книги из ГПНТБ / Лебедев Н.И. Водный транспорт леса учебник

Лб = 4,5 м

и v =2,5 м/сек и 3,5 м/сек

при коэффициентах стесне-

ния потока

лесохранилищем ар = —

= 0,25 и 1|э = 0,37.

Ь

размыва

русла

реки

происходит

в

зоне

расположения

продоль­

ной запани, т. е. под пыжом.

§ 4. РАСЧЕТ ЛЕСОХРАНИЛИЩА ЗАПАНИ

Расчетом лесохранилищ продольных и поперечных

запаней

определяют дл'ину запанного

пыжа.

Расчет ведут из условия хранения в запани максимального пе­

реходящего остатка

леса.

В большинстве

случаев

поступление

леса в запани сопровождается одновремен­

Поступление уУ

ным выпуском его из запаней и подачей к

\

У

сортировочно-сплоточным

устройствам рей­

У

—

дов. В результате

максимальное количество

леса, одновременно хранимого в запанях,

/

1/а

будет значительно меньше общего объема

Выпуск

сплава. Имея график сплава и зная суточ­

1

1

ный объем

выпуска

леса

из запани,

можно

1

построить

интегральные

кривые

поступле­

1

ния и выпуска

леса

из запаней

(рис. 39).

Время сплава- t}cy/nm

По этим кривым определяют объем макси­

Рис.

39.

Интегральные

мального переходящего остатка и соответ­

ствующую ему дату. Зная

дату, по графику

кривые поступления и вы­

колебаний

уровня

устанавливают

горизонт

пуска леса из запани

воды, а по нему ширину и бытовую

глуби­

ну на участке

размещения

лесохранилища.

При

известном объеме

переходящего

остатка

леса

длину

пыжа L n

определяют по формуле

К

= р*?-м,

(45)

где

Wmax

— максимальный

переходящий

остаток

леса,

подлежа­

щего хранению в запани, м3;

Ь3 — средняя

ширина лесохранилища, м;

при расчете ле­

сохранилища поперечной запани Ь3 равна

средней ши­

рине реки Ь, определенной при горизонте воды

в пе­

риод создания максимального переходящего остатка,

при

расчете лесохранилища

продольной

запани — ши­

рине акватории, ограниченной продольной частью за­

пани и берегом.

Т а б л и ц а

1

Значение

средней

толщины

пыжа

tc

при

L n

=

700

м

и у д

р =

700

кгс/м3

о

о

З н а ч е н и е t

при

коэффициенте

ф

З н а ч е н и е

f • при

коэффициенте

ф

стеснения

стеснения

V, м/сек

0,2

0,3

0,4

0,5

1,0

0,2

0,3

0,4

0,5

1,0

Лб = 3 М

Аб =

4 М

0,25

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,50

0,60

0,63

0,65

0,65

0,65

0,64

0,66

0,68

0,68

0,68

0,75

0,85

0,90

0,95

1,00

1,03

0,90

0,96

1,02

1,06

1,12

1,00

1,05

1,15

1,25

1,35

1,40

1,15

1,27

1,34

1,51

1,60

1,50

1,26

1,50

1,75

1,80

1,85

1,39

1,67

1,93

2,10

2,26

2,00

1,34

1,85

2,10

2,35

' 2,40

1,48

2,00

2,45

2,70

2,80

2,50

1,60

2,20

2,40

2,50

2,60

1,70

2,30

2,70

2,90

3,00

3,00

1,76

2,56

2,80

2,92

—

1,80

2,58

3,15

3,42

—

3,50

1,96

2,90

3,20

3,28

—

1,90

2,83

3,48

3,80

Иб = 5

м

Иб =

6

м

0,25

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,50

0,66

0,68

0,70

0,70

0,70

0,68

0,70

0,73

0,73

0,73

0,75

0,97

1,03

1,10

1,15

1,18

1,04

1,10

1,18

1,26

1,29

1,00

1,27

1,40

1,54

1,67

1,80

1,40

1,54

1,69

1,83

2,15

1,50

1,54

1,85

2,14

2,40

2,60

1,68

2,03

2,34

2,63

3,00

2,00

1,63

2,20

2,80

3,27

3,30

1,80

2,47

3,06

3,60

4,10

2,50

1,80

2,60

3,40

3,70

3,80

2,10

2,90

3,60

4,30

4,40

3,00

1,97

2,90

3,87

4,25

—

2,33

3,38

4,15

4,90

—

3,50

2,10

3,25

4,32

4,75

—

2,55

3,77

4,65

5,45

—

/ig = 7

м

кб =

8

м

0,25

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,28

0,50

0,70

0,72

0,75

0,76

0,76

0,72

0,74

0,76

0,77

0,77

0,75

1,10

1,16

1,24

1,30

1,34

1,17

1,23

1,32

1,39

1,50

1,00

1,52

1,67

1,83

2,00

2,70

1,68

1,85

2,03

2,20

3,00

1,50

1,83

2,21

2,53

2,96

3,70

2,03

2,44

2,82

3,16

4,30

2,00

1,94

2,69

3,30

3,92

4,30

2,16

2,98

3,67

4,30

5,00

2,50

2,30

3,20

4,00

4,50

4,70

2,50

3,50

4,40

5,20

5,60

р—коэффициент полнодревесности пыжа, т. е. отношение

объема

бревен

в

пыже

к

геометрическому

объему

пыжа; при

расчетах

принимают равным

0,3;

tc

— средняя

толщина

подводной

части

пыжа,

м,

завися­

щая для поперечных запаней от скорости течения, бы­

товой глубины и от

длины пыжа, а для продольных

запаней,

кроме

того,

и

от

степени

гр

стеснения

пы­

жом ширины реки.

Средняя толщина пыжа определяется по формуле

/ с

=

/ с ф ,

где

tc — средняя толщина

пыжа

длиной

L n = 700

м;

численные

значения tc, полученные

в

результате

лабораторных

ис­

следований с

модельными

бревнами

удельного

веса

у —

= 700 кгс/м3,

приведены

в

табл. 7;

величину tc

за

устанав­

ливают для скорости v и глубины

Яб средних

период

поступления в запань переходящего

остатка;

Ф — поправочный

коэффициент

перехода

к

другим

длинам

пыжа,

т. е. к

отличающимся

от L n = 700 м. Значения ф

для различных длин пыжа следующие:

Длина пыжа 100 200

300

400

500

600

700

800

1000

1400 2000

L n , м

1,2 1,14

1,1

1,06

1,04

1,02

1,0

0,98

0,96

0,94

0,92

Коэффи-

циент ф

При определении толщины пыжа в продольной

сетчато-лежне-

вой запани при скоростях течения 2,0; 2,5;

3,0 и 3,5

м/сек

значе­

ние

tc нужно

исправить на коэффициент

ф1, который

определяют

п зависимости

от коэффициента

стеснения

\1р

пыжом

ширины

реки:

т|з

0 , 2 0 , 2 5

0 , 3 0 0 , 3 5

0,40 ч- 0,45

0,50

фх

1,90

1,45

1,20

1,10

На запань, установленную в реке, со стороны пыжа

передается

сила давления, возникающая в

результате

взаимодействия

пыжа

с потоком воды,

ветром,

с бе­

регами или с продольной ча­

стью

запани

(для

продольных

запаней).

В

существующей

практике

расчета

запаней

принимается

схема

сил,

приведенная

на

рис.

40.

Поток воды и ветер, для

которого

принимается

наибо­

лее

неблагоприятное направле-

Рис. 40. Схема сил, возникающих в

1 Ш е -

совпадающее

с

направле-

пыже из бревен

и и е м

движения

речного

пото­

ка,

взаимодействуя

с

пыжом,

оказывают на него воздействие. В результате возникает

сила Ра,

увлекающая пыж вниз по течению. Эта сила

воздействия

на пыж

потока воды и ветра называется

а к т и в н о й

с и л о й .

ляющие: нормальные P t и параллельные Р я

к берегам

или к про­

дольной части продольной

запани.

В

результате действия

распорных

сил

возникают

силы

трения

F

пыжа о берега или о берег и о боны

продольной

части

запани.

Силы трения, имея направление, противоположное

направлению

возможногоt p

перемещения пыжа, уменьшают действие

активной

силы

Р а . В конечном итоге на поперечную запань или поперечную

часть продольной

запани

передается

д е й с т в у ю щ а я

с и л а

Р д ,

равная

Р д =

Ра-SFTP

= ( l ~ ~

^ )

Р* =

Р ^ а,

(46)

где

Р = ^ 1 — 2 ^ т р

j — коэффициент,

учитывающий

характер

взаи­

коэффициент р зависит от скорости течения,

отношения

длины

пыжа L n

к средней ширине лесохранилища Ь3

и от

конфигурации

берегов на участке размещения

лесохранилища.

Численные значения коэффициентов р, определенные экспери­

ментальным путем для русел с примерно параллельными

берегами

или

берегом

и продольной

частью запани, приведены

в

табл.

8.

Т а б л и ц а

8

Численные

значения коэффициента

р

З н а ч е н и я

коэффициента [3 при

Ln/b

v,

м/сек

1

2

3

4

5

6

7

8

0,5

0,61

0,51

0,40

0,31

0,27

0,23

0,21

0,20

1,0

0,76

0,65

0,55

0,48

0,42

0,40

0,38

0,35

1,5

0,81

0,70

0,62

0,55

0,50

0,48

0,45

0,42

2,0

0,86

0,78

0,72

0,68

0,63

0,60

0,57

0,55

2,5

0,87

0,80

0,76

0,70

0,68

0,64

0,62

0,60

3,0

0,88

0,83

0,79

0,74

0,70

0,68

0,64

0,62

Лабораторными исследованиями было установлено, что дей­

ствующая

на

запань

сила

Р д по мере

поступления

в запань леса

чения

силы

Р д . Это

происходит потому, что с

увеличением

длины

пыжа

силы

трения

Fny возрастают более интенсивно,

чем

силы

Р а . При некоторой

длине пыжа приращение

активной

силы Р а

L p = (6 + 8)b.

(47)

нормальные

Р±

и параллельные

Р в к

продольной

части

запани.

Величина

распорных

сил,

а

следовательно,

и

величина сил

их составляющих Р, и Р л изменяется

по

длине

запани, умень­

шаясь по мере

удаления

от

поперечной

части.

Таким

образом,

продольной части запани от пыжа при воздействии

на него по­

тока воды и ветра,

составит

(48)

По нагрузкам

р, р± и р^ , определенным для

соответствую­

при расчетном уровне воды

в период формирования пыжа;

расчетная

для района

расположения

запани

скорость

ветра

1>в, м/сек;

скорость v течения, м/сек.

расчетная

При расчете поперечных

запаней за

расчетную

скорость

тече­

живому

сечению потока

в створе расположения запани, для лет

2%, 5%

или

10%-ной

обеспеченности в зависимости от класса

капитальности

запани.

(49)

здесь и с р — расчетная

скорость течения,

средняя

по

живому се­

чению потока в

створе

расположения

поперечной

части продольной

запани;

h — средняя

бытовая

глубина

в

пределах

ширины реки,

воротом, сила,

действующая

на

запань,

будет

меньше,

чем при расположении запани на прямолинейном участке

реки. Это учитывают уменьшением на 5—10%

значений

Р, принятых по табл. 8;

Pi — коэффициент,

учитывающий

непризматичность

русла.

Для призматичного,

прямолинейного русла

р± = 1,0;

для

русла,

сужающегося

по

направлению

течения

на

угол

5°, pi = 0,9;

на

10°— pi = 0,8 и

на

20°— В! = 0,65.

L p — расчетная

длина

пыжа;

при

его

фактической

длине

Lh>8b

принимается

равной 8Ь при

и ^ 1 , 1 5

м/сек,

а

при

У ^ 1 , 2

66.

Если

фактическая

длина

пыжа

L n < 8 b ,

за

расчетную принимают длину, определенную по формуле

(45), т. е. L p = L n ;

потоком, кгс/м2,

осреднен-

т — удельная сила

влечения пыжа

ная по

его

расчетной длине. При

и ^ 1 , 5

м/сек

значения

т определяют

в

зависимости

от

v

и

he

для

различных

расчетных

длин

пыжа L p

по табл.

9.

При

у ^ 1 , 7 5

м/сек

т = то/2б,

где to — удельная

сила влечения

пыжа

потоком

при /гг>= 1 м, определяемая

по табл. 10;

Значения

т при у до 1,5

м/сек

Т а б л и ц а 9

З н а ч е н и я

т,

кгс/м?, при L^,

м

V,

йб , м

м/сек

200

400

600

woo

1500

2500

0,5

Незави­

0,6

0,5

0,4

0,3

0,3

0,3

симо от

0,6

/*б

0,8

0,7

0,4

0,3

0,3

0,3

То же

0,7

»

1,5

1,2

1,0

0,9

0,8

0,7

0,8

»

2,0

1,6

1,4

1,2

1,1

1,1

0,9

2,0

2,6

2,2

1,8

1,5

1,3

1,2

3,0

2,8

2,4

2,1

1,6

1,4

1,3

4,5 и

3,0

2,6

2,3

1,9

1,5

1,4

больше

1,0

2,0

2,9

2,3

2,0

1,6

1,5

1,2

3,0

3,3

2,6

2,3

1,8

1,7

1,4

4,5

4,0

3,2

2,8

2,2

2,0

1,8

6,0 и

5,2

4,1

3,8

3,2

2,9

2,7

больше

2,6

1Л

2,0

3,3

2,3

1,8

1,6

1,3

3,0

4.3

3,4

2,9

2,4

2,0

1,7

.4,5

5,7

4,6

3,9

3,2

2,7

2,6

6,0 и

6,7

5,4

4,6

3,8

3,2

3,1

больше

3,7

1,2

2,0

2,9

2,5

2,1

1,7

1,4

3,0

5,3

4,2

3,6

3,0

2,5

1,9

4,5

7,5

6,1

5,3

4,3

3,4

3,0

6,0 и

8,9

7,2

6,3

5,1

4,0

3,5

больше

1,25

2,0

3,9

3,1

2,7

2,2

1,8

1,4

.3,0

5,8

4,6

4,0

3,3

2,7

2,1

4,5

8,7

6,9

6,0

4,9

4,0

3,2

6,0 и

11,6

9,2

8,0

6,5

5,3

4,3

больше

4,7

1,5

2,0

6,1

3,9

3,1

2,5

2,0

3,0

9,2

7,0

5,8

4,7

3,7

3,0

4,5

13,8

10,5

8,7

7,0

5,6

4,5

6,0

18,4

14,0

11,6

9,3

7,5

6,0

7

и больше

21,3

16,3

13,5

10,8

8,7

7,0

Т а б л и ц а

10

Значения т0

при v > 1,75

м/сек

и при

11в—\м

З н а ч е н и я т,

кгс/м2,

при L р,

м

V,

м/сек

100

200

300

400

500

600

800

1000

1250

1500

1750

2000

2500

1,75

5,75

5,04

4,27

3,90

3,60

3,26

2,78

2,33

2,11

2,00

1,78

1,60

1,55

2,0

7,95

6,95

6,03

5,41

4,89

4,60

4,00

3,73

2,95

2,62

2,33

2,12

2,00

2,25

10,60

9,26

8,06

7,22

6,32

6,06

5,11

4,55

4,00

3,53

3,22

2,95

2,42

2,5

13,20

11,50

10,00

8,88

8,00

7,32

6,44

5,77

5,04

4,43

3,96

3,63

2,97

2,75

15,4

13,75

12,25

11,10

10,15

9,30

7,92

6,97

6,12

5,43

4,51

4,34

3,55

3,0

19,20

17,40

15,40

13,75

12,80

11,80

10,20

8,88

7,80

6,63

6,03

5,25

4,34

т в

— удельное

сопротивление пыжа

ветру,

отнесенное

к еди­

нице площади зеркала реки, занятого пыжом,

кгс/м1,

определяется по формуле r B

= kBvl,

в которой kB — коэф­

фициент

сопротивления ветра

о пыж, кгс/секР/м*1,

завися­

щий от скорости vB ветра:

vB,

м/сек

8

12

16

18

kB, кгс/сек2/м*

0,002

0,0015

0,001 0,0009

На

реках со средними по живому

сечению

скоростями

течения

до

1 м/сек и ширине реки до 150 м с ледоходом

слабой интенсив­

ности допускается

прием леса в сетчато-лежневую запань

вместе

со

льдом. Давление ледобревепного

пыжа

на запань определяют

по формуле

Р д = Р Р А Ь р ( £ л т + тв ),

(51)

V, м/сек

0,5

0,7

0,8

0,9

1,0

k„

1,0

1,6

2,3

3,0

3,5

пани.

Расчет лежня

запани. Расчет

лежня запани

сводится к

опре­

делению

натяжения Т, возникаю­

щего в нем от силы Яд , действую­

щей на запань.

При расчете лежня

поперечной

запани

со

створом,

перпендику­

лярным

оси потока

(рис. 41),

принимают,

что

нагрузка на

1 пог. м запани ря

равна нагрузке

на 1 пог. м ширины реки в створе

Рис. 41 Схема

к определению

натя­

запани, лежень провисает по дуге

жения в лежне запани

круга, а р д

действует

в радиаль­

2Tsm^

=

paAl.

2

д

При малых углах

Аф

Аф

sin

2 ~

2 '

Выразим г через ширину реки

Ъ в створе запани

и стрелу

про­

веса

f. Из

ДАОС

(рис.

41)

можно

легко

установить,

что

г ^

62 +

4/2 ,

8/

'

обозначив

стрелу

провеса запани

f = ab и преобразовывая

послед­

нее выражение, будем иметь

г

1

- ] -

4 а 2

8а

Следовательно,

4 а 2

Т = Р„

=

kPv

(52)

8а

Задаваясь значениями а, можно подсчитать

соответствующие

ему

значения

k,

натяжения

Т и

длину лежня / в пределах ши­

Т а б л и ц а

рины

реки

в

створе

запани

(табл. 11).

Значения

a,

k, Т и

1

Из

табл.

10

видно, что

с

1

увеличением а, т. е. с увеличе­

а

k

т

нием

стрелы

провеса

запани,

натяжение

лежня

уменьша­

0,1

1,31

1,31РД

1,036

ется,

а

его

длина

увеличива­

ется. Наиболее экономичной

по

0,2

0,73

0,73ЯД

1,106

0,3

0,57

0,57Р Д

1,236

условиям

расхода

стальных

0,4

0,51

0,51Рд

1,396

тросов и плиток является за­

0,5

0,50

0,50Р Д

1,576

пань

со

стрелой

провеса

f —

= 0,3

b,

при

которой

натяже­

ние

в лежне составит 7 = 0,57

Яд ,

а

длина

запани

в

пределах

ши­

рины реки / = 1,23 Ь.

В з а п а н я х , р а с п о л о ж е н н ы х н а к л о н н о к о с и п о ­

т о к а (рис. 42),

натяжение лежня

изменяется

по

длине,

достигая

О

15

30

45

60

75 90<Хг

Рис. 42. Расчетная

схема попе­

Рис.

43.

График

для опреде­

речной запани с наклонно рас­

ления

al—f(a2)

положенным

створом

нем по течению его конце составлял

90°. В этом случае натяже­

ние лежня у верхней

по течению

опоры

определяется

по

формуле

Т

^ ^

-.cos (at-ос,)

(

5 3 )

а у нижней по течению опоры по формуле

Т

п = Ь

' Рд

, - ~ ^ -

( 5 4 )

2 cos

a 2

Длина лежня / в пределах наплавной

части запани

определяется

по формуле

/ - V ( s i n а, +

™*2L +

s i n a j c t g ^

+ t g ^ - a j n ^

( 5

5 )

(

2sina !

6

J

где Ъ'— длина хорды запани, м;

р'д — нагрузка на

1 пог. м

запани,

действующая под

углом

cti

к хорде

запани

р'=-

Pnsina2

кгс/пог. м;

д

b [cos (% — a2 ) + sin(at — a2 )]

ct2 — угол между

хордой

запани

и линией

берегового

уреза;

принимается равным около 45°;

cti — угол, определяемый по графику,

приведенному на

рис. 43,

в зависимости от угла аг.

Угол р в между линией

берегового уреза и касательной

к лежню

в верхнем его конце определяют по формуле

tg К = ~

~;—

г

-

tg («х -

a8 ).

2 cos a 2 cos (ax

— a2 )

В шатровых

запанях

(см. рис. 29,

в, г) натяжение в лежне по

его длине изменяется, достигая наибольшего значения у

верхнего

по течению конца.

кошеля 0,8b и угол между

касательной к лежню в нижней по

течению

его части

и линией

уреза

воды р н =90° . При таких

пара­

метрах

натяжение

в верхнем

по

течению конце лежня шатровой

запани составляет

Та

= 0,28Рл.

(56)