5.2. Гидравлический и конструктивные расчеты водосброса.

Длина водосливного порога определяется из формулы (4.2) пропускной способности водослива с тонкой стенкой, толщину которой конструктивно применяем 0,3м, поэтому m=0,42,коэффициент подтопления по таблице 6 [2] принимаем σ_п=0,96. Тогда

Число нитей и размеры поперечного сечения водоотводящей трубы определяют на основании гидравлического расчета, из условия равенства геометрического напора на сооружение H= ВБ - НБ, алгебраической сумме потерь напора h_w в водоотводящей трубе. Отметка уровня воды в нижнем бьефе водосброса определится из условия НБ= Дна+h=160,3+1,8=161,8м . Для создания более спокойного движения воды к шахте отметка воды уровня в верхнем бьефе принимается на 0,2м выше водосливного порога:

H= ВБ - НБ+ 0,2=169,2+0,2-161,8=7,6 м;

В первом приближении назначаем три нити трубопровода с диаметром к нити d=1,4м. Площадь живого сечения одной нити:

(4.13)

Скорость движения воды в трубопроводе:

(4.14)

Для обеспечения плавного входа потока в трубопровод предусматриваем раструб d=1,6м, тогда скорость на входе:

(4.16)

(4.17)

Коэффициент сопротивления на входе:

(4.18)

Где - коэффициент сопротивления на входе, зависящий от очертания кромки входа, =0,2;

Коэффициент сопротивления по длине трубопровода:

(4.19)

Где - коэффициент сопротивления по длине в трубах; - длина трубопровода, определяется аналитическим путем по генплану водохранилищного гидроузла.

Коэффициент сопротивления на выходе из трубопровода:

(4.20)

Площадь живого сечения на выходе зависит от глубины воды в отводящем канале h и ширины водобойного колодца. Как правило, ширину водобойного колодца назначают равной ширине портальной стенки ковша:

(4.21)

Где d – внутренний диаметр отводящей трубы; n – число нитей трубопровода; t – ширина разделительных стенок t=0,2…0,4м; а – конструктивный запас, а=1,0…1,2.

(4.22)

Тогда полные потери напора определяются как:

(4.23)

Процент отклонения рассчитанного и принятого коэффициента расхода составит:

(4.24)

Что меньше допустимого, принимаем 3 нити труб ковшового водосброса диаметром 1,4 м.

5.3. Статический расчет ковшового водосброса.

Устойчивость ковшового водосброса определяется устойчивостью его отдельных элементов. Опыт эксплуатации показывает, что наиболее уязвимым элементом в оценке его устойчивости является ковш, а именно устойчивость его на всплытие. Коэффициент устойчивости определяется из условия:

(4.25)

Где - сумма всех вертикально действующих (удерживающих) сил; - сумма всех вертикально действующих (опрокидывающих) сил.

К удерживающим силам относят: Р₁ – собственный вес ковша; Р₂ – вес сороудерживающей решетки, служебного оборудования и затвора; Р₃ - удерживающая сила от трения грунта о стенки ковша.

(4.26)

Собственный вес ковша определится:

(4.27)

Где Р_ц и Р_ф – собственно вес полого ковша и фундаментной плиты.

Для выполнения расчета составим расчетную схему:

Рисунок.4.2. Схема ковша к статическому расчету ковшового водосброса.

(4.28)

(4.29)

По формуле :

Вес сороудерживающей решётки и вспомогательного оборудования принимаем 30% от собственного веса ковша:

(4.30)

Сила трения грунта о стенки ковша определяется величиной действующего активного давления влажного грунта:

(4.31)

Где К – коэффициент трения влажного грунта о стенки ковша, выполненные из бетона, К=0,4; l – периметр ковша по наружной стороне, l = 16,4м; Е_а - активное давление грунта:

(4.32)

Где h – мощность грунт за стенками ковша, ; φ – угол внутреннего трения влажного грунта за стенками ковша φ=37^ᵒ; γ_нас – объемная масо грунта за стенками ковша, n – относительная пористость грунта тела плотины, n=0,36.

γ_нас=(1-n)∙(γ_г – γ_в)=(1 -0,36)∙(26,7-10)=10,68 kH/м²;

Из формулы (4.32) получим:

Тогда по формуле (4.31) :

К опрокидывающим силам относится действие взвешивающего давления

(4.33)

Где S_осн – площадь основания ковша, S_осн=7,6*6,8=51,68м²; - отметка низа фундаментной плиты ковша.

По формуле коэффициент устойчивости

Полученное значение коэффициента устойчивости больше допустимого , следовательно ковш будет устойчив к всплытию.