Метода по ГГГ 2012

Таким чином, для розглянутого випадку рівняння Д.Бернуллі буде мати такий вигляд:

де: Н – напір: V1 і Vc – середні швидкості в перерізах 1 і 2; g – прискорення вільного падіння; α = 1,1 – коефіцієнт Коріоліса (коректив кінетичної енергії); hW, 1-2 – втрати енергії на відрізку між перерізами 1 і 2.

У розрахунках малих мостів швидкістю на підході до споруди в перерізі 1, як правило, зневажають через її малість. Втрати енергії враховуються тільки місцеві, які виникають при вході потоку під міст і які залежать від конструкції оголовка. По формулі Вейсбаха ці втрати рівні:

де:ςвх – коефіцієнт втрат енергії, що в цьому випадку показує яка частина питомої кінетичної енергії потоку втрачається при вході потоку під міст.

Тоді:

на те, що hс ≈ 0,5Н можна записати:

Q 0,5 bg H3/2 або Q 1,35b H3/2

Тоді ширина отвору буде дорівнювати:

21

що відповідає коефіцієнту витрати m = 0,30 і створює деякий запас у ширині отвору малого мосту, тому що для найпоширенішого типу оголовка у вигляді розтруба m = 0,35. Типи оголовків, які використовуються в наш час показані на рис. 5.2, а відповідні їм коефіцієнти витрати знаходяться в табл. 6.

Використовуючи наближені співвідношення H ≈ 2hc і hc ≈ 0,9hк (hк –

критична глибина під мостом), встановлюється зв'язок між напором і швидкістю в стислому перерізі під мостом:

2

H 1,45V c (5.9) g

На цій підставі пропонується така послідовність розрахунку:

1) задається швидкість по бажаному типу зміцнення русла під мостом,

користуючись табл. 5; при цьому варто враховувати, що максимальна швидкість буде спостерігатися в потоці лише на дуже короткій відстані в зоні глибини hс, у зв'язку з чим табличні швидкості (див. табл. 5) можна підвищувати приблизно на 10%;

2)обчислюється напір по формулі (5.9);

3)по формулі (5.8) визначається ширина отвору;

4)приймаючи у виробництво типовий проект моста з отвором bТ, варто перерахувати напір по формулі:

Q

2/3

H (5.10)

1,35bТ

За відомим значенням напору визначається мінімальна висота моста,

що не повинна перевищувати висоту насипу:

Hmin 0,88H hкон Hнас (5.11)

де: Нmin- мінімально допустима висота моста; ∆ = 0,5 м - підвищення низу прогонової будови над рівнем води, а при наявності корчеходу ∆ = 1 м; hкон –

конструктивна висота прогоної будови; Ннас- висота насипу.

22

5.3. Розрахунок отворів малих мостів з урахуванням акумуляції.

Урівнинній місцевості відбувається розливання потоку перед мостом.

Урезультаті чого частина стоку не проходить через міст, а тимчасово затримується перед ним, створюючи ставок тим більший, ніж менше похил басейну і чим більша величина напору. Таке явище називається акумуляцією.

Тому, якщо врахувати, що витрата припливу зливових вод до мосту Q менше

Qc (скидної), то можна істотно скоротити ширину отвору. Ефект акумуляції буде незначним і не використовується при вузьких чітко виражених довжиках, а також у випадку формування стоку від танення снігу.

Таблиця 6

Коефіцієнти витрат m для оголовків

23

Визначення скидної витрати ґрунтується на елементарних геометрич-

них міркуваннях. Приймаючи по Д.І.Кочеріну трикутну форму гідрографів припливу і скидної витрати: одержимо: трикутник АВС - гідрограф припливу;

трикутник ADE - гідрограф скидної витрати; площі тр-ків АВС і ADE рівні і являють собою

повний об’єм зливового стоку; площа тр-ка ABD - об'єм ставка акумульованої води.

Відношення площ тр-ків АВС і ADC рівняється відношенню їхніх

висот, тому що основа в них загальна АС. Тому можна записати:

звідки величина скидної витрати буде дорівнювати:

де: Q – витрата зливового стоку визначається по формулі (5.1); W – об'єм зливового стоку, обумовлений формулою (5.3); Wак – об’єм ставка акумульованої води визначається, як об'єм піраміди із трикутником в основі,

рис. 5.4

Рис.5.4. Схема до визначення об'єму ставка.

25

де: m1, m2, Iл – коефіцієнти закладення схилів довжика і його похил; а –

коефіцієнт форми довжика.

На основі шестиінтервальних гідрографів зливового стоку,

побудованих на основі рішення балансу стоку, О.А.Курганович (КАДІ)

одержав більш точне рішення, ніж (5.12). При цьому скидна витрата визначається безпосередньо:

де λр – коефіцієнт трансформації гідрографу припливу, обумовлений по табл.

7.

При врахуванні акумуляції вводиться обмеження на скидну витрату,

що не може бути менше 0,33 Q.

Порядок розрахунку зберігається колишній. Відмінність складається лише в заміні максимальної витрати стоку Q на скидну витрату Qс.

26

Малі мости, як правило, розраховуються на вільне протікання потоку.

Однак можуть мати місце випадки і невільного протікання, коли потік підтоплюється зі сторони нижнього б'єфа. Умовою початку підтоплення служить співвідношення:

hб 0,73H (5.15)

де: hб – глибина в нижньому б'єфі, що підбирається при витраті Qc < Q по рівнянню нерівномірного руху для природного перетину довжика, якщо відома шорсткість й похил довжика, подібно тому, як визначається нормальна глибина в канаві; Н – напір, який розрахований по формулі (5.9).

Якщо умова (5.14) виконується, то необхідна ширина отвору

визначається таким чином:

Величину скидної витрати розраховують по формулах (5.11) або (5.13)

з обчисленням об'єму ставка по очікуваній глибині води перед мостом:

де φб – коефіцієнт швидкості рівний 0,82 – 0,85.

5.4. Гідравлічні розрахунки нижнього б’єфа малих мостів.

На виході з малих мостів потік перебуває в бурхливому стані.

Розтікаючись у нижньому б'єфі його швидкість може досягати 5 - 6 м/с, у той час допустимі швидкості для ґрунтів відвідного русла, становлять 0,7 - 1 м/с.

Тому для запобігання розмиву й руйнування насипу в споруді необхідно передбачити зміцнення вихідних ділянок за малими мостами.

Характер спряження потоку, що витікає з-під моста бурхливого потоку,

з побутовим потоком нижнього б'єфа за час роботи пропускної споруди може мінятися від повного затоплення витікаючого струменя до збійної течії і вільного розтікання, рис. 5.5. Перший тип сполучення найбільш бажаний,

тому що вимагає найменших витрат на зміцнення, другий -

27

найнебезпечніший, а третій - найпоширеніший.

Рис. 5.5. Сполучення з потоком у нижньому б'єфі (зліва направо) по типу вільного розтікання і збійного струменя

Рис. 5.6. Поздовжній профіль і план конструкції зміцнення нижнього б'єфа

Орієнтуючись на вільне розтікання, пропонується конструкція, що добре зарекомендувала себе з рисбермою за запобіжним укосом або зубом наприкінці укріпленої ділянки, поздовжній профіль і план якого показані на рис. 5.6. Довжина такого зміцнення призначається залежно від проектованої

28

глибини розмиву за ним і визначається по табл. 8.

Тут ∆р/Н – відносна глибина розмиву ( у частках від глибини води перед спорудою) залежно від відносної довжини зміцнення ℓукр/b; b – ширина отвору; α - кут розтікання, обумовлений типом вхідного оголовка, але не більше ніж 45 º.

З наведених даних витікає, що при відсутності зміцнення за спорудою розвивається розмив ∆р ≈ 1,5 Н. Пристрій зміцнення, який довший (3 – 4) b

використовувати недоцільно, тому що він не призводить до помітного зменшення глибини розмиву. З метою створення необхідного запасу в стійкості споруди, прогнозована глибина розмиву збільшується на 0,5 м.

Ширину ділянки зміцнення за малими мостами рекомендується приймати рівної (2 – 3) b.

5.5. Приклади гідравлічних розрахунків малих мостів.

Виконати гідравлічний розрахунок малого моста на автомобільній

дорозі другої технічної категорії в Донецькій області. Вихідні дані:

29

Вихідні дані для гідравлічних розрахунків малих мостів:

А. Гідрологічні розрахунки

При проектуванні малих мостів часто буває неможливим заздалегідь визначити витрату на яку необхідно розраховувати отвір: на витрату зливового стоку або від танення снігу. Тому визначають обидві витрати і у якості розрахункової приймають більшу з них.

Витрата зливового стоку визначається за формулою (5.1). На карті схемі додатка 1 знаходимо, що місцевість, де проектується малий міст розташована в 6 зливовому районі. Для цього зливового району з таблиці додатка 2 при ймовірності перевищення 1% (дорога другої технічної

30