Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет верхнего строения звеньевого пути на прочность

Основными эксплуатационными характеристиками пути обычно служат грузонапряженность, осевая нагрузка, скорость движения и пропущенный тоннаж. В процессе эксплуатации путь подвергается воздействию от подвижного состава и климатических факторов. Кроме того, в пути возникают собственные внутренние напряжения. Нередко случается, что напряжения от этих воздействий являются одного порядка, поэтому верхнее строение пути рассчитывают на:

прочность при совместном действии поездных и температурных сил;

устойчивость всей конструкции в целом;

на долговечность (определение межремонтных сроков по капитальным работам и периодичности ремонтов пути);

на экономичность.

Практический расчет пути на прочность выполняется с целью:

1. установление условий обращения новых или модернизированных локомотивов или вагонов.

2. проведение технико-экономического расчета по выбору параметров основных элементов верхнего строения пути при заданных условиях.

3. расчет для определения рациональных скоростей движения подвижного состава.

1.1Основные расчетные характеристики пути и подвижного состава

Таблица 1 Основные расчётные характеристики подвижного состава.

1. Статическая нагрузка от колеса на рельс Рст	тс	12
2. Колесная формула;		20-20
расстояния между осями:
l1	м	1,75
l2	м	1,75
3. Неподрессоренная масса, qк	кГ	1070
4. Жесткость комплекта рессор жр	кГ/мм	195
5. Диаметр по кругу катания d	см	95
6. Расчётная глубина изолированной неровности , а	см	0,067
7. Коэффициент перехода от осевых напряжений к кромочным f		1,41
8. Коэффициенты А,В		6,0+16*10-4V2
9. Мах скорость Vмах	км/ч	75
10. Мах допустимая величина прогиба рельса yмах	см	1,47

Таблица 2 Расчётные характеристики пути

Характеристики	Измеритель	План линии
		прямая	кривая
1. Тип рельса / приведенный износ hприв	- / мм	Р65 / 3
2. Расстояние между осями шпал	см.	55	50
3. Коэффициент учитывающий влияние рода балласта на образование динамической неровности ,г		1	1
4. Коэффициент учитывающий влияние колеблющейся массы пути на образование динамической неровности, б0 б1		0,433 0,931	0,433 0,931
5. Коэффициент учитывающий влияние жёсткости пути на величину динамической неровности , е		1,0	1,0
6. Коэффициент учитывающий влияние типа рельса на образование динамической неровности,		0,87	0,87
7. Момент сопротивления рельсу относительно подошвы ,WП	см3	429	429
8. Момент инерции рельса относительно горизонтальной оси , ІВ	см4	3405	3405
9. Модуль упругости ,U	кг/см2	лето:270 зима:450	295 490
10. Коэффициент относительной жёсткости рельса и подрельсового основания
11. Площадь подкладки щ	см2	594	594
12. Площадь полушпалы с поправкой на изгиб Щ	м2	0,2466
13. Модуль упругости рельсовой стали Е	кг/см2	2,1*106	2,1*106
14. Коэффициенты к расчёту земляного полотна : С1 С2 А		0,223 0,110 0,235	0,271
15. Поправочный коэффициент ,r		0,8	0,8
16. Геометрические размеры рельса bп b zг zп		150 мм 75 мм 9,76 см 7,94 см	150 мм 75 мм 9,76 см 7,94 см
17. Площадь поперечного сечения рельса	см2	80,40	80,40

1.2 Определение максимального динамического давления от колеса на рельс

Максимальное динамическое давление от колеса на рельс

Рср - среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс, Н.

S - среднее квадратичное отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс, Н.

л - нормирующий множитель, определяющий вероятность события, т.е. появления максимальной динамической нагрузки.

Результаты многочисленных испытаний различных типов подвижного состава показали, что распределение среднего квадратичного отклонения динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс S подчиняется закону Гаусса.

Из 1000 случаев прохода колеса в расчетном сечении только в 6 случаях превышение , при этом значении л=2,5.

Среднее значение вертикальной нагрузки колеса на рельс определяется по формуле:

Рср = Рст + , Н

Рст - статическая нагрузка колеса на рельс, Н.

- среднее значение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессореного строения экипажа, Н.

= 0,75 . , Н

- динамическая максимальная нагрузка колеса на рельс от вертикальных колебаний надрессореного строения, Н.

Динамическая нагрузка колеса на рельс с использованием эмпирических зависимостей динамических прогибов рессорного подвешивания zмах от скоростей движения V определяется по формуле: = ж . zмах , Н

ж - приведенная к колесу жесткость рессорного подвешивания, Н/м;

zмах - динамический прогиб рессорного подвешивания, м.

Для 6-осного грузового вагона на тележках ЦНИИ-ХЗ:

.

Среднее квадратичное отклонение динамической вертикальной нагрузки колеса на рельс S определяется по формуле композиции знаков распределения его составляющих:

S = , Н

Sр - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от вертикальных колебания надрессореного строения, Н;

Sнп - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс при прохождении колесом изолированной неровности пути, Н;

Sннк - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренных масс, возникающих из-за непрерывных неровностей на поверхности катания колес, Н;

Sинк - среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс от сил инерции необрессоренной массы, возникающих из-за наличия на поверхности катания изолированных неровностей, Н;

t - количество колес рассчитываемого типа, имеющих изолированные плавные неровности на поверхности катания, отнесенное к общему числу таких колес (в %), эксплуатируемых на участке;

(1-t) - количество колес (в %), имеющих непрерывную плавную неровность на поверхности катания.

Обычно при отсутствии конкретной информации принимается средний процент осей, имеющих изолированную плавную неровность, равной 5%, соответственно - непрерывную плавную неровность 95%. С учетом этого допущения формула принимает вид:

S = , Н

Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс Sр от вертикальных колебаний надрессорного строения определяется по формуле:



Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс Sнп от сил инерции необрессоренных масс возникающих при при проходе изолированной неровности пути определяется по формуле:

Среднеквадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс Sннк от сил инерции необрессоренной массы при движении колеса с плавной непрерывной неровностью на поверхности катания определяется по формуле:

Среднее квадратическое отклонение динамической нагрузки колеса на рельс Sинк от сил инерции необрессоренной массы, возникающих из-за наличия на поверхности катания изолированных неровностей определяется по формуле:

yмах - наибольший дополнительный прогиб рельса при вынужденных колебаниях катящегося по ровному рельсу колеса с изолированной неровностью на поверхности катания.

Пример расчета:

- для 6-осного вагона:

- для лета:

- для прямой:

Расчеты выполнены с помощью программы Microsoft Excel 2002 и сведены таблицу №3.

1.3 Определение расчетных осей и расчет эквивалентных грузов

При определении наибольшего изгибающего момента Мmax, если , в качестве расчетной принимается первая ось 3-осной тележеки.



При определении наибольшей поперечной силы Qmax в качестве расчетной принимается вторая ось 3-осной тележки.

мkx = e-kx(cos(kx) - sin(kx)), зkx = e-kx(cos(kx) + sin(kx)).

Расчеты выполнены с помощью программы Microsoft Excel 2002 и сведены в таблицы 4 и 5.

1.4 Определение напряжений в элементах верхнего строения пути

Наибольшие значения изгибающего момента Мmax и поперечной силы Qmax

Напряжения изгиба и кручения в подошве рельса, напряжения в прокладках и напряжения в балластном слое под шпалой в подрельсовом сечении:

Расчеты выполнены с помощью программы Microsoft Excel 2002 и сведены в таблицу 6. Там же приведены величины допускаемые значения напряжений в элементах верхнего строения пути.

В качестве оценочных критериев прочности пути используют:

1) [] - допустимое значение напряжения растяжения в кромках подошвы рельса, вызванное его изгибом и кручением вследствие вертикального и поперечного горизонтального воздействия подвижного состава.

[] определяется из условия не превышения допустимого количества отказов рельсов за период нормативной наработки тоннажа.

2) [] - допустимое напряжение на смятие деревянной шпалы (на шпальной прокладке при ЖБ шпалах), осредненное по площади подкладки [] определяется из условия не превышения выхода деревянных шпал (и резиновых прокладок) из-за износа за период нормативной наработки тоннажа

3) [] - допустимое напряжение сжатия в балласте под шпалой, определяется из условия не превышения допустимой интенсивности накопления остаточных деформаций в балластном слое за период нормативной наработки тоннажа.

1.5 Определение напряжений в элементах верхнего строения пути

Напряжение в кромке подошвы рельса:

,

где

.

Напряжение в кромке подошвы рельса:

,

Напряжение в шпале на смятие:

,

где

.

Напряжение в балласте под шпалой:

,

Таблица 4 Определение наибольшего изгибающего момента

Условия	№ осей	к	х	кх	м(кх)	РэквI	Mmax
Вагон	Прямая	Лето	1	0,99	0	-	-	147245	52657
			2		1,75	1,7325	-0,20301
			3		3,50	3,465	-0,01971
		Зима	1	1,12	0	-	-	160440	50497
			2		1,75	1,96	-0,18377
			3		3,50	3,92	-0,00020

Таблица 5 Определение наибольшей поперечной силы

Условия	№ осей	к	х	кх	м(кх)	РэквII	Qmax
Вагон	Прямая	Лето	1	0,99	0	-	-	220319	59721
			2		1,75	1,7325	0,14606
			3		1,75	1,7325	0,14606
		Зима	1	1,12	0	-	-	208373	64177
			2		1,75	1,96	0,07687
			3		1,75	1,96	0,07687

Таблица 6 Определение напряжений в элементах верхнего строения пути

Тип подвижного состава	Элемент плана	Время года	укп, МПа	[укп], МПа	уш, МПа	[уш], МПа	уб, МПа	[уб], МПа	укг, МПа
6-осный вагон	Прямая	Лето	122,74	200	1,01	1,8	0,24	0,325	210,61
		Зима	117,71		1,08		0,26		199,96

1.6 Анализ результатов и выводы

Анализ результатов, приведенных в таблице 6, позволяет сделать следующий вывод: расчетные значения кромочных напряжений, напряжений в прокладках и напряжений в балластном слое под шпалой во всех рассматриваемых случаях при данной конструкции верхнего строения пути меньше их допустимых значений.

Напряжения в прокладках превышают допустимые, что приведет к усиленному износу шпал и прокладок; при движении 4-осных вагонов потребуется ограничение скорости движения, т.к. в этом случае расчетные значения напряжений в прокладках превышают допустимые

более чем на 30%.

Таким образом, рассматриваемая конструкция верхнего строения пути в полной мере обеспечивает прочность верхнего строения пути.

1.7 Определение напряжений на основной площадке земляного полотна

Определение напряжений на основной площадке земляного полотна проводят от действия наиболее массового грузового вагона, которым является четырехосный вагон.

Напряжения на основной площадке земляного полотна уh определяют под расчетной шпалой с учетом давлений, передаваемых двумя соседними шпалами и .

.

Рис. 1. Схема передачи нагрузки колеса на балласт и основную площадку земляного полотна при воздействии двухосной тележки

Напряжения на основной площадке земляного полотна от шпалы 1:

где, r1 - параметр, учитывающий материал шпал на напряжения,

r1 = 0,8 - для деревянных шпал;

m - коэффициент концентрации напряжений,

.

Напряжения на основной площадке земляного полотна от шпал 2 и 3:

Напряжения в балласте по нижней постели шпал под шпалами 2 и 3:

Поперечные силы, возникающие в сечениях шпал 2 и 3:

Для четырехосного вагона летом на прямом участке пути получим:

Все расчеты сведены в таблицу 7.

Таблица 7 Напряжения на основной площадке земляного полотна

m	у'h	Q'c	у'бс	у'hс	Q''c	у''бс	у''hс	уh
1,31	-0,055	54328	0,22	-0,013	54328	0,22	-0,013	-0,081

Допускаемые напряжения сжатия на основной площадке земляного полотна в подрельсовой зоне:

[уh] = -0,080 МПа.

[уh] - из условия не превышения допускаемой интенсивности накопления остаточных деформаций на основной площадке земляного полотна.

Условие уh < [уh] не выполняется, следовательно, на основной площадке земляного полотна будут возникать остаточные деформации.

2. Комплексный расчет бесстыкового пути на прочность и устойчивость

2.1 Определение режима эксплуатации бесстыкового пути

Режим эксплуатации бесстыкового пути определяется по результату сопоставления фактической годовой амплитуды температуры рельсов ТА и допустимой годовой амплитуды температуры рельсов [ТА].

Фактическая годовая амплитуда температуры рельсов:

ТА = tmax max - tmin min,

где tmax max и tmin min - соответственно наивысшая и минимальная температуры рельса,

для Мурома : tmax max = 57?С, tmin min = -45?С.

ТА = tmax max - tmin min=57?С --45?С =102?С

Определим величину Pk :

где : i=2 к1=1,0 к2=1,0 к3=1,0 б=0,585

где Ку=1,5

где б - коэффициент линейного удлинения рельса Е - модуль упругости рельсовой стали б*Е=25 F - площадь поперечного сечения рельса

Полученное расчетное значение сравнивается с экспериментальным. Погрешность определяется по формуле:

Если погрешность не превышает 15%, то в дальнейшем используется расчетная величина . В противном случае используется экспериментальная величина .

Будем использовать т.к. погрешность не превышает 15%.

Расчёт бесстыкового пути по условиям прочности :

Условие прочности имеет следующий вид:

,

где

- общее напряжение изгиба и кручения, возникающие в кромке подошвы (головки) рельса;

- коэффициент запаса прочности;

=1.3 - для новых или старогодных рельсов, прошедшие ремонт;

=1.4 - для старогодных рельсов без ремонта;

- температурные напряжения в рельсах;

- допускаемые напряжения,

Проверим условие :

102>100,11 => данный бесстыковой путь можно эксплуатировать без сезонных разрядок напряжений.

3. Расчет устойчивости откоса пойменной насыпи

Земляное полотно - инженерное сооружение, предназначенное для размещения верхнего строения пути, восприятия нагрузок от него и подвижного состава и упругой передачи их на основание, а также для выравнивания земной поверхности с приданием пути необходимого профиля.

Земляное полотно - наиболее ответственный элемент железнодорожного пути, его несущая конструкция, фундамент верхнего строения пути. От его состояния в значительной мере зависят техническая скорость движения поездов и разрешаемая статическая нагрузка на рельсы от колесных пар вагонов, а через них - масса поезда и производительность линии. От надежности земляного полотна непосредственно зависит выполнение плана перевозок.

Основными требованиями, которым должно отвечать земляное полотно, являются следующие:

- прочность, устойчивость, надежность и долговечность;

- минимум расходов при строительстве, содержании и ремонте при максимальной возможности механизации работ;

- защита от воды (атмосферных осадков, грунтовых и сточных вод).

3.1 Укладка грунтов в тело земляного полотна. Расчет плотности сложения грунтов насыпей методом компрессорных испытаний

вВС-2 - ширина нагрузки верхнего строения пути (для двухпутного участка, рельса Р65 и щебеночного балласта равна 8,97 м);

рВС - интенсивность нагрузки от верхнего строения пути (для рельса Р65, деревянных шпал и щебеночного балласта равна 0,15 кгс/см2 );

в0 - ширина поездной нагрузки, равна длине железобетонной шпалы, т.е. 2,75 м;

р0 - интенсивность поездной нагрузи, р0=К3*уn=1,3*0,80=1,04 кгс/см2,

Н - высота насыпи, равная 18,7 м;

zi - глубина заложения расчетных точек: z0= 0 м, z1=3,7 м, z2= 8,7 м, z3= 13,7 м, z4= 18,7 м;

увс - горизонтальная расчетная координата для верхнего строения пути, равна 2,05 м.

В любой точке земляного полотна возникают напряжения от: - верхнего строения пути ;

- поездной нагрузки;

- вышележащего грунта.

А именно:

,

где напряжения

уР - переменные во времени;

уВС и уг - постоянные во времени;

уа = уВС + уг.

Напряжения от поездных нагрузок определяются следующим образом:

ур= урI + урII, где

урI - напряжения от поездной нагрузки 1-го пути;

урII - напряжения от поездной нагрузки 2-го пути; отсюда:

ур= урI + урII

урI=Р0*II

урII=Р0*III

Тогда:

ур= Р0*II+ Р0*III

I - интенсивность поездной нагрузки.

для двухпутного участка.

Напряжения от верхнего строения пути оп-ределяются следующим образом:

,

где

для двухпутного участка.

Таблица 8

y/в z/в	0	0,75	1,5
0	1	1	1
3,7	0,440	0,278	0,161
8,7	0,202	0,192	0,138
13,7	0,130	0,120	0,110
18,7	0,110	0,100	0,100

Результаты вычислений уРI, уРII и уВС сведем в таблицу:

Таблица 9

№ точек	уР	уВС
0	2,08	0,15
1	0,625	0,0417
2	0,3536	0,0288
3	0,2496	0,018
4	0,2184	0,015

Далее будем вычислять удельный вес грунта в теле насыпи в каждой расчетной точке последовательно от 0 до 4.

Точка 0

Напряжения в грунте тела насыпи в точке 0 определяются следующим образом:

;

;

кгс/см2;

кгс/см2;

кгс/см2.

По известным значениям уа-0 и у0-0 из графика компрессионной кривой № 3 определим:

еа-н - коэффициент пористости напряженного грунта (у =уа-о) по ветви нагружения;

еа-к - коэффициент пористости грунта по ветви разгрузки при предварительном его сжатии (у =уа-о);

е0-н - коэффициент пористости напряженного грунта (у =уo-о) по ветви нагружения;

ео-к - коэффициент пористости грунта по ветви разгрузки при предварительном его сжатии (у =уo-о).

Тогда расчетный коэффициент пористости грунта насыпи в точке 0 рассчитывается следующим образом:

,

где

еаi , еоi - остаточные деформации соответственно от постоянных напряжений и общих;

еаi= еанi -еакi;

еоi= еонi -еокi;

Ке - коэффициент многократности, продолжительности и способа нагружения, равен 2,5;

Кн - коэффициент, учитывающий изменения глубины:

точка 0: Ке =1,0;

точка 1: Ке =0,85;

точка 2: Ке =0,75;

точка 3: Ке =0,75;

точка 4: Ке =0,75.

еан-о =0,748

еак-о=0,627

еа-о=0,121

еoн-о=0,611

еoк-о=0,577

еo-о=0,034

еа-о= 0,748-1*2,5*(0,121-0,034)=0,531

Зная еа-о, определим вес скелета грунта:

т/м3;

и обьемный вес грунта:

1,76•(1,0+0,2)= 2,117 т/м3.

Точка 1

ур-1=0,625 кгс/см2; увс-1=0,0417 кгс/см2;

= 2,117 + 0,003*3,7=2,128 т/м3;

кгс/см2.

Тогда:

0,0417+0,785=0,827 кгс/см2;

0,827 +0,625=1,452кгс/см2;

еан-1 =0,686 еак-1=0,609 еа-1=0,077

ерн-1=0,648 ерк-1=0,592 ер-1=0,056

еа-1= 0,686-0,85*2,5*(0,077-0,056)=0,641

Зная еа-1 определим вес скелета грунта:

т/м3;

и обьемный вес грунта:

1,645•(1,0+0,2)=1,974 т/м3.

Проверка:

;

Так как получившееся расхождение больше допустимого, произведем пересчет, приняв =1,974 т/м3.

Тогда:

кгс/см2.

Теперь , тогда окончательно принимаем, что

=1,974 т/м3.

Точка 2

ур-2=0,3536 кгс/см2; увс-2=0,0288 кгс/см2;

= 1,974 + 0,009*5=2,019 т/м3;

кгс/см2.

Тогда:

0,0288+1,755=1,784 кгс/см2;

1,784+0,3536=2,137 кгс/см2;

еан-2 =0,631 еак-2=0,585 еа-2=0,046

ерн-2=0,615 ерк-2 =0,579 ер-2 =0,036

еа-2= 0,631-0,75*2,5*(0,046-0,036)=0,612

Зная еа-2, определим вес скелета грунта:

т/м3;

и обьемный вес грунта:

1,675*(1,0+0,2)=2,01 т/м3.

Проверка:

;

Так как получившееся расхождение больше допустимого, произведем пересчет, приняв =2,01 т/м3.

Тогда:

кгс/см2.

Теперь , тогда окончательно принимаем, что

=2,01 т/м3.

Точка 3

ур-3=0,2496 кгс/см2; увс-3=0,018 кгс/см2;

= 2,01 + 0,009*5=2,045 т/м3;

кгс/см2.

Тогда:

0,018+2,767=2,785 кгс/см2;

2,785+0,2496=3,035 кгс/см2;

еан-3=0,592 еак-3=0,567 еа-3=0,025

ерн-3=0,585 ерк-3=0,563 ер-3=0,022

еа-3= 0,592-0,75*2,5*(0,025-0,022)= 0,586

Зная еа-3, определим вес скелета грунта:

т/м3;

и обьемный вес грунта:

1,702(1,0+0,2)=2,042т/м3.

Проверка:

;

Так как получившееся расхождение не больше допустимого, то значение величины =2,045 т/м3.

Точка 4

ур-4=0,2184 кгс/см2; увс-4=0,015 кгс/см2;

= 2,045 + 0,009*5=2,09т/м3;

кгс/см2.

Тогда:

0,015+3,80=3,815 кгс/см2;

3,815+0,2184=4,033/см2;

еан-4=0,566 еак-4=0,554 еа-4=0,012

ерн-4=0,562 ерк-4=0,552 ер-4=0,010

еа-4= 0,566-0,75*2,5*(0,012-0,010)= 0,562

Зная еа-4, определим вес скелета грунта:

т/м3;

и обьемный вес грунта:

1,729*(1,0+0,2)=2,075 т/м3.

Проверка:

;

Так как получившееся расхождение больше допустимого, произведем пересчет, приняв =2,075 т/м3.

Тогда:

путь рельс насыпь дренаж

кгс/см2.

Теперь , тогда окончательно принимаем, что =2,075 т/м3.

3.2 Определение критического коэффициента устойчивости откосов индивидуального поперечного профиля пойменной насыпи

В зоне насыпи можно выделить 5 зон грунтов с отличающимися свойствами: сухая насыпь, зона капиллярного поднятия, влажная насыпь, сухое основание, влажное основание.

1. Сухая насыпь (с.н.):

Удельный вес:

=2,044 т/м3;

Коэффициент пористости:

=0,586;

Коэффициент трения:

;

Сцепление грунта: Ссн =2,2т/м2.

2. Зона капиллярного поднятия (к.з.):

Удельный вес:

==2,084 т/м3;

Коэффициент трения:

;

Сцепление грунта:

Скз=0,5*Ссн =1,1 т/м2.

3. Влажная насыпь (в.н.):

Удельный вес:

==1,084 т/м3;

Коэффициент трения:

;

Сцепление грунта:

Свн=Скз=1,1 т/м2.

4. Сухое основание (с.о):

Удельный вес:

т/м3;

Коэффициент пористости:

==0,656;

Коэффициент трения:

;

Сцепление грунта: Ссо =2,5 т/м2.

5. Влажное основание (в.о.):

Удельный вес:

==1,027 т/м3;

Коэффициент трения:

;

Сцепление грунта:

Сво=0,5*Ссо=0,5*2,5=1,25 т/м2.

Расчет устойчивости откосов насыпи производится по схеме, приведенной на чертеже .

Устойчивость насыпи характеризуется коэффициентом устойчивости, который определяется следующим образом:

, где

МУД и МСДВ - моменты соответственно удерживающих и сдвигающих сил относительно центра поверхности обрушения.

К удерживающим силам относятся: - сила внутреннего трения; - сила сцепления; - вес грунта;

К сдвигающим силам относятся: - вес грунта; - гидродинамическая сила;

Кроме этого к сдвигающим силам относятся постоянная нагрузка от верхнего строения пути и временная нагрузка от подвижного состава.

Раскрыв значения удерживающих и сдвигающих сил, получим:

, где

?Fуд и ?Fсдв -суммы соответственно сил удерживающих и сдвигающих откос насыпи.

?Fуд =;

?Fсдв=;

где

Ni*fi - силы трения;

Ci*li - силы сцепления; li - длина основания отсека;

Туд - удерживающие касательные силы (левее вертикального радиуса);

Тсдв - сдвигающие касательные силы (правее вертикального радиуса);

D - гидродинамическая сила.

,где

гв - удельный вес воды;

I0 - средний уклон кривой депрессии;

щВО - площадь в поперечнике влажного основания;

щВН - площадь в поперечнике влажной насыпи.

Туд(сдв)i=;

Ni=,

где

Qi - вес отсека.

, где

щi - площадь отсека;

гi - удельный вес грунта.

Характеристики грунта насыпи, находящиеся при естественной влажности.

Коэффициент пористости грунта

0,63

Объемный вес грунта насыпи

2,05 т/м3

Где Wн - влажность насыпи; - объемный вес скелета грунта, т/м3.

Коэффициент трения грунта насыпи:

.

Удельное сцепление грунта: т/м2

Грунты, находящиеся в обводненном состоянии.

Объемный вес грунта насыпи:

т/м3

Коэффициент трения грунта насыпи:

0,30

Удельное сцепление грунта насыпи:

= 0,5*2,2 = 1,1 т/м2

Характеристики грунтов основания.

Объемный вес грунта основания насыпи:

т/м3;

Коэффициент пористости:

Коэффициент трения грунта основания насыпи:

Удельное сцепление грунта основания насыпи:

т/м2.

3.3 Определение гидродинамической силы

При сезонном подъеме воды, часть грунта насыпи обводняется, следовательно, ухудшается строительные характеристики грунтов. При сезонном уменьшении уровня воды, вода начинает вытекать из тела насыпи. Из-за этого кроме постоянно действующих нагрузок и нагрузок от подвижного состава на насыпь действует гидродинамическая сила. Гидродинамическая сила определяется по формуле:

,

где D - гидродинамическая сила, т; I0 - уклон кривой депрессии; V - объем грунта, в котором действует гидродинамическая сила, м3.

Так как расчет ведется для 1 пог./м насыпи, то можно объем заменить на площадь.

.

Площадь части сползающего клина, насыщенного водой, м2:

.

3.4 Определение коэффициента устойчивости насыпи

Устойчивость насыпи характеризуется коэффициентом устойчивости, который должен находится в пределах 1,21,5. Коэффициент устойчивости определяется как:

К удерживающим силам относятся: - сила внутреннего трения; - сила сцепления; - вес грунта;

К сдвигающим силам относятся: - вес грунта; - гидродинамическая сила;

Кроме этого к сдвигающим силам относятся постоянная нагрузка от верхнего строения пути и временная нагрузка от подвижного состава. Эти две нагрузки заменяются фиктивными столбиками грунта.

Высота столбика заменяющего временную поездную нагрузку, м:

,

Где Рвр - временная поездная нагрузка; - объемный вес грунта насыпи.

м

Ширина столбика, м:

bвр - 2,75 м - для деревянных шпал.

Высота столбика заменяющего вес верхнего строения пути, м:

м

Ширина столбика заменяющего действие веса верхнего строения пути, м:

- для одного пути двухпутной линии.

При 2х путном участке воздействие временной поездной нагрузки заменяют двумя столбиками с расстоянием между двумя осями столбиков 4,1м.

Ширина основной площадки земляного полотна на однопутной линии 11,7 м.

Раскрыв значения удерживающих и сдвигающих сил, получим:

.

где - длина дуги отсека.

.

3.5 Построение схемы для расчета устойчивости откоса пойменной насыпи

По высоте насыпи от 0 до 6м уклон откоса 1 : 1,5, от 6 до 12м уклон откоса 1 : 1,75, уклон откоса бермы 1 : 2. Высота насыпи по заданию 18,7 м. Относительная отметка основания насыпи 100 м; относительная отметка горизонта высоких вод (ГВВ) 107,5 м. Ширину бермы принимаю 6 м. После построения насыпи, на основной площадке земляного полотна показываем фрикционные столбики грунта, которые заменяют действие временной поездной нагрузки и вес верхнего строения пути. Далее строится прямая центров кривых сползания - отрезок АВ. Из середины отрезка АВ поднимаем перпендикуляр до пересечения с прямой, которая проводится под углом 36° из левой верхней точки столбика, заменяющего действие временной поездной нагрузки. Таким образом, получаем точку С. Из точки С, проводим радиус СВ. Соединяя радиусом точки А и В, получаем кривую обрушения.

В результате построения получили массив, ограниченный кривой обрушения и верхней границей насыпи (основная площадка земляного полотна, откосы насыпи, бермой и откосом бермы). Получившийся массив разбиваем на отсеки, границы которых выбираются следующим образом:

- в местах характерных точек;

- ширина отсека не должна превышать 6 м.

После разбития на отсеки из точки С опускаем вертикальную прямую до пересечения с кривой обрушения. Эта прямая разделит массив на две части. В левой части действуют удерживающие силы, а в правой сдвигающие силы.

На пересечении оси пути и горизонта высоких вод получаем точку, из которой строим кривую депрессии с уклоном 0,07. Кривая депрессии разделит насыпь на две части. В первой части (выше кривой депрессии) лежат грунты, находящиеся при естественной влажности; во второй части (ниже кривой депрессии) грунты, находящиеся в обводненном состоянии. Ниже отметки земли находятся грунты основания.

Площадь части сползающего клина, насыщенного водой:

Тогда гидродинамическая сила:

.

Рассчитаем коэффициент устойчивости:

.

В результате расчета получили коэффициент устойчивости 1,13.

Данный коэффициент устойчивости меньше нормативного значения равного 1,2 , поэтому откос насыпи не устойчив и необходимо проводить мероприятия по откосу насыпи.

Например можно использовать следующие мероприятия по укреплению откоса земляного полотна:

1) Искусственный дерновый покров;

2) Покрытие откоса крупнообломочными грунтами;

3) Бетонные и железобетонные укрепления;

4) Увеличение бермы земляного полотна.

3.6 Расчет и проектирование двухстороннего закюветного дренажа

При проектировании дренажа расчетом определяется:

- глубина их заложения;

- расход воды (дебит);

- диаметр дренажной трубы.

Определение глубины заложения дренажа.

Глубина заложения дренажа определяется по формуле:

,

где

- расчетная глубина промерзания грунта от верха балластного слоя с вероятностью непревышения один раз за 10 лет.

- запас на возможное колебание уровня капиллярных вод и глубины промерзания. - высота капиллярного поднятия воды над кривой депрессии. - стрела изгиба кривой депрессии.

,

где = 0.08 - средний уклон депрессии. m - уклон откоса насыпи, 1,5 = 0,6 м.

- расстояние от дна дренажа до уровня выклинивания кривой депрессии.

=0,3+0,54+0,75+0,35+2,0-0,6=3,34

При данной глубине дренажа принимают ширину траншеи равной 2d=1.00 м

Отметка дна дренажа:

Мощность водоносного слоя относительно:

Мощность водоносного слоя от до:

Т.к Т > 0, то дренаж несовершенный.

Определение притока воды притекающего на 1 м.п. трубы подкюветного двухстороннего несовершенного дренажа:

Суммарный приток воды на 1 п.м.

где

- приведенный расход напорного потока определяется по графику, в зависимости от коэффициентов и значения которых определяются по формулам:

При < 3 с достаточной для практических целей можно воспользоваться графиком

При < 3 с достаточной для практических целей можно воспользоваться графиком

Полный расход воды на 1 п.м. каждого дренажа

Расчетный расход воды в низовом сечении дренажа

,

где

- коэффициент запаса, учитывающий возможность засорения трубы.

- длина дренажа как водосбора.

- суммарный приток воды на 1 п.м.

Определение диаметра дренажной трубы.

Диаметр дренажной трубы определяется конструктивно из соображения возможности ее прочистки, но не менее 0,15 м. Принятый диаметр проверяют на пропуск расчетного расхода воды.

Пропускная способность дренажной трубы определяется по формуле:

,

где

- площадь живого сечения трубы;

- скорость течения воды в трубе.

,

где

R - гидравлический радиус.

С - коэффициент Шези, определяется по формуле Павловского:

n = 0.012 - коэффициент шероховатости поверхности,

y = 1.5=0.164

i = 0.005 - уклон трубы, принимаемый равным продольному уклону выемки.



Данная труба Ш150мм в состоянии обеспечить пропуск заданного расхода воды.

Список литературы

1. Проектирование железнодорожного пути / под ред. Г. М. Шахунянца М.: Транспорт, 1972г

2. Основыустройства и расчётов железнодорожного пути /под ред. Т.Т.Яковлевой М.: Транспорт, 1990 г

Размещено на Allbest.ru