Дорожные водопроводящие сооружения. Гидравлический расчет

 

Сибирская автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

 

 

 

Кафедра: Проектирование дорог

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

«Дорожные водопроводящие сооружения.

Гидравлический расчет»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                               Работу выполнил: студент

                         группы   АДб-11-67Z4

     Пьянов Д.А

Проверил: доцент Троян Т.П.

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2012г.

 

Содержание

Введение........................................................................................................................2

  1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ........................................................................................2

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ…………………………………………………………………3

2.1.Подводящий  канал.….............................................................................................3

2.1.1.Определение  нормальной глубины…..…....................…..................................3

2.1.2.Определение критической глубины...................................................................4

2.1.3.Определение критического уклона.….................................………..................6

2.1.4.Расчёт канала гидравлически наивыгоднейшего профиля(поперечного     сечения)..........................................................................................................................6

2.1.5.Определение скорости течения в канале….......................................................9

2.2.Быстроток…............................................................................................................9

2.2.1.Определение критической глубины..….…......................................................10

2.2.2.Определение критического уклона…………………......................................10

2.2.3.Определение нормальной глубины ……………………………….................10

2.2.4.Расчёт кривой свободной поверхности на быстротоке  ................................11

2.2.5.Построение кривой свободной поверхности на водоскате быстротока…. .12

2.3.Отводящий канал..................................................................................................14

2.3.1.Определение  гидравлических характеристик потока....................................14

2.3.2.Расчёт  гидравлического прыжка......................................................................15

3.УКРЕПЛЕНИЕ  РУСЕЛ........................................................................................15

4.ЭКОЛОГИЯ  ДОРОЖНЫХ ВОДОПРОВОДЯЩИХ СООРУЖЕНИЙ .......16

Библиографический список …..………………………………….........................18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Из года в год расширяется строительство  автомобильных дорог в различных  регионах нашей страны, отличающихся климатическими, рельефными и гидрологическими особенностями. Современная автомобильная  дорога представляет собой сложное  инженерное сооружение, предназначенное  для интенсивного движения транспортных средств с большими скоростями при  обеспечении безопасности движения. Для этого при проектировании автомобильных дорог большое  внимание уделяют вопросам обеспечения  устойчивости земляного полотна,  необходимым условием которого является организация водоотводных и водопропускных сооружений.

Основными нормативными документами при проектировании водоотводных сооружений являются:

1) строительные  нормы и правила. Автомобильные  дороги (СНиП 2.05.02-85);

2) строительные  нормы и правила. Мосты и  трубы (СНиП 2.05.03-84);

3) строительные  нормы и правила. Определение  гидрологических  характеристик  (СНиП 2.01.14-83);

4) инструкция  по расчету стоков с малых  бассейнов (ВСН 63-76).

Курсовая  работа предусматривает расчет целого комплекса взаимосвязанных сооружений: канала (при равномерном движении потока), быстротока, гасителя энергии, многоступенчатого перепада. При  расчете перечисленных сооружений необходимо решить много побочных вопросов, а именно: исследование дифференциального  уравнения неравномерного движения жидкости, построение кривой свободной  поверхности, необходимость гасителя энергии и т.д.

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

1. Расход — Q₀=2,9 м³/с;
2. Ширина канала понизу — b=1,0 м;
3. Уклон подводящего канала — =0,002;
4. Уклон быстротока — =0,12;
5. Уклон отводящего канала — =0,0036;
6. Длина быстротока — l=45 м;
7. Высота перепада — P=2,5 м;
8. Коэффициент заложения откоса канала — m=1,5, для трапецеидального сечения; m= 0, для прямоугольного сечения;
9. Коэффициент шероховатости стенок канала — n=0,0250,для трапецеидального сечения; n=0,014, для прямоугольного сечения.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ  ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ

 

2.1. Подводящий канал

 

Устройство  подводящего канала необходимо для  принятия вод, стекающих по склонам  к логу, и подведения к трубе, мосту  или быстротоку. Искусственные подходные  русла должны обеспечивать пропуск  всего расхода без их переполнения.

Расчёт  подводящего канала сводится к определению  нормальной и критической глубины, критического уклона, анализа состояния  потока, определению средней скорости и обоснованию укрепления русла. Кроме этого необходимо привести расчёт гидравлически наивыгоднейшего  профиля канала.

 

2.1.1. Определение нормальной глубины

 

Нормальная  глубина h₀ — это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.

Эта глубина  никак не связана с типом искусственного сооружения, а определяется естественным (бытовым) состоянием водотока, поэтому  её также называют бытовой глубиной h_б.

Основная  расчётная формула — формула  Шези:

                                                           (2.1)

где ω — площадь живого сечения, м²; С — коэффициент Шези, м^0,5/с; R — гидравлический радиус, м; i₀ — уклон канала.

Для трапецеидального сечения

                                                          (2.2)

где h — глубина канала, м

Для определения  коэффициента Шези С может применяться формула Н.Н.Павловского:

                                                                                      (2.3)

где y=f(n,R).

Приближённо можно по Н.Н.Павловскому считать:

      при R<1,0 м  y=1,5√n=0,24;                                                  (2.4)

      при R>1,0 м  y=1,3√n=0,21;                                                  (2.5)

Гидравлический  радиус в общем случае определяется по формуле:

                                                             (2.6)

где χ — смоченный периметр, (м) и для трапецеидального русла может быть определён:

                                                    (2.7)

Важным  показателем при расчёте является расходная характеристика (модуль расхода) К₀, м³/с:

                                                           (2.8)

Графоаналитический метод определения нормальной глубины.

 

                                                         (2.9)

м³/с

Таблица 2.1

Расчётные формулы	Ед.изм.	Назначаемые и определяемые величины
		h1	h2	h3	h4	h5
h	м	0,70	0,80	0,90	1,0	1,10
	м2	1,44	1,76	2,12	2,50	2,91
	м	3,52	3,88	4,24	4,61	4,97
	м	0,41	0,45	0,50	0,54	0,59
	м0,5/с	32,30	33,02	33,87	34,54	35,17
	м3/с	29,78	38,98	50,77	63,45	78,61

       

               (по рис. 1)         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

 

2.1.2. Определение  критической глубины

 

Критической глубиной h_к называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

Если  задано поперечное сечение русла, а  также расход Q₀, то критическая глубина определяется из уравнения:

                                                          (2.10)

где Э — удельная энергия сечения, м, определяемая по формуле

                                                    (2.11)

Для дорожно-мостового  и аэродромного строительства при  движении жидкости в каналах коэффициент  Кариолиса принимают α=1,1.

Дифференцируя выражение (2.11) по h из условия при глубине, равной критической, получаем уравнение критического состояния потока

                                                      (2.12)

где g— ускорение свободного падения, м/с²; ω_k - площадь живого сечения при критической глубине, м²; B_k- ширина канала поверху при критической глубине, м.

                                                    (2.13)

Метод подбора для определения критической глубины для трапецеидального русла.

Таблица 2.2

h
h1	0,40	0,64	2,20	0,12
h2	0,50	0,88	2,50	0,27
h3	0,60	1,14	2,80	0,53
h4	0,70	1,44	3,10	0,96
h5	0,80	1,76	3,40	1,60

(по рис. 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2

 

2.1.3. Определение  критического уклона

 

Критическим уклоном называется такой уклон, при котором заданный расход Q₀ проходит по каналу в условиях равномерного движения с глубиной, равной h_к , т.е. при соблюдении равенства

Определение критического уклона может быть произведено:

а) непосредственно  по формуле

                                                   (2.14)

где при  предварительно найденной глубине h_к  для данного русла и при заданном расходе  Q₀ определяются следующие величины: ω_k ,χ_k ,C_k ,R_k ;

б) по уравнению

                                                (2.15)

 

Вывод: в подводящем канале нормальная глубина больше критической глубины > , заданный уклон сооружения меньше критического уклона < ; состояние потока спокойное.

 

2.1.4. Расчёт канала  гидравлически наивыгоднейшего  профиля (поперечного сечения)

 

Гидравлически наивыгоднейшим профилем (ГНП) называется такой, у которого при заданной площади  поперечного сечения ω, уклоне i₀ , шероховатости и коэффициенте заложения откоса пропускная способность Q₀  оказывается наибольшей.