7.Силы гидростатического и гидродинамического давления. Кавитация и аэрация

Силы гидростатического давления целесообразно определять, рас­кладывая их на горизонтальную и вертикальную составляющие. Горизон­тальную составляющую W₁, W₂ силы гидростатического давления обычно вычисляют по эпюре горизонтальной составляющей давления, представ­ленного в метрах водяного столба

Вертикальная составляющая W₃, W₄ равна весу воды в объеме «тела давления», заключенного между напорной поверхностью сооружения и вертикальной плоскостью, проведенной через нижнюю образующую этой поверхности до пересечения со свободной поверхностью воды.

Силы гидродинамического давления.

Силу гидродинамического давления на конструкцию в потоке, на­пример на опору (гаситель, стойка), определяют по формуле

W =

где С_х - коэффициент лобового сопротивления, зависящий от формы об­текаемого водой тела;

p - плотность воды;

w - площадь миделева сечения;

v - средняя скорость.

Кавитационные воздействия. Кавитация в водопропускных соору­жениях обусловлена местным падением давления в потоке до критической величины, при которой происходит холодное кипение жидкости. В результате этого происходит разрушение материала, т.е. кавитационная эрозия.

При пропуске воды через водопропускные сооружения с достаточно большими скоростями наблюдается кавитационная эрозия сливных граней водослива, гасителей энергии в нижнем бьефе и плит водобоя, граней бы­ков водосливных оголовков входных и выходных от­верстий и быков напорных водоводов (рис. 11.3, б), участков водоводов за глубинными затворами и др.Воздействие аэрации на сооружения. При проектировании соору­жений, пропускающих поток, с большими скоростями, решается ряд во­просов, связанных с аэрацией потока, т. е. захватом воздуха потоком. Захват воздуха через свободную поверхность потока называют самоаэрацией.Отрицательное воздействие аэрации на сооружение заключается, на­пример, в «разбухании» потока; которое требует для незамкнутых водо­пропускных (водосбросных) сооружений увеличения высоты бортов, огра­ничивающих поток.

8. Ветровые волны и их воздействие на сооружения

Ветровое волнение. При продолжительном действии ветра на по­верхности воды развивается волнение, при котором частицы воды совер­шают сложное вращательно-поступательное движение. Вода при волнении производит на сооружение дополнительное давление (сверх гидростатиче­ского, отвечающего расчетному уровню), называемое волновым.

Вид волн и значение их параметров (высота h, период t, длина вол­ны l — рис. 12.1) зависят от волнообразующих факторов - скорости вет­ра W, продолжительности его действия t, глубины водоема H и длины раз­гона волны D.

Высоту волны определяют по самому невыгодному сочетанию ско­ростей ветра при расчетном шторме и длины разгона. Длина разгона равна расстоянию по прямой от берега до сооружения, а величину скорости вет­ра в этом направлении определяют по розе ветров (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Роза ветров (а) и длина разгона волны (б)

Волны, периоды и высота которых изменяются от одной волны к другой случайным образом, называют нерегулярными; если периоды и вы­соты отдельных волн одинаковы, их классифицируют как регулярные.