Гидравлические расчеты водопропускных труб выполнены в соответствии с «Пособием по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений» (Москва, Транспорт, 1992г.) и «Руководством по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений и русел» (Утверждено «ГИПРОТРАНСТЭИ» МПС 01.01.1967, действующее ) . Для труб из гофрированного металла также использовано ОДМ 218.2.087-2017 «Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из спиральновитых металлических гофрированных труб» .
Расчетами определяются основные гидравлические характеристики трубы , необходимые для выбора типа конструкции укрепления русел и откосов, а именно:
$i_{кр}=\frac{Q^2}{w^2_кC^3_{кр}R_{кр}}$
Где:
$C = \frac{1}{n}R^{y}$
Где:
Показатель степени у в формуле Павловского определяется по формуле:
$y = 2,5 \sqrt{n}-0,13-0,75\sqrt{R}(\sqrt{n}-10)$.
Значения для коэффициента шероховатости n приведены в Приложении 5 «Руководства по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений и русел». (Утверждено «ГИПРОТРАНСТЭИ» МПС 01.01.1967,действующее.)
Для круглых труб при гидравлических расчетах значения наибольших расходов воды, пропускаемых через трубу, ограничены величиной, при которой скорость воды на выходе из трубы не превышает допускаемую для принятого типа укрепления.
Для прямоугольных труб при гидравлических расчетах значения наибольших расходов воды, пропускаемых через трубу, ограничены величиной, при которой скорость воды на выходе из трубы не превышает допускаемую для принятого типа укрепления, увеличенную на 35%.
Для круглых труб предусмотрены три режима протекания:
Пропуск расчетного расхода при безнапорном режиме протекания в соответствии c СП 35.13330.2011 (в замен СНиП 2.05.03-84 * Мосты и трубы ) предусмотрен с обеспечением нормативного зазора , равного 1/4 высоты трубы между поверхностью потока и высшей точкой внутренней поверхности трубы. Пропуск наибольшего расхода предусмотрен частично по безнапорному, частично по напорному режимам протекания.
Расчет гидравлических параметров производится по следующим формулам:
Безнапорный режим протекания воды
1. Критическая глубина определяется из уравнения критического потока:
$\frac{w^3_к}{b_{к}}=\frac{aQ^2_{p}}{g}$
2. Подпор перед трубой определяется по формуле:
$H=(\frac{Q_{p}}{mb_{к}\sqrt{2g}})^{2/3}$
где
3. Глубина потока на выходе из трубы ( $h_{вых}$ ) при безнапорном режиме определяется в зависимости от параметра расхода:
$П_Q=\frac{Q_{p}}{D^2\sqrt{gD}}$
а) При $П_Q \le П_{Q(гр)}$
$\frac{h_{вых}}{h_{К}}=А_Кf(l_Т), f(l_Т)=\frac{1}{1+2\sqrt{i_T}} $
б) При $П_Q > П_{Q(гр)}$
$\frac{h_{вых}}{h_{T}}=А_Tf(l_Т)П^{S_T}_Q$
где
4.Скорость потока на выходе из трубы определяется по формуле:
$V_{вых}=\frac{Q_{p}}{w_{вых}},м/сек$
Полунапорный режим протекания воды
1. Подпор перед трубой определяется по формуле:
$H=\frac{Q^2_{p}}{\mu^2_{n}w^2_{coop}2g}+\varepsilon_nD$
где $\mu_{n}$ и $\varepsilon_n$ коэффициенты, определяемые по табл. 5.2 «Пособия по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений», $\mu_{n}$ = 0,69, $\varepsilon_n$ = 0,79 - для круглых труб с раструбными оголовками.
2. Глубина потока на выходе из трубы ($h_{вых}$) при полунапорном режиме определяется в зависимости от параметра расхода:
а) При $П_Q \le П_{Q(гр)}$
$\frac{h_{вых}}{h_{К}}=А_Кf(l_Т), f(l_Т)=\frac{1}{1+2\sqrt{i_T}} $
б) При $П_Q > П_{Q(гр)}$
$\frac{h_{вых}}{h_{T}}=А_Tf(l_Т)П^{S_T}_Q$
где
3. Скорость потока на выходе из трубы определяется по формуле:
$V_{вых}=\frac{Q_{p}}{w_{вых}},м/сек$
Напорный режим протекания воды
1. Подпор перед трубой определяется по формуле:
$H=(\frac{Q_{p}}{3,48\mu_{H}D^2})^2-i_Tl_T+0,85D$
где
$\mu_{H}=\sqrt{\frac{1}{1.2+\frac{0,028(l_T-3,6D)}{D^{4/3}}}}$
2. Глубина потока на выходе из трубы ($h_{вых}$ ) при напорном режиме =
$ h_{вых}=\Biggl\{ \begin{align} 0,85h_T, & h_K \le h_T\\ h_T, & h_K \geq h_T \end{align}$
3. Скорость потока на выходе из трубы определяется по формуле:
$V_{вых}=\frac{Q_{p}}{w_{вых}},м/сек$
Условные обозначения:
Для прямоугольных труб предусмотрено два режима протекания:
Пропуск расчетного расхода при безнапорном режиме протекания в соответствии c СП 35.13330.2011 (взамен СНиП 2.05.03-84 * Мосты и трубы) предусмотрен с обеспечением нормативного зазора, равного 1/6 высоты трубы между наивысшей точкой внутренней поверхности трубы и уровнем воды на протяжении всей трубы.
Расчет гидравлических параметров производится по следующим формулам.
Безнапорный режим протекания
Подпор перед трубой $Н$ определяется из уравнения критического потока.
$H=(\frac{Q_{p}}{mb_{к}\sqrt{2g}})^{2/3}$
где
Полунапорный режим протекания
Подпор перед трубой $Н$, м:
$H=\frac{Q^2_{p}}{\mu^2_{n}w^2_{coop}2g}+\varepsilon_nh_T$
где $\mu_{n}$ и $\varepsilon_n$ коэффициенты, определяемые по табл. 5.2 «Пособия по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений», $\mu_{n}$ = 0,64, $\varepsilon_n$ = 0,78 - для прямоугольных труб с раструбными оголовками.
Скорость на выходе $V_{вых}$ для безнапорного и полунапорного режимов протекания определяется по формуле:
$V_{вых}=\frac{Q_{p}}{bh_{вых}},м/сек$
Где $h_{вых}$ – глубина потока на выходе определяется в зависимости от параметра расхода $П_Q$;
$П_Q=\frac{Q_{p}}{h_Tb\sqrt{gh_{T}}}$
а) При $П_Q \le 0,8$
$h_{вых}=0,88\sqrt[3]\frac{a}{g}q^{2/3}\frac{1}{1+2\sqrt{i_T}} $
б) При 0,8 < $П_Q \le 1,6$
$h_{вых}=А_Th_{T}\frac{1}{1+2\sqrt{i_T}}П^{\varepsilon}_Q $
где
Таблица 3
Режим протекания | Параметр расхода | Коэффициент $A_T$ | Показатель степени $\varepsilon$ |
---|---|---|---|
Безнапорный | 0,8 < $П_Q \le 1,6$ | 0,88 | 0,667 |
Полунапорный | 0,8 < $П_Q \le 1,6$ | 0,83 | 0,75 |
Условные обозначения:
Для труб из гофрированного металла предусмотрены два режима протекания:
Пропуск расчетного расхода для труб под железную дорогу предусматривается только по безнапорному режиму при наибольшей глубине воды во входном сечении трубы, равной 0,75D (D-диаметр отверстия). Пропуск наибольшего расхода предусматривается только по безнапорному режиму при наибольшей глубине воды во входном сечении, равной 0,90.
Пропуск расчетного расхода для труб под автомобильную дорогу предусматривается по безнапорному режиму при наибольшей глубине воды во входном сечении трубы, равной диаметру трубы. Применение полунапорного режима протекания допускается только для труб под автомобильную дорогу для обычных климатических условий.
Безнапорный режим протекания воды
1. Критическая глубина определяется из уравнения критического потока:
$\frac{w^3_{кр}}{b_{кр}}=\frac{aQ^2}{g}$
где $a$ = 1,1.
$b_{кр}=\frac{w_{кр}}{h_{кр}},м $
2. Подпор перед трубой определяется по формуле:
$H=(\frac{Q_{p}}{mb_{кр}\sqrt{2g}})^{2/3}$
где $m$ = 0,33 - для труб с вертикально срезанными и труб с торцами, срезанными параллельно откосу насыпи.
3. Скорость потока на выходе из трубы определяется по формуле:
$V_{вых}=(\frac{Q}{1,5D^2\sqrt{gD}}+0,73)\sqrt{gD}$
4. Критический уклон:
$i_{кр}=\frac{Q^2}{w^2_{кр}C^2_{кр}R^2_{кр}}$
Полунапорный режим протекания воды
1. Расход воды,$м^3/сек$, в полунапорных трубах определятся по формуле:
$Q=\mu_{n}w_{coop}\sqrt{2g(H-\varepsilon_{опр}h_T)}$
где $h_T=D$
Обозначения | Трубы с вертикально срезанными торцами | Трубы с торцами, срезанными по откосу насыпи |
---|---|---|
$\varepsilon_{опр}$ | 0,63 | 0,59 |
$\mu_{n}$ | 0,56 | 0,52 |
2. Скорость на выходе, м/сек:
$V_{вых}=(\frac{Q}{1,5D^2\sqrt{gD}}+0,73)\sqrt{gD}$
Условные обозначения:
Вернутся к Том 10.Искусственные сооружения.