10415

В случае недоступности трёхмерных программ, для оценки напряжённодеформированное состояние плотины задача в курсовом проекте всё же может быть сведена к плоской. Для этого к модели плотины прикладываются распределённые нагрузки дополнительного гидростатического давления и веса консолей оголовков контрфорса. Дополнительные распределённые нагрузки должны быть приведены к одномупогонномуметрурасчётной секции, т.е.собраны на ширине консолей оголовков 2t1 и поделены на толщину стенки контрфорса t. Распределённая нагрузка гидростатического давления должна учитывать угол наклона верховой грани, поэтому она должна быть разложена на вертикальную и горизонтальную составляющие. Вес консолей огловоков имеет только вертикальную составляющую. Прикладываться распределённые нагрузки должны: гидростатического давления – вдоль напорной грани; вес консолей – вдоль линии центров тяжести консолей. Предложенная плоская – двумерная схематизация не учитывает площади опирания консолей оголовков, но т.к. в краевых зонах при упругой модели контактные напряженияобычностремятсякнулевыми вотрицательную сторону, то можно предположить, что не учёт этих площадей не значительно повлияетнаупругоеповедениеэтихзони,следовательно,такженаобщеерешение. Чтобы всё-таки учесть влияние консолей и их опирание на основание – в модели плотинызонерасположенияконсолейивоснованиинаглубинуравнуютолщине консоли модуль упругости материала принимается Е’ = E l / t.

3.5.Назначение класса и марок бетона

Выполняется по пункту 2.6. И далее делаются выводы приведённые в 2.7.

51

4.ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

4.1.Выбор типа водосбросного сооружения

Вкачестве водосбросных сооружений в данном курсовом проекте как правилорассматриваетсяводосливнаяплотина,котораяпроектируетсянаосноверанее запроектированной глухой плотины. Могут быть предложены другие водосбросные сооружения, например, береговые, в случае необходимости по компоновке гидроузла.

4.2.Расчётные и сбросные расходы

Основные размеры водосбросных сооружений определяются с помощью гидравлических расчётов. Для выполнения этих расчётов необходимо выяснить расходы воды, сбрасываемые водосбросами.

При проектировании постоянных речных гидротехнических сооружений расчётные максимальные расходы воды QPmax надлежит принимать исходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности) P, устанавливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчётных случаев – основного и поверочного [2, п. 8.26] по [1, табл. 2]. Класс сооружения определяется по [27].

Для эксплуатационного водосброса расчётный расход Qсбр определяется в соответствии с [1, п. 8.26 – 8.28], и можно использовать формулу

Qсбр = QPmax. – Q’ГЭС – Qдр, м3/с, (4.1)

где QPmax.–максимальныйрасходрекивстворегидроузлаприрасчётной обеспеченности Pmax, м3/с; Q’ГЭС – расход гидроэлектростанции с учётом количества агрегатов, участвующих в пропуске расчётных расходов, м3/с; Qдр – расход других сооружений, участвующих в пропуске поверочного расчётного расхода, м3/с.

Расход гидроэлектростанции QГЭС рассчитывается с учётом фактического напора на ГЭС – Hp по формулам:

52

где Ny – установленная мощность ГЭС;

ηГЭС ≈ 0,8 ÷ 0,85 – КПД ГЭС;

УНБp – уровень нижнего бьефа при пропуске расчётного расхода воды, определяется по кривой расходов и QPmax.

Если Hp оказывается меньше минимального допустимого расхода турбин, следует принять QГЭС = 0. Поворотно-лопастные турбины могут работать при снижении напора до 0,5Нmax, радиально осевые – до (0,6÷0,7)Hmax.

Количество агрегатов, участвующих в пропуске расчётных расходов, должно быть ограничено по [1, п. 8.26], где, в частности, не более (na – 1) при числе гидроагрегатов na ≤6, тогда Q’ГЭС = QГЭС (na - 1)/na.

Пропуск расчётного расхода воды для основного расчётного случая должен обеспечиваться, как правило, при НПУ через все эксплуатационные водопропускные сооружения гидроузла при полном их открытии [1, п. 8.26].

Пропуск поверочного расчётного расхода воды должен осуществляться при наивысшем технически и экономически обоснованном ФПУ всеми водопропускными сооружениями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы (Qсбр), гидротурбины ГЭС (Q’ГЭС), водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения, судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбросы (Qдр) [1, п. 8.27].

4.3.Гидравлический расчёт водосливной плотины

4.3.1.Расчёт водослива

Гидравлические расчёты выполняются для условий пропуска строительных

иэксплуатационных расходов с целью [2, п. 8.25]:

-обоснования рациональных очертаний, размеров и конструкций водопро-

водящих трактов и их механического оборудования;

53

- обоснования способов сопряжения бьефов и гашения энергии.

Для водосливных плотин необходимо определить длину водосливного фронта, напор на пороге, число пролётов, схему сопряжения с нижним бьефом длинуитолщинукреплениянижнегобьефа,конструкциюиразмерысопряжения с основанием и другими сооружениями.

Далее приводятся общие рекомендации по расчёту водослива, подробные же похожие расчёты обучающимися ранее рассматривались и выполнялись в проекте [30].

Напор на пороге водослива в первом приближении H’в определяется из формулы

где m – коэффициент расхода водослива; σп – коэффициент подтопления [8, 26], qр – удельный расход на рисберме,

Для водосливных плотин на скальном основании сопряжение бьефов обычно следует проектировать по типу отброшенной струи, что позволяет отказаться от водобоя и рисбермы. Удельный расход qр для таких плотин может быть принят qр = 100 ÷ 120 м2/с.

Длина водосливного фронта B’в в первом приближении вычисляется по за-

54

Затем длина водосливного фронта разделяется на отдельные пролёты водослива стандартной ширины bв (10; 12; 14; 16; 18; 20; 24 м и др.). Определяется количество пролётов – nв.

При количестве затворов на водосбросной плотине более шести следует учитывать вероятную невозможность открытия одного затвора и исключать один пролёт из расчёта пропуска паводка. Т.е. гидравлические расчёты выполняются при количестве пролётов nв, а проектируется и разрезается на секции по 2 ÷3пролёта(ширинасекциидолжнабытьнебольше40÷50м),общееколичество пролётов nв+1.

Уточняется ширина водосливного фронта Bв = nв bв. Уточняется напор на порогеводослива Hв при пропуске расчётных сбросныхрасходов Qсбр (основного и поверочного) из формулы водослива [19, стр. 94, ф. 4.2], с учётом коэффициента бокового сжатия потока ε быками пролётов водослива

где H0 H V02 2g – полный напор на водосливе, H – напор на пороге водо-

слива, определяемый геометрической разницей отметки уровня воды в верхнем бьефе и отметки порога водослива, 0 – скорость подхода воды к водосливу в верхнем бьефе.

Определяется отметка порога водослива по пропуску основного расчётного расхода – ПГ = НПУ – Hв. Определяется форсированный подпорный уровень ФПУ = ПГ + Hповв при пропуске поверочного расхода. В случае если ФПУ больше допустимых значений, то отметка порога водослива ПГ понижается вместе с полученным ФПУ.

4.3.2. Расчёт сопряжения бьефов в донном режиме

Основными схемами сопряжения бьефов водосбросных гравитационных плотин являются донный гидравлический прыжок, поверхностный прыжок и отброс струи, которые принимаются по [2, п. 10.10, 10.11].

55

В случае донного режима сопряжения бьефов длина крепления нижнего бьефа за водосливной плотиной может приниматься по уравнению [19]

где hc – cжатая глубина, определяется по приведённой зависимости; qр – уточнённый удельный расход на рисберме (qр = Qсбр / Bв), м2/с; φ = 0,85 ÷ 0,95 – коэффициент скорости; НВБ – глубина воды в верхнем бьефе при НПУ.

Рассчитывается толщина крепления с учётом положений [2, п. 10.12].

4.3.3. Расчёт сопряжения бьефов отброшенной струёй

При расчёте сопряжения бьефов отбросом струи определяют оптимальное высотное положение а и угол наклона носка-трамплина αн, дальность отброса струи L и глубину ямы размыва hр [19, стр. 109; 26, с. 173].

ДальностьотлётаструиL=L0,L=Lд,L=Lя.р (довстречисосвободнойповерхностью, дном до размыва или дном ямы размыва), отброшенной с трамплина в конце водослива (Рис. 4.1) может быть определена по формуле [26, с. 173]

где υ1 – средняя скорость струи в створе уступа;

αc – угол наклона оси струи к горизонту в створе уступа, определяется по [26,§ 10-21]взависимостиотαc=f(αн, φc,R,h)угланаклона носкаαн,угланаклона слива φc, радиуса закругления R [26, с. 66, табл. 6-14], и глубины воды перед закруглениемh;

y – превышение центра сечения струи в створе уступа над местом падения струи.

56

При падении струи на свободную поверхность y = δс; на дно до размыва y = t + δс; в яму размыва y = tр + δс.

Превышение δс центра сечения струи в створе уступа над свободной поверхностью воды в нижнем бьефе находится по формуле

где a – высота носка над отметкой дна, подбирается так чтобы получить максимальную L;

hНБ = t – глубина воды в нижнем бьефе при пропуске расчётного расхода; h1 = h – первая сопряжённая глубина после водослива перед закруглением. Первая сопряжённая глубина h1 сжатой струи и её скорость неподтопленной струи υ1 определяются подбором по формулам (в ККП значение h1 необхо-

димо подобрать с помощью итераций с точностью в 1 мм)

где T0 –превышениеверхнегобьефасучётомскоростногонапоранад сливной кромкой носка, м,

φ – коэффициент скорости.

Дальность отлёта струи L существенно зависит от значения коэффициента скорости φ и угла наклона струи в створе.

Коэффициент скорости φ для водослива практического профиля ориентировочно может быть найден по формуле Г.П. Скребкова

57

где φ0 – угол внутреннего трения скальных пород основания [5, п. 5.38]; υнр – допускаемая (неразмывающая) скорость для скального основания при

b0 = q / u0 – толщина свободно отброшенной струи при входе под уровень нижнего бьефа;

z – перепад уровней верхнего и нижнего бьефов, z = НПУ – УНБ; φ – коэффициент скорости (φ ≈ 0,9);

c ≈ 0,22 – параметр турбулентности.

Длина воронки в скальных грунтах по Г.А. Юдицкому [26, с.174] в направлении потока может достигать 2 hкр. Верховой откос ямы размыва он предлагает принимать равными 1:3 низовой 1:5.

4.3.4. Конструкция водосливной плотины

Далее производится с учётом требований [2, п. 6.34 –6.43, 10.12] разработка конструкции водосливной плотин; результаты представляются в виде чертежей разрезов этого сооружения (Рис. 4.1). При конструировании водосливной плотины необходимо назначить ширину быков; построить профиль безвакумного водослива по координатам Кригера-Офицерова [26, с. 66, табл. 6-12]; подобрать гидромеханическое оборудование и определить его вес. [30, с. 16], для этого можно воспользоваться методическими рекомендациями [30].

60