WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 |

«ТРУДЫ НОВОСИБИРСКОГО ИНСТИТУТА ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ВЫПУСК 60 ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛЬДА НА ОПОРЫ МОСТОВ И ГИДРАВЛИКА СООРУЖЕНИЙ ИЗДАТЕЛЬСТВО ТРАНСПОРТ МОСКВА ...»

-- [ Страница 19 ] --

Так, по разработанным в 1961 г. Лентрансмостпроектом типовым проектам труб дли отводящего русла прямоугольной трубы предусмотрено укрепление из железобетонных плит см. Размеры укрепления: длина с рисбермой 13,64 м, ширина рисбермы (концевой части укрепления) 18 м, общая площадь укрепления отводящего русла 163,1 м2. Объем железобетонных плит составляет 16,9 м3; кроме того, дополнительно укладывается на месте 5,1 м3 бетона и около 15 м3 камня (для рисбермы).

Однако в случае устройства укрепления в отводящем русле, сложенном из несвязаных грунтов (песок, мелкий гравий) глинистых (связных) грунтов, глубина размыва за рисбермой, не исключена и по расчетным данным может достигнуть 1,5 м. Таким образом, несмотря на значительные затраты на укрепление, нет полной гарантии предотвращения размывов. Это происходит потому, что при протекании по укрепленной части поток встречает очень малое сопротивление, оказываемое гладкой поверхностью плит; коэффициент шероховатости n примерно равен 0, (шероховатая бетонная поверхность).

Размывающая способность потока в отводящем русле за гидравлическим прыжком определяется степенью шероховатости укрепления. Если сравнить размывающую способность потока [1] База нормативной документации: www.complexdoc.ru при различной шероховатости русла: 0,014 и 0,03, то окажется, что в случае бетонного русла интенсивная размывающая способность сохраняется на значительном участке и прекращается при длине его l = 20hбыт, где hбыт - бытовая глубина в отводящем русле.

При шероховатом отводящем русле (n = 0,03 - каменное мощение) интенсивность размыва резко снижается и всякий размыв прекращается при l = 8hбыт.

Следовательно, для уменьшения размывающей способности потока в отводящем русле и уменьшения размеров типовых укреплений, устраиваемых из железобетонных плит, целесообразна повышенная шероховатость. В частности, в некоторых проектах труб Сибгипротранса уже предусмотрена такая искусственная шероховатость. В гидравлической лаборатории НИИЖТа в содружестве с отделом мостов Сибгипротранса были проведены экспериментальные исследования условий протекания потока в отводящих руслах.

Модель искусственного сооружения была установлена в лотке шириной 98 см и длиной 7 м. Стенки и дно лотка стеклянные. Вода поступала из напорного бака по трубопроводу в лоток и сливалась в сборный подземный резервуар, откуда центробежным насосом подавалась в напорный бак. Были сделаны две модели: одна представляла собой мост отверстием 0,3 м с трапецеидальным сечением подмостового русла, другая - трубу прямоугольного сечения отверстием 0,3 м с раструбными входным и выходным оголовками. За сооружением в отводящем русле для обеспечения повышенной шероховатости дано укрепление из деревянных брусков, наклеенных на поверхность дна лотка битумным лаком.

При проведении опытов трубкой Пито-Ребока измеряли скорости в различных сечениях: на выходе потока из сооружения, в сечении максимальной ширины растекания потока в отводящем русле и других характерных сечениях. Для определения глубин в этих сечениях измеряли отметки свободной поверхности потока и дна лотка. Вначале исследовали протекание потока в гладком отводящем русле (дно и стенки лотка стеклянные), потом в русле с повышенной шероховатостью (из брусков) и при одинаковых расходах проводили соответствующие измерения. Это давало возможность устанавливать эффективность гашения скорости потока при конкретном типе шероховатости.

Протекание потока в отводящем русле с повышенной шероховатостью за водопропускной трубой прямоугольного сечения. Модель прямоугольной трубы отверстием 0,3 м имела База нормативной документации: www.complexdoc.ru входной и выходной оголовки раструбные. Для повышения шероховатости отводящего русла применяли деревянные бруски сечением 68 (рис. 1) и 812 мм (рис. 2), длиной соответственно 5 и 10 см. В отводящем русле бруски устанавливали в шахматном порядке Общую длину участка отводящего русла с повышенной шероховатостью принимали различной, т.е. количество рядов брусков шероховатости изменяли.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru Рис. 1. Схема модели трубы и отводящего русла с повышенной шероховатостью (первый вариант - бруски 68 мм): 1-4 - продольный разрез модели с укреплением База нормативной документации: www.complexdoc.ru Рис. 2. Схема модели трубы и отводящего русла с повышенной шероховатостью (второй вариант - бруски Кроме того, для сравнения эффективности гашения энергии при том или ином типе шероховатости измеряли параметры потока в гладком отводящем русле модели трубы (повышенная шероховатость отсутствовала).

Основные параметры потока определяли во всех опытах данной серии при трех расходах: 12,3; 19,8 и 28,3 л/сек. Протекание потока в отводящем русле было свободным, т. е. без подтопления со стороны нижнего бьефа.

Эффективность гашения энергии в отводящем русле трубы, но дну которого создана повышенная шероховатость брусками сечением 68 мм, иллюстрируется на рис. 3. Точки 1-4 кривой I дают среднее значение скорости потока соответственно 1- участков, показанных на рис. 1; точки 1'-4' - среднюю величину скорости в тех же сечениях участков, но при гладкой поверхности русла, т. е. при отсутствии брусков шероховатости. Кривая II (см.

рис. 3) характеризует изменение средней скорости от сечения полного растекания в отводящем русле и далее по длине потока, протекающего за сооружением в гладком отводящем русле. Здесь средняя величина скорости изменяется очень плавно, так как поток на этом участке протекает в бурном состоянии, причем глубины изменяются очень незначительно. Установка брусков шероховатости (см. рис. 1) приводит к резкому изменению картины протекания потока: скорости уменьшаются, глубины возрастают.



Это видно на кривой I (см. рис. 3), характеризующей величины средней скорости по сечениям, измеренным в потоке при том же расходе, что и для кривой II, но при наличии шероховатости в отводящем русле.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru Рис. 3. Эффективность гашения скоростей в отводящем русле с помощью искусственной шероховатости (Q = 12,3 л/ В частности, при длине участка с повышенной шероховатостью lш = 85 см скорость в сечении за ним почти в два раза меньше той, которая имеет место в гладком укрепленном русле. При уменьшении длины участка эффект гашения скоростей снижается.

Например, при lш =45 см скорость в сечении за участком шероховатости снижается в полтора раза. Следовательно, чем меньше длина участка с повышенной шероховатостью, тем выше поднимаются точки кривой I, приближаясь к кривой II.

Аналогичная картина наблюдается при протекании потока в отводящем русле с повышенной шероховатостью из брусков сечением 812 мм по рис. 2. Эффективность гашения энергии потока для указанных схем представлена на рис. 4 для расходов 28,3 и 12,3 л/сек. При наибольшей длине участка шероховатого укрепления (lш = 80 см) степень гашения энергии в отводящем русле составляет 30 %. При сокращении длины участка эффективность гашения энергии снижается. Сравнивая эффективность гашения скорости потока для одинаковых схем шероховатости, но при разных расходах (см. рис. 4), можно отметить, что при меньшем расходе (12,3 л/сек) снижение скоростей оказывается более значительным (на 73 % для lш = 80 см). Очевидно, при большем расходе увеличивается глубина потока в отводящем русле, в связи с этим уменьшается относительная высота шероховатости. Уменьшение относительной высоты шероховатости приводит к снижению эффекта гашения скорости.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru Рис. 4. Эффективность гашения энергии при различных Сравнивая данные на рис. 3 и 4 для одного и того же расхода (12,3 л/се/с), видим, что отличительная особенность данных этих двух графиков - различное сечение брусков шероховатости (68 и 812 мм), длина их и расстояние, на котором они устанавливались.

Несмотря на то, что сечение брусков шероховатости больше, эффект гашения скорости в первом случае оказывается ниже.

Это свидетельствует о том, что увеличение расстояния между отдельными брусками и их рядами (см. рис. 4) привело к снижению эффекта гашения скорости.

Протекание потока в отводящем русле с повышенной шероховатостью за мостом. Модель имела необтекаемые конусы и поперечное трапецеидальное сечение русла в пределах моста.

В отводящем русле обеспечивали повышенную шероховатость прямоугольными брусками сечением 68 и 812 мм, длиной 5 см.

В отводящем русле бруски устанавливали вразбежку, т.е. в шахматном порядке с расстоянием между брусками и отдельными их рядами по 5 см. Длина участка шероховатости в отводящем русле принималась различной (рис. 5).

Бруски шероховатости сечением 812 см устанавливали аналогично указанному на рис. 5.

База нормативной документации: www.complexdoc.ru В опытах данной серии через сооружение (мост) пропускали расходы: 5,8; 12,3; 19,8 и 28,3 л/сек. Поток в отводящем русле протекал по схеме свободного истечения, т. е. без подтопления со стороны нижнего бьефа.

Рис. 5. Схема модели моста и отводящего русла с повышенной шероховатостью. Бруски сечением 68 мм, Относительная высота шероховатости представляет собой величину /н - где - высота бруска шероховатости; н - подпор перед сооружением (мостом). Анализируя влияние относительной высоты шероховатости на степень гашения скоростей в отводящем русле при различной длине участка шероховатости (рис. 6) и = 8 мм видим, что закономерность гашения энергии для всех трех длин участков шероховатости остается одинаковой - кривые I, II, База нормативной документации: www.complexdoc.ru III имеют одинаковый характер. Кривая I показывает зависимость скорости от относительной высоты брусков шероховатости при самой большой длине участка шероховатости отводящего русла;

очевидно, в этом случае эффективность гашения энергии будет максимальной. Кривая III, выражающая зависимость скорости потока в отводящем русле при минимально принятой длине участка шероховатости, располагается выше остальных, т.е. в этом случае эффективность гашения скорости будет наименьшей.

Рис. 6. Влияние относительной высоты шероховатости /н на степень гашения скоростей в отводящем русле при различной длине участков повышенной шероховатости Сравнивая положение кривых II и III, следует отметить, что увеличение длины участка шероховатости lш после определенного предела приводит к незначительному снижению скорости за укреплением. В данном случае кривая II, соответствующая длине lш = 70 см, располагается несколько выше кривой III, соответствующей lш = 105 см. Расхождение скоростей невелико.

В частности, для кривой II скорости в среднем больше на 6 %, чем для кривой I. Для случая, когда высота бруска шероховатости = 12 мм (рис. 7), сохраняется та же закономерность (см. кривую II на- рис. 6).

База нормативной документации: www.complexdoc.ru Рис. 7. Влияние относительной высоты выступов шероховатости на степень гашения скоростей (lш = 70 см) Рассмотрим эффективность гашения скоростей для брусков шероховатости сечением 68 мм, устанавливаемых через 5 см.

На рис. 8 представлены значения средних скоростей потока в отдельных сечениях отводящего русла при расходе Q = 28,3 л /сек для двух случаев: при отсутствии повышенной шероховатости (гладкое русло) - кривая I; при наличии повышенной шероховатости - кривая II.

Рис. 8. Степень гашении скоростей в отводящем русле с повышенной шероховатостью при разных расходах Можно отметить следующее. При lш = 105 см скорость за участком шероховатости 64 см/сек, а при гладком отводящем русле в этом же сечении 124 см/сек, т. е. при наличии шероховатости скорость потока снижается почти в два раза. Для участка шероховатости длиной lш = 70 см эффект практически тот же. При меньшей длине шероховатости эффективность гашения скоростей снижается. Аналогичный эффект гашения скоростей наблюдался и при расходе 12,3 л/сек (см. рис. 8).



Pages:     | 1 |   ...   | 17 | 18 || 20 |