2 Задание на проектирование
Запроектировать водопропускную трубу
на автомобильной дороге, если расчетный
расход
,
уклон трубы
,
высота насыпи
,
ширина пo верху
,
крутизна откосов
.
Считать, что подтопление трубы со стороны нижнего бьефа отсутствует.
Требуется подобрать отверстие трубы и
определить напор
перед трубой, а также глубины и скорости
на выходе из неё.
При заданных исходных данных длина
трубы составит
.
Рассмотрим последовательно три варианта
водопропускной трубы с раструбным
входным оголовком (
):
- круглой гладкостенной;
- прямоугольной гладкостенной;
- круглой гофрированной.
В качестве расчётного принимаем безнапорный режим.
3 Вариант круглой бетонной водопропускной трубы
1. Назначаем размер трубы из условия
пропуска расчётного расхода при
безнапорном режиме с допустимой степенью
затопления входного оголовка по
нормативным данным
.
По табл.1 находим
при
.
Таблица 1
Примечания:
1. Для каждого типа труб приведены параметры расхода для расчётного (первая строка) и полного (вторая строка) заполнения.
2. В скобках приведены значения
для труб с коническим звеном на входе.
3. При вычислении
для прямоугольных труб с повышенными
звеньями на входе вместо высоты трубы
следует подставлять высоту повышенного
звена на входе в сооружение
.
Тогда минимальный размер трубы составит:
Принимаем ближайшее большее типовое
значение
.
2. Устанавливаем, будет ли труба «длинной»
или «короткой» в гидравлическом
отношении. Для этого следует сопоставить
уклон трубы с критическим
.
Находим
по приложению 4 для бетонной трубы
.
При
Так как
– труба при любой длине работает по
типу «короткой».
3. Находим напор
перед трубой, принимая по табл. 2
и по рис. 2 при
и
Таблица 2
Примечания:
1. В скобках дано значение m для труб с коническим звеном на входе.
2.Значения m для прямоугольных труб с
раструбными оголовками соответствуют
условиям
при
и
при
.
В остальных случаях m следует определять
по формулам: при
и при
.
Рис. 2 График определения
в круглой трубе
Убеждаемся, что относительный напор
перед трубой
,
то есть режим безнапорный.
4. Проверяем возвышение бровки полотна
над подпёртым
при высоте насыпи
:
Требования технических условий выдержаны.
5. Определяем глубины и скорости на выходе из трубы.
Таблица 3
Для расчета глубины на выходе из трубы
(
),
при
(табл.3)
используем формулы:
При
по прил.3
и
Приложение 3
Определение критической глубины () в круглых трубах
Тогда
При
по прил.5
;
;
Приложение 5
Определение относительной площади живого сечения потока в зависимости от относительной глубины для круглых труб
4 Вариант прямоугольной бетонной водопропускной трубы
Назначаем размер трубы из условия обеспечения допустимой степени
затопления входного оголовка при безнапорном режиме.
По табл.1 при hвх/hт= 0,833 находим:
Таблица 1
Примечания:
1. Для каждого типа труб приведены параметры расхода для расчётного (первая строка) и полного (вторая строка) заполнения.
2. В скобках приведены значения
для труб с коническим звеном на входе.
3. При вычислении
для прямоугольных труб с повышенными
звеньями на входе вместо высоты трубы
следует подставлять высоту повышенного
звена на входе в сооружение
.
Задаемся высотой трубы hт= 1,5м и находим ширину трубыb:
b=
Принимаем из прил.1 ближайший больший стандартный размер трубы
b= 1,25м
2. Устанавливаем, будет ли труба «длинной» или «короткой» в гидравлическом отношении. Находим критическую глубину
Находим iкпo формуле Шези при n = 0,015 :
iк
где
=
=
iк
Поскольку iт= 0 ,02 > iк= 0,0086 -труба любой длины работает в гидравлическом отношении по типу «короткой».
3. Находим напор Н перед трубой, принимая по табл.2 m = 0,36 : .
Убеждаемся, что режим безнапорный Н/hт=2,39/1,5 =1,59<1,0.
Условие не выполняется Н/hт =1,59 > 1,0. Поэтому выбираем трубу из прил.1 с большим отверстием b = 3,0м
Тогда Н/hт=1,34/1,5 =0,89<1,0.
Условие безнапорного режима выполняется.
Тогда
4. Проверяем возвышение бровки полотна над подпёртым уровнем ( ∆бп ) пои высоте насыпи Ннас= 4,2м:
∆бп= 4 - 1,34 = 2,66 > 1м.
Требования технических условий соблюдены.
5. Определяем глубины и скорости на выходе из трубы.
При ПQ< ПQПР= 0,8 (по табл.4) глубину на выходе находим по формуле (24):
Таблица 4
где Ак= 0,88 (по табл.4) и по формуле (25):
