Водопропускной круглой трубы

Лабораторная работа № 4

Определение диаметра и разработка конструкции водопропускной круглой трубы

Цель работы: Изучить гидравлический расчет водопропускных труб, приобрести навыки выбора конструкции трубы и типа укрепления русла, установления минимально допустимой рабочей отметки насыпи у трубы.

Оборудование: микрокалькулятор.

Определение диаметра и разработка конструкции

Определение минимально допустимой рабочей отметки насыпи у трубы. Расчет длины трубы

Минимально допустимая высота насыпи в месте устройства трубы составляет:

а) для безнапорных труб

; (4.10)

а) для полунапорных и напорных труб

, (4.11)

где – толщина стенки трубы, м;

– запас высоты над трубой (м), равный для безнапорных труб 0, 5 м, для полунапорных и напорных 1, 0 м.

Длина трубы без оголовков (м) равна

, (4.12)

где – ширина земляного полотна, м;

– коэффициент заложения откосов насыпи;

– принятая высота насыпи у трубы, м;

– высота входного отверстия трубы, м.

Необходимое количество круглых звеньев трубы равно

, (4.13)

где – длина входного конического звена с учетом толщины шва (м), равная при укладке конического звена, если коническое звено отсутствует, то =0;

– длина входного конического звена, м;

– длина круглого звена трубы (м), она равна для стандартных звеньев 1 м или 2 м.

Полученное по формуле значение округляется в большую сторону до целого значения и вычисляется полная длина трубы (м)

, (4.14)

где – длина оголовка, м;

– толщина портального блока (м), равная 0, 35 м.

Выбор типа и расчет площади укрепления русла

Тип укрепления русла за трубой принимают в зависимости от скорости растекания в нижнем бьефе равной , где – скорость течения в трубе (м/с). Длина укрепления за сооружением (м) должна составлять не менее для безнапорных труб, не менее для полунапорных и напорных. Длина укрепления перед сооружением (м) составляет не менее половины от . Ширина укрепления (м) за сооружением и перед сооружением (м) определяются в зависимости от высоты (м) укрепленной зоны, которая составляет: для безнапорных труб; для полунапорных и для напорных труб.

; , (4.15)

где – средняя ширина дна лога на расстоянии , м;

, – коэффициенты заложения откосов лога.

Площадь укрепления русла (м²) для одной трубы равна

. (4.16)

Площадь заложения предохранительного откоса крутизной 1: 1 за укреплением после сооружения (м²) равна

. (4.17)

Глубина заложения предохранительного откоса за укреплением рассчитывается в зависимости от величины (м) принимаемой по табл. 4.1.

. (4.18)

Таблица 4.1

Значения

tg или tg
	1, 55	0, 98	0, 78	0, 65	0, 59	0, 54	0, 45	0, 40

Примечания: 1. – угол растекания (град.), равный для раструбных оголовков 40 град., для малых мостов 45 град.

2. – глубина воды перед сооружением (подпор), м.

Толщина укрепления у выходного оголовка на длине принимается в 2, 5 раза больше, чем толщина укрепления на остальном протяжении ( 0, 1 м). Ширина укрепления откосов (м) насыпи рассчитывается в зависимости от средней высоты укрепляемой части насыпи .

Площадь укрепления откосов насыпи (м²) составляет

, (4.19)

где – длина зоны укрепления откоса в одну сторону от трубы (м), принимается м.

Лабораторная работа № 5

Определение параметров водопропускного отверстия и разработка конструкции малого моста.

Установление габарита моста

Цель работы: Изучить гидравлический расчет малых мостов, приобрести навыки выбора конструкции моста и типа укрепления русла, определения минимально допустимой высоты моста.

Оборудование: микрокалькулятор.

Лабораторная работа № 6

Построение проектной линии

Продольного профиля дороги.

Вписывание вертикальных кривых

Цель работы: Освоить приемы нанесения и расчета проектной линии продольного профиля дороги, вписывания вертикальных кривых.

Оборудование: микрокалькулятор, линейка, набор лекал, циркуль, циркуль-измеритель.

Лабораторная работа № 4

Определение диаметра и разработка конструкции водопропускной круглой трубы

Оборудование: микрокалькулятор.

Определение диаметра и разработка конструкции

водопропускной круглой трубы

Основным параметром искусственных сооружений является отверстие. Трубы по форме отверстия бывают: круглые, прямоугольные, сводчатые, овоидальные, в зависимости от применяемых материалов: железобетонные и металлические, по количеству труб в одном сооружении: одно-, двух-, трех- и четырехочковые; по конструкции: фундаментные и бесфундаментные. Наиболее распространены прямоугольные и круглые железобетонные трубы. Овоидальные трубы, собираемые из металлических гофрированных элементов, используются для организации скотопрогонов и пешеходных тоннелей. Круглая железобетонная труба показана на рис. 4.1 (разрез по продольной оси трубы). Отверстие прямоугольной трубы – наибольшая ширина внутреннего поперечного сечения потока, для круглых труб – внутренний диаметр .

Конструкции труб должны отвечать требованиям СНиП 2.05.03-84*.

1 – насыпь; 2 – дорожная одежда;

3 – звено тела трубы (железобетонное кольцо); 4 – оголовок; 5 – фундамент;

6 – укрепление русла

Рис. 4.1 Круглая железобетонная труба (разрез по продольной оси)

Железобетонные водопропускные круглые трубы на дорогах собирают из элементов заводского изготовления: круглых (нормальных) и конических звеньев, диаметры круглых звеньев (м): 0, 5; 0, 75; 1, 0; 1, 25; 1, 5; 2, 0. Для сопряжения с откосами земляного полотна и создания условий для нормального протекания воды с верховой стороны трубы устанавливают входные, а с низовой – выходные оголовки. При диаметре труб 0, 5; 0, 75 и 1, 0 м применяют портальные, а при диаметре 1, 25 м и выше предусматривают раструбные, воротниковые или обтекаемые оголовки. Обтекаемые оголовки обеспечивают лучшие условия входа потока в трубу, однако они более трудоемки при изготовлении. Круглые трубы устраивают с нормальным звеном на входе и выходе при диаметре труб до 1, 25 м включительно и с коническим звеном на входе и выходе при диаметрах труб 1 м и более.

Отверстия трубы обычно назначают не менее 1 м при ее длине без оголовков до 20 м, а при большей длине не менее 1, 25 м. Допускается применение труб отверстием 0, 75 м при их длине до 15 м и 0, 5 м при длине до 10 м.

Если для пропуска расчетного расхода воды одного отверстия трубы мало, проектируют двух-, трех и четырехочковые трубы, при этом расчетный расход уменьшается соответственно в 2, 3 или 4 раза и по нему определяют гидравлические характеристики труб. Более 4 очков у круглых труб назначать невыгодно. При проектировании дороги необходимо стремиться к выбору однотипного сечения труб.

Пропускную способность труб (м³/с) рассчитывают с учетом режима протекания в них воды.

Различают три режима протекания воды в трубах:

– безнапорный, когда подпор меньше высоты входного отверстия трубы на входе или превышает его не более чем на 20 % ( ), на всем протяжении трубы поток воды имеет свободную поверхность;

– полунапорный, образующийся при обычных оголовках (портальных и раструбных), когда подпор превышает высоту трубы при входе на 20 % и более ( ), на входе работает полное сечение трубы, а на всем остальном протяжении поток имеет свободную поверхность;

– напорный, который устраивается при использовании специальных обтекаемых оголовков конической формы, при подтоплении верха трубы на входе 40 % и более ( ) и уклоне трубы не превышающем уклон трения ( ), труба работает полным сечением без отрыва потока от потолка трубы на своем протяжении и только на выходе поток может отрываться от потолка трубы.

Величина подпора рассчитывается в зависимости от принятой скорости протекания воды в сооружении (м/с) по формуле

, (4.1)

где – ускорение свободного падения, м/с².

Не рекомендуется применять напорные тубы с отверстиями, превышающими 1, 5 м из-за большой разрушительной силы выходящего потока воды. Вообще следует отдавать предпочтение трубам, работающим в безнапорном режиме.

Необходимое отверстие трубы подбирается таким образом, чтобы пропускная способность трубы была бы не менее расчетного расхода , то есть . Окончательно конструкция трубы принимается на основе технико-экономического сравнения выбранных вариантов. Если аккумуляция стока не учитывается, то требуется установить пропускную способность нескольких конструкций труб и сравнить ее с расчетным расходом, а потом сравнить между собой варианты, для которых .

Пропускная способность труб рассчитывается по формулам:

а) при безнапорном и полунапорном режимах

; (4.2)

б) при напорном режиме

, (4.3)

где – коэффициент скорости, зависящий от конструкции оголовка, для обтекаемых оголовков 0, 95, для всех остальных 0, 85;

– площадь сжатого сечения потока в трубе, м²;

– глубина потока в сжатом сечении, м;

– площадь поперечного сечения трубы, м²;

– высота сечения трубы, м;

– длина трубы, м.

Для круглых труб:

; . (4.4)

При безнапорном режиме:

; . (4.5)

При полунапорном режиме:

; . (4.6)

Уклон трения равен

, (4.7)

где – коэффициент шероховатости, равный для бетона 0, 017;

– гидравлический радиус трубы, равный отношению площади сечения трубы к смоченному периметру , м;

– расходная характеристика целиком заполненной трубы.

Для круглых труб:

; . (4.8)

При диаметре круглых труб 1, 25 м и менее , при м .

При выборе конструкции трубы можно пользоваться таблицами гидравлических характеристик типовых круглых труб, по которым устанавливаются значения , , скорости потока в трубе в зависимости от диаметра трубы и режима протекания воды.

Если расход ливневых вод превышает расход талых вод ( ), то отверстие трубы следует определить с учетом аккумуляции воды перед сооружением. В этом случае удобно применить графоаналитический метод. На графике (см. рис. 4.2) по оси абсцисс откладывают значения пропускной способности , а по оси ординат . Зависимость от в пределах отношения от 1 до 3 (допустимый диапазон аккумуляции) выражается отрезком, концы которого имеют следующие координаты:

при ; при . (4.9)

где – сбросной расход, м³/с.

Рис. 4.2 Выбор отверстия трубы графоаналитическим методом

На графике рис. 4.2 строятся кривые зависимости для чего рассчитываются значения пропускной способности в зависимости от или устанавливаются по таблицам гидравлических характеристик типовых круглых труб при принятых диаметрах труб и вычисляются значения и , где – количество очков. Точки пересечения кривых с отрезком дают значения подпора и пропускной способности труб при принятых диаметрах . Конструкцию трубы выбирают по технико-экономическому сравнению вариантов и ее отверстие проверяют на возможность пропуска расхода талых вод .

12 3 4 5 6 7 Следующая ⇒