Расчет круглых водопропускных труб

(документ - шаблон РКВТ)

И с х о д н ы е д а н н ы е:

Высота насыпи H_нас : = 2.5 + 0.02·N H_нас = 3.3 м

Ширина поверху (6.6)

Уклон лотка трубы соответствует уклону лога

(0.01; 0.02; 0.05)

Труба круглая железобетонная

Тип оголовка – раструбный (10)

Расчетный расход воды Q_р := 2 + 0.1·N Q_р = 2.4 м³/с

Максимальный расход воды Q_макс := 1.3·Q_р Q_макс = 3.12 м³/с

Ускорение свободного падения g: = 9.81 м/с²

Коэффициент шероховатости (0.015; 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

𝓁_т: = b_нас+H_нас· m_отк· 2

2. Находим отверстие трубы D

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

при пропуске расчетного расхода П_Q(р) - h_вх/D ≤ 0.75;

при пропуске наибольшего расхода П_Q(макс) - h_вх/D ≤ 1.0,

где h_вх - глубина потока на входе в трубу; D – диаметр трубы.

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

Таблица 6

Параметры расхода П_Q для круглых труб

По табл. 6 находим

2.2. Определяем диаметр трубы

D_р = 1.449 м

D_макс = 1.323 м

Типовые значения диаметров круглых водопропускных труб: 1.0; 1.25; 1.5; 2.0. Полученное по формулам значение диаметра округляем до ближайшего большего типового

3. Устанавливаем будет ли труба длинной или короткой в гидравлическом отношении, сравнив значения уклона трубы с критическим уклоном

Находим величину критического уклона i_к:

i_к.р := 0.229· - 0.2575· + 0.0986 · П_Q(р) + 0.0074

i_к.р = 0.02

i_к.макс := 0.229· - 0.2575· + 0.0986·П_Q(макс) + 0.0074

i_к.макс = 0.021

Уточняем значение критического уклона в зависимости от величин диаметра трубы и коэффициента шероховатости по формуле

i_к = 5.678 · 10^-3.

Если i_к ≤ i_т труба считается короткой в гидравлическом отношении. Условие выполняется, так как 0.005678 < 0.03. Следовательно, проверка по критерию относительной длины трубы не требуется. В противном случае проводится сравнение: если 𝓁_т/D < 20 – труба считается короткой, при невыполнении условия – длинной.

4. Определяем подпертую глубину перед трубой из формулы для безнапорного режима

Если труба «длинная», то определение напора перед трубой производится по формуле

где h_т– высота трубы , м;

𝓁_т– длина трубы, м;

H_д – напор перед «длинной» трубой, м;

H – напор перед точно такой же, но «короткой» трубой, м;

Значения расчетных коэффициентов приведены в табл.7

Таблица 7

Значения расчетных коэффициентов

Уточняем параметры расходов:

4.1. Рассчитываем среднюю ширину потока в сечении с критической глубиной b_к

b_к.р := D· (-189.76· + 559.51· – 639.09 · ) …

+ D· (356.1· – 100.42· П_Q(р)² + 13.629 · П_Q(р) + 0.0661)

b_к.р = 1.154 м

b_к.макс := D· (-189.76· + 559.51· – 639.09 · ) … + D· (356.1· – 100.42· + 13.629 ·П_Q(макс) + 0.0661)

b_к.макс = 1.213 м

4.2. Определяем подпертую глубину H

По табл.7 находим коэффициент расхода m: = 0.33.

Если труба короткая, как в нашем случае:

Если труба длинная:

h_т: = D

H_д.р = 1.221 м

H_д.макс = 1.398 м

5. Находим возвышение бровки полотна над подпертым уровнем ∆_бп

Для короткой трубы:

∆_бп.р: = H_нас – H_р ∆_бп.р = 2.035 м

∆_{бп.макс}: = H_нас – H_макс ∆_{бп.макс} = 1.843 м

Так как ∆_бп > 1.0 м, требования технических условий выдержаны.

Для длинной трубы:

∆_бп.р.д: = H_нас – H_д.р ∆_бп.р.д = 2.079 м

∆_{бп.макс.д}: = H_нас – H_д.макс ∆_{бп.макс.д} = 1.902 м

Так как ∆_бп.д > 1.0 м, требования технических условий выдержаны.

6. Вычисляем скорость потока на выходе из круглой трубы с учетом ее возможной зарядки

V_вых.р:= V_вых.(i_т,D,П_Q(р)) V_вых.р = 4.194 м/с

V_{вых.макс}:= V_вых.(i_т,D,П_Q(макс) V_{вых.макс} = 4.442 м/с

Окончательно принимаем наибольшее значение

7. Находим глубину потока на выходе из круглой трубы с учетом ее возможной зарядки

h_вых.р:= h_вых(i_т,D, П_Q(р)) h_вых.р = 0.54 м

h_{вых.макс}:= h_вых(i_т,D, П_Q(макс) h_{вых.макс} = 0.63 м

8. 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.

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.

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 h_вых - глубина потока на выходе из трубы;

L_макс - расстояние от сооружения до створа с максимальным размывом;

L_рисб - длина рисбермы;

k - коэффициент, учитывающий ширину укрепления.

В соответствии с [4]:

k = 0.3

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 d_ср = 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

U = 5.5

h_р = 0.559 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 в мм;

b_ог – ширина водного потока при выходе из оголовка трубы, b_ог:= 1.8·D;

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

γ:= 10⁴ Н/м³ - удельный вес воды.

При d:= 0.62 мм

Таким образом, глубина заложения предохранительного откоса должна быть не менее

Далее определяем основные размеры укрепления:

D = 1.5 м

Sin20°:= 0.342

Ширина потока на выходе из оголовка трубы

B₁:= 1.8·D B₁ = 2.7 м

Длина рисбермы вдоль течения L_рб:= 1.5·D L_рб = 2.25 м

Ширина рисбермы B_рб:= 1.8 · D + 2 · L_рб · 0.342 B_рб = 4.41 м

Ширина водобойного ковша B_к:= 7·D B_к = 10.5 м

Длина водобойного ковша вдоль течения

L_к:= 2 · 1.5 · (h_раз + 0.5) · D L_к = 4.53 м

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 1

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Продолжение ПРИЛОЖЕНИЯ 1

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

ЛИТЕРАТУРА

1. Лупина Т.А., Симонов К.В. Гидравлический расчет напорных трубопроводов: Учебное пособие. – М.: МИИТ, 2008. – 214 с.

2. Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений/ ВНИИ транспортного строительства (ЦНИИС), Главное управление проектирования и капитального строительства (ГУПиКС) Минтрансстроя СССР.-М.: Транспорт, 1992, 408 с.

3. Технология железнодорожного строительства: Учебник для ВУЗов/ Э.С. Спиридонов, А.М. Призмазонов, А.Ф. Акуратов, Т.В. Шепитько; под ред. А.М. Призмазонова, Э.С. Спиридонова – М.: Желдориздат, 2002. – 631 с.

4. В.Н. Муравьев, Ю.В. Писарев. Гидравлические расчеты дорожных водопропускных сооружений и неравномерного движения воды в руслах, стесненных сооружениями мостового перехода: Методические указания к расчетно-графическим работам. - М.: МИИТ, 1981. – 24 с.

СОДЕРЖАНИЕ