Методические указания к решению задачи 4

Водопропускные трубы под насыпями дорог (железных и автомобильных) служат для пропуска расходов воды периоди­чески действующих водотоков во время ливневых или весен­них паводков.

В настоящее время чаще всего применяются водопропуск­ные трубы круглого сечения.

По числу отверстий трубы бывают одноочковые, двухочковые, трехочковые и многоочковые.

Согласно действующим типовым проектам, круглые дорож­ные водопропускные трубы имеют следующие стандартные от­верстия: 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 и 2 м.

Одной из задач гидравлического расчета труб является опре­деление необходимого диаметра труб. При этом считается, что пропускная способность многоочковых (двухочковых, трехочковых и т. д.) труб равна суммарной пропускной способности соответствующего количества одноочковых труб.

Гидравлические расчеты водопропускных труб выполняют в зависимости от условий их работы.

Различают следующие режимы работы труб:

- безнапорный, когда входное сечение не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность (рисунок 6, а);

- полунапорный, когда входное сечение трубы затоплено, т.е. на входе труба работает полным сечением, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность (рисунок 6, б);

- напорный, когда труба работает полным сечением, т.е. все поперечное сечение трубы по всей длине полностью заполнено водой (рисунок 6, в).

Безнапорным режимбывает при условии

где - напор (глубина) воды перед трубой, м;

- диаметр трубы, м.

Пропускная способность безнапорных труб может быть определена по формуле А.А. Угинчуса

, м³/с,

где -коэффициент расхода (при решении принять =0,335);

- средняя ширина потока в сечении с критической глуби­ной, м. (Определяется по графику, представленному на рисунке 7).

Полунапорный режимбывает при условии

Пропускная способность полунапорных труб с учетом укло­на дна определяется по формуле

, м³/с,

где - коэффициент расхода, зависящий от типа оголовка (для условий данной задачи принять = 0,7);

- площадь сечения трубы, м²;

- диаметр отверстия трубы, м;

- уклон дна трубы.

 

Пропускная способность полунапорных труб больше, чем безнапорных.

 

Рис. 6 – Схемы режимов работы труб

 

 

 

Рис. 7 – График для определения средней ширины потока в сечении с критической глуби­ной

 

Напорный режимимеет место при одновременном выполне­нии трех условий:

- входной оголовок должен быть обтекаемым;

- ;

- ,

где - гидравлический уклон.

Пропускную способность напорных труб вычисляют по формуле

, м³/с

Коэффициент расхода определяют зависимостью

где - коэффициент сопротивления на входе. Для обтекае­мых оголовков = 0,2;

- гидравлический коэффициент трения (при решении принять = 0,025);

- длина трубы, м.

При напорном режиме трубы обладают наибольшей про­пускной способностью.

В соответствии с вышеизложенными определениями, зада­чу решают в следующем порядке:

1. Исходя из заданной допустимой скорости движения воды в трубе , определяют:

- площадь живого сечения потока

, м²

- диаметр напорной трубы

, м

Найденный диаметр округляют до большего стандартного значения (0,75; 1,0; 1,25; 1,5; 2,0 м).

2. Вычисляют фактическую скорость движения воды по формуле

, м/с

3. Определяют длину трубы .

При ширине земляного полот­на , высоте насыпи и крутизне заложения ее откосов длина трубы составит

, м

4. Вычисляют значение коэффициента расхода

 

5. Определяют напор воды перед трубой

, м

При этом должны быть выдержаны условия:

- ;

- ;

- .

Проверка последнего условия проводится на основании формулы Шези

, м³/с,

откуда гидравлический уклон

,

где - расходная характеристика трубы найденного стандартного диаметра, м³/с

- коэффициент Шези, м^0,5/с;

- коэффициент шероховатости материала трубы

, м³/с

, м^0,5/с;

= 0,014

6. Рассчитывают предельные расходы и соответствующие им глубины перед трубой при полунапорном и безнапорном режимах.

Верхний предел существования полунапорного режима определяется условием

Соответствующий ему предельный расход вычисляется по формуле

, м³/с

Верхний предел существования безнапорного режима опре­деляется условием

Соответствующий ему расход вычисляется по формуле

, м³/с

7. Определяют среднюю ширину потока в сечении с крити­ческой глубиной.

Для определения вычисляют отношение

, м²/с

Находят значение безразмерного параметра

Затем по графику (см рисунок 7) определяют соответствующую этому параметру величину , по которой определяют значение .