Расчет отверстия малого моста

В основе принятого способа гидравлического расчета малых искус­ственных сооружений лежит классическая теория движения жидкости по водосливу с широким порогом.

Водосливом с широким порогом называется водослив, у которого отношение длины порога к напору более 2,5. Водослив с широким по­рогом может быть незатопленным, когда уровень нижнего бьефа не оказывает влияния на протекание воды по водосливу, и затопленным, когда уровень нижнего бьефа распространяется на водослив. Критерием характера истечения жидкости служит соотношение между бытовой глубиной и критической глубиной потока в сооружении, которая в тео­рии водослива с широким порогом определяется по формуле

hкр-^_ (м),

где h_кр — критическая глубина потока в сооружении;

v — скорость течения воды в сооружении (м/с);

g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с².

Если а ≤ 1,25h_кр, то имеет место свободное истечение (незатоплен-ный водослив. Если a > 1,25h_кр — несвободное истечение (затопленный водослив), где «а» — бытовая глубина водотока в нижнем бьефе.

У водослива с широким порогом предполагается поверхность порога горизонтальной, длина порога ограниченной (l), сопротивления при входе жидкости на водослив и при протекании по водосливу не­значительными.

Для гидравлического расчета отверстий малых мостов при незатоп-ленном водосливе используются следующие формулы:

v2

h1-hкр-^_ (м), g

где v — скорость течения воды под мостом (м/с);

h1 — глубина воды в пределах искусственного сооружения.

Площадь живого сечения под мостом при отверстии моста, равном b, будет равна

со =bh ₁(м²),

где ω — площадь живого сечения (м );

b — водопропускное отверстие моста (м). Расход воды через это отверстие:

Q =bhv(м³с),

v2 3

Имея в виду, что h ₁ - —и, следовательно, Q =b—(м /с), получим

g g

Qg

b = v .

Однако искусственное сооружение всегда сжимает поток, что приво­дит к нарушению параллельности струй течения, к появлению завихре­ний, а следовательно, к ухудшению условий истечения воды через ис­кусственное сооружение. Для учета этого обстоятельства в расчет вво­дится коэффициент сжатия потока, и величина отверстия моста опреде­ляется по формуле

Qg

b =₃,

\xv где μ — коэффициент сжатия потока, принимаемый от 0,8 до 1,00.

Глубина воды перед искусственным сооружением с учетом подпора (h2) определяется по формуле

I1 Iv ₀

h₂=h ₁1 -\(м),

\_ 2ф J 2g

где v ₀ — скорость воды на подходах к сооружению; φ — коэффициент скорости, φ = 0,90.

Если пренебречь величиной -0 как незначительной, то

2g

I1 I1 6 h (

h ₂ =h ₁1 л--------- = ,п_[м).

Если при расчете отверстия моста оказалось а > 1,25h_кр, то расчет ве­дется по схеме затопленного водослива. В этом случае принимается h1 = a, тогда ω = ba; Q = μbav.

Откуда b =-----(м).

\xav

Глубина воды перед искусственным сооружением (с учетом подпо­ра) определяется по формуле

v2 2

v ₀

h₂ -aг".

2gф 2g

Без ущерба для точности расчета расчетная формула упрощается до вида

v2
h₂ -a-i---------------.

2g

Полученная расчетом величина отверстия моста округляется до бли­жайшего большего стандартного значения: 4, 5, 6, 8, 10, 12 и 15 м.

При расчете отверстий мостов в обычных условиях соблюдается сле­дующая последовательность:

1. По нормам сток поверхностных вод определяется расчетным рас­ходом (Q_p) и наибольшим (Q_max) расходом: Q_p = Q ₁₀₀; Qmax = Q ₃₀₀.

2. Предполагая, что имеет место свободное истечение (незатоплен-ный водослив), по расчетному расходу определяется отверстие моста по формуле

Q g

b =_р—. mv

доп

где vд_оп — допустимая скорость течения воды под мостом в м/с, принимаемая в от типа крепления при отверстии моста до 15 м; если отверстие боль-

ше 15 м, то русло не укрепляется, а скорость течения принимается в зависимо­сти от характеристики грунта русла водотока.

3. Полученное значение b округляется до ближайшего большого ти­пового значения b_min и определяется скорость течения под мостом по формуле

Q_рg

v =

mbmin

где g = 9,81 м/с².

4. Определяется критическая глубина потока под мостом

v2

5. Проверяется правильность предположения о наличие незатоплен-ного водослива по неравенству а ≥ 1,25h_кр.

6. Определяется глубина потока перед сооружением с учетом подпо­ра по формуле

h₂ = 1,6h _к

7. Определяется скорость течения под мостом при Q_max по формуле

v =

Qmaxg

mbmin

.

По условиям пропуска Q_max устанавливается отверстие моста при расчетной скорости v = 1 ,2v _доп.

8. Проверяется достаточность высоты насыпи по формулам:

Н >Н _1:300+ а' +с +d(м); Н >Н +а +с +d(м),

где Н1_:300 — отметка уровня высоких вод с учетом подпора при Q_max = <2зос;

Нрасч — отметка уровня высоких вод при расчетном расходе (Q_p = Q₁₀₀)

а' — возвышение низа пролетного строения над ГВВ при Q_max = Q₃₀₀;

а — возвышение низа пролетного строения над ГВВ при Q_p = Q₁₀₀;

d — расстояние от подошвы рельса до бровки основной площадки земляно­го полотна.