Пособие к СНиП 2.05.03-84 "Мосты и трубы" по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (ПМП-91)

     
Приложение 6.1

     
ПРИМЕРЫ
математического моделирования гидравлической работы эксплуатируемых и проектируемых мостовых переходов

Пример 1.

Существующая автомобильная дорога пересекает мостом водоток А, являющийся протоком в речной долине р.Б, и паромной переправой русло р.Б. В непосредственной близости от паромной переправы расположены подземные (под руслом) переходы газо- и нефтепроводов I-II класса. Этим вызвано смещение створа проектируемого моста через р.Б ниже паромной переправы. Такое решение, связанное также с приближением трассы дороги к воздушной линии, привело к пересечению водотока С с устройством еще одного моста.

В задачу математического моделирования входили обоснования и корректировка принятых проектных решений:

размеры отверстий через русла Б и С;

гидравлическая работа моста через р.С и необходимость в водоразделительной дамбе между руслами Б и С;

влияние мостов через р.Б и С на русловые деформации в русле р.Б в местах газо-, нефтепроводов;

изменение гидравлической работы моста через р.А в связи с мостами через р.Б и С;

русловые деформации в русле р.А в местах газо-, нефтепроводов;

необходимость в водоразделительной дамбе у моста через р.А.

Для моделирования протекания потока в речной долине р.Б использованы двумерные уравнения Сен-Венана, решаемые на ЭВМ методами численного интегрирования, и уравнения движения наносов.

Исходными данными для расчета явились отметки дна и коэффициенты шероховатости внутри элементов сетки, на которую разбивают всю исследуемую область (речную долину). В алгоритме использовалась так называемая регулярная прямоугольная сетка, которая делит всю область течения на продольники и поперечники (рис.1, см. вклейку). Такая сетка удобна для ввода исходных данных и анализа полученных результатов и используется в ЦНИИСе при относительно (русел) нешироких речных долинах в областях с достаточно простой конфигурацией границ.

Рис.1. Расчетная сетка конечных элементов: Цифрами в ячейках показаны отметки земли (в м); по контуру сетки - номера ячеек по осям X и Y; стрелками показан участок, где задан расход воды; волнистыми линиями - уровень; 1 - газопровод; 2 - нефтепровод; 3 - паромная переправа

В программе границы непротекания (насыпь, водоразделительные дамбы и т.п.) являются границами элементов (т.е. линиями). Поэтому криволинейные сооружения, длина которых превышает их ширину, аппроксимируются ломаными линиями (см. рис.1).

В качестве граничных условий в программе задают удельные расходы на одной (верхней) границе и уровни на другой (нижней) границе области. При этом для расчетов установившегося движения конечный результат не зависит от способа задания начальных условий (например, на входе можно задавать распределение удельных расходов по Шези или произвольно), поскольку течение формируется под влиянием граничных условий и через некоторое время стабилизируется.

Комплекс предусматривает возможность продолжения расчетов с контрольной точки; включает блоки контроля исходных данных и программу вывода результатов на печать, графопостроитель (рис.2, см. вклейку) и графдисплей. Для персональных компьютеров (ПЭМВ)* реализовано цветное графическое представление расчета на экране монитора.

_______________

* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.    

Рис.2. План скоростей течений, полученный на графопостроителе

Результаты математического моделирования позволили:

предложить сокращение моста через р.Б до отверстия, которое не будет оказывать неблагоприятного влияния на работу трубопроводов;

отказаться от предлагаемых первоначально в проекте специальных водоразделительных дамб для регулирования пойменного и руслового потоков на мостах через русла А и С; дамба может оказать даже негативное влияние на работу проектируемого моста через р.С.