Расчет пропускной способности поверхностных водосбросов

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Кафедра: «Гидротехническое и энергетическое строительство»

Курсовой проект

По дисциплине «Гидротехнические сооружения» на тему:

 «Бетонная водосбросная плотина»

 Выполнил: ст. гр. 110123  

                   Каплин С.А.

                                                                                           Руководитель: Моргунов С.А.

Минск 2007

Содержание

1. Компоновка сооружений гидроузла. …………………………………………………………5

2. Гидравлические расчеты. ……………………………………………………………………..5

2.1. Расчет пропускной способности поверхностных водосбросов. ………………………….5

  2.1.2. Расчет глубинных отверстий. …………………………………………………………..8

  2.1.3. Проверка пропуска максимального (катастрофического) расхода. …………………10

2.2. Расчет сопряжения бьефов. ………………………………………………………………...10

3. Конструирование тела плотины и ее элементов. ……………………………………………...15

3.1. Конструирование элементов подземного контура и профиля плотины. ………………..15

  3.1.1. Проектирование поперечного профиля плотины. …………………………………….15

3.2. Конструирование гравитационной плотины. ……………………………………………...15

  3.2.1. Деформационные швы и их уплотнения. ……………………………………………...16

  3.2.2. Понур. ……………………………………………………………………………….........16

3.3. Конструкция водобоя. ……………………………………………………………………….16

3.4. Конструкция рисбермы. ……………………………………………………………………..17

3.5. Конструкция быков водосливных плотин. ………………………………………………...17

3.6. Конструкция береговых устоев. …………………………………………………………….18

4. Фильтрационные расчеты плотины. …………………………………………………………….19

4.1. Расчет фильтрации в основании бетонной плотины. …………………………………….. 19

4.2. Расчет фильтрации в обход берегового устоя. …………………………………………….21

5. Расчет плотины на устойчивость и прочность. …………………………………………………23

5.1. Нагрузки и воздействия на плотину. ………………………………………………………...23

5.2. Расчет устойчивости плотины на сдвиг. …………………………………………………….26

5.3. Строительный случай. ………………………………………………………………………..28

5.4. Расчет напряжений бычка. …………………………………………………………………...29

6. Пропуск строительных расходов. ………………………………………………………………..30

Приложение. …………………………………………………………………………………………31

Литература. …………………………………………………………………………………………..34

1.Компоновка сооружений гидроузла.

В состав гидроузла входят:

1. Бетонная гравитационная двухъярусная плотина. Отметка гребня плотины 197, напор на гребне плотины 6 м, ширина водосливного отверстия 7 м. Количество донных отверстий-5, ширина отверстия 7 м, высота 2 м.

За плотиной устраивается водобойный колодец 1,4 м. Водобой выполняется в виде массивной бетонной плиты толщиной 2,8 м, длиной 33,5 м, в которой для снятия фильтрационного давления устраиваются дренажные разгрузочные колодцы через 6м, размером 1×1м. За водобоем устраивается рисберма длиной 28 м, которая выполняется из монолитных бетонных плит размером 5×4×0,4м. За рисбермой для гашения оставшейся энергии устраивается ковш глубиной 4,15 м. Ковш на 2 м загружается камнем. Для увеличения устойчивости плотины и удлинения пути фильтрации под сооружением устраивается анкерный понур длиной 17,25 м и толщиной  сечения 1,4 м.

2.Земляная плотина. Отметка гребня плотины 207,8, ширина гребня 8 м, заложение верхового откоса 1:3, заложение низового откоса 1:2,5.

2.Гидравлические расчеты.

Гидравлические расчеты водосбросных сооружений плотин и их нижних бьефов выполняются с целью решения следующих основных задач:

- Определение ширины водосливного фронта, отметки гребня водослива и профиля водосливной поверхности.

- Назначение очертания быков, конструкций и очертаний бе­реговых открылков, отметок понура и конструкций крепления дна в верхнем бьефе.

- Выбор оптимального режима сопряжения бьефов и назначения отметок заложения водобоя и рисбермы типов и размеров гасителей энергии, участков крепления дна, берегов, длины и очертаний в плане береговых бетонных сопрягающих устоев и открылков в ниж­нем бьефе.

При выполнении гидравлических расчетов плотин рассматривают основной и поверочный случаи.

Основной расчетный случай соответствует пропуску расчетного паводкового расхода воды всем водопропускным фронтом сооружения при нормальном подпорном уровне (НПУ) в верхнем бьефе.

Поверочные расчеты проводятся для случая пропуска расчетно­го максимального (катастрофического) расхода воды при форсированном уровне верхнего бьефа.

Ширина водосливного фронта плотины В определяется принятой величиной удельного расхода воды в HБ. По данным практики эксплуатации удельный расход для плотин средних напоров песчаных оснований принимаем 25 м³/с на 1 пагонный метр.

Расчет пропускной способности поверхностных водосбросов

Водосливная часть плотины ограничивается береговыми устоями и разбивается быками на отдельные водосбросные отверстия, перекрываемые затворами.

(2.1);

Двухъярусная водосбросная плотина представляет собой комбинацию поверхностного водосброса и глубинного водосброса. Первоначально рассчитываем  водосливной фронт только поверхностных отверстий.

B= ;

где Qр.п. – расчётный паводковый расход;

q – удельный расход воды в НБ

В соответствии с найденным значением В принимается количество водосливных отверстий n и их ширина b (В=nb).

Ширина водосливного отверстия, перекрываемого затвором, принимается b=8 м, а их количество n=5.

- коэффициент подтопления водослива; = 1,0;

 - коэффициент бокового сжатия; = 1,0;

- коэффициент расхода водослива; =0,46;

 g- ускорение силы тяжести, принимаемое равным 9,81 ,

В первом приближении принимается =Н.

, отсюда

Принимаем Н = 6 м.

Проверим водопропускную способность поверхностных водопропускных отверстий с принятыми размерами. Расход находится по формуле (2.1),где Но – напор на водосливе с учётом скорости подхода;

; (2.2)

-скорость подхода, равная средней скорости в ВБ в сечении, отстоящем от напорной грани водослива на расстоянии (3…5)H.

= ;(2.3)

=203-187,5=15,5;

В_с= =40+(5-1)3=52 м;

 n – количество отверстий;

d = 2d0+2n=2·1+2·0,5=3 м

где d – толщина бычка,

m-ширина паза рабочих затворов

;

b-ширина водосливного пролета; b=8 м

n – глубина паза рабочих затворов;

n=m/2 =0,5 м;          

d₀-толщина суженного перешейка быка; d₀=1 м

Vo = ;

м.

Коэффициент подтопления , т.к. плотина не подтоплена.

Коэффициент бокового сжатия определяется по формуле:

 (2.4);

Где  - коэффициент, зависящий от очертания быков и устоев, принимаем плавное очертание, таким образом .

b – ширина водосливного отверстия;

P – высота водослива; м.

d – толщина бычка.

;

Определим коэффициент расхода водослива по зависимости А.В. Березинского:

;      (2.5)

где с – расстояние от начала криволинейного начала оголовка до начала водосливной поверхности;

м;

;

Расход, пропускаемый поверхностными отверстиями равен:

                        на 14% что больше допустимого.

Во  втором приближении принимается b=7 и n=5.

, отсюда

Принимаем Н = 6 м.

Проверим водопропускную способность поверхностных водопропускных отверстий с принятыми размерами. Расход находится по формуле (2.1),где Но – напор на водосливе с учётом скорости подхода;

В_с= =35+(5-1)3=47 м;

 n – количество отверстий;

Vo = ;

м.

Коэффициент подтопления , т.к. плотина не подтоплена.

Коэффициент бокового сжатия определяется по формуле:

;

Определим коэффициент расхода водослива по зависимости А.В. Березинского:

;

Расход, пропускаемый поверхностными отверстиями равен:

                        на 4,9%.

Расчёт глубинных отверстий

Глубинные водосбросы оборудуются:

-рабочими затворами для перекрытия отверстий в эксплуатационный и строительный периоды;

-ремонтными затворами для отключения водовода от верхнего или нижнего бьефа как в строительный так и в эксплуатационный период;

-сороудерживающими решетками для предохранения водосбросов от попадания в них топляков и крупных предметов;

-подъемными механизмами для затворов и решеток.

Принимаем прямоугольные отверстия с шириной b = 7м и высотой h = 2 м.

Расход глубинных водосбросов определяется по формуле:

; (2.6)

 - площадь выходного отверстия;

.

Нд – действующий напор, определяемый по формуле:

м.

g – ускорение свободного падения,

-коэффициент расхода глубинных водосбросов

= ; (2.7)

 - суммарный коэффициент сопротивления местных потерь и по длине.

+

 - сопротивление на вход; принимаем , т.к. вход прямоугольный.

 - коэффициент сопротивления в пазах;

bn/b<0,1 0,5/7=0,05 поэтому ;

 - коэффициент потерь по длине, определяемый по формуле:

, (2.8)

где R – гидравлический радиус; м,

где  - смоченный периметр,

с – коэффициент Шези, м^0.5/c,

n – коэффициент шероховатости бетона, приняли n = 0,012.

Для определения l, т.е. длины глубинных водосбросов, необходимо определить ширину подошвы плотины.

,

где м.

Отсюда предварительно принимают м.

;

- коэффициент сороудерживающей решетки;

s=0,01- толщина стержня решетки;

bn=0,1- величина просвета между стержнями;

α=90^о- угол наклона решетки к горизонту;

β=1.79- коэффициент зависящий от формы стержня;

=1.79(0,01/0,1)^4/3·1=0,083

,

         Расход, пропускаемый одним глубинным отверстием равен:

Необходимое количество отверстий:

шт.

 Принимаем 4 отверстий из условия использования одинаковых ремонтных затворов

для поверхностных и донных отверстий.