Вступ

б'єф технічний гідравлічний колодязний

Нагірні канави використовуються для перехоплення поверхневого стоку, який потрапляє до території, що захищається, із розташованого вище за рельєфом водозбору. Параметри поперечного перерізу та уклон нагірних канав визначаються гідравлічним розрахунком за умови, що розрахункова швидкість води повинна бути меншою від допустимої розмивної і більшою від тієї, коли відбувається замулювання.

Загальним способом визначення побутової глибини протікання води в руслі водотоку є спосіб підбору, що застосовується при будь-якій формі поперечного перерізу русла водотоку.

У тих випадках, коли поперечний переріз русла водотоку не має різких переломів профілю, задовільні результати дає спосіб, що ґрунтується на застосуванні показникового закону.

Гідротехнічні споруди і різка зміна похилу дна поділяють русло на верхній та нижній б'єфи. У місцях сполучення б'єфів має місце нерівномірний рух. Як відомо, він здійснюється за допомогою відповідних форм кривих вільної поверхні потоку.

При виконанні цієї частини розрахунково-графічної роботи визначають форму та тип вільних поверхонь потоку у прямокутному руслі, що складається з трьох ділянок з різними похилами (друга ділянка вважається досить довгою, такою, щоб на ній встановився рівномірний рух); малюють схему сполучення з зазначенням типів кривих вільної поверхні.

Малими вважаються мости, довжина яких не перевищує 25 м. Їх застосовують, як водопропускні споруди на автомобільних дорогах і залізницях при перетинанні улоговин, лощин, русел періодично діючих водотоків і зрошувальних каналів.

Малі мости доцільні з економічної точки зору при невеликих висотах насипів і досить великих витратах води через їхні отвори.

Відповідно до діючих типових проектів, малі мости мають такі стандартні отвори (відстані між стоянами): 2; 3; 4; 5; 6; 7,5; 10; 12,5; 15; 20 м.

Основна мета гідравлічного розрахунку малих мостів складається у визначенні ширини його отвору b. При цьому повинні дотримуватися наступні умови: дно русла під мостом і нижньому б'єфі не повинне піддаватися розмиву; напір перед мостом Н не повинен перевищувати припустимого значення, що відповідає висоті насипу Ннас; швидкості під мостом не повинні перевищувати 4 - 4,5 м/с.

Вихідними даними для гідравлічного розрахунку малих мостів є: гідрологічна інформація про максимальні витрати Q зливового стоку й весняного сніготанення, а також об'єми стоку W; проектна висота насипу у споруди Ннас; тип ґрунту під мостом; морфологічні характеристики русла, що відводить воду, у нижньому б'єфі (форма й розміри русла, поздовжній похил I, коефіцієнт шорсткості n).

В інженерній практиці гідравлічний розрахунок малого моста можна представити послідовним виконанням трьох етапів: гідрологічного обґрунтування витрати й об'єму стоку заданої ймовірності перевищення; гідравлічного розрахунку ширини отвору малого мосту; розрахунку й вибору кріплення нижнього б'єфа.

Отже, основною метою даної курсової роботи - є розрахунок нагірної канави різними способами; гідравлічний розрахунок швидкотоку, багатосхідчатого перепаду колодязного типу та гідравлічний розрахунок отворів малих мостів.

1. Розрахунок нагірної канави

Нагірні канави (рис. 1) влаштовують для перехвату води, що стікає до дороги з верхньої сторони косогірної ділянки.

Поперечний перетин нагорних канав звичайно має форму трапеції; глибину розраховують. Вона повинна бути на 0,25 м більша за глибину наповнення, котру звичайно призначають не менше 0,6.. 0,8 мм.

Найменша ширина нагірної канави по дну для автомобільної дороги І - ІІІ категорії 0,5 м.

Рис. 1. Поперечник ділянки дороги на косогорі

Щоб не було замулювання, рекомендують призначати похил нагірних канав не менше як 0,005, а у виняткових випадках - 0,003.

Тип укріплення нагірної канави вибирають на підставі гідравлічного розрахунку. При похилі дна від 0,005 до 0,01 канава будується без укріплення. При великих похилах приймають такі типи укріплення:

при і = 0,010…0,03 - засів трав або обдерновка;

при і = 0,03…0,05 - бетонні плити або бруківка;

при і = 0,05 - будують швидкотоки і перепади.

1.1 Спосіб підбору

Вихідні дані

mb, мni0Q, м3/сГрунт1,50,90,0180,0060,75ліс

. Визначаю розрахункове значення Ко за формулою:

2. Призначаю глибину водотоку hn.

h1, мh2, мh3, мh4, м1,50,80,650,6

3. Обчислюю площу живого перерізу?1 при глибиніh1:

4. Обчислюю змочений периметр ?1:

5. Обчислюю гідравлічний радіусR1 як частку від ділення площі живого перерізу на змочений периметр:

6. За гідравлічним радіусом та коефіцієнтом шорсткості русла знаходжу швидкісну характеристику W1.

W1=51 м/с

7. Обчислюю значення витратної характеристики K1за формулою:

Для інших значень розрахунки аналогічні:

- h2= 0,8

W2=47,5 м/с

h3 = 0,65

W3=48 м/с

- h4 = 0,6

W4=43,5 м/с

Приймаємо глибину ту в якої витратна характеристика найбільш наближена до K0.

.2 Спосіб, що ґрунтується на застосуванні «показникового закону»

Порядок розрахунку при користування цим способом.

1. Призначаю довільно глибини водотоку h1, h2, підраховую відповідні їм значення витратної характеристики К1, К2 і обчислюю гідравлічний показник русла:

=240,975 при =1,5

=79,8 при =0,8

8. Маючи розрахункове значення витратної характеристики Ко, обчислюю побутову глибину протікання води у руслі водотоку за формулою:

2. Спряження б'єфів при нерівномірному русі

2.1 Порядок виконання роботи

Вихідні дані

b, (м)i1i2i3nQ,0,80,00060,0140,0120,0120,75

Визначаю критичну глибину у руслі:

Розраховую значення критичного похилу:

Значення ?кр, Wкр знаходять по hкр.

=b·=0,8·0,465=0,37

? =b+2·=0,8+20,465=1,73

=72

Порівнюю значення критичного похилу з вихідними, встановлюю стан потоку і взаємне розташування ліній критичної і побутової глибини на всіх ділянках русла. Оскільки іо< ікр, то hо>hкр, то форма та тип кривих вільних поверхонь потоку на ділянках з нерівномірним рухом матиме вигляд, який приведено на рис. 2.

Рис. 2. Тип кривої вільної поверхні при іо< ікр

3. Гідралічний розрахунок швидкотоку

Швидкоток - це русло з похилом дна більшим за критичний іо> ікр. Внаслідок цього на швидкотоці рух потоку має місце з глибиною, меншою за критичну, стан потоку - бурхливий. При великих швидкостях потоку частки повітря перемішуються з водою і потік стає двофазним. Збільшення об'єму води (за рахунок повітря) приводить до збільшення глибин у живих перетинах. Це збільшення глибин враховується заміною (у розрахунках) на більший коефіцієнт шорсткості русла. Для правильного визначення побутової глибини на швидкотоці коефіцієнт шорсткості nповинен бути збільшений в a разів залежності від похилу. Розрахунковий коефіцієнт шорсткості пa = a·п, де a - коефіцієнт аерації, залежний від похилу дна русла:

іо0 - 0,10,1 - 0,20,2 - 0,40,4 - 0,5a1,01,330,33 - 2,02,0 - 3,33

На кінці швидкотоку встановлюється глибина hкін. Таким чином, потік, виходячи до нижнього б'єфу, має глибину hнб><hкін. Якщо глибина hнб>hкр, то має місце гідравлічний стрибок. Для визначення типу стрибка необхідно підрахувати h"кін і порівняти її з hнб. У разі h"кін>hнб стрибок буде відігнаний, h"кін ? hнб - стрибок має місце у стислому перерізі, h"кін<hнб - стрибок затоплений.

При h''кін>hнб потрібний розрахунок гасника енергії.

Порядок виконання роботи

Вихідні дані

ioLQ,0,072421,45

1.Визначають ширину швидкотоку за формулою Ю.М. Даденкова:

. Визначають критичну та побутову (будь-яким способом) глибини:

Розрахуємо побутову глибину способом підбору:

)

3. Обчислюю площу живого перерізу?1 при глибині h1:

h1=0,3

4. Обчислюю змочений периметр ?1:

5. Обчислюю гідравлічний радіус R1 як частку від ділення площі живого перерізу на змочений периметр:

6. За гідравлічним радіусом та коефіцієнтом шорсткості русла знаходжу швидкісну характеристику W1

W1=6 м/с

7. Обчислюю значення витратної характеристики K1 за формулою:

h2 =0,4

W2=6,3 м/с

h3 =0,5

W3=9 м/с

h4 =0,6

W4=12 м/с

Витрата відповідає h0 =0,5

Приймають глибину на початку швидкотоку h1= hкр, будують криву спаду.

Якщо довжина Lсп кривої спаду виявляється меншою за довжину L, то на швидкотоці встигає встановитися рівномірний рух, і на його кінці hкін =h0. Такий швидкотік називають довгим. Якщо Lсп>L (короткий швидкотік), рівномірний рух не встановлюється на швидкотоці і на його кінці глибину hкін знаходять інтерполяцією.

hпоч= h = 0,67hкін = h0 = 0,50,5360,42,141,970,250,203W760,410,7361,081,2363,752-0,386-0,149-

Виходячи з результату обрахунку

Підраховавши глибину <L, можна зробити висновок, що швидкотік довгий.

При умові h"кін>hнб - розраховуємо гасник енергії.

Розраховую гасник енергії у вигляді водобійного колодязя

Глибина водобійного колодязя:

-=

де- коефіцієнт запасу

Довжину водобійного колодязя розраховують за формулою:

lкол=lпр=2,5. (1,9-)=2,5. (1,9. 8,75-0,5)=40,3 (м)

Вона дорівнює довжині гідравлічного стрибка.

Рис. 3.1. Схема швидкотоку

4. Гідравлічний розрахунок багатосхідчатого перепаду колодязного типу

На затяжних крутих похилах у системі дорожнього водоводу будують багатосхідчасті перепади. Кількість сходин, довжина, висота їх залежать від топографічних умов місцевості та гідравлічних умов роботи перепаду.

Бувають випадки, коли довжина сходин не достатня, щоб повністю погасити енергію потоку. У цьому випадку на кінці кожної сходини розраховують водобійні стінки, що утворюють на сходинах перепаду водобійні колодязі, у межах яких має місце стрибок і досягається необхідне гасіння енергії. Це багатосхідчасті перепади колодязного типу.

Гідравлічний розрахунок багатосхідчастих перепадів колодязного типу зводиться до розрахунку першої, другої, останньої сходинок. Розміри проміжних сходин приймають рівними розмірам другої.

Вибираю вихідні дані

ioLQ,0,085621,45

1. Висоту Z косогірної ділянки визначаю виходячи з геометричних побудов:

. Задаюсь кількістю сходин N і розраховую довжину lсх і Р висоту сходинок:

N=25

. Визначаю ширину сходин перепаду b виходячи з умов, що питома витрата знаходиться у межах:

де bпер - ширина перепаду

4. Розраховую критичну глибину прямокутного русла:

. Глибину потоку hр і швидкістьVр над стінкою падіння визначаю по залежностях:

;

.

6. Розраховую довжину падіння струміння:

. Глибину потоку у стисненому перетині розраховую по залежності:

де ?1 - коефіцієнт швидкості

. Сполучену глибину визначаю за формулою:

hкр= 0,42hс= 0,240,760,432,292,650,330,16W750,2040,650,6240,895,321,20,2731,210,0741,46411,67

Розрахунок необхідної довжини сходин, при якій гашення енергії чиниться без улаштування гасника енергії

(Lкрив + lпад) ? Lcx,

(11,67+0,73) =12,4

Необхідно розрахувати водобійну стінку

Визначення геометричного напору над водобійною стінкою:

,

де М = 1,86 - коефіцієнт витрат.

Розрахунок висоти стінки:

,

де ? = 1,05…1,1.

Стінку на першій та наступній сходинці (крім останньої) розташовують в кінці сходинки

При розрахунках другої та подальших сходинок до всіх формул, де є Р, підставляють (Р + с).

Розраховую довжину падіння струміння:

Глибину потоку у стисненому перетині розраховую по залежності:

Сполучену глибину визначаю за формулою:

hкр= 0,42hс= 0,2030,760,372,292,2160,330,17W750,2040,860,6241,0645,321,850,2730,7840,0740,61

Особливістю розрахунку останньої сходинки є перевірка необхідності влаштування вод обійної стінки, для чого h''с порівнюють з hнб.

hнб=1.5hкр=1.50.42=0.63

при h''с>hнб, 0.455<0.63 робиться розрахунок гасителя енергії, тобто розраховують висоту водобійної стінки:

Відстань від сходинки перепаду до водобійної стінки:

(м)

де ? = 0,7

Довжина стрибка:

(м)

5. Гідравлічний розрахунок отворів малих мостів

.1 Гідрологічне обґрунтування максимальних витрат і обєму стоку

Вихідні дані

Площа басейнуF = 7.3 км2Довжина головного довжикаL = 7.4 кмПоздовжній похил довжикаIл = 0,001Крутість укосів басейнуm1 = m2 = 140Висота насипу Висота прогонової будовиhнас = 2,05 м hп.б. = 0,85 м

При проектуванні малих мостів часто буває неможливим заздалегідь визначити витрату на яку необхідно розраховувати отвір: на витрату зливового стоку або від танення снігу. Тому визначають обидві витрати і у якості розрахункової приймають більшу з них.

Інтенсивність зливи годинної тривалості агод= 2.25 мм/хв. Коефіцієнт Кt= 1,72. Коефіцієнт стоку дорівнює ? = 0,5.

Коефіцієнт редукції визначається за формулою:

Таким чином, витрата зливового стоку дорівнює:

Об'єм стоку обчислюється за формулою:

Розрахунок витрати води від сніготанення визначається за формулою

,

у якій для малих басейнів ?1 = ?2 = 1.

Середній шар талих вод Коефіцієнт варіації шару стоку Сvh=1. Тоді коефіцієнт асиметрії буде дорівнювати Сsh=2·1=2, як для рівнинної місцевості. Модульний коефіцієнт Кр = 4.6. У цьому випадку розрахунковий шар стоку буде рівним:

Тоді витрата від талих вод буде такою:

Таким чином, Qл> QТ і в якості розрахункової для визначення отвору малого моста приймається витрата зливового стоку Qл = 27.61 м3/с.

5.2 Розрахунок отворів малих мостів без врахування акумуляції.

Тип зміцнення русла під мостом - обдерновка в стінку, для якої допускається швидкість, яка дорівнює 1,8 м/с. Отже приймається Vс = 1,8 м/с.

За відомою швидкістю в стислому перерізі під мостом обчислюється напір:

Цьому напору відповідає мінімальна висота моста, що визначається по залежності:

Таким чином, напір знаходиться в межах допустимої висоти насипу. Ширина отвору при такому напорі буде дорівнювати:

Приймається найближчий типовий отвір b = 60 м і встановлюється зміна напору:

Напір збільшився всього на 0,01 м, що залишає в силі співвідношення між припустимим напором і висотою насипу.

У цьому випадку не можна скоротити отвір моста за рахунок прийняття більш кращого типу зміцнення, допустивши при цьому збільшення швидкості під мостом, а, отже, і напору, що і так перебуває на межі допустимого.

5.3 Розрахунок отворів малих мостів з урахуванням акумуляції

Ширина отвору може бути зменшена, якщо врахувати акумуляцію води перед малим мостом. У цьому випадку скидна витрата Qс, що пропускається малим мостом буде менше витрати зливового стоку Qл і рівною:

по В.І. Кочеріну:

де об'єм акумульованої води становить:

По таблиці О.А. Кургановича виходить та ж скидна витрата 23.3588 (м3/с).

Ширина отвору при такій витраті дорівнює:

Таким чином, найближча типова ширина отвору та ж bТ=60 (м). Істотно зменшити ширину отвору можна тільки за рахунок збільшення висоти насипу з одночасним посиленням зміцнення під мостом.

Якщо умови місцевості дозволяють збільшити напір, наприклад, у два рази (2·0,48 = 0,96 м), то обєм акумульованої води (обєм ставка) збільшиться майже у 8 разів і буде дорівнювати:

а скидна витрата відповідає максимально допустимому зменшенню витрати зливового стоку:

При цьому ширина отвору зменшиться майже в 3 разів:

Найближче стандартне значення bТ =20 (м). Цьому отвору відповідає напір:

Необхідна мінімальна висота насипу повинна бути:

,

Цій швидкості по таб. 5 відповідає тип зміцнення русла у вигляді одиночного брукування на шарі щебеню каменем 15-20 см.

5.4 Гідравлічні розрахунки нижнього бєфа малих мостів.

Укріплена ділянка за мостом, як правило, планується і його поперечний переріз здобуває прямокутну форму. Ширина зміцнення приймається рівною 3·b = 3·10 = 30 (м). Довжина укріпленої ділянки назначається 4·b = 4·10 = 40 (м). При цьому глибина розмиву в кінці укріплення буде 0,59·Н = 0,59·0.56=0.33 (м), а глибина рисберми з врахуванням запасу 0,5 (м) буде відповідно рівна 1 м.

Побутова глибина в руслі, яке відводить воду, у межах укріпленої ділянки розраховується по формулі рівномірного руху:

де: Q = Qc - скидна витрата; ? = bh - площа поперечного перерізу відвідного русла; C = R1/6/n - коефіцієнт Шезі; n = 0,02 - коефіцієнт шорсткості для грубої бетоніровки; R = ?/? - гідравлічний радіус; ? = b + 2h - змочений периметр для прямокутного русла; I - поздовжній похил русла, прийнятий рівним похилу довжика.

Побутова (нормальна) глибина по формулі (4.13) визначається підбором, кількість заданих глибин можна звести до трьох, якщо скористатися графічно-аналітичним способом. Для побудови графіка h = f(K) необхідно задатися трьома довільними значеннями глибин і обчислити для них відповідні їм витратні характеристики:

- h1= 0,2

W1=16,0 (м/с)

h3= 0,1

W3=9.67 (м/с)

h3= 0,117

W3= 10,2 (м/с)

Рис. 5.4. Допоміжний графік h = f(K)

Значення побутової глибини для К0=35,42 - hб = 0,117 м. Побутова глибина виявилася менше ніж критерій підтоплення 0,75· Н = 0,75·0,56 = 0,42 (м), отже малий міст працює по схемі вільного витікання.

Висновки

В даній курсовій роботі проведено розрахунок нагірної канави методом підбору та методом що ґрунтується на застосуванні «показникового закону»; розраховано гідравлічний швидкотік; визначено форму та тип вільних поверхонь потоку у прямокутному руслі, що складається з трьох ділянок з різними похилами; побудовано схему сполучення з зазначенням типів кривих вільної поверхні.

За допомогою гідравлічного розрахунку малих мостів визначено ширину його отвору b різними способами, а саме,

гідрологічним обґрунтування максимальних витрат і обєму стоку;

за допомогою розрахунку отворів малих мостів без врахування акумуляції;

розрахунок отворів малих мостів з урахуванням акумуляції, за результатами якого можна зробити висновок, що тип зміцнення русла - це одиночне брукування на шарі щебеню каменем 15-20 см.

проведенням гідравлічних розрахунків нижнього бєфа малих мостів, внаслідок яких було визначено, що побутова глибина виявилася менше ніж критерій підтоплення, а отже малий міст працює по схемі вільного витікання.

Використана літератури

1.Большаков В.А., Попов В.Н. Гидравлика. Общий курс - К., Вища школа, 1989 - 214 с.

.Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика - М., Стройиздат, 1987 - 440 с.

3.Науменко І.І. Гідравліка. Підручник. - Рівне: НУВГП, 2005. - 475 с.

4.Левицький Б.Ф., Ленін Н.П. Гідравліка. Загальний курс. - Львів: Світ, 1994 - 264 с.

5.Гідравліка і нагнітачі: Навч. посібник / О.М. Грабовський, О.М. Щабієв. - К.: НМКВО, 1992 - 312 с.

6.Тітов Ю.П., Яковенко М.М. Технічна механіка рідин та газів. Посібник до практичних занять. - Харків: ХДАМГ, 2002 - 114 с.

7.Тітов Ю.П., Яковенко М.М. Інженерна гідравліка. Навчально-методичний посібник до практичних занять. - Харків: ХНАМГ, 2005 - 91 с.