Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская Государственная Автомобильно-Дорожная

Академия (СибАДИ)»

Кафедра “Проектирование дорог”

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дорожные водопроводящие сооружения.

Гидравлический расчет.

Вариант основной: 9

- вариант 3

Выполнил: студент гр. 21 СМТ

Иванов А.С.

Принял: к.т.н., доцент

Якименко О.В.

Омск – 2013

Содержание:

Введение………………………………………………………………………………………3

1. Исходные данные.................................................................................................................3

2. Гидравлический расчет водопроводящих сооружений....................................................3

2.1. Подводящий канал.......................................................................................................3

2.1.1. Определение нормальной глубины......................................................................3

2.1.2. Определение критической глубины.....................................................................6

2.1.3. Определение критического уклона.......................................................................8

2.1.4. Расчет канала гидравлически наивыгоднейшего профиля.................................8

2.1.5. Определение скорости течения в канале............................................................10

2.2. Быстроток.....................................................................................................................10

2.2.1. Определение критической глубины......................................................................11

2.2.2. Определение критического уклона.......................................................................11

2.2.3. Определение нормальной глубины.......................................................................12

2.2.4. Расчет кривой свободной поверхности на быстротоке......................................12

2.2.5. Построение кривой свободной поверхности на водоскате быстротока...........15

2.3. Отводящий канал.........................................................................................................15

2.3.1. Определение гидравлических характеристик потока.........................................16

2.3.2. Расчет гидравлического прыжка...........................................................................16

2.3.3. Расчет водобойного колодца.................................................................................18

3. Укрепление русел...............................................................................................................20

4. Экология дорожных водопроводящих сооружений.....................................................20

5. Библиографический список...............................................................................................21

Введение

Из года в год расширяется строительство автомобильных дорог в различных регионах нашей страны, отличающихся климатическими, рельефными и гидрологическими особенностями. Современная автомобильная дорога представляет собой сложное инженерное сооружение, предназначенное для интенсивного движения транспортных средств с большими скоростями при обеспечении безопасности движения. Для этого при проектировании автомобильных дорог большое внимание уделяют вопросам обеспечения устойчивости земляного полотна, необходимым условием которого является организация водоотводных и водопропускных сооружений.

Цель работы – получение навыков по гидравлическим расчетам.

1. Исходные данные

Вариант № 3/9

• - расход, м³/с=4,3

- ширина канала по низу, м = 2,2

- уклон подводящего канала =0,001

- уклон быстротока =0,15

- уклон отводящего канала =0,0036

- длина быстротока, м =10

- высота перепада, м =2,5

- коэффициент заложения откоса канала =3,0

- коэффициент шероховатости стенок канала =0,0250

• быстроток, перепад и гаситель энергии – прямоугольной формы

материал стенок – бетон (n= 0,014)

• длина каналов не ограничена

2. Гидравлический расчет водопроводящих сооружений

2.1. Подводящий канал

Устройство подводящего канала необходимо для принятия вод, стекающих по склонам к логу, и подведения к трубе, мосту или быстротоку. Искусственные подходные русла должны обеспечивать пропуск всего расхода без их переполнения.

Расчет подводящего канала сводится к определению нормальной и критической глубины, критического уклона, анализа состояния потока, определению средней скорости и обоснованию укрепления русла. Кроме этого производиться расчет гидравлически наивыгоднейшего профиля канала. Все величины определяются двумя методами, для проверки правильности. [1].

2.1.1. Определение нормальной глубины

Нормальная глубина - это такая глубина, которая при заданном расходе установилась бы в русле, если в этом русле движение было бы равномерным.

Основная расчетная формула – формула Шези: [1].

, где (2.1)

-площадь живого сечения, м²;

C– коэффициент Шези, м^0,5/с;

R– гидравлический радиус, м;

- уклон канала.

Для трапецеидального сечения (рис.1):

, (2.2)

где h–глубина канала, м.

рис.1 Поперечное сечение подводящего канала.

Категория грунта (=3,0)– мелкозернистые песчаные грунты. Характеристика поверхности (=0,0250) – габионовая кладка.

Таблица 1. Определение расходных характеристик

Расчетные формулы	Ед. изм.	Назначаемые и определяемые величины
	м	0,6	0,7	0,8	0,9	1
	м2	2,4	3,01	3,68	3,92	5,2
	м	5,99	6,62	7,26	7,89	8,52
	м	0,40	0,45	0,51	0,5	0,61
	м0,5/с	32,1	33,10	34,10	33,94	35,58
	м3/с	48,7	66,83	89,62	94,07	114,5

Приближенно по Н.Н. Павловскому: при R< 1,0(2.3)

Гидравлический радиус в общем случае определяется по формуле

, где (2.4)

- смоченный периметр, м, и для трапецеидального русла может быть определен:

(2.5)

Расходная характеристика (модуль расхода):

, м³/с . (2.6)

Графоаналитический метод определения нормальной глубины:

м³/с ( расходная характеристика, соответствующая нормальной глубине )

График

По графику определяем, что

В качестве второго метода определения нормальной глубины используем метод проф. Б.А. Бахметева:[2].

1) задаем две произвольно выбранные глубины h₁= 0,9 м,h₂= 1,0 м и вычисляем для этих глубинК₁иК₂. Из таблицы 1К₁= 94,07 м³/с,К₂= 114,5 м³/с.

2) из соотношения:

. (2.7)

находим гидравлический показатель русла:

. (2.8)

Если предположить, что h₂ =h₀,aK₂ = K₀, то можно написать равенство:

. (2.9)

Зададим значение: h₁= 0,9 м из Таблицы 1К₁= 94,07м³/с.

= =м³/с,Х= 3,731

м

Вывод: по результатам определения нормальной глубины двумя способами для дальнейшего расчета принимаем .

2.1.2. Определение критической глубины

Критической глубиной называется глубина, отвечающая минимуму удельной энергии сечения.

Уравнение критического состояния потока

, где (2.10)

- ускорение свободного падения, м/с²;

- площадь живого сечения при критической глубине, м²;

- ширина канала поверху при критической глубине, м;

=1,1 ( для дорожно-мостового и аэродромного строительства)

(2.11)

рис.2 Поперечное сечение подводящего канала.

Определение критической глубины методом подбора.

(2.12)

Таблица 2. Определение величин

, м	, м2	, м	, м5
0,6	2,40	5,80	2,38
0,7	3,01	6,40	4,23
0,8	3,68	7,00	7,12
0,9	3,92	7,60	7,93
1	5,20	8,20	17,15

График

По графику определяемм

В качестве второго метода определения критической глубины используем метод проф. И.И. Агроскина [5].

1. вычислю критическую глубину h_к для условного прямоугольного русла с шириной b, равной по дну этого канала по формуле:

(2.13)

2) Нахожу значения величины σ_п по формуле:

(2.14)

3) вычисляю исходную критическую глубину трапецеидального канала по формуле:

(2.15)

Вывод: по результатам определения критической глубины двумя способами для дальнейшего расчета принимаем .

2.1.3. Определение критического уклона