Гидравлический расчет магистрального судоходного канала. Методические рекомендации

подводные от дна до низа основного крепления m1=4…5

в пределах основного крепления m2=2,5…3,5

надводные m3=1,5…2

4. Заглубление низа основного крепления под низший судоходный уро-

вень (hнк) принимается равным 2м (предварительно).

По вычисленным и принятым основным размерам строится поперечное се-

чение канала (на масштабно-координатной бумаге) и определяются:

Ширина канала по урезу В, м;

Ширина канала на уровне осадки расчетного судна Вос, м;

Площадь живого (поперечного занятого водой) сечения канала Ω, м2.

Рисунок 1. Поперечное сечение канала полигонального типа

1.3. Проверка и уточнение принятых размеров поперечного сечения магистрального канала

Установленное в разделе 1.2 предварительное сечение канала проверя-

ется и, если это требуется по результатам проверки, корректируется в соответ-

ствии с нижеизложенной методикой:

1. Коэффициент стеснения живого сечения канала не должен превышать значение 0,20 (СНиП 2.06.01-86г.), т.е.

k = θ /Ω ≤ 0,2 (3)

где θ = αbcTc — площадь погруженной части сечения расчетного судна по мидель-шпангоуту;

α — коэффициент полноты сечения судна по мидель-шпангоуту; Ω — площадь живого (поперечного занятого водой) сечения канала.

11

В курсовом проекте принимаем:

α= 0,98 — для грузовых теплоходов и барж;

α= 0,85 — для пассажирских судов.

Если условие (3) не выполняется, то необходимо увеличить глубину кана-

ла. Увеличение глубины производится с шагом 0,5м до глубины 5,5м.

Если условие (3) не будет соблюдено при глубине 5,5м, то увеличивается ширина канала по дну последовательно на 5–10м.

2. Расчетная скорость судна (Vc) должна соответствовать условию

Здесь Vкр — критическая скорость движения судна по каналу, определяе-

мая по зависимости:

Если условие (4) не выполняется, то увеличивают глубину канала, а затем

Δhв = 0,3hвв – Δh0 — запас на ветровое волнение.

Здесь hвв — высота ветровой волны.

Если Δhв ≤ 0, то принимается Δh0=0.

Δhс = hс – Δh0 — запас на ветровой сгон воды в канале.

Здесь hс — наибольшая величина сгона воды в канале.

Если Δhс ≤ 0, то принимается Δhс=0.

Δhз — запас на заносимость.

В курсовой работе принимаем

Δhв = Δhс = Δhз = 0

Таблица 1. Значения коэффициента α в формуле (7)

4. Ширина канала Вос на уровне грузовой осадки расчетного судна должна быть не менее ширины В∂, вычисленной по формуле (10) с учетом

отклонения судна от курса вследствие рысканья или дрейфа под действием вет-

ра и течения.

где Vс — скорость движения грузовых судов при их расхождении (прини-

мается равной заданной скорости движения по каналу);

(Vпоп)т, (Vпоп)в — скорости перемещения судна нормально к оси судового хода соответственно от действия поперечного течения воды в канале и от дей-

ствия ветра.

(Vпоп)т принять равной 0,25м/с (снос).

Поперечная составляющая скорости дрейфа судна определяется из усло-

вия, что сила давления ветра на площадь надводной части корпуса судна с

13

надстройками равна величине силы сопротивления воды движению судна лагом:

где С — аэродинамический коэффициент, для грузового судна С=1,4;

Vв — нормальная к оси канала составляющая скорости ветра, Vв=12м/с; ωв, ωл — площади корпуса судна в диаметральной плоскости соответ-

ственно надводной и подводной частей; ωв = Ichб;

ωл = 0,9IcTc

для грузового судна

ωв = 138*1,7 = 234,6м2;

ωл = 0,9*138*3,6 = 447,12м2

для пассажирского

ωв = 65*1,7 = 110,5м2;

ωл = 0,9*65*1,9 = 111,15м2

hб — средняя высота надводного борта (см. исходные данные 1,7м);

β — коэффициент, учитывающий влияние ограниченной глубины в канале на сопротивление движению судна лагом.

β = (Нк/[Нк - Тс])3/2

α — коэффициент сопротивления равный ≈0,5 для безграничного фарватера; γ — удельный вес воды, γ=1000кг.с/м3

Если ширина канала Вос окажется меньше, чем В∂, вычисленная по форму-

ле (10), то следует увеличить ширину канала по дну.

Учет действия поперечного течения на судно производится на участках расположения водосбросных и водозаборных сооружений, а также на криволи-

нейных участках судоходных каналов.

С целью оценки влияния бокового течения (сноса) на угол дрейфа и, как следствие, на увеличение ширины канала, в курсовой работе проверку ширины канала на уровне грузовой осадки расчетного судна произведем дважды:

- с учетом бокового течения (Vпоп)т=0,25м/с;

14

- без учета бокового течения (сноса) (Vпоп)т=0м/с.

Для дальнейших расчетов принимаем результат, полученный при (Vпоп)т=0. 5. Скорость потока обтекания относительно берега Vб, соответствующая принятой скорости движения расчетного судна, не должна размывать ложе ка-

нала, т.е.

Если условие (13) не выполняется, то или укрепляют подводные откосы с за-

ложением m1 трудноразмываемым грунтом, либо увеличивают сечение канала.

1.4. Определение границ крепления откосов канала

Границы крепления откосов канала зависят от элементов судовых волн.

Расчетная высота судовой волны у берега канала определяется по формуле

h = (2,5Vc2/g)(δTc/Ic)0,5 (14)

где δ — коэффициент полноты водоизмещения судна (см. исходные дан-

ные, δ=0,75).

Расчитаем высоту судовой волны у берега канала:

- для грузового судна

Vc=10,6км/ч = 10,6*1000/3600 = 2,94м/с

h = (2,5*2,942/9,81)(0,85*3,6/138) = 2,2*0,02 = 0,04м;

15

- для пассажирского

Vс = 15,0км/ч = 15*1000/3600 =4,16м/с

h = (2,5*4,162/9,81)(0,75*1,9/65) = 4,4*0,02 =0,08м

Высота наката судовой волны на откос определяется по зависимости

где β — коэффициент, принимаемый равным:

- для бетонных облицовок — 1,4;

грузовые

hнв = 1,4(0,5*0,04 + 0,05*3*2,942/9,81)/(1 –

0,05*3)=1,4(0,02+0,13)/0,85=0,25м;

пассажирские

hнв = 1,4(0,5*0,08+0,05*3*4,162/9,81)/(1-0,05*3)=1,4(0,04+0,26)/0,85=0,49м

- для каменного мощения — 1;

грузовые

hнв= 1*0,15/0,85 = 0,18м;

пассажирские

hнв= 1*0,3/0,85 = 0,35м

- для каменной наброски — 0,8

грузовые

hнв= 0,8*0,15/0,85 = 0,14м;

пассажирские

hнв= 0,8*0,3/0,85 = 0,28м

Верхняя граница основного крепления откосного типа (см. рис.1) прини-

В то же время должны выполнятся условия:

16

- hнк ≥ h, hнк=2; - hнк ≥ Н;

- hнк ≥ 2,0 м.

Рисунок 2. График для определения коэффициента β После установления границ крепления откосов вычерчивается поперечное сечение

канала с учетом проведенных по результатам проверок и корректировок

1.5. Расчет криволинейного участка магистрального канала

При прохождении поворота, судно, совершая циркуляцию, занимает не-

сколько большую полосу движения, нежели при прямолинейном движении.

Это требует увеличения ширины канала на участке его поворота.

Уширение канала производится по дну по внешней стороне закругления,

как показано на рис. 3.

Рисунок 3. Очертание канала по дну на криволинейном участке

17

где R = 5Ic — радиус закругления канала.

Принимая во внимание исходные данные для данной курсовой работы, ве-

личина уширения будет составлять

для грузового судна Ву = 0,6*1382/5*138 = 11426,4/690 = 16,56м;

для пассажирского Ву = 0,6*652/5*65 = 2535/325 = 7,8м

Внешняя граница дна канала на повороте проходит по дуге окружности

радиусом

Rв = R + В0/2 + Ву (19)

Проведем расчет, согласно исходным данным:

для грузового судна Rв составит

Rв = 690 + 2,6*17/2 + 16,56 = 728,66м;

для пассажирского

Rв = 325 + 2,6*9,4 + 7,8 = 357,24м

Сопряжение прямолинейного участка канала с поворотом (см.рис.3) про-

изводится при помощи двух прямых вставок:

-вставки 1–2 длиной равной длине дна,

-вставки 2–3 с длиной проекции на ось канала, равной 20ΔВу.

Вставка 1–2 проводится по касательной к внешней границе дна в точке 1.

2. РАСЧЕТ ПОДХОДНОГО КАНАЛА

(примечание: расчет делается только для варианта, данного в индивиду-

альном задании)

В общем случае ширина подходного канала должна обеспечивать расхожде-

ние шлюзуемых судов при двустороннем движении для однониточных шлюзов, т.е.

его ширина должна быть больше в 2,6 раза ширины корпуса расчетного судна.

18

В курсовой работе рассматривается подходной канал к шлюзу, располо-

женный в нижнем бьефе. Подходные каналы к шлюзу по взаимному располо-

жению их оси и продольной оси шлюза подразделяются на:

- симметричные (С) — оси подходного канала и шлюза совпадают (рис. 4):

Рисунок 4.Схема симметричного подходного канала к шлюзу

- полусимметричные (ПС) — ось подходного канала смещена относитель-

но оси шлюза в сторону от причальной линии таким образом, что расстояние между лицевой гранью устоев головы шлюза и причальной линией находятся в пределах 0,2 расчетной ширины судна до расстояния, соответствующего сим-

метричному подходу (рис 5):

Рисунок 5.Схема полусимметричного подходного канала к шлюзу

- несимметричные (НС) — ось подходного канала расположена по отно-

шению к оси шлюза так, что причальная линия продолжает лицевую грань устоев головы шлюза или смещена от нее на расстояние более 0,2 расчетной

ширины судна (рис. 6).

19

Рисунок 6. Схема несимметричного подходного канала к шлюзу

Размеры и очертания в плане (вид сверху) подходных каналов при двусто-

роннем движении должны обеспечивать безопасное расхождение входящих в шлюз и выходящих из него судов. С этой целью устанавливают необходимые по условиям, выполняемых судами маневров, длины каждого из четырех участков подходного канала, на которые он условно разделен, ширину поперечного сечения канала на уровне проектной глубины и проектную глубину подходного канала.

Схема очертания в плане подходного канала к шлюзу представлена на рис. 7.

Рисунок 7. Расчетная схема подходного канала

Длина участка подхода, в пределах которого предусматривается расхождение встречных судов, должна быть не менее величины La, определяемой по формуле:

Lа = L1 + L2 + L3, (20)

где L1 — длина участка, равная 5Iс;

20