6.3. Определение величин подпора

Задача решается при помощи расчета, который включает в себя: определение величины наибольшего предмостового подпора Δh_В, вычисление расстояния от моста до вертикали, где предмостовой подпор наибольший Х_о и установление максимального подпора у пойменной насыпи Δh_Н (рис.22).

Последовательность расчета.

1. Определяют меру стеснения потока Q_Р/Q_М,

где Q_Р – расчетный расход, м³/с;

Q_М – расход в пределах отверстия моста, м³/с,

который вычисляется по формуле

Q_М = Q_КР + q_ЛПl_ЛП + q_ППl_ПП , (47)

где Q_КР – расход в коренном русле реки, принимается по таблице 24 или определяется по формуле (30);

q_ЛП, q_ПП – удельные расходы левой и правой пойм, м²/с;

l_ЛП, l_ПП – длины частей пойм перекрытых мостом, м

Рис. 22. Продольный профиль водной поверхности стесненного потока

На рис. 23 приведена осредненная эпюра удельных расходов живого сечения реки и элементы пойменных участков l_ЛП и l_ПП, входящих в длину отверстия моста l_М.

Рис.23. Распределение удельных расходов и длины пойменных участков в пределах отверстия моста

2. Вычисляют скорости течения потока воды:

а) бытовую скорость течения

(48)

б) скорость течения под мостом в бытовом состоянии

(49)

в) фактическую скорость течения под мостом

(50)

где ω_Б – площадь живого сечения всего потока, м² (табл.24);

ω_БМ – площадь живого сечения в пределах отверстия моста в бытовом состоянии, м²,определяется по формуле

(51)

где средняя площадь коренного русла реки ω_КР и средние глубины левой и правой пойм h_ЛП и h_ПП берутся из табл.24 или вычисляются по формуле (12).

3. Рассчитывают величину отношения числа Фруда к уклону водной поверхности

(52)

где V_Б – бытовая скорость течения потока, м/с;

q – ускорение силы тяжести (q = 9.81 м/с²);

L_Р – расчётная ширина потока, м;

i_Б – уклон водной поверхности в бытовых условиях.

Расчетная ширина потока L_Р устанавливается в зависимости от расположения пойм в живом сечении реки

При односторонним стеснении расчетная ширина потока равна ширине разлива реки при РУВВ, т.е. L_Р =L_Б.

При равных поймах и симметричном стеснении потока L_Р = L_Б/2.

При неравных поймах и двухстороннем стеснении потока расчетная ширина потока равна ширине большой поймы при РУВВ и 0,5 ширины коренного русла, т.е. L_Р = L_поймы+0,5В_КР.

4. Вычисляют расстояние от створа мостового перехода М до вертикали, где предмостовой подпор наибольший (рис. 22 )

(53)

где a – параметр формулы, зависящий от Q/Q_М и Fr/i_Б. Определяется по приложению 10.

5. Определяют величину наибольшего предмостового подпора Δh_В

(54)

где К – безразмерный коэффициент, учитывающий гидравлические сопротивления и определяемый по формуле

(55)

6. Вычисляют величину максимального подпора у пойменной насыпи Δh_Н

(56)

где Δh_В – наибольший предмостовой подпор, м;

X_О - расстояние от створа мостового перехода до вертикали, где предмостовой подпор наибольший, м;

i_Б – уклон водной поверхности реки в бытовых условиях;

V_Б – бытовая скорость течения потока, м/с;

q – ускорение силы тяжести (q =9.81 м/с²)

Пример. Определить величины предмостового подпора и максимального подпора у пойменной насыпи мостового перехода через реку Сок.

Исходные данные. Расчетный расход Q_Р =1370 м³/с и основные характеристики живого сечения реки, приведенные в табл. 24; продольный уклон реки i_Б = 0,00033; длина отверстия моста равна ширине коренного русла реки, т.е. l_М = В_КР =450м.

Расчет состоит из определения величины наибольшего подпора перед мостом Δh_В, расстояния от оси моста до вертикали, где предмостовой подпор набольший X_О и максимального подпора у пойменной насыпи Δh_Н (рис. 22).

Последовательность расчета.

1. Определяем меру стеснения потока

где Q_М – вычисляется по формуле (47)

В нашем случае, в отверстие моста не входят участки пойм, т.е. l_М=В_КР, поэтому произведения q_ЛПl_ЛП и q_ППl_ПП , входящие в расчетную формулу (47), соответственно будут равны нулю.

Решая формулу (47), получаем

Q_М = Q_КР + q_ЛПl_ЛП + q_ППl_ПП = 732 + 0.13·0 + 0.27·0 = 732,0 м³/с,

где Q_КР – расход в коренном русле, принимается по табл. 24

2. Вычисляем скорости течения потока воды:

а) бытовую скорость течения по формуле (48)

где площадь всего живого сечения реки определяется по данным табл.24

б) скорость течения под мостом в бытовом состоянии и фактическую скорость течения

где после решения формулы (49) устанавливаем, что

3. Определяем величину отношения числа Фруда к уклону реки по формуле (52)

В этой формуле расчетная ширина потока L_Р устанавливалась для живого сечения реки с неравномерными поймами и двухсторонним стеснением потока, т.е. L_Р = L_поймы+0,5В_КР = 2260,0 + 0,5·450,0 = 2485,0 м

4. По формуле (53) рассчитываем расстояние от моста до вертикали, где предмостовой подпор наибольший

где коэффициент а находим по приложению 10.

При и мере стеснения значение коэффициента а принимаем по графе с минимальным отношением и с интерполяцией отношений и

Q_Р/Q_М = 1,5 – 1,21

Q_Р/Q_М = 2,0 – 1,36

0,5 – 0,15 а =1,21 + 0,11 = 1,32

0,37 – x

После вычисления искомый коэффициент а = 1,32

5. Величину наибольшего предмостового подпора Δh_В рассчитываем по формуле (54)

6. Величину максимального подпора у пойменной насыпи Δh_Н вычисляем по формуле (56).

В результате расчетов установлено, что наибольший предмостовой подпор Δh_В равен 0.1 м. Этот подпор будет наблюдаться на расстоянии X_О = 196.8 м от моста вверх относительно направления течения речного потока. Максимальный подпор у пойменной насыпи Δh_Н превышает предмостовой подпор Δh_В и равен 0.17м.