Разработка программного комплекса расчета устойчивости пойменных насыпей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО "Сибирский государственный университет путей сообщения"

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ПОЙМЕННЫХ НАСЫПЕЙ

Косенко Сергей Алексеевич, д.т.н., профессор

Ешимов Марат Жанглельдинович, студент

Коптев Евгений Алексеевич, студент

Дубовняк Данил Юрьевич, студент

Россия, Новосибирск

Аннотация

В статье приведен аналитический метод расчета устойчивости откосов пойменных насыпей с использованием разработанного для этих целей программного комплекса. В разработанной программе все расчеты устойчивости и построение проектного поперечника пойменной насыпи выполняются в автоматическом режиме. Конфигурация насыпи и другие вспомогательные линии записаны в виде уравнений с использованием языка программирования Visual Basic.

Ключевые слова: пойменная насыпь, программирование расчета, устойчивость откосов, построение профиля

In the article presents an analytical method for calculating the slope stability of embankments using floodplain developed for this purpose software package. In the proposed program, all calculations of the stability and the construction of the project width floodplain embankment performed automatically. The configuration of the mound, and other auxiliary lines are written in the form of equations using the programming language Visual Basic.

Key words: floodplain mound, programming calculation, stability of slopes, profile building

В современном мире проблема рационального проектирования пойменных насыпей на подходах к искусственным сооружениям в условиях периодического воздействия паводковых вод является актуальной. Эти вопросы решают проектные организации.

Пойменная насыпь работает в условиях постоянного воздействия атмосферных и климатических факторов, воспринимая большие нагрузки от собственного веса и проходящих поездов. В этих условиях все элементы железнодорожного пути, в том числе земляное полотно, по прочности и устойчивости должны обеспечивать безопасное и надежное движение пассажирских и грузовых поездов с наибольшими установленными скоростями, а также иметь достаточные резервы для дальнейшего повышения скоростей движения и веса поездов.

При сооружении насыпей в поймах рек руководствуются индивидуальными проектными разработками, которые, как правило, значительно отличаются от типовых решений. Кроме того, пойменные насыпи, особенно на подходах к мостам, имеют значительную высоту.

Обычный расчёт устойчивости насыпей выполняется графоаналитическим способом по методике Г.М. Шахунянца [1,2] при статически приложенной нагрузке от подвижного состава и круглоциллиндрической поверхности смещения. Учет динамического воздействия от поездов производится введением коэффициента.

Вид грунтов и их физико-механические и сдвиговые характеристики определяются на основе инженерно-геологического анализа. В учебных целях используются справочные данные [3-5]. Характеристики железнодорожного пути, нагрузки от верхнего строения пути, локомотивов и др., принимаются по литературным источникам [6-7].

Для снижения динамической нагрузки на пойменные насыпи, находящиеся в сложных условиях, рационально использовать современные типы рельсов, щебень твердых пород, упругие промежуточные рельсовые скрепления. В последнее время с этой целью устраивают также защитные подбалластные слои, в том числе с применением геосинтетических материалов [8-9]. Такой подход в ОАО РЖД РФ и АО НК КТЖ Казахстана является основой ведения путевого хозяйства [10].

После этого вычерчивается поперечник пойменной насыпи с послойным разделением грунтов по влажности и их сдвиговым характеристикам. Далее строится кривая обрушения, выбираются отсеки для расчета, затем измеряются параметры: площадь отсеков, расстояние до вертикального радиуса кривой обрушения [3]. По полученным данным и существующим формулам производится расчет в табличной форме. Данный метод трудоемкий и несет за собой неизбежные погрешности.

Для сокращения времени расчета и возможности варьирования проектными данными, разработана программа расчета устойчивости откосов и построения поперечного профиля пойменной насыпи с использованием Visual Basic и AutoCad. Ввод исходных данных показан в таблице 1.

Таблица 1 - Исходные данные

В программе можно задать основные характеристики для пойменной насыпи: категорию пути, тип рельсов, радиус кривой, количество путей, высоту насыпи, ширину бермы, вид грунтов, точку начала кривой обрушения и др. Для упрощения ввода данных составлены выпадающие списки.

После ввода исходных данных, необходимо нажать кнопку "Составить таблицу расчета устойчивости насыпи", после чего будет произведен расчет.

Промежуточные расчеты основных параметров приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Промежуточные расчеты основных параметров

В разработанной программе все описанные выше действия выполняются в автоматическом режиме. Все линии пойменной насыпи, а так же вспомогательные линии построения записаны в виде уравнений.

Таким образом, расчет упрощается и сводится от графоаналитического способа к аналитическому. Результаты расчета также выводятся в стандартную расчетную таблицу. По ней и производится анализ устойчивости насыпи.

В данной программе имеется возможность подбора проектных параметров: высоты насыпи; уклона местности; количества путей; ширины бермы, вида грунтов и их свойств.

В результате расчетов по программе, определяется количество отсеков, высчитывается их площадь, длины, расстояния, уклоны и остальные параметры и в конечном итоге определяет коэффициент устойчивости. Если он не удовлетворяет нормативным требованиям, можно подбирать коэффициент устойчивости, изменяя величину уклонов, ширину бермы или вид грунта, приближая его к нормативному значению.

Программа позволяет для достижения необходимой устойчивости, осуществлять подбор грунтов с необходимыми сдвиговыми характеристиками и изменять конфигурацию поперечного профиля с целью оптимизации строительных работ и минимизации финансовых затрат. Поэтому, многовариантные расчеты выполняются с большой точностью и скоростью. откос насыпь пойменный устойчивость

После внесения изменений в проект, уже можно оценивать их экономическую составляющую. При подборе вида грунта с необходимыми свойствами, необходимо учитывать, что стоимость их существенно зависит от района проектирования и дальности доставки. При изменении ширины бермы и пологости откосов, изменяется и объем земляных работ, что также сказывается на проектной стоимости объекта. Экономическая оценка должна производиться в тесной связи с требованиями безопасности при строительстве и эксплуатации.

Для визуальной оценки проведенных расчетов предусмотрена также возможность автоматизированного построения поперечного профиля пойменной насыпи по данным расчетной таблицы. Построение выполняется после анализа результатов программных расчетов с использованием графического редактора AutoCad.

Выводы

Данные результаты показывают хорошую сходимость с результатами практического расчета графоаналитическим способом, но имеют большую точность, скорость и многовариантность принятия решений на основе технико-экономического обоснования и требований заказчика строительства.

Список литературы

1. Железнодорожный путь: учебник / Е.С. Ашпиз, А.И. Гасанов, Б.Э. Глюзберг и др.; под ред. Е.С. Ашпиза. - М., ФГБОУ "Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте", 2013. - 544 с.

2. Железнодорожный путь: учебник / Г.М. Шахунянц и др. - М, Транспорт, 1987. - 467с.

3. Устройство транспортных сооружений в особых условиях: Учебно- методическое пособие/ С.А. Косенко - Алматы: КазАТК, 2013. - 160 с.

4. Земляное полотно железных дорог / М.А. Фришман, И.Н. Хохлов, В.П. Титов - М., Транспорт, 1972. - 285 с.

5. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог / М.В. Аверочкина, С.С. Бабицкая, С.М. Большаков и др.: под ред. А.Ф. Подпалого, М.А. Чернышева, В.П. Титова - М., Транспорт, 1978. - 766 с.

6. Верхнее строение пути: Учебно-методическое пособие/ С.А. Косенко - Алматы: КазАТК, 2014. - 366 с.

7. Расчеты и проектирование железнодорожного пути / В.В. Виноградов, А.М. Никонов, Т.Г. Яковлева - М., Маршрут, 2003. - 485 с.

8. Инструкция по устройству подбалластных защитных слоев при реконструкции (модернизации) железнодорожного пути. Распоряжение ОАО РЖД № 2544р от 12 декабря 2012г.

9. Васюкевич Е.Б. О разработке основных направлений обеспечения надежной эксплуатации инженерных сооружений // Путь и путевое хозяйство, 2013, №6.- С.2-9.

10. Косенко С.А., Исмагулова С.О., Суслова Т.М. Новая структура ведения путевого хозяйства на железных дорогах Казахстана. // Вестник ВНИИЖТ, 2012, №6.- С.39-42.

Размещено на Allbest.ru