точек определим вид работ в секторах, обозначив соответственно «В» – выемка или «Н» – насыпь;
4) при помощи элемента меню (Ситуация – Измерения – Площадь полигона) измерим площадь каждого из 5-ти размеченных секторов площадки для выравнивания;
5) определим в каждом из 5-ти размеченных секторов площадки для выравнивания среднюю толщину слоя В или Н;
6) определим объем выемки или насыпи каждого сектора (в зависимости от сектора).
Площадка для выравнивания с расставленными точками представлена на рисунке 4.4.
Рисунок 4.4 – Площадка для выравнивания с расставленными точками
Таблица 4.1 – Сводная таблица
| Линии нулевых работ | Сектор № 1 | Сектор № 2 | Сектор № 3 | Сектор № 4 | Сектор № 5 | |||||||
| № и отметка точки, м | Л-1 | 282,02 | 1-1 | 287,99 | 2-1 | 287,82 | 3-1 | 286,56 | 4-1 | 284,71 | 5-1 | 285,35 |
| Л-2 | 288,30 | 1-2 | 287,31 | 2-2 | 288,80 | 3-2 | 286,07 | 4-2 | 288,28 | 5-2 | 289,88 | |
| Л-3 | 288,95 | 1-3 | 287,09 | 2-3 | 289,00 | 3-3 | 284,46 | 4-3 | 289,00 | 5-3 | 289,51 | |
| Л-4 | 285,80 | 1-4 | 287,62 | 2-4 | 289,00 | 3-4 | 282,68 | 4-4 | 288,54 | 5-4 | 288,66 | |
| Л-5 | 281,05 | 1-5 | 288,44 | 2-5 | 288,95 | 3-5 | 282,04 | 4-5 | 287,88 | 5-5 | 288,91 | |
| Л-6 | 288,02 | 1-6 | 288,40 | 2-6 | 288,79 | 3-6 | 284,55 | 4-6 | 288,33 | 5-6 | 288,56 | |
| Л-7 | 287,35 | 1-7 | 287,55 | 2-7 | 287,81 | 3-7 | 287,60 | 4-7 | 288,06 | 5-7 | 289,00 | |
| Л-8 | 287,05 | 1-8 | 287,00 | 2-8 | 286,28 | 3-8 | 287,46 | 4-8 | 285,29 | 5-8 | 289,00 | |
| Л-9 | 288,46 | 1-9 | 287,37 | 2-9 | 287,42 | 3-9 | 285,86 | 4-9 | 286,74 | 5-9 | 289,15 | |
| Л-10 | 289,00 | 1-10 | 287,94 | 2-10 | 288,74 | 3-10 | 283,30 | 4-10 | 287,47 | 5-10 | 289,11 | |
| Л-11 | 288,59 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| Л-12 | 288,77 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| Л-13 | 288,06 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| Л-14 | 286,63 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| Л-15 | 287,35 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| Средняя отметка точек, м | 287,03 | 287,67 | 288,26 | 285,06 | 287,43 | 288,71 | ||||||
| Вид работ в секторах | - | В | В | Н | В | В | ||||||
| Площадь секторов, м2 | - | 111 523,80 | 115 333,80 | 102 842,60 | 97 996,50 | 63 547,80 | ||||||
| Средняя толщина слоя В или Н, м | - | 0,64 | 1,23 | 1,97 | 0,40 | 1,69 | ||||||
| Объем В или Н, м3 | - | 71 858,50 | 142 360,35 | 202 462,80 | 39 525,25 | 107 162,77 |
Определим суммарный объем «В» (
), по формуле:
,
где VВ-1, VВ-2, VВ-4, VВ-5 – объемы «В» в секторах №№ 1, 2, 4, 5 соответственно, м3;
.
Определим разницу объемов «В» и «Н» (Vр), по формуле:
,
где VН-3 – объем «Н» в секторе № 3, м3;
.
Далее определим суммарный объем «В» и «Н» (
), по формуле:
,
.
Произведем расчет баланса земляных работ (
) по формуле:
,
.
Так как расчетный баланс земляных работ больше 5 %, это означает большой дисбаланс между выемкой и насыпью, что в свою очередь связано неровностью рельефа и большой разницей между суммарным объемом выемки – 360906,87 м3 и насыпи – 202462,80 м3 (при устройстве площадки для выравнивания, в данном случае, необходимо дополнительно предусмотреть места для отвала излишнего грунта).
4.3 Выводы по разделу
Таким образом, в процессе выполнения четвертого раздела были построены линий нулевых работ на площадке выравнивания, произведен расчет объемов выемки, насыпи и баланса земляных работ.
5 ОЦЕНКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ, РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ СНИЖЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
5.1 Факторы, влияющие на пропускную способность проектируемой автомобильной дороги
Пропускная способность дороги – максимальное количество автомобилей, которое может пропустить данный участок дороги или дорога в целом в единицу времени. Обычно измеряется в легковых автомобилях в час (Справочник дорожных терминов [3]).
На пропускную способность проектируемой дороги влияет ряд следующих факторов:
1). Коэффициенты снижения пропускной способности, а именно:
а) В1 – ширина полос движения;
б) В2 – ширина обочины;
в) В3 – расстояние до препятствия;
г) В4 – количество автопоездов в потоке;
д) В5 – продольный уклон;
е) В6 – расстояние видимости;
ж) В7 – радиус кривой в плане;
з) В8 – ограничение скорости знаком;
и) В9 – тип пересечения;
к) В10 – укрепление обочин;
л) В11 – тип покрытия;
м) В12 – остановочные площадки;
н) В13 – разметка;
о) В14 – указатели полос движения;
п) В15 – число автобусов в потоке.
2). Интенсивность движения.
3). Максимальная практическая пропускная способность.
5.2 Выбор и ввод исходных данных для расчета пропускной способности проектируемой автомобильной дороги
Исходные данные для расчета пропускной способности проектируемой автомобильной дороги выбираются в зависимости от категории проектируемой автомобильной дороги и ряда других характеристик, в соответствии с нормативными документами.
Введем исходные данные в проект созданный по окончанию 3-го раздела при помощи элемента меню (Задачи – Оценка проектных решений), во всплывающем окне заполним вкладку «Пропускная способность» следующими значениями:
1). Коэффициенты снижения пропускной способности (расшифровка коэффициентов приведена в подразделе 5.1), для всех коэффициентов (кроме В9) заданы начало – ПК 0+0,000 и конец – ПК 43+4,349 участков:
а) В1 – 10 м;
б) В2 – 1 м;
в) В3 – расстояние от кромки проезжей части до препятствия: 2 м, положение боковых помех: боковые помехи с обеих сторон;
г) В4 – количество автопоездов в потоке: 10 %, количество легких и средних грузовых автомобилей в потоке: 10 %;
д) В5 – функция «Заполнить»;
е) В6 – 250-350 м;
ж) В7 – функция «Заполнить»;
з) В8 – 60 км/ч;
и) В9 – начало ПК 2+0,000, конец 2+10,000, количество автомобилей поворачивающих налево: 20 %, тип пересечения: 4-стороннее, необорудованное, ширина проезжей части дороги 10 м;
к) В10 – укреплены засевом трав;
л) В11 – а/б без поверхностной обработки;
м) В12 – отгон ширины;
н) В13 – краевая и осевая разметка;
о) В14 – есть;
п) В15 – количество автобусов в потоке 5 %, число легковых автомобилей в потоке 70 %.
2). Приведенная интенсивность движения: 100 авт./ч.
3). Максимальная практическая пропускная способность: 200 авт./ч.
5.3 Получение и анализ сводной таблицы коэффициентов снижения пропускной способности
После ввода исходных данных (см. подраздел 5.2), не закрывая всплывающего окна «Оценка проектных решений», пересчитаем сводную таблицу коэффициентов снижения пропускной способности (таблица 5.1) находящуюся в вышеуказанном окне во вкладке «Пропускная способность».
Таблица 5.1 – Сводная таблица коэффициентов снижения пропускной способности
Проанализировав значения приведенные в таблице 5.1 заметим, что коэффициенты В13 (разметка) и В14 (указатели полос движения) больше единицы, следовательно, при дальнейших расчетах необходимо будет внести корректировки в разметку и указатели полос движения для уменьшения значений соответствующих коэффициентов, минимум до единицы.
5.4 Выводы по разделу
Таким образом, в процессе выполнения пятого раздела были выбраны и введены исходные данные для расчета пропускной способности проектируемой автомобильной дороги, а также получена и проанализирована сводная таблица коэффициентов снижения пропускной способности.
6 РАСЧЕТ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ
6.1 Факторы, влияющие на проектируемую дорожную одежду
На проектируемую дорожную одежду влияет множество факторов относящихся к исходным данным. В программе Топоматик Robur для расчета дорожной одежды необходимо ввести следующие виды исходных данных: «Общие данные», «Нагрузки», «Конструкция дорожной одежды», «Осушение» (более подробно каждый вид данных описан в подразделе 6.2).
6.2 Подбор конструкции дорожной одежды
Для подбора конструкции дорожной одежды (расчет по ОДН 218.046-01 [4]) при помощи элемента меню (Задачи – Расчет дорожной одежды по ОДН) во всплывающем окне зададим следующие исходные данные:
Во вкладке «Общие данные»:
1 - район проектирования: Карелия;
2 - название объекта: Дорога;
3 - дорожно-климатическая зона: III-1;
4 - тип местности по увлажнению: 3;
5 - тип местности по рельефу: Равнинные районы;
6 - поправка на влажность: 0,05;
7 - номер района по количеству расчетных дней: 5;
8 - категория дороги: III;
9 - количество полос движения: 2;
10 - номер полосы от обочины: 1;
11 - тип дорожной одежды: Капитальный;
12 - заданная надежность: 0,95;
13 - тип земляного полотна: Насыпь;
14 - глубина промерзания грунта от поверхности покрытия: 1 м;
15 - расстояние от низа дорожной одежды до расчетного УГВ: 1,1 м;
16 - коэффициент уплотнения грунта: 1,01-0,98.
Во вкладке «Нагрузки»:
1 - группа расчетной нагрузки: А1(АК10);
2 - задать приведенную интенсивность на одну полосу: 2000 авт./сут.;
3 - срок службы дороги: 15 лет;
4 - показатель изменения интенсивности: 1,1;
5 - год, на который задана интенсивность: 10 лет.
Во вкладке «Конструкция дорожной одежды» (слои дорожной одежды приняты согласно заданию на курсовой проект (Приложение А)) добавим следующие слои дорожной одежды:
1-й слой: асфальтобетон горячий, плотный, тип А, на вязком битуме БНД и БН марки: 40/60, Е=4400 МПа (зададим: минимальная толщина слоя – 5 см, максимальная толщина слоя – 6 см, шаг перебора – 1 см, условная стоимость – 10 единиц);
2-й слой: асфальтобетон горячий, плотный, тип Б, на вязком битуме БНД и БН марки: 40/60, Е=4400 МПа (зададим: минимальная толщина слоя – 8 см, максимальная толщина слоя – 9 см, шаг перебора – 1 см, условная стоимость – 9 единиц);
3-й слой: асфальтобетон горячий, пористый, мелкозернистый на вязком битуме БНД и БН марки: 40/60, Е=2800 МПа (зададим: минимальная толщина слоя – 8 см, максимальная толщина слоя – 12 см, шаг перебора – 1 см, условная стоимость – 8 единиц);
4-й слой: щебень фракции 40-80 мм, легко уплотняемый (известняковый) с заклинкой фракционированным мелким щебнем, E=450 МПа (зададим: минимальная толщина слоя – 20 см, максимальная толщина слоя – 30 см, шаг перебора – 5 см, условная стоимость – 5 единиц);
5-й слой: песчаные основания, песок крупный, содержание пылевато-глинистой фракции 5 % (зададим: минимальная толщина слоя – 40 см, максимальная толщина слоя – 70 см, шаг перебора – 5 см, условная стоимость – 3 единиц);
6-й слой: грунт связный, супесь пылеватая (зададим: минимальная толщина слоя – 100 см, максимальная толщина слоя – 150 см, шаг перебора – 5 см, условная стоимость – 1 единиц).
Во вкладке «Осушение»:
1 - способ расчета: Осушения;
2 - рабочая отметка насыпи 1,5 м;
3 - уклон низа дренирующего слоя: 20 ‰;
4 - продольный уклон выше перелома профиля: 10 ‰;
5 - продольный уклон ниже перелома профиля: 15 ‰;
6 - коэффициент фильтрации: 5 м/сут.;
7 - время запаздывания: 6 сут.;
8 - коэффициент пористости дренирующего слоя: 0,32;
9 - тип поперечника: Двухскатный;
10 - длина пути фильтрации: 8 м;
11 - ширина проезжей части: 10 м.
После ввода вышеуказанных исходных данных при помощи элемента меню (Расчет – Подбор конструкции…) выполним подбор конструкции, отметив галочками во всплывающем окне все предложенные расчеты (всего 6 расчетов, более подробно расчеты описаны в подразделе 6.3). После выполнения программой расчетов в окне «Конструкции дорожной одежды» показано 4048 возможных её вариантов, стоимостью от 536 до 747 условных единиц.
Выделим наименее затратный вариант и нажмем «W Таблица» после чего программа создаст файл «Исходные данные для расчета конструкции дорожной одежды», содержание этого файла представлено в Приложении Б.
6.3 Расчет по упругому прогибу, по сдвигу, на растяжение при изгибе, на статическую нагрузку, проверка морозоустойчивости, расчет дренирующего слоя по принципу осушения
Выделим наименее затратный вариант и нажмем «Отчет…» после чего программа выведет результаты расчетов в следующем виде:
Результаты расчета
Район проектирования: Карелия
Название объекта: Дорога
Категория дороги – 3.
Дорожно-климатическая зона – III-1.
Тип местности по увлажнению – 3.
Расстояние от уровня грунтовых вод до низа дорожной одежды – 1,10 м.
Тип дорожной одежды – капитальный.
Тип нагрузки: А1(АК10):
· давление на покрытие, P – 0,60 МПа;
· расчетный диаметр следа колеса, D – 37,00 см.
Требуемый уровень надежности – 0,95.
Коэффициент прочности – 1,17.
Глубина промерзания грунта в районе проектирования – 1,00 м.
Расчетные нагрузки.
Группа расчетной нагрузки – A1(АК10).
Диаметр штампа расчетного колеса – 37,000 см.
Приведенная интенсивность на год службы T=10 – 2000,000 авт./сут.
Приведенная интенсивность на срок службы дорожной одежды T=15 – 3221,020 авт./сут.
Расчетное количество дней в году – 145.
Суммарное расчетное число приложений расчетной нагрузки – 3774783,917.
Конструкция дорожной одежды:
1: h=5,00 см – «Асфальтобетон горячий плотный тип А на вязком битуме БНД и БН марки: 40/60 E=4400 МПа».
2: h=8,00 см – «Асфальтобетон горячий плотный тип Б на вязком битуме БНД и БН марки: 40/60 E=4400 МПа».
3: h=8,00 см – «Асфальтобетон горячий пористый мелкозернистый на вязком битуме БНД и БН марки: 40/60 E=2800 МПа».
4: h=20,00 см – «Щебень фр. 40-80 мм легкоуплотн. (известн) с заклинк фракционированным мелким щебнем E=450 МПа».
5: h=50,00 см – «Песчаные основания песок крупный содержание пылевато-глинистой фракции: 5%».
6: h=100,00 см – «Грунт супесь пылеватая».
Расчетные характеристики материалов слоев:
Слой 1: Gamma=2400,00, E1=4400,00, E2=1550,00, E3=6000,00, M=6,00, Alpha=5,60, R0=10,00.
Слой 2: Gamma=2400,00, E1=4400,00, E2=1550,00, E3=6000,00, M=6,00, Alpha=5,60, R0=10,00.
Слой 3: Gamma=2300,00, E1=2800,00, E2=990,00, E3=3600,00, M=4,50, Alpha=6,80, R0=8,30.
Слой 4: Gamma=1600,00, E=450,00.
Слой 5: Gamma=2000,00, E=130,00, C=0,00300, C_стат=0,00500, Phi=28,00, Phi_стат=34,00.
Слой 6: W=0,726, E=41,84, C=0,00348, C_стат=0,01148, Phi=12,00, Phi_стат=35,00.
Расчет по упругому прогибу.
Минимальный требуемый модуль упругости - 298,60 МПа.
E6 = 41,84 Мпа.
E5-6 = 89,81 МПа.
E4-6 = 161,25 МПа.
E3-6 = 253,54 МПа.
E2-6 = 398,60 МПа.
E1-6 = 513,96 МПа.
Общий расчетный модуль упругости – 513,96 МПа.
Коэффициент прочности – 1,721.
Требуемый коэффициент прочности – 1,170.
Дата добавления: 2016-01-04; просмотров: 32; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!