Защитные футляры-1. Расчеты рев.0. Расчеты по водопропускным трубам

• Название: Расчеты по водопропускным трубам
• Анкор: Защитные футляры-1
• Дата: 03.04.2022
• Размер: 1.8 Mb.
• Имя файла: Расчеты рев.0.docx
• Тип: Документы; #437410
• страница: 4 из 6

Принимаем одноочковое сооружение со стальной трубой внутренним диаметром эквивалентное 0,8 м.

Проезд №6

Участок ПК9+80м

Принимаем наиболее максимальный расход воды для определения диаметра трубы согласно проектной таблице гидравлических характеристик по чертежу № BMG-1502-16-101.1-ИС лист 10: Q_3% = 19,3 м³/с. Так как, величина расчетного расхода очень большой, принимаем 6 отверстий в сооружении: Q_р = 19,3/6 = 3,2 м³/с. Принимаем по выбранному расходу и таблице ТП 3.501.1-144 вып. 0-2 03 методом интерполяции: диаметр трубы Д_вн = h_тр =1,25 м; скорость воды на выходе V_с = 1,65 м/с; глубина в сжатом сечении h_с = 0,90 м;

Подпор воды перед трубой определяется по формуле или по таблице ТП 3.501.1-144, H:

Н = h_с + V_с² / 2gφ² = 1,5 м.



где, φ — коэффициент скорости, принимаемый для цилиндрического звена 0,86;

где, g — ускорение свободного падения 9,81 м/с².

Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле:

Н ≤ 1,2*h_тр;

1,09 ≤ 1,2*1,5;

1,09 ≤ 1,8 (условие выполняется)

Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная способность трубы Q_c, м³/с, при безнапорном режиме определяется по формуле:



где, ω_с — площадь сжатого сечения в трубе, м², который определяется из рис. В.2 из соотношения h_c/d = 0,72. По этому графику видно, что ω/d² = 0,63. Следовательно, ω_с = 1,42:

Q_c = 0,86*1,42*3,27 = 3,99 м³/с.

Следовательно, необходимое количество отверстий в сооружении (очков) можно определить по формуле:

N = Q_3% / Q_c = 19,3/3,99 = 4,84 5 (S = 6,13 м² )

Принимаем трехочковое сооружение со стальными трубами внутренним диаметром эквивалентное 1,2 м на участке ПК9+77м (S = 3,39 м2) и шестиочковое сооружение со стальными трубами внутренним диаметром эквивалентное 0,8 м на участке ПК9+25,5м (S = 3,0 м2).

Проезд №7

Участок ПК3+30м

Принимаем наиболее максимальный расход воды для определения диаметра трубы согласно проектной таблице гидравлических характеристик по чертежу № BMG-1502-16-101.1-ИС лист 11: Q_3% = 1,05 м³/с. Принимаем по выбранному расходу и таблице ТП 3.501.1-144 вып. 0-2 03 методом интерполяции: диаметр трубы Д_вн = h_тр =1,0 м; скорость воды на выходе V_с = 2,44 м/с; глубина в сжатом сечении h_с = 0,54 м;

Подпор воды перед трубой определяется по формуле или по таблице ТП 3.501.1-144, H:

Н = h_с + V_с² / 2gφ² = 0,95 м.



где, φ — коэффициент скорости, принимаемый для цилиндрического звена 0,86;

где, g — ускорение свободного падения 9,81 м/с².

Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле:

Н ≤ 1,2*h_тр;

0,95 ≤ 1,2*1,0;

0,95 ≤ 1,2 (условие выполняется)

Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная способность трубы Q_c, м³/с, при безнапорном режиме определяется по формуле:



где, ω_с — площадь сжатого сечения в трубе, м², который определяется из рис. В.2 из соотношения h_c/d = 0,54. По этому графику видно, что ω/d² = 0,43. Следовательно, ω_с = 0,43:

Q_c = 0,86*0,43*3,053 = 1,13 м³/с.

Следовательно, необходимое количество отверстий в сооружении (очков) можно определить по формуле:

N = Q_3% / Q_c = 1,05/1,13 = 0,93 1.

Принимаем двухочковое сооружение со стальными трубами внутренним диаметром эквивалентное 0,5 м.

Проезд №7

Участок ПК19+50м

Принимаем наиболее максимальный расход воды для определения диаметра трубы согласно проектной таблице гидравлических характеристик по чертежу № BMG-1502-16-101.1-ИС лист 12: Q_3% = 1,10 м³/с. Принимаем по выбранному расходу и таблице ТП 3.501.1-144 вып. 0-2 03 методом интерполяции: диаметр трубы Д_вн = h_тр =1,0 м; скорость воды на выходе V_с = 2,47 м/с; глубина в сжатом сечении h_с = 0,55 м;

Подпор воды перед трубой определяется по формуле или по таблице ТП 3.501.1-144, H:

Н = h_с + V_с² / 2gφ² = 0,95 м.



где, φ — коэффициент скорости, принимаемый для цилиндрического звена 0,86;

где, g — ускорение свободного падения 9,81 м/с².

Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле:

Н ≤ 1,2*h_тр;

0,97 ≤ 1,2*1,0;

0,97 ≤ 1,2 (условие выполняется)

Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная способность трубы Q_c, м³/с, при безнапорном режиме определяется по формуле:



где, ω_с — площадь сжатого сечения в трубе, м², который определяется из рис. В.2 из соотношения h_c/d = 0,55. По этому графику видно, что ω/d² = 0,45. Следовательно, ω_с = 0,45:

Q_c = 0,86*0,45*3,085 = 1,19 м³/с.

Следовательно, необходимое количество отверстий в сооружении (очков) можно определить по формуле:

N = Q_3% / Q_c = 1,1/1,19 = 0,92 1.

Принимаем двухочковое сооружение со стальными трубами внутренним диаметром эквивалентное 0,5 м.

2. 
   Механические расчеты водопропускных труб.
   

Проезд №1 (участок ПК0+24,8м).

2.1 Задача расчета

Определение толщины стенки водопропускных труб на автодорогах.
2.2 Данные для расчета
Материал трубы:

- труба прямошовная электросварная, сталь Ст3сп, согласно ГОСТ 10704-91;

- временное сопротивление разрыву на поперечных образцах, σ_в = 372 МПа;

- предел текучести, σ_т = R₂ = 245 МПа;

- глубина заложения трубы H = 0,7 м.
Характеристики грунта:

- единичная ширина полотна дороги, в = 1 м;

- грунт: уплотненный грунт + ПГС + щебень;

- средний удельный вес, γгр = 1,7 т/м3 ≈ 17 кН/м3;

- угол внутреннего трения, φ_гр = 27^о;

- коэффициент крепости породы, f_кр = 1,5.
Верхнее покрытие автодороги:

- асфальтобетон толщина, h_п = 0,15 м;

- модуль упругости материала полотна дороги, Е_п = 1250 МПа;

- коэффициент Пуассона материала полотна дороги, μ_п = 0,25.


12
Расчетные показатели автомобилей:

- вид: грузовой, трёхосный;

- давление от подвижного состава создается трехосным автомобилем Н-30,

- нагрузка на заднюю ось, 2х120 кН;

- расстояние между осями задней тележки: с = 1,6 м.

2.3 Условия расчета

Коэффициент надежности по нагрузке от подвижного состава, n_п = 1,1;

Коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, n_гр = 1,2;

Коэффициент постели грунта при сжатии, k_o = 50 МН/м³.



Рисунок В.3 - схема к расчету футляра на прочность

а – свод естественного обрушения; б – нагрузка, действующая на трубу



Рисунок В.4 - Эпюра реакции основания полотна дороги

2.4 Расчеты водопропускных труб

Предварительно принимаем наружный диаметр водопропускной трубы D_тр = 1220 мм.

Ширина свода естественного обрушения грунта над трубой:

В = D_тр*(1 + tg(45⁰ - φ_гр/2) = 1,22*(1 + tg(45⁰ - 27⁰/2) = 1,22*(1 + tg31,5⁰) = 1,96 м;

Высота свода естественного обрушения грунта над трубой:

h_св = B/2*f_кр = 1,96/2*1,5 = 0,65 м;

Расчетная вертикальная нагрузка на трубу от действия грунта:

q_гр.в. = n_гр*γ_гр*h_св = 1,2*17*0,65 = 13,26 кПа;

Расчетная величина бокового давления грунта на трубу в случае формирования свода обрушения:

q_гр.б. = n_гр*γ_гр*(h_св + D_тр/2)*tg²(45⁰ - φ_гр/2) = 1,2*17*(0,65 + 1,22/2)* tg²31,5⁰ = 9,5 кПа;

Момент инерции материала полотна дороги:

J_п = (в*h_п³)/12 = 1*0,15³/12 = 0,00028 м⁴;

Цилиндрическая жесткость полотна дороги:

D = Е_п* J_п /(1 - μ_п²) = 1250000*0,00028/(1 – 0,25²) = 328 кН*м²;

Коэффициент жесткости полотна дороги: α_ж = 2,48 м^-1



Длина зоны распространения реакции основания:

a = 3*π / 4*α_ж = 3*3,14/4*2,48 = 0,95 м;

Длина зоны распространения суммарной эпюры реакции основания:

2а = а + с + а = 0,95 + 1,6 +0,95 = 3,5 м;

Максимальное значение реакции основания автодороги имеет место в точке соприкосновения колес автомашины с дорожным полотном, при этом η=1,0:

q = φ_xmax = Pi*α_ж*η / 2*в = 240*2,48*1/2*1 = 297,6 кПа;

Максимальное напряжение в грунте на глубине заложения трубы ( z = H) и под колесами автомобиля (x=0):

σ_хmax = (q / π)*(arctg((a – x)/z) + arctg((a + x)/z)) – 2*a*q*z*(x² – z² – a²) / π*[(x² + z² – a²)² + 4*z²*a²)]

= (297,6/3,14)*( arctg((0,95 – 0)/0,7) + arctg((0,95 + 0)/0,7)) – 2*0,95*297,6*0,7*(0² – 0,7² –

0,95²)/3,14*[(0² + 0,7² – 0,95²)² + 4*0,7² *0,95²)] = 177,46 – 395,8*(-1,39)/6,1 = 267,65 кПа;

Расчетное давление на трубу от подвижного транспорта:

q_п = n_п* σ_хmax = 1,1*267,65 = 294,4 кПа;

Расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении трубы:

N = – r_тр*( q_гр.в + q_п) = – 0,61*(13,26 + 294,4) = – 187,7кН/м

где, r_тр – радиус трубы, м;

Расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении трубы при коэффициенте, учитывающем всестороннее сжатие футляра с = 0,25:

М = с* r_тр²*( q_гр.в + q_п - q_гр.б.) = 0,25*0,61²*(13,26 +294,4 – 9,5) = 27,6 кН;

Минимальная толщина стенки трубы, удовлетворяющая условию прочности:



δ_тр.min = (– N/2*R₂)*√((N/2*R₂)² + 6*M/ R₂) = – (-187,7*10^-3/2*245*10^-3)* √((-187,7*10^-3/2*245*10<sup>-

3</sup>)² + 6*27,6/0,245) = 0,38*√(0,147 + 675,9) = 0,38*26,0 = 9,88 мм;

Принимаем толщину стенки водопропускной трубы Dн.тр. = 1220 мм по ГОСТ 10704-91 – 10,0 мм.

Проезд №2 (участок ПК63+60м), проезд №5 (участок ПК1+10м), проезд №7 (участок ПК3+30м), проезд №7 (участок ПК19+50м).

2.5 Задача расчета

Определение толщины стенки водопропускных труб на автодорогах.
2.6 Данные для расчета
Материал трубы:

- труба прямошовная электросварная, сталь Ст3сп, согласно ГОСТ 10704-91;

- временное сопротивление разрыву на поперечных образцах, σ_в = 372 МПа;

- предел текучести, σ_т = R₂ = 245 МПа;

- глубина заложения трубы H = 1,0 м.
Характеристики грунта:

- единичная ширина полотна дороги, в = 1 м;

- грунт: уплотненный грунт + ПГС;

- средний удельный вес, γгр = 1,8 т/м3 ≈ 18 кН/м3;

- угол внутреннего трения, φ_гр = 40^о;

- коэффициент крепости породы, f_кр = 0,8.
Верхнее покрытие автодороги:

- щебень толщина, h_п = 0,20 м;

- модуль упругости материала полотна дороги, Е_п = 450 МПа;

- коэффициент Пуассона материала полотна дороги, μ_п = 0,20.


12
Расчетные показатели автомобилей:

- вид: грузовой, трёхосный;

- давление от подвижного состава создается трехосным автомобилем Н-30,

- нагрузка на заднюю ось, 120 кН;

- расстояние между осями задней тележки: с = 1,6 м.

2.7 Условия расчета

Коэффициент надежности по нагрузке от подвижного состава, n_п = 1,1;

Коэффициент надежности по нагрузке от веса грунта, n_гр = 1,2;

Коэффициент постели грунта при сжатии, k_o = 5 МН/м³.



Рисунок В.3 - схема к расчету футляра на прочность

а – свод естественного обрушения; б – нагрузка, действующая на трубу



Рисунок В.4 - Эпюра реакции основания полотна дороги

2.8 Расчеты водопропускных труб

Предварительно принимаем наружный диаметр водопропускной трубы D_тр = 530 мм.

Ширина свода естественного обрушения грунта над трубой:

В = D_тр*(1 + tg(45⁰ - φ_гр/2) = 0,53*(1 + tg(45⁰ - 40⁰/2) = 0,53*(1 + 0,47) = 0,78 м;

Высота свода естественного обрушения грунта над трубой:

h_св = B/2*f_кр = 0,78/2*0,8 = 0,48 м;

Расчетная вертикальная нагрузка на трубу от действия грунта:

q_гр.в. = n_гр*γ_гр*h_св = 1,2*18*0,48 = 10,5 кПа;

Расчетная величина бокового давления грунта на трубу в случае формирования свода обрушения:

q_гр.б. = n_гр*γ_гр*(h_св + D_тр/2)*tg²(45⁰ - φ_гр/2) = 1,2*18*(0,48 + 0,53/2)* tg²25⁰ = 3,5 кПа;

Момент инерции материала полотна дороги:

J_п = (в*h_п³)/12 = 1*0,2³/12 = 0,00067 м⁴;

Цилиндрическая жесткость полотна дороги:

D = Е_п*J_п /(1 - μ_п²) = 450000*0,00067/(1 – 0,2²) = 289,44 кН*м²;

Коэффициент жесткости полотна дороги: α_ж = 1,4 м^-1



Длина зоны распространения реакции основания:

a = 3*π / 4*α_ж = 3*3,14/4*1,4 = 1,68 м;

Длина зоны распространения суммарной эпюры реакции основания:

2а = а + с + а = 1,68 + 1,6 +1,68 = 4,96 м;

Максимальное значение реакции основания автодороги имеет место в точке соприкосновения колес автомашины с дорожным полотном, при этом η=1,0:

q = φ_xmax = Pi*α_ж*η / 2*в = 120*1,4*1/2*1 = 84 кПа;

Максимальное напряжение в грунте на глубине заложения трубы (z=H) и под колесами автомобиля (x=0):

σ_хmax = (q / π)*(arctg((a – x)/z) + arctg((a + x)/z)) – 2*a*q*z*(x² – z² – a²) / π*[(x² + z² – a²)² + 4*z²*a²)]

= (84/3,14)*(arctg((1,68 – 0)/1,0) + arctg((1,68 + 0)/1,0)) – 2*1,68*84*1,0*(0² – 1,0² –

1,68²)/3,14*[(0² + 1,0² – 1,68²)² + 4*1,0² *1,68²)] = 55,3 – 282,2*(-3,82)/45,87 = 78,8 кПа;

Расчетное давление на трубу от подвижного транспорта:

q_п = n_п* σ_хmax = 1,1*78,8 = 86,7 кПа;

Расчетное поперечное сжимающее усилие в наиболее напряженном сечении трубы:

N = – r_тр*( q_гр.в + q_п) = – 0,265*(10,5 + 86,7) = – 25,8 кН/м

где, r_тр – радиус трубы, м;

Расчетный изгибающий момент в наиболее напряженном сечении трубы при коэффициенте, учитывающем всестороннее сжатие футляра с = 0,25:

М = с* r_тр²*( q_гр.в + q_п - q_гр.б.) = 0,25*0,265²*(10,5 +86,7 – 3,5) = 1,7 кН;

Минимальная толщина стенки трубы, удовлетворяющая условию прочности:



δ_тр.min = (– N/2*R₂) + √((N/2*R₂)² + 6*M/ R₂) = – (-25,8/2*245*10³) + √((-25,8/2*245*10^-3)² +

6*1,7/245*10³) = 0,00005 + √0,0000416 = 0,0065 м = 6,5 мм;