7527
.pdf
21
Гидравлический расчет сводится к расчету входной части, промежуточной ступени и выходной части. Входная часть рассчитывается как водослив с широким порогом по (5.1) и определяется его ширина b .
Длина промежуточной ступени
lс = l0 + l + lсл, |
(8.1) |
где l0 − дальность отлета струи, м; |
|
l − длина кривой подпора, м; |
|
lсл − длина участка слива (lсл = (2,0−2,5) hк), м. |
|
Дальность отлета струи можно принять |
|
l0 = Р + hк. |
(8.2) |
Значение функции ϕ(η) для положительного уклона дна.
Длина кривой подпора рассчитывается по способу Бахметева или для широкого русла можно принять (по предложению В. Д. Журина)
l = |
1 |
(0,75hк −hc ). |
(8.3) |
|
|||
|
iк |
|
|
Высотой ступени Р, как правило, задаются.
Выходная часть рассчитывается как одноступенчатый перепад, расчет которого заключается в определении высоты водобойной стенки и расстояния до нее от конца последней ступени lст. Высоту водобойной стенки можно найти традиционным путем по (7.3). Расстояние до стенки
lст = l0 + 0,9lпр . |
(8.4) |
Задача 1. Определить расстояние до водобойной стенки от послед- 
ней ступени перепада, высота которой Р = 1,0 м. Высота гидравлического
прыжка а = 0,9 м, а критическая глубина hк = 1,0 м.
Решение
Длина отлета струи
l0 = Р + hк = 1,0 м + 1,0 м = 2,0 м.
Тогда
lст = l0 + 0,9lпр = 2,0 + 0,9·5·0,9 = 6,05 м.
Задача 2. Определить ширину многоступенчатого перепада, который будет пропускать расход Q = 3 м3/с. Напор на входе с учетом скорости подхода Н0 = 1,2 м, а коэффициент расхода водослива принять m = 0,32.
Быстротоки (рисунок 8.2) представляют собой искусственные русла с уклоном больше критического (i > iк), которые устраиваются для сопряжения участков потока, расположенных на разных уровнях.
22
а – разрез по оси; б – план; 1 – входная часть; 2 – водоскат; 3 – выходная часть
Рисунок 8.2 − Схема быстротока
Входная часть рассчитывается как и для многоступенчатого перепада (определяется ширина быстротока − b). Расчет водоската сводится к построению кривой свободной поверхности по Бахметеву. При длинном быстротоке в конце его устанавливается нормальная глубина h0. По глубине в конце быстротока, как первой сопряженной гидравлического прыжка, рассчитываются высота водобойной стенки и расстояние до нее.
9 Водопропускные трубы
Водопропускные трубы являются наиболее распространенными инженерными сооружениями автомобильных дорог.
С гидравлической точки зрения водопропускные трубы проектируются безнапорными и рассчитываются как водосливы с широким порогом (5.1).
Условие безнапорного режима работы трубы
H < 1,2 D,
где H − напор перед трубой (H = hВБ), м; D – диаметр трубы, м.
Главной задачей гидравлического расчета является определение диаметра. Из основного уравнения водосливов получим
|
23 |
|
|
Q |
(9.1) |
D = |
3 . |
m 2gH 2
Задача. Определить диаметр трубы для пропуска расхода Q = 1,2 м3/с. Труба должна работать в безнапорном режиме. Коэффициент расхода принять m = 0,32; скоростью подхода пренебречь.
Решение
Воспользуемся формулой (9.1):
D = |
|
1,2 |
|
|
, |
|
3 |
|
|||
0,31 |
2 9,8(1,2D) |
2 |
|
|
|
где
|
5 |
|
|
1,2 |
|
|
|
D2 |
= |
|
|
|
= 0,67. |
||
|
3 |
|
|||||
|
|
0,31 |
2 9,8(1,2) |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|||
Тогда D = 0,85 м.
Список литературы
1 Богомолов, А. И. Гидравлика : учебник / А. И. Богомолов, К. А. Михайлов. − М. : Стройиздат, 1972. – 648 с.
2 Большакова, В. В. Сборник задач по гидравлике, инженерной гидрологии и регулированию стока / В. В. Большакова, А.Н. Иванов. − М.
: Высш. шк., 1975. – 184 с.
3 Железняков, Г. В. Гидравлика и гидрология : учебник / Г. В. Железняков. − М. Транспорт, 1989. –376 с.
4 Константинов, Н. М. Гидравлика, гидрология, гидрометрия : учебник / Н. М. Константинов, Н. А. Пертов, Л. И. Высоцкий. − М. : Высш. шк., 1987. – 764 с.
5 Парахневич, В. Т. Гидравлика, гидрология, гидрометрия : учеб. пособие / В. Т. Парахневич. − М. : ИНТРА-М, 2015. − 368 с.
6 Парахневич, В. Т. Гидрология и гидрометрия водотоков : учеб. пособие / В. Т. Парахневич. − Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2003. − 107 с.
7 Чугаев, Р. Р. Гидравлика : учебник / Р. Р. Чугаев. – Л. : Энергия, 1970. – 552 с.
Приложение А
(обязательное)
Таблица А.1 − Значение функции ϕ(η) для положительного уклона дна русла i > 0 при различных значениях η и x
η |
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
2,00 |
2,50 |
3,00 |
3,25 |
3,50 |
|
3,75 |
4,00 |
4,50 |
5,00 |
5,50 |
|
|
|
||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0,05 |
0,050 |
0,050 |
0,050 |
0,050 |
0,050 |
|
0,050 |
0,050 |
0,050 |
0,050 |
0,050 |
0,10 |
0,100 |
0,100 |
0,100 |
0,100 |
0,100 |
|
0,100 |
0,100 |
0,100 |
0,100 |
0,100 |
0,15 |
0,151 |
0,150 |
0,150 |
0,150 |
0,150 |
|
0,150 |
0,150 |
0,150 |
0,150 |
0,150 |
0,20 |
0,202 |
0,201 |
0,200 |
0,200 |
0,200 |
|
0,200 |
0,200 |
0,200 |
0,200 |
0,200 |
0,25 |
0,255 |
0,252 |
0,251 |
0,250 |
0,250 |
|
0,250 |
0,250 |
0,250 |
0,250 |
0,250 |
0,30 |
0,309 |
0,304 |
0,302 |
0,301 |
0,300 |
|
0,300 |
0,300 |
0,300 |
0,300 |
0,300 |
0,35 |
0,365 |
0,357 |
0,354 |
0,352 |
0,351 |
|
0,351 |
0,351 |
0,350 |
0,350 |
0,350 |
0,40 |
0,423 |
0,411 |
0,407 |
0,404 |
0,403 |
|
0,403 |
0,402 |
0,401 |
0,400 |
0,400 |
0,45 |
0,484 |
0,468 |
0,461 |
0,458 |
0,456 |
|
0,455 |
0,454 |
0,452 |
0,451 |
0,450 |
0,50 |
0,549 |
0,527 |
0,517 |
0,513 |
0,510 |
|
0,508 |
0,507 |
0,504 |
0,502 |
0,501 |
0,55 |
0,619 |
0,590 |
0,575 |
0,570 |
0,566 |
|
0,564 |
0,561 |
0,556 |
0,554 |
0,552 |
0,60 |
0,693 |
0,657 |
0,637 |
0,630 |
0,624 |
|
0,621 |
0,617 |
0,610 |
0,607 |
0,605 |
0,61 |
0,709 |
0,671 |
0,650 |
0,642 |
0,636 |
|
0,632 |
0,628 |
0,621 |
0,618 |
0,615 |
0,62 |
0,725 |
0,685 |
0,663 |
0,654 |
0,648 |
|
0,644 |
0,640 |
0,632 |
0,629 |
0,626 |
0,63 |
0,741 |
0,699 |
0,676 |
0,667 |
0,660 |
|
0,656 |
0,652 |
0,644 |
0,640 |
0,637 |
0,64 |
0,758 |
0,714 |
0,689 |
0,680 |
0,673 |
|
0,668 |
0,664 |
0,656 |
0,651 |
0,648 |
0,65 |
0,775 |
0,729 |
0,703 |
0,693 |
0,686 |
|
0,681 |
0,676 |
0,998 |
0,662 |
0,659 |
0,66 |
0,792 |
0,744 |
0,717 |
0,706 |
0,699 |
|
0,694 |
0,688 |
0,680 |
0,674 |
0,670 |
0,67 |
0,810 |
0,760 |
0,731 |
0,720 |
0,712 |
|
0,707 |
0,700 |
0,692 |
0,686 |
0,681 |
0,68 |
0,829 |
0,776 |
0,746 |
0,734 |
0,725 |
|
0,720 |
0,713 |
0,704 |
0,698 |
0,692 |
0,69 |
0,848 |
0,792 |
0,761 |
0,748 |
0,739 |
|
0,733 |
0,726 |
0,716 |
0,710 |
0,704 |
0,70 |
0,867 |
0,809 |
0,776 |
0,763 |
0,753 |
|
0,746 |
0,739 |
0,728 |
0,722 |
0,716 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
Продолжение таблицы А.1
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
0,72 |
0,907 |
0,843 |
|
0,807 |
0,793 |
0,781 |
0,774 |
0,766 |
0,754 |
0,747 |
0,740 |
0,74 |
0,950 |
0,880 |
|
0,840 |
0,823 |
0,811 |
0,802 |
0,794 |
0,780 |
0,773 |
0,764 |
0,76 |
0,996 |
0,919 |
|
0,874 |
0,855 |
0,843 |
0,832 |
0,823 |
0,808 |
0,799 |
0,788 |
0,78 |
1,045 |
0,960 |
|
0,911 |
0,890 |
0,877 |
0,865 |
0,854 |
0,837 |
0,826 |
0,814 |
0,80 |
1,098 |
1,006 |
|
0,950 |
0,927 |
0,913 |
0,900 |
0,887 |
0,867 |
0,854 |
0,842 |
0,82 |
1,156 |
1,056 |
|
0,993 |
0,968 |
0,951 |
0,937 |
0,922 |
0,898 |
0,884 |
0,872 |
0,84 |
1,221 |
1,110 |
|
1,040 |
1,013 |
0.992 |
0,976 |
0,960 |
0,933 |
0,917 |
0,904 |
0,86 |
1,293 |
1,170 |
|
1,092 |
1,062 |
1,039 |
1,019 |
1,002 |
0,972 |
0,953 |
0,938 |
0,88 |
1,375 |
1,238 |
|
1,151 |
1,116 |
1,092 |
1,069 |
1,049 |
1,015 |
0,992 |
0,975 |
0,90 |
1,472 |
1,316 |
|
1,218 |
1,179 |
1,152 |
1,127 |
1,103 |
1,065 |
1,038 |
1,017 |
0,91 |
1,527 |
1,361 |
|
1,257 |
1,216 |
1,186 |
1,159 |
1,132 |
1,093 |
1,063 |
1,040 |
0,92 |
1,589 |
1,411 |
|
1,300 |
1,257 |
1,223 |
1,194 |
1,165 |
1,124 |
1,091 |
1,066 |
0,93 |
1,658 |
1,469 |
|
1,348 |
1,302 |
1,265 |
1,235 |
1,204 |
1,159 |
1,122 |
1,095 |
0,94 |
1,738 |
1,535 |
|
1,403 |
1,352 |
1,312 |
1,280 |
1,247 |
1,198 |
1,157 |
1,128 |
0,95 |
1,831 |
1,610 |
|
1,467 |
1,411 |
1,367 |
1,332 |
1,297 |
1, 241 |
1,197 |
1,165 |
0,96 |
1,945 |
1,701 |
|
1,545 |
1,483 |
1,435 |
1,395 |
1,356 |
1,292 |
1,246 |
1,209 |
0,97 |
2,092 |
1,820 |
|
1,644 |
1,575 |
1,521 |
1,475 |
1,431 |
1,362 |
1,308 |
1,265 |
0,98 |
2,297 |
1,985 |
|
1,783 |
1,703 |
1,640 |
1,587 |
1,537 |
1,460 |
1,394 |
1,344 |
0,99 |
2,646 |
2,264 |
|
2,018 |
1,921 |
1,844 |
1,777 |
1,714 |
1,614 |
1,538 |
1,474 |
1,00 |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
∞ |
|
1,01 |
2,652 |
1,863 |
|
1,419 |
1,265 |
1,138 |
1,031 |
0,936 |
0,790 |
0,680 |
0,598 |
1,02 |
2,307 |
1,591 |
|
1,193 |
1,053 |
0,940 |
0,847 |
0,766 |
0,641 |
0,546 |
0,474 |
1,03 |
2,107 |
1,432 |
|
1,061 |
0,931 |
0,827 |
0,742 |
0,668 |
0,555 |
0,468 |
0,402 |
1,04 |
1,966 |
1,320 |
|
0,967 |
0,845 |
0,747 |
0,668 |
0,600 |
0,494 |
0,415 |
0,353 |
1,05 |
1,857 |
1,234 |
|
0,896 |
0,779 |
0,687 |
0,612 |
0,548 |
0,447 |
0,375 |
0,317 |
1,06 |
1,768 |
1,164 |
|
0,838 |
0,726 |
0,640 |
0,566 |
0,506 |
0,411 |
0,343 |
0,290 |
1,07 |
1,693 |
1,105 |
|
0,790 |
0,682 |
0,600 |
0,529 |
0,471 |
0,381 |
0,316 |
0,266 |
1,08 |
1,629 |
1,053 |
|
0,749 |
0,645 |
0,565 |
0,497 |
0,441 |
0,355 |
0,292 |
0,245 |
25
Продолжение таблицы А.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1,16 |
1,301 |
0,797 |
0,542 |
0,458 |
0,391 |
0,339 |
0,295 |
0,227 |
0,181 |
0,145 |
1,18 |
1,247 |
0,755 |
0,510 |
0,427 |
0,364 |
0,314 |
0,272 |
0,208 |
0,165 |
0,130 |
1,20 |
1,199 |
0,718 |
0,480 |
0,400 |
0,341 |
0,292 |
0,252 |
0,192 |
0,151 |
0,118 |
1,22 |
1,156 |
0,685 |
0,454 |
0,377 |
0,320 |
0,272 |
0,235 |
0,177 |
0,138 |
0,108 |
1,24 |
1,117 |
0,656 |
0,431 |
0,356 |
0,301 |
0,255 |
0,219 |
0,164 |
0,126 |
0,098 |
1,26 |
1,081 |
0,630 |
0,410 |
0,337 |
0,284 |
0,240 |
0,205 |
0,152 |
0,116 |
0,090 |
1,28 |
1,049 |
0,606 |
0,391 |
0,320 |
0,268 |
0,226 |
0,193 |
0,142 |
0,107 |
0,082 |
1,30 |
1,018 |
0,582 |
0,373 |
0,304 |
0,254 |
0,214 |
0,181 |
0,133 |
0,099 |
0,076 |
1,32 |
0,990 |
0,561 |
0,357 |
0,290 |
0,241 |
0,202 |
0,171 |
0,125 |
0,092 |
0,070 |
1,34 |
0,964 |
0,542 |
0,341 |
0,277 |
0,229 |
0,192 |
0,161 |
0,117 |
0,086 |
0,064 |
1,36 |
0,940 |
0,524 |
0,328 |
0,265 |
0,219 |
0,182 |
0,153 |
0,109 |
0,080 |
0,058 |
1,38 |
0,917 |
0,508 |
0,316 |
0,253 |
0,209 |
0,173 |
0,145 |
0,103 |
0,074 |
0,054 |
1,40 |
0,896 |
0,492 |
0,304 |
0,243 |
0,199 |
0,165 |
0,137 |
0,097 |
0,070 |
0,050 |
1,42 |
0,876 |
0,477 |
0,293 |
0,233 |
0,191 |
0,157 |
0,131 |
0,091 |
0,066 |
0,046 |
1,44 |
0,856 |
0,463 |
0,283 |
0,225 |
0,183 |
0,150 |
0,125 |
0,085 |
0,062 |
0,044 |
1,46 |
0,838 |
0,450 |
0,273 |
0,217 |
0,175 |
0,144 |
0,119 |
0,081 |
0,058 |
0,042 |
1,48 |
0,821 |
0,438 |
0,263 |
0,209 |
0,168 |
0,138 |
0,113 |
0,077 |
0,054 |
0,040 |
1,50 |
0,805 |
0,426 |
0,255 |
0,201 |
0,162 |
0,132 |
0,108 |
0,073 |
0,052 |
0,038 |
1,55 |
0,767 |
0,399 |
0,235 |
0,184 |
0,147 |
0,119 |
0,097 |
0,065 |
0,045 |
0,032 |
1,60 |
0,733 |
0,376 |
0,218 |
0,170 |
0,134 |
0,108 |
0,087 |
0,058 |
0,039 |
0,027 |
1,65 |
0,703 |
0,355 |
0,203 |
0,157 |
0,123 |
0,098 |
0,079 |
0,052 |
0,034 |
0,023 |
1,70 |
0,675 |
0,336 |
0,189 |
0,145 |
0,113 |
0,090 |
0,072 |
0,046 |
0,030 |
0,020 |
1,75 |
0,650 |
0,318 |
0,177 |
0,134 |
0,104 |
0,083 |
0,065 |
0,041 |
0,026 |
0,017 |
1,80 |
0,626 |
0,303 |
0,166 |
0,124 |
0,096 |
0,077 |
0,060 |
0,037 |
0,023 |
0,015 |
1,85 |
0,605 |
0,289 |
0,156 |
0,115 |
0,089 |
0,071 |
0,055 |
0,033 |
0,020 |
0,013 |
1,90 |
0,585 |
0,276 |
0,147 |
0,108 |
0,083 |
0,066 |
0,050 |
0,030 |
0,018 |
0,011 |
1,95 |
0,567 |
0,264 |
0,139 |
0,102 |
0,078 |
0,061 |
0,046 |
0,027 |
0,016 |
0,009 |
2,0 |
0,550 |
0,253 |
0,132 |
0,097 |
0,073 |
0,057 |
0,043 |
0,025 |
0,015 |
0,008 |
2,2 |
0,490 |
0,216 |
0,108 |
0,077 |
0,057 |
0,043 |
0,032 |
0,018 |
0,010 |
0,006 |
26
Окончание таблицы А.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
2,4 |
0,444 |
0,188 |
0,090 |
0,063 |
0,046 |
0,034 |
0,024 |
0,013 |
0,007 |
0,004 |
2,6 |
0,405 |
0,165 |
0,076 |
0,052 |
0,037 |
0,028 |
0,019 |
0,0095 |
0,0050 |
0,0025 |
2,8 |
0,374 |
0,146 |
0,065 |
0,044 |
0,030 |
0,022 |
0,015 |
0,0075 |
0,0040 |
0,0015 |
3,0 |
0,346 |
0,131 |
0,056 |
0,037 |
0,025 |
0,0165 |
0,0125 |
0,0060 |
0,0030 |
0,00075 |
3,5 |
0,294 |
0,104 |
0,041 |
0,026 |
0,017 |
0,0125 |
0,0075 |
0,0035 |
0,0020 |
0,00050 |
4,0 |
0,255 |
0,084 |
0,031 |
0,019 |
0,012 |
0,0085 |
0,0050 |
0,0020 |
0,0010 |
0,00025 |
4,5 |
0,226 |
0,070 |
0,025 |
0,014 |
0,009 |
0,0065 |
0,0035 |
0,0015 |
0,0005 |
0 |
5,0 |
0,203 |
0,059 |
0,020 |
0,010 |
0,007 |
0,0050 |
0,0025 |
0,0010 |
0 |
0 |
6,0 |
0,168 |
0,047 |
0,014 |
0,007 |
0,004 |
0,0030 |
0,0015 |
0,0003 |
0 |
0 |
8,0 |
0,126 |
0,029 |
0,009 |
0,004 |
0,002 |
0,0015 |
0,0010 |
0,0002 |
0 |
0 |
10,0 |
0,100 |
0,021 |
0,005 |
0,002 |
0,001 |
0,0005 |
0,0005 |
0 |
0 |
0 |
27
Приложение Б
Гидравлические расчеты водопропускных труб
под дорожными насыпями
Методика гидравлического расчета водопропускных труб,
являющихся наиболее распространенным типом искусственных сооружений в автомобильных и железных дорогах.
Содержание
Введение
1.Цель гидравлических расчетов
2.Гидравлические расчеты водопропускных труб
2.1.Классификация труб по условиям их гидравлической работы
2.2.Расчеты труб при безнапорном режиме работы
2.3.Расчеты труб при полунапорном режиме работы
2.4.Расчеты труб при напорном режиме работы
2.5. Расчеты нижнего бьефа труб
Литература
4
Введение
Для пропуска воды на пересечениях водотоков с земляным полотном дорог устраиваются водопропускные сооружения, которые в зависимости от топографических, гидрологических, геологических и других условий могут быть различных типов.
К таким сооружениям относятся мосты, трубы, лотки, дюкеры, фильтрующие и переливные насыпи.
В настоящей методической разработке рассматриваются водопропускные трубы.
1. Цель гидравлических расчетов
Основными нормативными документами при проектировании водопропускных сооружений являются строительные нормы и правила [1, 2] и свод правил [3].
Водопропускные сооружения рассчитываются на пропуск максимальных расчетных расходов определенной вероятности превышения. Вероятность превышения определяется СНиП 2.05.03-84* [2] в зависимости от типа дороги (железная, автомобильная), типа сооружения (мост, труба), категории дороги (I, II…V).
В результате гидравлических расчетов должны быть установлены следующие параметры, определяющие основные размеры сооружений [4]:
а) наибольшая глубина перед сооружением, определяющая высоту дорожной насыпи;
б) глубина воды на входе и в сооружении, определяющие режим протекания и заполнения водовода;
в) глубина воды и скорость на выходе из сооружения, по которым назначаются размеры и тип укреплений на выходе;
г) глубина размыва в конце укреплений, по величине которой назначаются размеры конструкций водобойных элементов.