Гидротехнические и природоохранные сооружения

4.4. – Эпюра сейсмических сил в элементах напорной граниРис. 4.5. – Эпюры распределения веса элементов напорной грани с учетом присоединенной массы (синяя эпюра) и без учета воды (оранжевая эпюра)Рис. 4.6. – Эпюра коэффициента Аk/a0Согласно СП 14.13330.2018 усилия в конструкциях зданий и сооружений, проектируемых для строительства в сейсмических районах, а также в их элементах следует определять с учетом высших форм их собственных колебаний. Минимальное число форм собственных колебаний, учитываемых в расчете, рекомендуется назначать так, чтобы сумма эффективных модальных масс, учтенных в расчете, составляла не менее 90% общей массы системы, возбуждаемой по направлению действия сейсмического воздействия для горизонтальных воздействий.Найдем сумму эффективных модальных массдля первой формы колебаний:Найдем сумму эффективных модальных массдля второй формы колебаний:Найдем сумму эффективных модальных массдля третьей формы колебаний:Следовательно, учтенных форм достаточно,сумма эффективных модальных масс, учтенных в расчете, составляетболее 90% общей массы системы.Произведем расчет, на особое сочетание нагрузок (сеч. 1-1). При расчетах плотин на особые сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать постоянные, временные длительные, кратковременные нагрузки и воздействия и одну из особых нагрузок и воздействий.Рис. 4.7. – Схема нагрузок на плотину по сечению в основании подошвы 1-1 (особое сочетание нагрузок)Расчет представим в виде таблицы:Расчет на плоский сдвиг:Сдвигающая сила:Расчетное значение силы предельного сопротивления сдвигу:В зоне растягивающих напряжений находится цементационная завеса плотины. Следует переместить цементационную потерну и увеличить заложение плотины.Рис. 4.8. – Схема нагрузок на плотину по сечению в основании подошвы 1-1 (особое сочетание нагрузок)Расчетысведем в таблицу:Рис. 4.9. – Распределение напряжений в основании плотиныПроизведем расчет, на основное сочетание нагрузок по сечению 2-2 (примерно 1/3 высоты от гребня). При расчетах плотин на основные сочетания нагрузок и воздействий следует учитывать постоянные нагрузки и воздействия:Рис. 4.10. – Схема нагрузок на плотину по сечению 2-2 (особое сочетание нагрузок)Расчет представим в виде таблицы:Рис. 4.11. – Распределение напряжений в сечении 2-25.Гидравлические расчеты водопропускных сооружений5.1.Расчет пропуска строительного расходаСтроительный расход, с учетом геологических и гидрологических условий, целесообразно пропускать через туннельный водосброс.Для пропуска строительного расхода предусмотрим туннельный водосброс. Расход через водовод определяется по формуле: - действующий напор на туннель; - площадь поперечного сечения на выходе из туннеля; - коэффициент расхода водовода.Площадь поперечного сечения:Расчет будем вести последовательным приближением.В первом приближении принимаем Напор будет создаваться строительными перемычками. Высота перемычки:УНБ(стр) найдем по батиграфической кривой, заданной в исходных данных.Рис. 5.1. Батиграфическая криваяТогда площадь поперечного сечения равна:Принимаем 2 отверстия площадью по 20,0 м2, размером 4,0х5,0(h) м.Т.к. коэффициент расхода точно неизвестен, ориентировочно принятое значение требуется пересчитать. Для этого надо определить все потери (коэффициенты сопротивления ), возникающие в трубе. - коэффициент Кориолиса; - суммарный коэффициент сопротивления.Коэффициенты сопротивления на вход в трубу принимаем, при плавном входе, равным , на выход , так как истечение под уровень. Коэффициент сопротивления по длине вычисляем по формуле: – коэффициент сопротивления по длине, определяемый по формуле Н.П. Павловского: - относительная шероховатость: – гидравлический радиус:где L – длина проектируемого туннеляРасчетпроизведем в табличной форме:Окончательно принимаем b=4,2 м, h=5,4 мРис. 5.2. Принятые габариты туннеля5.2.Расчет пропуска эксплуатационного расхода1. Проектирование водосливного фронтаВодосливная грань состоит из быков и пролетов, через которые производится пропуск воды.Ширина пролетов водосливной плотины принимается согласно стандартным значениям: 10; 12; 14; 16; 18; 20; 24; 30.Ширина водосливного фронта должна вписаться в фактическую ширину русла. Расход, который должен быть пропущен через водослив, будет равен максимальному расчётномуQmax, т.е.:Принимаем 4 водосливных пролетов по 14 метров. Все быки разрезные, шириной 3 м. Тогда длина водосливного фронта:Рис. 5.4. Схема водосливного фронтаУдельный расход:Величина удельного расхода для скальных грунтов может достигать значительных величин более 150 м2⁄с. Принятая ширина водосливного пролёта обеспечивает нормальные условия эксплуатации.Проверим скорость воды при таком удельном расходе:Значение УНБ принимаем из батиграфической кривой реки. Рис. 5.4. Батиграфическая криваяПолученная скорость не превышает допустимую.2. Определение отметки порога водосливаОтметка порога водослива назначается такой, чтобы при создаваемом напоре на пороге H был возможен пропуск расчетного паводка при НПУ. Для этого используем универсальную формулу расхода водослива:где – коэффициент расхода водослива;– ширина водослива.– коэффициенты, учитывающие влияние на пропускную способность водослива соответственно бокового сжатия и влияния подтопления;– напор на пороге водослива с учетом скорости подхода :Для определения снижения коэффициента расхода за счет устройства горизонтальной вставки используем формулу:где – общая ширина вставки на водосливном пороге, включая горизонтальную вставку Рис. 5.5. Схема расположения горизонтальной вставки на пороге водосливаДля вычисления коэффициента бокового сжатия можно воспользоваться следующей формулой:где – высота водослива; – коэффициент, учитывающий форму оголовков быков, принято плавное очертание; – ширина потока до водослива;При , следует принимать .Учёт подтопления водослива практического профиля производится, если отметка его порога окажется ниже уровня нижнего бьефа. Для определения коэффициента можно воспользоваться таблицами, которые дают связь с отношением . ( – глубина подтопления; )Определяем скорость подхода воды к водосливу:Рис. 5.6. К определению площади поперечного сеченияводохранилища в створе гидроузлагде - площадь поперечного сеченияводохранилища в створе гидроузла. Скорость подхода меньше 0,5, в расчетах не учитываем.Напор на водосливе и отметку гребня водослива находим последовательными приближениями.Приближение 1: Приближение 2:Приближение 3:Дальнейшие приближения дают одинаковые значения. Очертание водослива практического профиля строится по известным координатам Кригера – Офицерова. Внизу водосливная поверхность плотины плавно сопрягается с горизонтальной поверхностью крепления нижнего бьефа цилиндрической поверхностью радиусом R.Координаты для построения оголовка вакуумного водослива с оголовком профиля А для напора . Нижнюю часть водосливной грани очерчиваем по дуге круга радиусом R. Величина этого радиуса назначается в зависимости от высоты плотины и напора на гребне водослива.Рис. 5.7. Расчет очертания водослива практического профиля (Таблицы Кригера-Офицерова)