3.2.1.1. Пример расчета
Исходные данные
Расчетный расход 4,0 куб.м /с; уклон лога и уклон трубы - 0,005;; труба круглая; оголовок трубы портальный; длина трубы 21 м; характеристики подводящего и отводящего каналов: -трапецеидального поперечного сечения с шириной по дну 2 м, заложение откосов 1,5, коэффициент шероховатости - 0,025, уклон - 0.005.
Решение.
1. Для портального оголовка предельное значение = 1,1. По номограмме (прил.6.12) определяем ближайшее большее значение,
равное 2 м.
2. Известными
методами (см. раздел 1), приняв коэффициент
шероховатости бетонной трубы равным
0,014, определим значения нормальной и
критической глубины в трубе. Получаем:
3. По формуле (3.12) определяется полный напор перед трубой (первое приближение) в предположении, что труба «короткая» , вход потока в трубу происходит в условиях совершенного сжатия и определяющей является критическая глубина потока в трубе.
Площадь потока
при
равна 1,53
(
прил6..11). Средняя ширина потока
Коэффициент
расхода m
= 0.31(табл.3.3)
4. Проверим условие
сжатия потока при входе в трубу Ширина
потока по подпертой глубине
Это меньше чем 6*d
=
12 м,
поэтому имеет место несовершенное
сжатие потока.
5. Уточним значение коэффициента расхода по формуле (3.13).
Площадь потока в канале по подпертой глубине
Площадь потока в трубе по подпертой глубине равна 2,55 м (прил.6.11)
6. По формуле (3.12) определяется полный напор перед трубой (второе приближение) в предположении что труба «короткая» и определяющей является критическая глубина потока в трубе.
78
7. Определим скорость потока на подходе к трубе и величины скоростного напора и пьезометрических напоров перед трубой
8. Определим длину входного участка трубы. по формуле (3.13).
9. Определим длину участка слива трубы по формуле (3.17).
10.Проверим условия
затопления сжатого сечения по формуле
(3.21).
=
0,93 м. Затопления нет.
11. Определим предельную длину «короткой» трубы по формуле (3.20)
Так как, 14,02 <
21.0 -
труба «длинная». Но, так как
<
20 м, дополнительные потери можно не
учитывать.
12.Определим глубину в сжатом сечении по формуле (3.22)
13. Уточним значение
напора по сжатому сечению. Площадь
потока при
равна 0,99
(
прил.6.11).Средняя ширина потока
14. Уточним значение глубины в сжатом сечении. Аналогично с выше приведенным, получаем
=
2,94 м;
=
0,77 м;
=
1,55 м. Дальнее уточнение не имеет смысла.
15. На участке трубы от сжатого сечения до начала участка слива (21 - 2,94 - 1 = 17,06 м) должно происходить некоторое увеличение глубины потока, так как, глубина в сжатом сечении меньше нормальной глубины потока в трубе. При длине кривой подпора 17,06 м увеличение глубины потока. вычисленное методом В.И.Чарномского не превышает 0,03 м.
16. Определим глубину потока на выходе из трубы по формуле (3.24), которая необходима для обязательного расчета выходного участка водопропускного сооружения.
79
.
По табл.3.4 к
=
0,75;
n
= 0,5.
3.2.2. Полунапорный режим
Пропускная способность труб работающих в полунапорном режиме определяется по формуле
(3.28)
где
- коэффициент, определяемый по табл.3.5;
- коэффициент расхода, принимаемый по
табл.3.5.
Для прямоугольных труб
с повышенными звеньями вместо
подставляют высоту этих звеньев на
входе в сооружение.
В диапазоне изменения уклона трубы от 0 до 0,02 коэффициент расхода практически не меняется ( 3). Малое влияние оказывает также и отношение высоты прямоугольной трубы к ее ширине. Поэтому эти факторы в практических расчетах можно не учитывать.
Таблица 3.5
-
Тип оголовка прямоугольной трубы
п
Тип оголовка круглой трубы
опр
без оголовка
0,83
без оголовка
0,56
портальный
с конусами
0,62
портальный
с конусами
0,65
коридорный
0,61
коридорный
0,58
раструбный:
с р=10
0,51
раструбный:
с р=10
0,66
раструбный:
с р=20
0,64
раструбный:
с р=20
0,69
раструбный:
с р=30 - 40
0,68
раструбный:
с р=30 - 40
0,70
80
Гидравлический расчет водопропускной трубы, работающей в полунапорном режиме производить в следующей последовательности
1. По условиям размещения трубы в насыпи дороги (3.19) назначается размер отверстия трубы.
2. Для заданного типа оголовка трубы и расходу по формуле (3.28) определяют величину полного подпора перед трубой.
3. Определяют величину скоростного напора перед трубой и величину пьезометрического напора.
4. Определяют глубину
потока в сжатом сечении по формуле
(из формулы 3.28).
5. Проверяют возможность
затопления сжатого сечения по условию
.
В случае затопления сжатого сечения
расчет напора перед трубой необходимо
повторить с использованием в формуле
(3.28) вместо
-
.
6. По положению гидравлических осей прогнозируют изменение глубины потока до участка слива и определяют возможность использования трубы по условию предельного ее заполнения.
Определяют глубину потока на выходе из трубы по формуле (3.24).