Определение проектных характеристик труб и малых мостов

5.2. Определение проектных характеристик труб и малых мостов

5.2.1. Определение проектных характеристик труб

·      Подбор отверстий типовой круглой трубы покажем на примере водосборного бассейна на ПК 4+00,00

Расчетный расход для сооружения Q_р = 8,17м³/с.

Труба должна работать в безнапорном режиме, т. е. Н £ 1,2d, т.к. максимально возможный диаметр типовых круглых труб составляет 2,00 м, то при обеспечении безнапорного режима подпор воды перед трубой не должен противоречить условию из [9]:

(5.16)

Максимальное значение подпора, соответствующее безнапорному режиму, приведенное в таблице 1 (приложение. [9]), равно 2,38 м. Этому подпору соответствует расход Q^I= 10,00 м³/с.

Следовательно, необходимое количество отверстий в сооружении (очков) можно определить по формуле [9]:

(5.17)

где n – количество отверстий в сооружении

что при округлении (всегда в большую сторону до целых чисел) соответствует 1 отверстию (очку).

(5.18)

Расчетный расход на 1 отверстие (очко) определяется по формуле [9]:

где Q_p^I – расчетный расход на 1 отверстие (очко)

Расчет пропускной способности круглойтрубы выполняется по формуле 4 [9]:

(5.19)

где Q_c – расчет пропускной способности круглой трубы; w_с – площадь сжатого сечения потока в трубе, вычисляемая при глубине в сжатом сечении h_с = 0,5Н, м²; g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с; Н – подпор воды перед трубой, м.

Так как в формуле имеется два неизвестных - w_с и Н, то при расчетах воспользуемся данными таблицы 3 (приложение. [9]) и графика (рис.2[9]).

Первоначальное значение подпора определим по таблицы 3 (приложение.[9]) для известного уже нам расчетного расхода на одно “очко”  м³/с. Этому значению расхода соответствует подпор воды перед трубой Н = 2,14 м.

Для определения величины w_с предварительно находим отношение. h_c/d Так как h_c = 0,5H, то отношение h_c/d определяется:

(5.20)

где h_c– толщина сжатого сечения; d – диаметр трубы, равный 2,00м

На графике (рис.2[9]) откладываем на оси ординат полученное значение отношения h_c/d=0,54 и проводим горизонтальную линию до пересечения к кривой ω и определим соответствующее ему значение на оси абсцисс отношения ω_с/d² =0,44, тогда ω определяется из отношения 7 [9] и равно:

(5.21)

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

(5.22)

Проверяем условие (6,85≥8,17). Условие не выполняется. Для увеличения пропускной способности трубы увеличиваем подпор воды перед трубой т.е. из таблицы 3 (приложение.[9]) выбираем следующее, большее значения подпора Н = 2,38 м и повторяем расчеты.

Отношение h_c/d равно:

Для донного значения, h_c/d используя график (рис.2[9]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

 

Проверяем условие (8,05≥8,17). Условие не выполняется. Но (!) так как возможности увеличения подпора мы уже исчерпали, принимаемое следующее значение подпора Н из таблицы 3 (приложение.[9]) не соответствует безнапорному режиму (2,46>2,40), поэтому для уменьшения расчетного расхода на одно «очко» увеличиваем количество отверстий (очков) на единицу, т.е. n=2, и повторяем все расчеты:

Этому значению расхода в табл. 3 (приложение. [9]) соответствует ближайшее большее значение Н, равное 1,47 м.

Отношение h_c/d равно:

Для данного значения, h_c/d используя график (рис. 2[9]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (3,10≥4,09). Условие не выполняется. Для увеличения пропускной способности трубы увеличиваем подпор воды перед трубой т.е. из таблицы 3 (приложение.[9]) выбираем следующее, большее значения подпора Н = 1,65 м и повторяем расчеты.

Отношение h_c/d равно:

Для донного значения, h_c/d используя график (рис.2[9]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

 

Проверяем условие (4,10 ≥4,09). Условие выполняется.

Проверяем условие Н £ 1,2d (1,65 ≤ 1,2×2,00 = 2,40).

Условие выполняется, т. е. режим работы трубы действительно безнапорный.

Проверяем условие h_л³ H + 0,25 м (4,00 ³ 1,65+0,25). Условие выполняется.

Если это условие не выполняется, то принимаем одно из ранее предложенных решений (см. п. 1.2 [9]).

При выполнении всех этих условий определяем величину скорости течения воды на выходе из трубы (по которой в дальнейшем будем производить расчет укрепления за трубой) по формуле 14 из [9] для безнапорного и полунапорного режимов:

и делаем по расчету вывод: окончательно проектируем круглую 2-х очковую трубу диаметром 2,00 м, глубиной воды перед трубой Н=1,65 м и скоростью течения воды на входе в трубу V_вх = 3,42 м/с.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

·      Подбор отверстий типовой прямоугольных трубы покажем на примере водосборного бассейна на ПК 37+30,00

Расчетный расход для сооружения Q_р = 22,01 м³/с.

Для определения пропускной способности трубы в безнапорном режиме используем формулу 6из [9]:

(5.23)

где b – ширина трубы взятая из таблицы 5 [9]

Методом подбора, применяя различные значения величин b и Н определяем пропускную способность трубы:

Q_р = 22,01 м³/с. Н=2,65 м b=4,00 м

Проверяем условие (22,95≥22,01). Условие выполняется.

Проверяем условие Н £ 1,2d (2,65 £ 1,2×2,50 = 3,00).

Условие выполняется, т. е. режим работы трубы действительно безнапорный.

Проверяем условие h_л³ H + 0,25 м (8,00³2,65+0,25). Условие выполняется.

При выполнении всех этих условий определяем величину скорости течения воды на выходе из трубы по формуле 14 из [9]:

Окончательно проектируем прямоугольную 1-о очковую трубу размером 4,00х2,50 м, глубиной воды перед трубой Н=2,65 м и скоростью течения воды на входе в трубу V_вх = 4,33/с.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

Определение минимальной допускаемой высоты насыпи у трубы

(5.24)

Минимальная высота насыпи Н_min, обеспечивающая размещение трубы в земляном полотне дороги, зависит от подпора воды перед трубой Н, который, в свою очередь, зависит от режима протекания потока, высота трубы в свету h_тр (или d для круглой трубы),толщины стенки звена круглойтрубы d, толщины дорожной одежды h_до и определяется по формуле 15 из [9]:

где h_тр – высота трубы в свету (диаметр для круглой трубы), м; d - толщина стенки звена круглой трубы или толщина плиты перекрытия у прямоугольной трубы, взятые из таблицы 2 [9], м; D - толщина засыпки над трубой, считая от верха звена (плиты перекрытия) трубы до низа дорожной одежды, принимается равным 0,50 м; h_до – толщина дорожной одежды, принимается равным 0,50 м.

·      Определение длины трубы

Длина трубы зависитот высоты насыпи у трубы Н_нас., которая определяется по продольному профилю после его проектирования и которая должна быть не менее минимальной высоты насыпи у трубы Н_нас.³ Н_min..

Так как высота насыпи Н_нас < 6,00 м (5,39 < 6.00), то доля определения длины трубы без учета оголовков используем формулу 18 [9]:

(5.25)

где В – ширина земляного полотна; i_тр – уклон трубы, при отсутствии дополнительных требований принимается равным уклону лога у сооружения i_c; n – толщина стенки оголовка, принимается равной 0,35 м (первое и последнее звенья входят в оголовки на 0,5n); a - угол косины сооружения.

Конструктивная длина тела трубы определяется по формуле 19 [9]:

(5.26)

l_к= l_{вх зв}+ l_зв∙ (n-1)+(n-1)∙d = 1,00+(30-1)∙1,00+(30-1)·0,03=30,87 м

где l_{вх зв} – длина входного звена трубы, м, определяемая по таблицы 2 [9], равная 1,00 м;l_зв – стандартная длина звеньев трубы, равная 1,00м; d- величина зазоров между звеньями, принимается равной 0,03 м; n – количество звеньев трубы (принимается в зависимости от длины звеньев).

(5.27)

Полная длина трубы определяется по формуле 20 [9]:

L_тр= l_к + М + М₁=30,87+3,66+3,66 = 38,19 м

где М и М₁ – длина оголовка, равная, по таблице 1 [9] для труб диаметром отверстия 2,00 м.

·      Определение отметки горизонта подпертых вод

Отметка горизонта подпертых вод определяется для входного оголовка по формуле 22 [9]:

(5.28)

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.