АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА (АО "ЦНИИС")

УТВЕРЖДАЮ. Заместитель директора АО "ЦНИИС” Г. Д. Хасхачих 20 ноября 1993 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЛЕДОВЫХ НАГРУЗОК НА ОПОРЫ МОСТОВ

Одобрены Специализированной фирмой "Мостострой"

Москва 1933

2. ОПРЬДЕЛШИК РАСЧЕТНЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ НО ЛЬДОВОЙ ОБСТАНОВКА В РАЙОНЕ ПЬРЬХОДА.

2.1.    Методы определения расчетных исходных данных по ледо вой обстановке зависят от продолжительности периода наблюдений за изучаемым параметром и подразделяются на три группы,характе ризуемые: наличием,недостаточностью и отсутствием данных наблкде ний.

2.2,    К первой группе (наличие данных) наблюдений относятся периоды,которые являются репрезентативными (представительными),а величина относительной средней квадратической ошибки £_х расчетного значения исследуемой характеристики не превышает 10 % / А /.

Наблюдения на створе перехода или расчетных опорных пунктах удовлетворяют указанные условия (репрезентативные) при продолжительности периода не менее:

16 лет для определения толщины льда;

20 лет для уровней льда и воды,когда водоток не освобожден ото льда;

2Ь лет для скорости ветра и уровней воды в безледьые сеэо hi: /Л /.

При меньшей продолжительности периода к первой группе относятся наблюдения,если

(2.1)

где (5 - среднее квадратическое отклонение от средней величины X рассматриваемого параметра при периоде наблюдения. А' лет

а;-ху

'X V- ■ /V - i    ⁹

Xi- величина рассматриваемого параметра в /. -ом году.

Среднюю (и/ти среднюю многолетнюю) величину X определяют

как среднее арифметическое по формуле

Ь 2. Xi/А/ , •    (2.3)

v    1*1

где 51 Х[ - сумма величин,из которых составлен ряд из/V членов.

*    П

2.3. Ко второй группе ( недостаточных данных) относятся наб людения,которые не могут быть отнесены к первой группе (см.п.2.2) при продолжительности периода но менее: 6 лет для толщины льда /Ь/ ; 10 лет для уровней воды / 4 / и скоростей ветра.

Все остальные случаи следует- рассматривать как отсутствие данжос наблюдений.

ОПРЬйВЛЖИЕ ТОЛИНЫ ЛЩА»

2.4. Толщйну льда за зимний..период расчетной вероятности р_д определяют по формуле

ги    ’    ⁽²-⁴⁾

где - средняя из ежегодных максимумов за зимний период толщина

льда; (?л - среднеквадратическо с отклонение ежегодных максимумов толщин льда за зимний период от Ьл ; отклонение ординаты кри вой вероятностей Пирсона Ш типа от середины (Приложение I) для расчетной вероятности толщины льда р_п и коэффициента асиммотрии C_s ежегодных максимумов толщин льда.

Методы определения величин    и    зависят    от    про

должительное™ периода наблюдении за толщиной льда.

2.5.    При наличии данных наблюдений ^среднюю из ежегодньх мак

симумов за зимний период толщину льда /?д и среднеквадратическое отклонение толщин льда & д определяют.соответственно по формулам (2.3) и (2.2),а коэффициент асимметрии ежегодных максимумов толщин льда по формуле    .    ■    .    j

с- = al&i1^±iAs1    (2.о)

2.6.    При отсутствии данных наблюдений параметрыОа и Cj при нимают по карте (рис.2.1),а среднюю, толщину льда по формуле (в см!

где а - коэффициент,принимаемый равным 1,7 для рек в европейской

части России южнее широты и _в Дпкатекой чэсфи южнее широты •IZ

55°; севернее указанное районов а=2,4; Ж( Ц -средняя за период не меиее 15 лет сумма отрицательмэс среднесуточных температур воздуха ( в градусах Цельсия) от ледостава до напала снеготаяния по данньи опорных метеостанций; fj_c - средняя за зимний период высота (в к) снежного покрова,определяемая по показаниям метеостанции .

Мри расчете средней толщины льда /?_/; пи формуле (2.6) следует учитывать особенности формирования ледового покрова.

При прочих ровных условиях: заболоченность рек уменьшает но 10 15 см толщину льда,образуемого за зимний период;

на участках с осенними заторами и зажорами,а также в районах, характеризующихся осенним ледоходом,из за образования ледяного покрова сразу из более толстого и торосистого льда толщина его может бк!ть увеличена до 30 см.

2.7. При недостаточных данных наблюдений ( при .дЛ*о лет) среднюю толщину льда можно определять двумя способами: с использованием эммрической формулы (2.6) и статистическим методом.

Первый способ сводится к уточнению значения Uo ^а    Туй

в формуле (2.6) по средней сумме отрицательных среднесуточных

температур за А/ лет наблюдений Ж / t /₀* ——■if'/tL¹.)— _и сред -Т £ /    N

ней толщине льдаплл/ *    за тот.же период. Искомый, сред -

ний параметр^, определяется как 0._о~ (

По второму способу наибольшая толщина льда за Л^лет наблюдений

принимают обеспеченностью I раз в/У лет (или вероятностью

I/АА). Тогда из формулы (2.4)

V* * f'mmN - ^ф Ш ***“>    ⁽²-⁷⁾

где $i/y - отклонение ординаты кривой вероятностей Пирсона Ш типа

от середины для вероятности Х/Ы (см.Приложение!); л*/

среднеквадратическое отклонение толщин льда при налом числе ряда

(AS 15) ; ^ - коэффициент уменьшения^с доверительной вероят-

ностью 0,9, который принимают равным (для распределения)'.

N.    . . о 6 В    Ю    j2    [5

,    0,65    О.Св    0,72    0,76

К расчету рекомендуется принимать большее значение средней толщины льда hjf , полученное по двум способам.

2.8. За расчетную толщину льда^^еледует принимать толщину льда расчетной вероятности на период его первой подвижки Ьлр°/о “ -hmtxt Р*/е ,    (2.0)

где JL коэффициент уменьшения к момснт-у первой гюдвикки мак -

симальной толщины льда за зимний период    '*‘»й    *е    расчетной

вероятности (см.п.2.4),который по действующим нормативным докумен •там /3,5 / требуется принимать равнял 0,8. Но основании натурных обследований возможна следующая дифференциация значений коэффйци ента Л :

O, 7 - для бассейна р.Амура вниз по течению до г.Хабаровска включительно;

0,9 - регион севернее линии Смолемск-Волгогрид и южнее линии С .Нетврбург-Иоскиа - Казань - Магнитогорск; аерхопьо бассейна р.Обь до Новосибирска; бассейн рек Книсея севернее притока Ангары и и Лены севернее г.Якутске;

0,8- остальная территория России.    ^    о

Указанные регионы относятся соотзетствемио х злнзм ЮН ,4 и 2 3 'наК ОПРВДЬШШК XAPAKTISPHUX УРОВНЮ.

2.9. В качестве максимальных уровней весеннего i и осеннего) ледохода принимают уровни высшего наблюденного (старожилами) ледохода (УВИЛ).Э^и уровни служат качественной оценкой при нахожде нии уровня высокого ледохода расчетной вероятности- (РУЫ!^),кото рую назначают равной расчетной вероятности паводка р для проектируемого мостового перехода.

РУВЛ^ определяют теми же методами,ка^ расчетные уровни па водков / /Л При отсутствии данных многолетних наблюдений для

бассейнов средних и нижних течений крупних рек Сибири и Европейски го Северн России уровни высокого ледохода можно принигтгь совиа дшощими с наивысшими уровнями ©осенних половодий. Для остальное регионов России уровни высокого ледохода можно определять по приближенной зависимости

Омыт*⁰** ’    ⁽²-⁹⁾

где QyjfiV - расход воды_tнаивысший уровень коч'орого соответствует уровню ледохода вероятностью р; Gtf„- максимальный (пиковый) расход воды весеннего половодья вероятностью р*Т %: К - коэффи ыипнт,определяемый по формуле (вероятности р принимают в %)

К '    (2.10)    .

В формуле (2.10) К =0,Ь9.

О    *    /

Уровни (И) снимают с мор|ометричоской кривой Q * f- (Н).

При отсутствии гидрологических наблюдений на участках заторооб разования подъем заторного уровня над уровнем ледохода можно определять по формуле

^Йэат*^{(22 г 0,3} ~ ^{11 Н}* •    (2-И)

где Н_л, С глубина и уклон (в долях единиц;) потока в русле

при ледоходе.

2.10. В качестве максимальных и минимальнее уровней первой исдвижки льда принимают уровни ледостава (УЛ «г) вероятностью соответственно I % и 99 %.

При наличии наблюдений уровни первой подвижки указанной ве роятности (обеспеченности) рассчитывают путем обработки соот ветствующего ряда уровней ледостава известным в гидрологии статистическим способом / I /.

В регионах,где преобладает сток весеннего половодья,в ка честве уровней подвижки льда можно принимать уровни низкой межени (УНМ) той же обеспеченности.

При отсутствии данных многолетних наблюдений минимальный уровень первой подвижки льда можно, принимать..но формуле:

/6

предисловия.

"Методические указания" составлены на основании разработанной методики,позволяющей болео обосновано определять ледовые нагрузки на опоры мостов за счет реда существенных коррективов к требованиям действующих нормативных документов. Эти коррективы относятся как к определению ледовых нагрузок,так и назначению расчетных прочностных характеристик льда.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований с использованием заменителя льда (эквивалентным материалом) и известных методов строительной механики уточнены методы расчета ледовых нагрузок на опоры в широком диапазоне их конструктивных особенностей ( в частности,для опор беэроствер-кового типа).ситуационных условий (например,косое направление воздействия ледяных полей) и др.

Сравнение фактических прочностных характеристик льда к периоду первой подвижки для участков сибирских и. дальневосточных рек с рекомендуемыми в нормативных документах подтверждает о значительных запасах,заложенных в последних при определении ледовых воздействий. Эти запасы связаны с тем,что,во-первых ,нормы не учитывают уменьшение прочности ледяного покрова от начала его таяния до первых подвижек,когда прочность льда снижается под влиянием поглощаемого тепла солнечной радиации,. Во-вторых,тепловой баланс тающего ледяного покрова включает в себя комплекс климатических- и метеорологических факторов (высоты снежного покрова,облачность и т.п.).Поэтому принцип изменения расчетной прочности льда с увеличением географической широты местности (от 1,2 до двух раз),заложенный в нормы,не соответствует действительности.

На основе большого статистического материала о поступлении солнечной радиации на землю в весенний период в различных регио-

3

них России в работе приведена карта районирования по вонам коэффициента снижения прочности льда по сравнению с нормативной, т.е. с учетом реальных климатических условий, определяющих прочность льда на реках перед ледоходом.

Настоящие укаеаиия предназначаются для использования по согласованию с заказчиком до переработки действующих СНиП 2.05.03-84*, которые устарели в части требований к расчетным гидрологическим параметрам и, в частности, определению ледовых воздействий на опоры мостов.

Указания разработаны в творческом коллективе ( ТК ) "ГИДРАВЛИК" АО "ЦНИИС" докт.техн.наук А.Н.Милитеевым и канд.техн. наук В.Ш.Цыпиным при творческом участии докт.геогр.наук В.М.Гинзбурга,канд.твогр.наук С.В.Борща,К.Н.Поляковой,М.Б.Пономарева ( РосГидрометцентр) и канд.техн.наук В.П.Афанасьева (ЛИИЖТ).

Авторы выражают благодарность инж.Л.Н.Лодольиеау (Специализированная фирма “Мостострой") за конструктивную критику и полезные советы.

4

I.ОБЩИЙ положшия. .

I Л. Настоящие Методические указания предназначены для исполь-

эов&ьил при проектировании железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через реки на территории России и включают методику определения нагрузки от ледяных полей^х на промежуточные опоры мостов.

1.2.Составлению проектов мостовьос переходов через большие и сроднив реки должны предшествовать изыскания,в результате которых наряду с топографией,инженерно-геологическими условиями района перехода, гидрологическим режимом и русловым процессом цересекаемого водотока,необходимо изучение ледовой обстановки в районе перехода.

До начала полевых изыскательских работ производят сбор и изучение материалов о режиме (в том числе ледовом) пересекаемой реки в районе перехода с целью выявления недостающих материалов и сос -•гавления более полной программы полевого обследования ледовой обстановки.

В результате Подготовительных,полевых и камеральных работ доаж ни быть получены необходимые данные для определения расчетных (наиболее неблагоприятных) ледовых воздействий на сооружения перехода.

Эти данные должны включать:

уровни (место приложения нагрувки) в различные периоды очищения реки ото льда;

геометрические размеры ледовых образований и скорость их перемещения; .

механические свойства (прочность) льда в периоды его воздейст вия на сооружения;

размеры и ледотермический режим водоема,определяющие возможный тип ледовой нагрузки и воздействий на сооружения.

^хПод принятым в нормативных документах термином '-ледяные поля" следует понимать отделившиеся участки ледяного покрова,отличающиеся от отдельных льдин своими большими размерами. Правомерно (особенно для конкретных объектов и периода-ледохода) ледяное поле называть также льдиной.

S

1.3. На стадии подготовительных работ необходимо выявить опорные пункты для определения гидрологических,климатических и непосредственно ледовых условий в районе перехода.

В качестве таких пунктов могут быть приняты водомерные посты и метеорологические станции Росгидрометслужбы или пункты других ведомств,на которых ведутся соответствующие наблюдения и удовлетворяющие следующим условиям:

расположение не далее чем на 100 км южнее,на 200 км западнее или восточнее и на 300 км севернее от створа мостового перехода;

находятся в близких для проектируемого мостового перехода гидроморфологических,ситуационных и антропогенных условиях;

наблюдения за характеристиками льда ведутся на той же реке, через которую проектируют мост.

Если опорные пункты расположены выше и ниже по течению реки, то при прочих примерно равных условиях (включая и период наблюдений) рекомендуется использовать данные вышележащих постов.

1.4. На опорных пунктах определяют:

даты ранней и поздней первой подвижки льда; раннего,позднего и высокого весеннего и осеннего ледохода;

максимальные толщины льда в зимний период за все годы наб людений;

среднюю (в зимний период) толщину снёга на льду за годы наблюдений;

среднесуточную температуру воздуха в каедые сутки за период от ледостава до начала ледохода;

подекадную (понедельную или полумесячную) среднюю скорость ветра в период ледостава, наибольшую - в период ледохода.

1,Ь. Программа полевого обследования ледовой остановки должна предусматривать выполнение комплекса работ,включающего, выявления:

- максимальных и минимальных уровней первой подвижки льда;

€

максимальных уровней- весеннего (к осеннего) ледохода; места образования заторов и зажоров льда,причины их возникновения,уровни и отметки наибольших заторой и зажоров; места выхода льда на пойму,навалов льда на берега и образования постоянных полыней;

случаи разрушения берегов и сооружений ледоходом и.при прорыве заторов; расчетные размеры ледовых полей и льдин,толщину льда;

густоту, скорость и направления движения льдин на участке мостового перехода.

1.6. Состав и объем полевых работ определяют,исходя из ледового режима реки и степени его изученности,сроков разработк проектной документации и стадии проектирования.

По требованиям СНиЛ 2.05.03-84 /3/ исходные данные по ледо вой обстанобке необходимо устанавливать по ряду натурных наблюдений не менее 5 лет. Независимо от сроков наблюдений используют материалы Ресурсов поверхностных'водГосударственного кадастра, проектные и изыскательские материалы органиэаций.проводивших работы на исследуемом объекте ранее.

Методику и объемы работ,включал их камеральную обработку, устанавливают с учетом рекомендаций Пособия VI/ и Наставления /2/.

1.7.    В настоящее время ведутся уточнения действующих нормативных документов для проектирования мостовых переходов в части назначения расчетных вероятностей уровней (паводков) и толщины льда на основе учета климатических особенностей региона и минимизации строительно-оксплуатационных затрат.

До утверждения новых норм предлагаемые расчетные вероятности паводков (табл.I.1-1.2) и толщин льда косят рекомендательный характер. Вероятности паводков дифференцируются в зависимости от категории дорог и региона на территории России,характеризуемого

Рекомендуемые расчетные вероятности паводков (в %) для мостовых переходов на агтомобильных

дорогах. Таблица I.I.

Категория дорог зоны водоопаскости малая (12.. ср^няя повышенная (Ш2 Большая (1У2 Наибольшая ..ш_________ I L.J..S „1,0. . 2i4._ _ 0,33 0,25 П >2x5 . цо 0,5 0,33 0,25 ш 3,0 0,5 Г.>.2И .. 0,25 ГУ 3,0 __X.Q___| 0,67 __0,4_ 0,33 У UxO. Г,5 9х?_ 0,5 .....0t4.....

Рвкомеедуомые расчетные вероятности павоДков (в/ь) для мостовых переходов на железных дорогах.

Табл1}иа_1.2.

Категория Зоны водоопасности ЛИНИЙ иалая (1Г средняя повышенная (Hi) . большая (1У) наибольшая .ML. 1-Л 2x0.. ?xbj 0.67 0x33 0,2о „0,20__ Hi ’ 1.0 0,40 0,33 0,2b ГУ L____i.o. J „0^7. 0,5.

8

зонами водоопасноети (рис.1.1). В предлагаемых нормах расчетную вероятность толщины льда следует принимать для всех категорий дорог равной 1% при коэффициенте асимметрии изменения ежегодных максимумов толщин льда C_s > 0,5 и 2% при С₄*0,Ь (см.рис,2.1).

1.8.    При определении ледовой нагрузки на опоры мостов рассмт риваотся случай остановки сооружением(с последующем разрушением) ледяного поля,перемещающегося под действием течения,ветра или подъеми уровня в период первой подвижки льда и ледохода.

Наибольшие воздействия -льда на опоры происходят при первых подвижках,т.е. небольших Перемещениях ледяного покрова непосредственно перед вскрытием реки (водохранилища). .

В период ледохода прочность льда (за счет повышения его температуры до 0°С) минимально возможная; но приложение ледовой нагрузки существенно изменяться, и определяется подъемом уровня воды.

1.9. В расчетах все фИэико-мех&иическио (.прочностныо) характеристики льда принимаются как осередненнке по его толщине.

В расчетных формулах следует принимать,если особо не оговаривается, линейные размеры в метрах,нормативные сопротивления (проч ноеть)льда в Mija (I МПа 100 тс/*г) и получать величину нагрузок на опоры мостов в МН (I MHisIOO т. с). *

Приведенные зависимости по учету косого направления воздействия ледяных полей на опоры moctpd справедливы ирг. угле между продольной осью опоры и вектором силы .до 30¹'

10