Назначение удельных расходов.

Назначение габаритных размеров и гидравлический расчет регулятора водосброса.

Назначение удельных расходов.

Назначение удельных расходов за сопрягающим сооружением принимается в зависимости от способности грунтов за концевым устройством водосброса сопротивляться размывающему действию потока глубины в отводящем русле.

Удельный расход нижнего бьефа назначается из условия неразмываемости грунта. В соответствии с таблицей 3.1 [1] для песка:

Удельный расход регулятора при глубине потока h =1 м:

3.3.1.2. Предварительное назначение ширины фронта регулятора

Ориентировочно общую ширину водосливного фронта регулятора вместе с возможными промежуточными бычками определяем по формуле:

(3.5)

где: – удельный расход на регуляторе.

3.3.1.3. Предварительное определение напора на регуляторе

Из формулы расхода водослива получаем:

, (3.6)

Принимаем водослив с широким порогом без наличия порога. Коэффициент расхода mʹ =0, 36;

3.3.1.4. Установление ширины и количества пролетов регулятора

В соответствии со СП 58.13330.2012 устанавливаем ширину (b_пр) и количество (n) пролетов регулятора из условия:

(3.7)

3.3.1.5. Расчет параметров регулятора

Зададим в первом приближении

Толщина бычка:

(3.8)

Принимаем Принимаем

Уточняем ширину регулятора:

(3.9)

Коэффициент сжатия определяется по формуле:

(3.10)

где: - коэффициент, учитывающий влияние очертания входной кромки бычков. Принимаем полукруглое очертание входной кромки, следовательно, а = 0, 11.

Уточняем напор на регуляторе с учетом всех коэффициентов:

где: - коэффициент подтопления. Предполагаем, что за регулятором будет быстроток, следовательно = 1.

Полученные параметры в первом приближении удовлетворительны. Следовательно, дальнейшие расчеты продолжим вести по данным параметрам.

3.3.1.6. Определение отметки порога регулятора

где: ,

α – коэффициент, учитывающий распределение местных скоростей по потоку, α = 0, 11;

- скорость подхода воды к регулятору, определяемая по формуле:

3.3.1.7. Определение высоты затвора регулятора

Округлив значение, получаем

3.3.2. Конструирование и расчет подводящего канала

Для подвода воды к входному оголовку берегового водосброса используем подводящий канал с нулевым уклоном дна. Сопряжение канала с регулятором выполним в виде обратных стенок.

Ширина канала по дну определяется по формуле:

где: – длина сопрягающего участка между каналом и регулятором.

θ – угол отклонения обратной стенки от продолжения стены регулятора. Принимаем θ = 10º.

Высота канала равна высоте гребня регулятора:

Для данных характеристик канала скорость подхода воды вычисляется по формуле:

где: – площадь живого сечения канала. Для трапецеидального русла определяем по формуле:

, (3.17)

– коэффициент заложения откосов канала. По таблице 3.6 [1] принимаем для среднезернистого песка: m_к = 1.5.

Сравниваем значение полученной скорости в канале с допустимым значением скорости на размыв. По таблице П29.2 из приложения П31 [1] для среднезернистого песка = 0.67 м/с

Вывод: так как скорость в канале больше допустимой скорости на размыв, необходимо предусмотреть дополнительное крепление (облицовку) подводящего канала.

3.3.3. Проектирование транзитной части водосброса

Для проектирования сопрягающего участка водосброса построим топографический разрез местности по оси транзитной части (Рис. 3.3). Исходя из условия топографии, зададим наклонную поверхность дна. Таким образом, уклон сопрягающего сооружения определяется по формуле:

где: – отметка начала быстротока, равная отметке дна регулятора;

– отметка конца быстротока;

– длина горизонтального положения быстротока,

Так как уклон транзитной части больше , для дальнейшего проектирования используем сопрягающее сооружение в виде быстротока.

3.3.4. Гидравлический расчет и конструирование лотка водосброса в пределах транзитной части

Лоток быстротока выполним из сборного железобетона прямоугольным поперечным сечением.

3.3.4.1. Построение кривой свободной поверхности на транзитной части водосброса

Для назначения высоты стенок и оценки гидравлического режима течения потока на быстротоке найдем изменение глубин по длине лотка быстротока, что достигается путем построения кривой свободной поверхности потока.

Будем считать, что глубина на быстротоке будет изменяться от критической глубины в его начале до нормальной глубины.

3.3.4.2. Определение глубины в начале транзитной части

Так как уклон быстротока больше критического, следовательно, в его начале устанавливается критическая глубина, для прямоугольного сечения определяется по формуле:

где: =1.10 – коэффициент, учитывающий распределение скоростей по сечению;

- удельный расход на быстротоке;

– угол наклона к горизонту лотка быстротока. Так как уклон меньше 0.15, принимаем ;

– ширин быстротока, принимаемая равной ширине регулятора

На практике при уклоне быстротока больше 0, 1 на расстоянии более глубина практически не отличается от нормальной. В данном курсовом проекте примем изменение глубины от критической до нормальной, подчиняющееся линейному закону.

3.3.4.3. Определение нормальной глубины потока на быстротоке

Определим нормальную глубину потока из формулы Шези:

где: - площадь живого сечения потока

R - гидравлический радиус, R = ;

χ – смоченный периметр лотка, χ = ;

С – коэффициент Шези, С = ;

n – коэффициент шероховатости дна и стенок быстротока. Для бетона примем n = 0, 017;

Как видно из пояснений, нормальная глубина входит в уравнение Шези неоднократно. Следовательно, задачу решаем графоаналитическим способом.

Для упрощения расчетов заменим константы уравнения коэффициентом:

Тогда определяется из зависимости от:

, (3.22)

Расчет сводим в Таблицу 3.1.

Результаты расчета наносим на график, изображенный на Рисунке 3.4.

Рисунок 3.4. Зависимость глубины h от коэффициента k

По графику принимаем нормальную глубину быстротока

3.3.4.4. Оценка влияния аэрации на глубину потока в пределах транзитной части

При движении воды по быстротоку, поток захватывает часть воздуха и аэрируется, что приводит к увеличению глубины. Для определения наличия аэрации найдем число Фруда:

где: – скорость в конце быстротока,

Полученное число Фруда больше 40, следовательно, в потоке возникает самоаэрация.

Глубина аэрированного потока определяется по формуле:

, (3.24)

где: - критическая скорость начала аэрации, определяемая по формуле Войнича – Сянотенского:

, (3.25)

где: R – гидравлический радиус, взятый в центральном поперечном сечении быстротока. Считая, что эпюра скоростей меняется по линейному закону, глубину в данном сечении можно найти как:

3.3.4.5. Оценка возможности возникновения в лотке быстротока катящихся волн и меры по предупреждению их образования

Условие возникновения катящихся волн не выполнено, следовательно, данных воздействий не возникает.

3.3.4.6. Назначение высоты стенок лотка быстротока в пределах транзитной части и построение поперечного сечения быстротока

Минимальная высота боковых стенок определяется по формуле:

(3.27)

где: – конструктивный запас, принимаемый для Q_ФПУ = 104 м³/с равным 0, 6м (табл. 3.4 [1]);

Ширина боковых стен поверху назначим равной 0.5 м. Лицевая поверхность стен выполним вертикальной, а тыловую грань со стороны грунта обратной засыпки выполним с коэффициентом заложения . В таком случае толщина боковых стен на уровне днища будет равна:

Толщину днища быстротока примем равной толщине стен на уровне днища, т.е. м.

Длину секций быстротока примем равной 10 м.

Схема поперечного сечения показана на Рисунке 3.5

Поперечное сечение быстротока показано на Рисунке 3.6

4. Гидравлический расчет и конструирование концевого участка водосброса

Так как быстроток не доходит до русла реки, в качестве концевого участка водосброса примем консоль. К тому же, за счет консоли длина быстротока уменьшится, также не будет опасности перегораживания русла направляющими дамбами концевого участка.

5. Определение высотного и планового положения консоли

Назначим отметку консольной плиты.

где – максимальный уровень воды на нижнем бьефе;

Расчетная схема приведена на Рисунке 3.7.

Положение конца быстротока и начала консоли определяется глубиной врезки в коренной берег, на который должна опираться начальная часть консоли. Эта врезка составляет 4 м.