Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

__________________________________________________

институт

_________________________________________________________________

кафедра

Курсовой проект

По курсу «Энергетические сооружения»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ

Пояснительная записка

Руководитель ___________ ______________________ _________________

подпись, дата должность, ученая степень инициалы, фамилия

Студент _______________ ______________________ ______________ ___________________

номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия

Саяногорск 2014 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Задачей курсового проекта является проектирование бетонной гравитационной водосливной плотины на полускальном основании.

Процесс проектирования включает конструктивные проработки в сочетании с гидравлическими, фильтрационными и статическими расчетами.

На начальном этапе проектирования, выбрав тип плотины, определяют положение гребня плотин и ширину водосливного фронта. На следующих стадиях конструируют профиль водослива, проектируют устройства нижнего бьефа; конструируют подземную часть плотины и ее быки.

При проектировании в курсовом проекте плотины должны выполняться следующие требования:

1. Обеспечение устойчивости на сдвиг при сохранении прочности основания;

2. Получение наименьшего значения фильтрационного противодавления при обеспечении фильтрационной прочности основания;

3. Гашение избыточной энергии сбрасываемого через плотину водного потока.

ЗАДАНИЕ

Исходные данные:

1. Геологический разрез по створу плотины;

2. Характеристика грунта основания;

3. Зависимость между уровнями и расходами воды в бытовых условиях;

4. Характерные бытовые расходы воды:

а) максимальный основной расход

б) максимальный поверочный расход

в) строительный расход

5. Отметки:

а) нормального подпорного уровня

б) форсированного подпорного уровня

в) уровень мертвого объема

г) отметка дна

д) уровень заиления водохранилища

6. Расчетные данные для определения волнового воздействия:

а) наибольшая расчетная длина разгона волны

б) расчетная скорость ветра

7. Назначение гидроузла – комплексное;

8. Расход через ГЭС

Требуется:

1. Скомпоновать размещение всех сооружений узла в плане с учётом пропуска строительных расходов.

2. Выполнить гидравлический расчёт водосливной плотины:

а) определить отметку верха устоев и бычков;

б) определить размеры и число водосливных отверстий, и отметку гребня водосливной плотины;

в) рассчитать сопряжение бьефов, подобрать и рассчитать гасители энергии потока в нижнем бьефе;

3. Определить размеры и разработать конструкции всех элементов водосливной плотины:

а) определить ширину подошвы плотины;

б) наметить основные размеры понура, водобоя, рисбермы, шпунтов, зубьев и др., исходя из расчета и практических рекомендаций;

в) наметить разрезку плотины деформационными швами;

г) выполнить фильтрационный расчет;

д) выполнить расчет основных нагрузок, действующих на плотину;

е) определить напряжения в сечении по подошве плотины и проверить условия прочности плотины;

ж) проверить устойчивость плотины на сдвиг;

з) на основании расчетов скорректировать размеры элементов плотины;

4. Разработать конструкцию бычка со схемой мостов (проезжих и служебных);

5. Сконструировать сопрягающие устои;

6. Разрешить следующие вопросы производства работ:

а) схему пропуска расходов воды в период строительства с определением отметок гребня перемычек;

б) очередность постройки плотины и других сооружений узла.

1. СОСТАВ И КОМПОНОВКА СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА

Проектируемый речной гидроузел имеет комплексное назначение. В его состав входят бетонная водосливная плотина, грунтовая плотина, гидроэлектростанция.

На компоновку гидроузла влияет каждое из входящих в его состав сооружений, при размещении которых должны быть обеспечены необходимые условия для их функционирования. Приступая к компоновке гидроузла, необходимо определить общее конструктивное решение и габариты сооружений.

При размещении сооружений следует учитывать условия пропуска строительных расходов. Строительный расход 1-й очереди может пропускаться через суженное русло. Степень стеснения русла не более 30%. При компоновке сооружений следует рассмотреть вариант размещения их на пойме, что позволяет пропускать расход по основному руслу без строительства дорогостоящих продольных перемычек в русле реки, но приводит к большему объему земляных работ.

Размещение бетонных сооружений необходимо увязывать с наиболее удобной и экономичной схемой производства работ.

2. Проектирование бетонной водосливной плотины

Процесс проектирования включает конструктивные проработки в сочетании с гидравлическими, фильтрационными и статическими расчетами.

На начальном этапе проектирования, выбрав тип плотины, определяют положение гребня плотин и ширину водосливного фронта. На последующих стадиях конструируют профиль водослива, проектируют устройство нижнего бьефа: конструируют подземную часть плотины, ее быки и устои, выбирают типовое или проектируют индивидуальное гидромеханическое оборудование.

1. Определение отметки гребня плотины и гребня быка

За отметку гребня плотины принимается большая из двух, вычисленных по формулам:

;

,

где – превышение гребня плотины над расчетным уровнем в верхнем бьефе.

,

Где – высота волны 1% обеспеченности; – высота ветрового нагона; – конструктивный запас, принимаемый 0,5÷2м.

При определении ветрового нагона и высоты наката волн следует принимать обеспеченности скорости ветра при основном сочетании нагрузок (при НПУ) для сооружений I, II классов – 2%, III, IV классов – 4%. При особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ): I, II классов – 20%, III – 30%, IV – 50%.

Выбор класса сооружения осуществляется по СНиП 33 – 01 – 2003 Приложение Б «Классы гидротехнических сооружений».

По таблице Б.1 – Класс основных гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и типа грунтов оснований, плотина относится к бетонным сооружениям высотой от 10 до 25 метров на песчаных основаниях III класса. По таблице Б.2 – Класс основных гидротехнических сооружений в зависимости от их социально – экономической ответственности и условий эксплуатации, сооружение относится к подпорным сооружениям гидроузлов при объеме водохранилища от 50 до 200 млн. м³ III класса.

Элементы ветровых волн и высота ветрового нагона определяются согласно СНиП 2.06.04-82*. Высота ветрового нагона определяется по формуле:

где – расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды, м/с;

– длина разгона волны, м;

- коэффициент, зависящий от скорости (принимаем при основном случае , при поверочном - );

– угол между продольной осью водохранилища и направлением господствующих ветров ( = 0);

– условная расчетная глубина воды в водохранилище.

Условная расчетная глубина при НПУ:

Условная расчетная глубина при ФПУ:

Определим высоту волны 1% обеспеченности для основного и поверочного случаев.

Вычислим безразмерные комплексы и , где t – период развития волн на водохранилище, t = 6 ч.

для основного:

для поверочного:

Далее по графику СНиП 2.06.04-82* по верхней огибающей кривой и значениям и определяем параметры и . Используя меньшие полученные значения, вычислим средний период волны и среднюю высоту волны .

для основного:

для поверочного:

Средняя длина волны:

для основного:

для поверочного:

Проверяем условие:

и

Условие глубоководности выполняется только для поверочного случая. При основном случае расчет будет производиться в условиях мелководья.

Определим высоту волны 1% обеспеченности для основного случая (мелководье):

,

где k_t - коэффициент трансформации (выбирается по графику СНиП 2.06.04-82* в зависимости от величины ; );

k_r - коэффициент рефракции (зависит от расстояния между смежными волновыми лучами в глубоководной и мелководной зонах, примем );

k_l - обобщенный коэффициент потерь (выбирается в зависимости от и уклона дна по таблице из СНиП 2.06.04-82*, примем .

– коэффициент, определяемый по графику из справочника по гидротехническим расчетам П.Г. Киселева в зависимости от значения ( ).

Тогда высота волны 1% обеспеченности для основного случая будет равна:

Определим высоту волны 1% обеспеченности для поверочного случая (глубоководье):

,

где .

.

Тогда для основного случая:

Для поверочного:

Отметка гребня плотины:

Таким образом, за отметку гребня плотины принимаем .

За отметку гребня быка бетонной водосливной плотины принимается большая из двух:

где – отметка гребня водослива; – напор на гребне водослива (стандартный), определяется гидравлическими расчетами.