Чжан Синжунь. Курсовой проект по дисциплине Гидротехнические и природоохранные сооружения. Гидротехническое строительство Тема Сооружения средненапорного речного гидроузла
 Скачать 1.1 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт ___ИГЭС_____________________________________________ Кафедра ____ГиГС_______；______________________________________ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Гидротехнические и природоохранные сооружения. Гидротехническое строительство» Тема: «Сооружения средненапорного речного гидроузла»
г. Москва 2023г. МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт_ИГЭС_______________________________________________________________ Кафедра _ГиГС________________________________________________________________ Дисциплина Гидротехнические и природоохранные сооружения. Гидротехническое строительство ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ФИО обучающегося Курс, группа ИГЭС 3-8_ 1. Тема курсового проекта «Сооружения средненапорного речного гидроузла中压河流水利枢纽设施» Исходные данные к курсовому проекту Содержание текстовой части (перечень подлежащих разработке вопросов) _ Определение классификационных показателей грунтов основания и их расчётных сопротивлений  , Сбор нагрузок, действующих на сооружение и его основание. вычисление эпюры контактных напряжений по подошве сооружения, расчёт основания по первой группе предельных состояний, расчёт основания по второй группе предельных состояний._________________________________________________________________________Перечень графического и иного материала (с точным указанием обязательных чертежей) – Напорный гидротехнический узел, эпюра фильтрационного противодавления, эпюра взвешивающего противодавления, эпюра контактных напряжений, эпюра гидростатического давления воды._____________________________________________________________________ График выполнения курсового проекта:
Дата выдачи задания 01.03.2022год Руководитель курсового проекта ______________________________ (подпись) СОДЕРЖАНИЕ Задание № 10
Карта № 2.  Введение СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 Основная часть 5 1. Проектирование грунтовой плотины 1.1. Определение отметки гребня и расчет крепления верхового откоса 1.1.1. Определение отметки гребня 1.1.2. Крепление верхового откоса 1.2. Расчет фильтрации через однородную земляную плотину 1.3 Расчет устойчивости откосов грунтовой плотины 2. Проектирование бетонной водосливной плотины на нескальном основании 2.1. Выбор удельного расхода на рисберме 2.1.1. Принцип выбора удельного расхода 2.1.2 Определение удельного расхода по допустимым скоростям 2.1.3 Определение удельного расхода по глубине ямы размыва 2.1.4 Выбор удельного расхода на рисберме 2.2. Проектирование водосливного фронта 2.2.1 Выбор количества и ширины пролетов 2.2.2 Разбивка плотины на секции 2.2.3 Определение действительного удельного расхода на рисберме 2.3. Конструирование водослива 2.3.1 Определение отметки порога водослива 2.4. Определение условий сопряжения бьефов при маневрирования затворами 2.4.1 Условия сопряжения бьефов и расчетная схема маневрирования затворами 2.4.2 Сопряжение бьефов по первому расчетному случаю 2.4.3 Сопряжение бьефов по второму расчетному случаю 2.5. Гидравлический расчет водобойного колодца 2.6. Конструирование и расчет водобойной плиты 2.6.1 Выбор габаритных размеров водобойной плиты 2.6.2 Гасители энергии потока на водобое 2.6.3 Определение нагрузок на водобойную плиту 2.6.4 Формы потери устойчивости водобоя 2.7. Конструирование рисбермы и концевого крепления 2.7.1 Определение длины крепления русла 2.7.2 Определение глубины ямы размыва. Выбор концевого крепления 2.7.3 Конструирование рисбермы 3. Конструирование водосливной плотины 3.1. Конструирование профиля плотины 3.1.1Конструирование профиля водослива 3.1.2 Конструирование водосливного порога 3.1.3 Конструирование фундаментной плиты 3.1.4 Выбор профиля быков 3.1.5 Конструирование верхнего строения 3.2. Конструирование крепления русла в нижнем бьефе 3.2.1 Конструирование водобойной плиты 3.2.2 Конструирование рисбермы 3.2.3 Конструирование концевого крепления (ковша) 4. Проектирование подземного контура и фильтрационные расчеты 4.1. Конструирование подземного контура 4.2. Расчёт горизонтального смещения сооружения Заключение Библиографический список ВВЕДЕНИЕ В данном курсовом проекте рассматриваются одни из важнейших и наиболее распространённых гидротехнических сооружений – грунтовая и бетонная водосбросная плотина на нескальном основании. В процессе выполнения курсового проекта предстоит ознакомиться с устройством этих сооружений, принципом их работы и получить навыки их конструирования и расчёта. Цель курсового проекта – запроектировать грунтовую и водосбросную плотину в составе средненапорного гидроузла в заданных условиях. Преимуществом их, по сравнению с другими типами плотин, является использование имеющихся на месте строительства камня и грунта, возможность широкой механизации основных видов работ (наброска камня и отсыпка грунтов), а также доста точная сейсмостойкость. 1.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ 1.1 Определение отметки гребня и расчет крепления верхового откоса 1.1.1 Определение отметки гребня Превышение гребня плотины над уровнем верхнего бьефа определяется в зависимости от ожидаемого волнового воздействия. В соответствии с СП 38.13330.2012"Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)" отметка гребня грунтовой плотины определяется исходя из условия:  (Примем отметку гребня плотины  жгде НПУ = 79 м – нормальный подпорный уровень водохранилища, a = 0,5 м – конструктивный запас, hнаката – высота наката волны, hнагона – высота ветрового нагона ( в рамках КП = 0); Определяем параметры расчетного шторма. Параметры, которые зависят от волнообразующих факторов приведены ниже: V = 24 м/с – скорость ветра расчетного шторма, L = 4.04 км – расчетная длина разгона волны, t, ч – время расчетного шторма,  – средняя высота волны, – средняя длина волны;Средняя высота волны  определяется по безразмерным параметрам:  Где t – продолжительность расчётного шторма, принимается равной 6 ч; L – длина разгона волны (наибольшая расчётная длина водохранилища по направлению действующих ветров), равная 4.04 км (4040м), ν – скорость ветра, равная 24 м/с,  Рисунок 1.1 График для определения средних значений элементов ветровых волн. По данным величинам с помощью графика находим соответствующие комплексы: для  находим комплексы  и  ,для  находим комплексы  и  .Выбираем наименьшие:  ; и находим: 0.82,  - средние высота и период волны; - средняя длина волны.   Рисунок 1.2. Графики значений коэффициента  Определим высоту волны однопроцентной обеспеченности  Определим высоту наката волны однопроцентной обеспеченности  Для крепления верхового откоса используются ЖБ плиты, тогда: Для крепления верхового откоса используются ЖБ плиты, заложение откоса m=2,5 тогда:  Рисунок 1.3. Графики значений коэффициента   =  =10.5 – коэффициент, выражающий высоту наката в долях от высоты волны. – коэффициент, учитывающий влияние скорости ветра на величину наката; – коэффициент, учитывающий водопроницаемость откоса; – коэффициент, учитывающий шероховатость откоса;  Примем отметку гребня плотины  83.54 и ширину гребня bгр= 12м для устройства 2-х полосной дороги в соответствии с ГОСТ Р 52399-2005 "Геометрические элементы автомобильных дорог".1.1.2 Крепление верхового откоса Для крепления верхового откоса будем использовать железобетонные сборные плиты. Определим требуемую толщину плиты из условия всплывания. Минимальная толщина плиты вычисляется по формуле:  kн – коэффициент надежности по классу сооружения ( для 2 класса – 1,2); λ–длина волны; В = 5 м – длина плиты;  = 10 кН/м3 – удельный вес воды; = 24 кН/м3 – удельный вес бетона;Принимаем толщину ж/б крепления откоса равной   Принимаем толщину ж/б крепления откоса равной  Проверим выполняется ли условие:   Так как наша толщина удовлетворяет условию, то принимаем её .Выполним крепление верхового откоса железобетонными плитами длиной  и толщиной .2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ НА НЕСКАЛЬНОМ ОСНОВАНИИ 2.1 Выбор удельного расхода на рисберме 2.1.1 Принцип выбора удельного расхода От величины удельного расхода зависит стоимость гидроузла в целом, его надежность и безопасность, в практике проектирования её выбор ведется путем технико-экономического сравнения вариантов. Находят минимум общей стоимости гидроузла (стоимость плотины и крепления русла). Удельный расход будем принимать максимально возможным по условию надежной работы крепления русла. Этот расход, с одной стороны, должен быть наибольшим, но с другой, не должен приводить к разрушению крепления нижнего бьефа. Для определения наибольшего допустимого удельного расхода воспользуемся двумя методами: 1. По допустимым скоростям на рисберме (приближенный); 2. По допустимой глубине ямы размыва за креплением русла;  Рисунок 2.1. Схема расчета удельного расхода на рисберме 2.1.2 Определение удельного расхода по допустимым скоростям На основе опыта эксплуатации построенных гидроузлов установлено, что размывы русла не угрожают безопасности гидроузла, если скорости за рисбермой не превышают допустимых. При этом имеются ввиду средние по глубине скорости, что делает этот способ приближенным. Однако, допустимые скорости позволяют не допустить развитие значительных русловых деформаций в нижнем бьефе гидроузла. Удельный расход определим по формуле:   – допустимая скорость глинистого грунта; – глубина потока на рисберме;  2.1.3 Определение удельного расхода по глубине ямы размыва. После схода потока с бетонного крепления рисбермы происходит местный размыв русла – образуется яма размыва. Чтобы обезопасить крепление русла от этого процесса, выполняют углубление русла в виде ковша, что позволяет снизить скорости потока до неразмывающих. Поверхность откоса ковша защищена от размыва защитным креплением, поэтому он может размываться только в глубину. Задавшись глубиной, при которой произойдет стабилизация ямы размыва, можно определить соответствующую предельную величину удельного расхода:  где  – неразмывающая скорость для грунта на дне ямы размыва; – глубина воды в яме размыва; – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения удельного расхода по ширине водосливного фронта,Неразмывающая скорость для грунта на дне ямы размыва:  где  – коэффициент размывающей способности потока; –средний диаметр частиц грунта, залегающего на дне ямы размыва; – для связных грунтов;  2.1.4 Выбор удельного расхода на рисберме Выполнив расчёты двумя методами, получили следующие значения: 1.Удельный расход на рисберме по методу допустимых скоростей равный  2.Удельный расход на рисберме по глубине допустимой ямы размыва равный  Для дальнейших расчётов примем следующий удельный расход на рисберме  , это позволит безопасно пропускать расчётный расход и при этом позволит уменьшить стоимость строительства гидроузла.Определим ширину водосливного фронта:  2.2 Проектирование водосливного фронта. При проектировании водосливного фронта необходимо определить требуемое количество водосливных пролётов, их ширину, а также разбить конструкцию водосливной плотины на секции и определить толщину быков 2.2.1 Выбор количества и ширины пролетов Принимаем: 1. Водосливных пролетов  ;2. Ширина водосливных пролетов  ;3. Толщина разрезного быка  ;4. Толщина неразрезных быков  ;5. Количество неразрезных быков  ;6. Количество разрезных быков  ;Желательно, чтобы ширина затвора не превышала его высоту более, чем в 3 раза (лучше, если это соотношение будет равняться 2). Отсюда:  Принимаем высоту затвора  .2.2.2 Разбивка плотины на секции Уточняем расход    Рисунок 2.2 Схема водосливного фронта2.2.3 Определение действительного удельного расхода на рисберме Действительный удельный расход на рисберме:  По условию  не должна отличаться от  более чем на 10%: Условие выполняется, следовательно, водосливной фронт подобран правильно. 2.3 Конструирование водослива 2.3.1 Определение отметки порога водослива Отметку порога водослива  назначают такой, чтобы при создаваемом напоре на пороге H обеспечить заданную пропускную способность водослива при НПУ. Для определения пропускной способности водосливного порога используют универсальную формулу расхода водослива: где m– коэффициент расхода водослива,  – коэффициент, учитывающий влияние на пропускную способность водослива бокового сжатия потока, – коэффициент, учитывающий влияние на пропускную способность водослива подтопление водослива,B – ширина водослива, H0 – напор на пороге водослива с учетом скорости подхода v0;   При назначении расчетной ширины водослива стоит учитывать требования строительных норм, которые устанавливают, что при количестве пролетов  пропуск воды осуществляется через все пролеты, а при большем n – один пролет оставляют резервным. Таким образом: где  – количество открытых пролетов;Для водослива практического профиля  . При устройстве водослива практического профиля необходимо учитывать, что за счет устройства на пороге горизонтальной вставки коэффициент расхода водослива снижается. Его можно определить по формуле: где  – общая ширина вставки на водосливном пороге, включая горизонтальную;  Высота водослива:  где v0 – скорость подхода;  где  – расчётный расход, м2– площадь поперечного сечения водохранилища в створе гидроузла;Определение порога водослива будет выполняться методом приближений. Приближение 1: m = 0,49, = 0,98, п = 1   = - 0,3572/(2*9,81)=  м. пор= НПУ-Н =79- = 72.61 м. hp= 71.2 - 72.61= -1.41 м Происходит подтопление водослива При hp/ Н = 0,221, п = 0,958 Приближение 2:  =0,3* +2,0=4.283 =0.438 =  =4.6948;  =  = 0,8622 = 0,9974 Н=  -0,3572/(2*9,81)= м. пор= НПУ-Н =79- = 71.96 м. hp= 71.2 -71.96 = -0.76 м Происходит подтопление водослива При hp/ Н =0,1189, п = 0,9885 Приближение 3: =0,3* +2,0=4.112 = 0.44827 =  =4.2613 ; = = 0,862 = 0,99717 Н=  -0,3572/(2*9,81)= 8 м. пор= НПУ-Н =79- = 72,2 м. Глубина подтопления: hp= 71.2 -72,2 = -1 м Происходит подтопление водослива При hp/ Н =0,147, п = 0,986 Приближение 4: =0,3* +2,0=4,0388 = 0.4471 =  =4.4144 ; = = 0,8622 = 0,9971 Н=  -0,3572/(2*9,81)= м. пор= НПУ-Н =79- = 72,19м. Глубина подтопления: hp= 71.2 -72,19 = -0.99 м H=7.82  hp= 71.2 -71.19 = 0.01 м  – следовательно, есть подтопление.Принимаем следующие параметры: Напор на пороге водослива  , отметку порога водослива и высоту водослива  . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||