3. Гидравлический расчет водопропускных труб. (ПК 09+85,00)

3.1 Назначение и выбор отверстия круглых водопропускных труб.

Расчет труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение. На данных водопропускных трубах применяется раструбный оголовок с коническим входным звеном.

Условие безнапорного режима протекания воды:

H£1,2×d, (3.1)

где Н – глубина воды перед трубой, м

d – диаметр отверстия трубы, м.

Условие пропускной способности трубы:

Qp<Qc, (3.2)

где Qp – расчетный расход воды, м3/с

Qc – пропускная способность трубы, м3/с.

Определяем количество очков:

, (3.3)

где Qт – расход трубы, принимаемый по табл. 15.10 ([2], стр. 228), равный 9,50 м3/с.

Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко:

м3/с (3.4)

Для =9,21 м3/с из табл.15.10 ([2], стр.228) выписываем данные: диаметр трубы d=2,00 м; глубина воды перед трубой Н=2,23 м; скорость на выходе из трубы V=4,14 м/с.

Н=2,23<1,2 ×d=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.16 ([2],стр.227):

м3/с, (3.5)

где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;

wс – площадь сжатого сечения потока, вычисляемая по рис. 15.13 ([2], стр.228), для чего определяются следующие величины:

hc= 0,5 ×H = 0,5 ×2,23 = 1,11 м, (3.6)

где hc – глубина в сжатом сечении.

, (3.7)

По рисунку определяем, что 0,40, откуда следует:

, (3.8)

Qp=9,21×3=27,64 м3/с<Qc=6,36×3=19,08 м3/с – условие по пропускной способности не выполняется.

Необходимо увеличить количество очков, принимаем nII=4. Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко (см. формулу 3.4):

м3/с (3.9)

Для =6,91 м3/с из табл.15.10 ([2], стр.228) выписываем данные: диаметр трубы d=2,00 м; глубина воды перед трубой Н=1,88 м; скорость на выходе из трубы V=3,68 м/с.

Н=1,88<1,2 ×d=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.16 ([2],стр.227):

м3/с, (3.10)

где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2;

wс – площадь сжатого сечения потока, вычисляемая по рис. 15.13 ([2], стр.228), для чего определяются следующие величины:

hc= 0,5 ×H = 0,5 ×1,88 = 0,94 м, (3.11)

где hc – глубина в сжатом сечении.

, (3.12)

По рисунку определяем, что 0,38, откуда следует:

, (3.13)

Qp=6,91×4=27,64 м3/с<Qc=6,95×4=27,80 м3/с – условие по пропускной способности выполняется.

3.2 Назначение и выбор отверстия прямоугольных водопропускных труб.

Расчет труб производится при безнапорном режиме протекания воды через сооружение.

Условие безнапорного режима протекания воды:

H£1,2×h, (3.18)

где Н – глубина воды перед трубой, м

h – высота отверстия трубы, м.

Условие пропускной способности трубы:

Qp<Qc, (3.19)

где Qp – расчетный расход воды, м3/с

Qc – пропускная способность трубы, м3/с.

В первом приближении примем 2-х очковую трубу. Определяем расчетный расход стока воды, приходящийся на одно очко:

м3/с (3.20)

Для =6,91 м3/с из табл.15.12 ([2], стр.229) выписываем данные: отверстие трубы (b x h) – 2,00 x 2,00 м; глубина воды перед трубой Н=1,66 м; скорость на выходе из трубы V=3,50 м/с.

Н=2,11<1,2 ×h=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.21 ([2],стр.228):

, (3.21)

где b – ширина трубы, равная 2,00 м;

Н – глубина воды перед трубой, равная 1,66 м.

Qp=6,91×4=27,64 м3/с<Qc=5,69×4=22,76 м3/с – условие по пропускной способности не выполняется.

Необходимо увеличить глубину воды перед трубой. По табл.15.12 ([2], стр. 229) принимаем следующие гидравлические характеристики 4-х очковой прямоугольной трубы: отверстие трубы (b x h) – 2,00 x 2,00 м; глубина воды перед трубой Н=1,97 м; скорость на выходе из трубы V=4,10 м/с.

Н=1,48<1,2 ×h=1,2 ×2,00=2,40 м – условие безнапорного режима соблюдается.

Определяем пропускную способность трубы по формуле 15.21 ([2],стр.228):

, (3.22)

где b – ширина трубы, равная 2,00 м;

Н – глубина воды перед трубой, равная 1,97 м.

Qp=6,91×4=27,64 м3/с<Qc=7,35×4=29,40 м3/с – условие по пропускной способности соблюдается.

3.3 Определение длины водопропускной трубы.

Длина водопропускной трубы зависит от высоты насыпи у трубы, которая определяется по продольному профилю и от угла, который образует ось трубы с осью дороги.

, (3.23)

где B – ширина земляного полотна для IV категории, равная 10 м;

m – коэффициент заложения откосов насыпи, равный 1,5;

Hнас – высота насыпи у трубы, равная 4,00 и определяемая по продольному профилю, при условии, что она должна быть больше или равна минимальной высоте насыпи Hmin, определяемой в п. 3.4;

hтр – высота трубы в свету, равная 2,00 м;

iтр – уклон трубы, принимаемый равным уклону лога у сооружения (табл. 1.1 курсовой работы), равный 0,004 тыс.;

a – угол между осью дороги и осью трубы, равный 620.

3.4 Назначение минимальной высоты насыпи у трубы.

Минимальная толщина засыпки труб установлена D=0,5 м, но так как толщина дорожной одежды hдо= 0,80 м, принимаем D= 0,80 м.

, (3.24)

где hтр – высота трубы в свету, равная 2,00 м;

d - толщина стенки звена трубы, равная 0,22 м.

3.5 Расчет укрепления русла и откосов у водопропускных труб.

Скорости потока на выходе за малыми водопропускными сооружениями достигают 5…6 м/с, в то время как допускаемые скорости для грунтов в неукрепленных отводящих руслах составляют 0,7…1 м/с. В связи с этим наблюдаются местные размывы за сооружениями и поэтому расчеты выходных участков имеют такое же важное значение, как и определение их отверстий.