МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Кафедра автомобильных дорог, мостов и тоннелей
Расчетно – графическая работа:
«Гидравлический расчет водопропускных искусственных сооружений»
Выполнил: ст.гр. 8АД03
Галиев А.Р.
Проверил: доцент, к.т.н.
Петропавловских О.К.
Казань, 2020г.
СОДЕРЖАНИЕ Введение 3
1.Описание района строительства 4
1.1.Климат 4
1.2. Рельеф 5
1.3. Гидрология 6
1.4.Геология 7
2.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБ 8
2.1. Расчет максимального расхода ливневых вод 8
2.2. Расчет максимального расхода талых вод 9
2.3. Определение отверстия трубы 10
2.4. Определение минимальной высоты насыпи у труб 11
2.5. Определение длины трубы 11
2.6. Расчет укрепления за трубой 12
3. Расчёт малого моста 15
3.1. Определение бытовых условий протекания воды в русле 15
3.2. Расчёт отверстия малого моста 17
3.3. Определение минимальной высоты моста 18
Введение В соответствии с заданием требуется запроектировать автомобильную дорогу II категории, Белгородской области. В пояснительной записке приводится расчет малых водопропускных труб на ПК , куда входят определения максимального расхода ливневых и талых вод на 3 участках водосбора, откуда определяются отверстия и длины труб, также высота насыпи у труб для построения продольного профиля, также приводится гидравлический расчет малого моста на ПК , включающий в себя определения его отверстия и высоты.
Описание района строительства Климат
Белгородская область расположена на юго-востоке Русской равнины, в достаточной удаленности от морей и океанов. Климат в Белгородской области умеренно континентальный с относительно мягкой со снегопадами и оттепелями зимой и жарким, часто с засухами и суховеями летом. Среднегодовая температура Белгородской области в целом +6,4°C. Она колеблется от +5,9°C до +6,6°C, возрастая с севера на юг.
Континентальность климата растет с запада на восток по мере удаления от Атлантики. Главный климатообразующий фактор - ветры. Максимальное влияние этой климато- и ветрораздельной границы ощущается зимой. Средняя многолетняя температура в марте всего -2,5°C.
Весна (повышение температуры от 0 до 15 градусов) в Белгородской области непродолжительна и обычно приходит 20-25 марта. Она начинается с западных и южных районов региона, добираясь за 3-5 дней до крайнего северо-востока области и продолжается 53-57 дней.
В середине - конце мая наступает лето. Май имеет среднюю месячную температуру +14,6°C.
Лето (период с температурами выше +15°C) продолжительное (102-118дней) и жаркое с малым количеством пасмурных дней. Ливни и грозы летом считаются нормальным явлением, если на них приходится приблизительно 25 дней за сезон.
Осень, как и весна, весьма скоротечна: продолжительность осеннего периода, когда среднесуточная температура опускается от +15 до 0 градусов, составляет 65-67 дней. В первой половине осени (во второй половине сентября) - "бабье лето" - тепло и солнечно. Начиная с октября обычны утренние туманы, частые заморозки на почве и дожди. Средняя температура октября +6,4°C.
1.2. Рельеф
Белгородская область находится на юго-западных и южных склонах Среднерусской возвышенности в бассейнах рек Дона и Днепра. Этим определяется рельеф: всхолмленная пологоволнистая эрозионная равнина со средней высотой 200 метров (над уровнем моря). Территория области изрезана оврагами, балками (логами), по которым разбросаны дубравы. На юго-востоке – разнотравные луговые степи, в основном распаханные. Самая высокая точка области находится на северо-западе в Прохоровском районе; самая низкая – в днище долин рек Оскола и Северского Донца. В юго-западной части Белгородской области находится зона сочленения юго-западного склона Воронежской антеклизы (обширное пологое поднятие слоев земной коры в пределах платформ (плит), являющееся противоположностью синеклизы) и Днепровско-Донецкой впадины. Воронежская антеклиза это выступ фундамента Восточно-Европейской платформы в бассейне реки Дон. Воронежская антеклиза протянулась от среднего течения Днепра на юго-восток до устья Хопра на 950 км. Наибольший интерес по комплексу геофизических данных представляют Суджанско-Муромский, Белгородско-Айдарский тектонические мегаблоки северо-западного простирания, как наиболее приближенные к области Северного борта.
1.3. Гидрология Гидрография области определяется наличием более 480 малых рек и ручьев длиной от 3 до 140 км. Большинство рек маловодно. Общая протяженность речной сети 5000 км. Наиболее крупные реки протекают на северо-западе: Северский Донец, Ворскла, Ворсклица, Псел; и в восточных районах: Оскол, Тихая Сосна, Черная Калитва, Валуй. Уклоны рек, благодаря равнинному рельефу, невелики. Поэтому течение рек спокойное 0,3-0,5 м/с, с широкими долинами. Питаются реки талыми и дождевыми водами. Озёр на Белгородчине мало. В основном это высыхающие озёра - старицы от запруженных рек. Помимо этого в области есть 4 водохранилища и 1100 прудов. Болота в регионе есть, но их не много, главным образом в низинах рек. Есть одно верховое болото.
Реки, озёра, болота Белгородчины занимают около 1% территории области. Область относится к числу маловодных и испытывает дефицит воды. Однако, в Белгородской области обнаружены огромные запасы подземных вод, в том числе лечебных (минеральных). Наличие больших запасов подземных вод благоприятствует использованию ее для бытовых и хозяйственных нужд.
Геология
Белгородская область территориально расположена на Восточно-Европейской платформе (встречается также название – Русская платформа). Это одна из древнейших геологических структур, которая состоит из двух частей: фундамента и осадочного чехла. В составе фундамента превалируют горные породы высокой прочности, образовавшиеся в процессе остывания магматического расплава. Среди них – гранит, диабаз, базальт. При этом также наблюдается присутствие в фундаменте так называемых метаморфических пород, появившихся вследствие высокого давления и температуры в сочетании с наличием достаточного количество влаги. Среди таких пород – мигматиты, кварциты, гнейсы. Над фундаментом находится осадочный чехол, в котором в основном представлены глины, песок, суглинки, мергель, мел. Толщина осадочного чехла в пределах Белгородской области довольно сильно варьируется. Так, если на большей части территории этот показатель колеблется в пределах 100-200 метров, то на юго-западе области мощность осадочного чехла достигает порядка 1 километра. Такая неравномерность объясняется сводообразным поднятием Восточно-Европейской платформы – Воронежской антеклизой. Именно на ней расположена большая часть Белгородской области, что и привело к характерным отличиям в глубине залегания кристаллического фундамента.
2.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБ 2.1. Расчет максимального расхода ливневых вод
Расчетная формула максимального расхода ливневых вод при заданной вероятности превышения:
Qл = 16,7* *F м/с (1)
где: – интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/ мин;
- площадь водосбора,
- коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности;
- коэффициент потерь стока;
- коэффициент редукции;
1тр.
2тр.
3тр.
Полученное значение расхода должно быть не более расхода полного стока:
, ( /c) (2)
1тр. , ( /c)
2тр. , ( /c)
3тр. , ( /c)
Объем ливневого стока:
(1)
1тр.
2тр.
3тр.
Таблица 1- Расчет расходов ливневых вод
ПК +
| F,
|
,
мм/ мин
|
|
|
|
, /c
|
, /c
|
,
|
| 4,5
| 0,82
| 3,09
| 0,7
| 0,39
| 51,98
| 698,38
| 34381,2
|
| 5,5
| 0,82
| 2,02
| 0,7
| 0,37
| 39,40
| 558,01
| 49312
|
| 6,6
| 0,82
| 2,26
| 0,7
| 0,35
| 50,00
| 749,20
|
|
2.2. Расчет максимального расхода талых вод Максимальный расход от талых (снеговых) вод определяется по формуле:
(4)
- коэффициент дружности половодья;
n- показатель степени;шгщ
-расчетный слой стока, определяемый по формуле:
-коэффициент, учитывающий наличие озер и болот;
-коэффициент, учитывающий наличие лесов;
1тр.
2тр.
3тр.
Расчет сводится в таблицу.
ПК+
| F,
|
, мм
|
|
, мм
|
| n
|
|
|
|
,
|
| 4,5
| 160
| 1,5
| 240
| 0,4375
| 0,25
| 0,02
| 0,7
| 1
| 9,9
|
| 5,5
| 160
| 1,5
| 240
| 0,4375
| 0,25
| 0,02
| 0,7
| 1
| 11,6
|
| 6,6
| 160
| 1,5
| 240
| 0,4375
| 0,25
| 0,02
| 0,7
| 1
| 13,36
|
2.3. Определение отверстия трубы В качестве расчетного расхода принимается наибольший из расходов ливневых и талых вод.
1тр.
2тр.
3тр.
Таблица 3 – Пропускная способность труб
ПК+
| Отверстие трубы Ø (b×h), м
| Расход сооружения (с учетом аккумуляции)
,
| Подпор перед трубой
Н, м
| Скорость на выходе из трубы
V, м/c
| Режим работы
|
| 3,0×2,5м
| 51,98/2=26,00
2 отверстия
| 3,32
| 5,50
| полунапорный
|
| 4,0×2,5м
| 39,40
| 3,75
| 6,30
| полунапорный
|
| 3,0×2,5м
| 50/2=25,00
2 отверстия
| 3,10
| 5,20
| полунапорный
|
2.4. Определение минимальной высоты насыпи у труб
Минимальная высота насыпи по верховой бровке принимается в зависимости от режима работы трубы по следующим формулам: при безнапорном режиме:
(5)
1тр.
2тр.
3тр.
Высота насыпей у труб
ПК+
| F
|
| δ
| Δ
|
|
|
| 4,5
| -
| -
| -
| -
| 4,32
|
| 5,5
| -
| -
| -
| -
| 4,75
|
| 6,6
| -
| -
| -
| -
| 4,10
|
2.5. Определение длины трубы Длина трубы при постоянной крутизне откосов насыпи:
(6)
где, 𝐵зп- ширина земляного полотна, м;
𝐻нас- высота земляного полотна, м;
𝑚- заложение откоса насыпи, 𝑚=1,5;
𝑠𝑖𝑛 𝛼- угол пересечения оси дороги с осью трубы, sin90°=1;
1тр.
2тр.
3тр.
2.6. Расчет укрепления за трубой Длина плоского укрепления за трубой:
𝐿укр= (2...4) × bт, (м) (7)
где bт – ширина (диаметр) трубы, м;
𝐿укр1 = 3 × 3 = 9 м
𝐿укр2 = 3 × 4= 12 м
𝐿укр3 = 3 × 3 = 9 м
Ширина плоского укрепления за трубой:
𝐵укр = 3 × bт, (м) (8)
𝐵укр1 = 3 × 3 × 2 = 18 м
𝐵укр2 = 3 × 4= 12 м
𝐵укр3 = 3 × 3 × 2 = 18 м
Толщина укрепления у выходного оголовка:
S = 0,35 × H , (м) (9)
Где: H - подпор, м;
S1 =0,35 × 3,32 = 1,162 м
S2 =0,35 × 3,75 = 1,3125 м
S3 =0,35 × 3,10= 1,085 м
Скорость потока в зоне растекания:
Vр = 1,5 × V , (м/с) (10)
где V - скорость на выходе из трубы, м/с;
Vр1 =1,5 × 5,50 = 8,25 м/с
Vр2 =1,5 × 6,30 = 9,45 м/с
Vр3 =1,5 × 5,20 = 7,8 м/с
Глубина заложения предохранительного откоса :
ℎп = 4/3 × Δр, м (11)
ℎп1 = 4/3 × 2,158=2,9 м
ℎп2 = 4/3 × 2,158=2,9 м
ℎп3 = 4/3 × 2,158= 2,9 м
М1:100
а. б. Рисунок 1 - Схема укрепления за трубой: а – план; б – продольный разрез.
3. Расчёт малого моста 3.1. Определение бытовых условий протекания воды в русле Зададимся произвольно 3 значениями глубины:
Для каждой глубины определяется расход по формуле:
Где: – площадь живого сечения потомка, определяется по формуле:
Где: – заложение откосов склона, равное 4
При подстановке и вычислении получаем:
– гидравлический радиус, определяется по формуле:
Где: – смоченный периметр, определяется по формуле:
При подстановке и вычислении получаем:
При подстановке и вычислении получаем:
– уклон реки у сооружения
– коэффициент шероховатости русла
При подстановке и вычислении получаем:
По полученным данным строим график зависимости расхода от глубины , и по находим :
3.2. Расчёт отверстия малого моста Определяется критическая глубина потока по формуле:
Где: – скорость течения воды, равное 3
–ускорение свободного падения, равное 9,8
При подстановке и вычислении получаем:
Установим режим протекания потока под мостом по формуле:
При подстановке и вычислении получаем:
Вывод: поток под мостом имеет несвободный режим протекания
Рассчитывается величина подпора моста по формуле:
Где: – критическая глубина потока,
При подстановке и вычислении получаем:
Рассчитывается величина отверстия моста по формуле:
Где: – величина подпора моста,
3.3. Определение минимальной высоты моста Минимальная высота моста определяется по формуле:
Где: – величина подпора моста,
– возвышение низа пролетного строения над уровнем воды,
– конструктивная высота,
При подстановке и вычислении получаем:
Дальше вычерчиваем схему малого моста с массивными опорами.
Рисунок 4. Схема малого моста
Список использованных источников 1. СП 34.13330. 2012 «Автомобильные дороги». Министерство регионального развития РФ. 2012.
2. СП 35. 13330. 2011 Мосты и трубы. Министерство регионального развития РФ. 2011.-431 с.
3. Методические указания к выполнению курсового проекта «Гидравлические расчёты водопропускных сооружений» / Сост.: Логинова О.А. Казань. КГАСУ, 2012. – 24 с.
4. Методические указания к выполнению курсового проекта «Гидравлический расчёт малого моста» / Сост.: Логинова О.А. Казань. КГАСУ, 2012. – 13 с.
5. Методические указания к выполнению курсового проекта «Гидравлические расчёты мостовых переходов» / Сост.: Логинова О.А. Казань. КГАСУ, 2013. – 32 с.
6. 5. Под редак. В.С. Порожнякова «Автомобильные дороги», Примеры проектирования, М. «Транспорт», 2002 г.
7.Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений – М.: Транспорт, 1992. 408 с. |