Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Расчет прямоугольных водопропускных труб

(документ-шаблон РПВТ)

 

И с х о д н ы е д а н н ы е:

N: = 30

 

 


Высота насыпи Hнас : = 2.5 + 0.05·N Hнас = 4 м

 

bнас: = 7.6 = 9/9/81
Ширина поверху (6,6)

mотк : = 1.5 = 9/9/81


Показатель крутизны откоса (1,75)

 

 

iт : = 0.02 =0.02
Уклон лотка трубы

соответствует уклону лога (0,01)

 

Труба прямоугольная железобетонная

αр : = 20° = 9/9/81


Тип оголовка – раструбный (10, 30, 45)

 

Расчетный расход воды Qр := 8 + 0.2·N Qр = 14 м³/с

 

Максимальный расход воды Qмакс := 1.3·Qр Qмакс = 18.2 м³/с

 

Ускорение свободного падения g := 9.81 м/с2

n : = 0.015 = 9/9/81


Коэффициент шероховатости (0,020)

 

Сток снеговой – аккумуляция не учитывается

 

Требуется подобрать отверстие трубы, определить подпертую глубину, глубину на входе, глубину и скорость воды на выходе, тип и размеры укрепления русла на выходе из трубы.

 

Р е ш е н и е:

 

1. Определяем длину трубы

 

𝓁т :=bнас+Hнас· mотк· 2 𝓁т =19.6 м

 

2. Находим отверстие трубы b

 

Согласно инструкции ВСН 176 – 78 прямоугольные трубы должны пропускать расчетные и наибольшие расходы при безнапорном режиме и иметь при этом заполнение на входе:

при пропуске расчетного расхода ПQ(р) - hвх/hт ≤ 0.833;

 

при пропуске наибольшего расхода ПQ(макс) - hвх/ hт ≤ 1.0,

 

где hвх - глубина потока на входе в трубу; hт – высота трубы.

 

2.1. Определяем параметры расхода для прямоугольных труб в зависимости от типа оголовка.

 

Таблица 1

 

Параметры расхода ПQ для прямоугольных труб

 

Тип оголовка ПQ(р) ПQ(макс)
Портальный 0.420 0.560
Воротниковый с αр = 0° 0.565 0.588
Раструбный с αр = 10° 0.570 0.620
Раструбный с αр = 20° 0.580 0.665
Раструбный с αр = 30-45° 0.525 0.645

 



ПQ(р): = 0.580 = 9/9/81


По табл. 1 находим

 

 

2.2. Определяем высоту трубы

 

Если Q < 10 м³/с высота трубы hт =1.5 м;

 

если 10 ≤ Q ≤ 20 м³/с высота трубы hт =2.0 м;

 

если Q > 20 м³/с высота трубы hт = 2.5 м

 

hт : = 2.0 м м = 9/9/81


При Qр = 14 м3/с принимаем

 

2.3. Находим отверстие трубы из формулы для безразмерного параметра расхода на входе в прямоугольную трубу

 

 

Для расчетного расхода Qр = 14 м³/с

 

bр = 2.608 м

 

Типовые значения отверстий прямоугольных ж.б. труб: 1.0; 1.25; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0; 4.0 м. Полученное по формулам значение отверстия округляем до ближайшего большего типового.

Таким образом, для дальнейшего расчета принимаем

b: = 3.0 м = 9/9/81

 

 


3. Определяем глубину воды на входе в трубу hвх

 

При определении глубины воды на входе необходимо учитывать тип оголовка:

 

Портальный – t = 1; раструбный с αр = 30-45° – t = 2; раструбный с αр = 20° – t = 3; раструбный с αр = 10° – t = 4; воротниковый – t = 5,

где t – параметр для выбора нужной формулы.

t: = 3 = 9/9/81


В нашем случае

 

hвх.р = 1.665 м = 9/9/81

hвх.р := hвх(t,hтQ(p))

 

4. Определяем критическую глубину hк

 

Если скорости во всех точках сечения потока одинаковы, то коэффициент Кориолиса α = 1. Фактически скорости в отдельных точках сечения различны, и α > 1. Обычно при расчетах сооружений и открытых русел принимают α = 1.1[2].

 

hк.р = 1.347 м

 

 

5. Рассчитываем критический уклон iк

 

 

χк.р := 2· hк.р + 2·b χк.р = 8.693 ωк.р:= b·hк.р ωк.р = 4.04

 

Rк.р = 0.465

 

yк.р. = 0.22

 

Ск.р. = 56.339

 

 

iк.р = 8.142 · 10-3,

 

где χк.рсмоченный периметр при hк, м;

ωк.р - площадь живого сечения при hк, м2;

R к.р – гидравлический радиус, м;

yк.р – показатель степени;

Ск.р. – коэффициент Шези, м0.5/c;

n – коэффициент шероховатости.

 

При iк< iт трубы любой длины являются «короткими» в гидравлическом отношении.

Расход воды, пропускаемый безнапорной «короткой» неподтопленной трубой:

 

bк := b,

 

где m – коэффициент расхода при безнапорном режиме работы трубы, табл. 2.

 

Таблица 2

 

Тип оголовка Расчетные коэффициенты
m μП εП
Без оголовка 0.310 0.63 0.86
Портальный с конусами 0.325 0.62 0.74
Коридорный 0.340 0.61 0.83
Воротниковый с αр = 0° 0.315 0.58 0.74
Раструбный с αр = 10° 0.36 0.61 0.76
Раструбный с αр = 20° 0.36 0.64 0.78
Раструбный с αр = 30-45° 0.35 0.68 0.81

6. Определяем подпертую глубину H

 

При безнапорном режиме подпертую глубину следует определять по формуле

 

Hрб = 2.019 м

 

В табл. 2 приведены значения коэффициента расхода m для уклона трубы iт = 0.01. При других значениях уклона m определяется по следующей формуле

 

mтабл. := 0.36 m := mтабл.·[1+2·(iт - 0.01)] m = 0.367

 

Уточняем режим протекания потока:

 

Если Hр/ hт < 1.1 - режим безнапорный;

если Hр/ hт > 1.1 - режим полунапорный или напорный. В нашем случае Hрб/hт = 1.01. Следовательно - режим безнапорный.

При полунапорном режиме подпертая глубина с учетом скоростного напора определяется по формуле

 

Hор = 2.237 м

 

μп:= 0.64 εп:= 0.78 ω:= b· hт

 

где μп - коэффициент расхода при полунапорном режиме работы трубы, табл.2;

εп - коэффициент, определяемый по табл. 2;

Hрб - подпертая глубина при расчетном расходе и безнапорном режиме, м;

Hрп - подпертая глубина при расчетном расходе и полунапорном режиме, м;

Hоp - подпертая глубина с учетом скоростного напора, м.

В равнинных реках скорость течения воды обычно не превышает 0.5 м/с. Поэтому в порядке первого приближения можно принять

 

Hрп := Hоp Hрп = 2.237 м

 

Окончательно имеем

Hр = 2.019 м = 9/9/81

 

7. Рассчитываем глубину потока на выходе из трубы hвых

 

Глубины воды на выходе из «коротких» незатопленных труб при безнапорном и полунапорном режимах определяют с помощью следующей зависимости:

 

 

где П – безразмерный параметр расхода;

k – эмпирический коэффициент;

n – показатель степени.

 

При безнапорном режиме (ПQ(p) ≤ 0.6) k1 := 0.85 n1 := 0.75

 

При полунапорном режиме (П Q(p) > 0.6) k2 := 0.64 n2 := 0.25

 

ПQ(р) = 0.527

При безнапорном режиме

 

hвых.рб = 1.051 м

 

При полунапорном режиме

 

hвых.рп = 1.09 м

 

Окончательно имеем

hвых.р = 1.051м = 9/9/81

 

 

8. Определяем скорость потока на выходе из трубы Vвых

При безнапорном режиме

При полунапорном режиме

При безнапорном режиме

 

Q:= Qр Q = 14 iт = 0.02 hт = 2 b = 3 g = 9.81

 

Vвых.рб = 4.642 м/с

 

При полунапорном режиме

 

Vвых.рп = 4.492 м/с

 

Vвых.р:= if (Vвых.рб < Vвых.рп, Vвых.рп,Vвых.рб)

Vвых.р = 4.642 м/с = 9/9/81


Принимаем

 

9. Расчет нижнего бьефа дорожной трубы. Определение глубины размыва и назначение типа укрепления [4]

 

При расчете размыва за водопропускным сооружением предварительно назначают тип укрепления отводящего русла.

На рис. 5 представлены семь типов укреплений.

 

 

Рисунок 5. Типы выходных русел

1 – каменная наброска; 2 – укрепление горизонтальное;

3 – вертикальный уступ «зуб»; 4 – предохранительный откос;

 

 

На рис. 6 представлены укрепления (тип 8 и 9), разработанные в МИИТе. В них используются активные средства гашения энергии потока (гасители в виде шашек и растекатели, устанавливаемые на рисберме укрепления), что значительно уменьшает размывы в нижнем бьефе и полностью исключает боковые подмывы насыпи.

Назначение типа укрепления производится по величинам скоростей на выходе из дорожных труб по табл.3, в которой приводятся значения максимальных допускаемых (неразмывающих) средних скоростей течения воды для укрепленных русел в м/с.

 

 

Рисунок 6. Выходное русло с гасителями и растекателями

 

Таблица 3

 

Величины допускаемых скоростей для укрепления русла

 

  Материал и тип укреплений Средние глубины потока
0.4 1.0 2.0 3.0
Каменная наброска из булыжного или рваного камня в зависимости от его крупности. Тип 1. По табл. 2.7 с коэффициентом 0.9 в[2]
Одиночное мощение на щебне (слой щебня не менее 10 см) а) из рваного камня размером 15 см б) из рваного камня размером 20 см     2.5 3.0     3.0 3.5     3.5 4.0     4.0 4.5
Одиночное мощение на цементном растворе марки 200 а) из рваного камня размером 15 см б) из рваного камня размером 20 см     3.1 3.7     3.7 4.4     4.4 5.0     5.0 5.6
Бетон М200 как одежда для укреплений толщиной 12 см. Типы 2-5   6.0   6.5   7.0   7.5
Укрепление бетонными плитами (блоки П-1) Типы 5,6,7,8,9   3.0   3.5   4.0   4.5
Укрепление бетонными плитами (блоки П-2) толщиной 15 см. Типы 5-9   3.0   3.5   4.0   4.5

 

 

В соответствии со значениями глубины и скорости на выходе из трубы принимаем материал укрепления № 4, табл. 3.

Однако, окончательное решение по назначению типа укрепления и глубины заложения предохранительного откоса или вертикального уступа возможно после определения максимальной глубины размыва, которую рассчитывают двумя способами.

 

 

Первый способ

где hвых - глубина потока на выходе из трубы;

Lмакс - расстояние от сооружения до створа с максимальным размывом;

Lрисб - длина рисбермы;

k - коэффициент, учитывающий ширину укрепления.

hвых := hвых.р

 

В соответствии с [4]:

 

k = 0.4

 

 

где укрепления типов 7, 8, 9 – рекомендуемые типы укреплений МИИТ. Тип 7 – укрепление без гасителей и растекателей потока состоит из короткой рисбермы (1), рис. 6, водобойного ковша (2), у которого один откос (предохранительный) является неразмываемым, а три других сложены естественным грунтом. Все откосы имеют крутизну 1:1.5. В водобойном ковше рекомендуется применять каменную наброску (5) со средним диаметром dср = 0.2 – 0.3 м. Тип 8 – сочетание 7 типа укрепления и двух рядов растекателей. Тип 9 – сочетание типа 8 с двумя рядами гасителей. В 8 и 9 типы укреплений входят гасители (3) и растекатели (4) потока. Длина растекателей равна длине рисбермы укрепления, а размеры гасителей приведены на рис.6. Укрепления типов 7, 8, 9 рекомендованы для водопропускных труб (прямоугольных и круглых), поэтому для круглых труб размеры отдельных элементов укреплений выражены величинами, в которые входит диаметр. Что касается прямоугольных труб, то вместо диаметра необходимо подставлять величину отверстия трубы b.

Таким образом, в нашем случае

Тип укрепления - 9 8.50 м

U = 5

 

hр = 1.266 м

 

Второй способ

 

где A0 – коэффициент, учитывающий число отверстий сооружения:

A01 := 1.00 – для одноочковых труб;

A02 := 1.05 – для двухочковых труб;

A03 := 1.15 – для трехочковых труб;

μ := 2.5 – коэффициент увеличения расхода за счет водоворотных масс воды;

A := 0.5 – коэффициент, зависящий от кинематики потока в воронке размыва;

d – диаметр твердых частиц, мм;

bог – ширина водного потока при выходе из оголовка трубы, bог:= 1.8·b;

γтв:= 2.65·104 Н/м3 – удельный вес твердого материала, составляющего дно;

γ:= 104 Н/м3 - удельный вес воды.

 

При d:= 0.62 мм

hрв = 1.023 м

 

hраз = 1.145 м

Таким образом, глубина заложения предохранительного откоса должна быть не менее

 

hраз = 1.145 м

 

 


Далее определяем основные размеры укрепления:

 

b = 3 м

 

Sin20°:= 0.342

 

Ширина потока на выходе из оголовка трубы

 

B1 := 1.8 ·b B1 := 5.4 м

 

Длина рисбермы вдоль течения Lрб:= 1.5·b Lрб = 4.5 м

 

Ширина рисбермы Bрб:= 1.8 · b + 2 · Lрб · 0.342 Bрб = 8.478

 

 

Bрб: = 8.50 м
Ширина водобойного ковша Bк:= 7·b Bк = 21 м

 

Длина водобойного ковша вдоль течения

Lк:= 2 · 1.5 · (hраз + 0.5) · b Lк = 14.803

Lк := 15.00 м

 

 


10. Находим возвышение бровки полотна над подпертым уровнем

бп.р:= Hнас – Hр бп.р = 1.981 м

 

бп > 1.0 м

Требования технических условий выдержаны, следовательно высота насыпи запроектирована правильно и увеличивать ее не требуется.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.