Приложение Г (рекомендуемое). Пример гидравлического расчета круглой водопропускной трубы

Приложение Г
(рекомендуемое)

Пример гидравлического расчета круглой водопропускной трубы

Г.1 Задано рассчитать водопропускную круглую трубу.

Величина максимального расхода стока ливневых вод м ³/с; уклон трубы i _T = 0,001; высота насыпи Н _нас = 4,0 м; ширина насыпи по верху b _нас = 12 м; заложение откосов - 1:1,5. Труба на выходном участке не затоплена. Отвод стока от насыпи обеспечен.

Г.2 Необходимо определить:

- полную длину водопропускной трубы с учетом высоты насыпи в месте расположения водотока;

- диаметр отверстия трубы, обеспечивающего пропуск максимального расхода стока в безнапорном режиме с допустимой степенью глубины затопления отверстия трубы на входе;

- напор перед трубой Н;

- глубины и скорости потока на выходном участке трубы.

Тип оголовка принимают - раструбный ( _p=20°).

Г.3 Расчет

Г.3.1 Длина трубы составит:

I _T=b _нас+2·m·H _нас=12+2·1,5·4=24 м.

Г.3.2 Определение диаметра отверстия

Принимают размер отверстия трубы из условия пропуска максимального расхода стока для безнапорного режима с допустимой степенью затопления на входе h _вх/d0,75. При найденной степени затопления находят параметр расхода =0,305. При этом диаметр трубы определяют как:

м.

Для полученного значения диаметра трубы по сортаменту принимают d = 1,5 м.

Выполняют проверку условий работы водопропускной трубы в безнапорном режиме ("длинная" или "короткая"). С этой целью определяют величину критической глубины. Определяют параметр

; .

Необходимо рассчитать величину критического уклона трубы. По графику рисунка Г.1 определяют значение параметра .

Далее по таблице Г.1 принимают значение отношения .

Затем по таблице Г.3 определяют значение отношения . Сначала получают значение площади живого сечения потока при

h _к: _к=0,413·d ²=0,413·1,5 ²=0,929 м ²

Значение величины гидравлического радиуса при критической глубине: R _К=0,256·d=0,256·1,5=0,384 м. Откуда h _К=0,52·d=0,52·1,5=0,78 м.

Затем определяют коэффициент Шези по формуле Маннинга при n _б = 0,015 при критической глубине потока в самой трубе:

. (Г.1)

Тогда коэффициент Шези примет следующее численное значение:

.

Далее определяют величину критического уклона в трубе по зависимости

, (Г.2)

и она принимает следующее значение:

.

Г.3.3 Исходя из полученного значения критического уклона в трубе и сравнивая это значение со значением уклона трубы i _Т = 0,01 > i _К = 0,00585, устанавливают, что бетонная круглая труба любой длины будет работать по типу "короткой" (см. Г.3.2).

Г.3.4 Далее определяют напор Н перед трубой. По таблице Г.1 принимают значение посредством интерполяции, m = 0,33.

По известному значению параметра расхода =0,305 и таблице Г.1 принимают значение b _К1,204 м. Тогда величину напора перед трубой следует определять по зависимости

м.

Г.3.5 Далее выполняют проверку отсутствия затопления со стороны входного оголовка. Для этого определяют отношение . Отношение имеет следующее значение: . Это значение меньше 1,0. Следовательно при безнапорном режиме затопление трубы со стороны входного оголовка отсутствует.

Таблица Г.1 - Относительная площадь живого сечения /d ² при различной степени относительного наполнения круглой трубы h/d

h/d (десятичные доли)	Относительная площадь сечения /d 2, при сотых долях отношения h/d
	0,00	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
0,0	0,000	0,001	0,004	0,007	0,011	0,015	0,019	0,024	0,029	0,035
0,1	0,041	0,047	0,053	0,060	0,067	0,074	0,081	0,089	0,096	0,104
0,2	0,112	0,120	0,128	0,136	0,145	0,154	0,162	0,171	0,180	0,189
0,3	0,198	0,207	0,217	0,226	0,236	0,245	0,255	0,264	0,274	0,284
0,4	0,293	0,303	0,313	0,323	0,333	0,343	0,353	0,363	0,373	0,383
0,5	0,393	0,403	0,413	0,423	0,433	0,443	0,453	0,462	0,472	0,482
0,6	0,492	0,502	0,512	0,521	0,531	0,540	0,550	0,559	0,569	0,578
0,7	0,587	0,596	0,605	0,614	0,623	0,632	0,640	0,649	0,657	0,666
0,8	0,674	0,681	0,689	0,697	0,704	0,712	0,719	0,725	0,732	0,738
0,9	0,745	0,750	0,756	0,761	0,766	0,771	0,775	0,779	0,782	0,784
1,0	0,785	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Необходимо проверить возвышение бровки земляного полотна над уровнем Н со стороны входного оголовка при высоте насыпи Н _нас = 4,0 м:

 _бп=H _нас-H. (Г.3)

Требования СП 35.13330 считаются выполненными, если выполняется условие

 _бп>h _{засыпки},

 _бп=4-1,264=2,736 м.

Требование выполняется, так как  _бп>1.

Г.3.6 Далее необходимо определить глубину и скорость потока за трубой, т.е. на выходе из трубы. Глубину потока определяют по формуле (Г.5), (так как выполняется условие < _лим, при A _К = 0,93).

Коэффициент А _k и граничные значения параметра расхода для различных типов труб принимают по таблице Г.2.

Таблица Г.2 - Значения коэффициента А _k для различных типов труб и граничные значения параметра расхода П _Q(гр)

Тип водопропускной трубы	Граничные значения параметра расхода П Q(гp)	Коэффициент А k
Круглая	1,2	0,93
Овоидальная	1,2	0,79
Прямоугольная	0,8	0,88

При этом необходимо знать значение функции от уклона трубы, которое определяется зависимостью

, (Г.4)

.

Затем определяют отношение h _вых/h _к. Это отношение необходимо определить как произведение: А _К·f(i _Т)=0,93·0,833=0,775.

Зная значение отношения h _вых/h _к и значение критической глубины в трубе, определяют глубину потока на выходе из трубы

h _вых=0,775·h _к. (Г.5)

Значение глубины потока на выходе составит

h _вых=0,775·0,78=0,60 м.

При известном значении h _вых / d = 0,6 / 1,5 = 0,4 по таблице Г.1 определяют отношение  _вых/d ²=0,293. Тогда площадь живого сечения потока на выходе из трубы определяют так:  _вых=0,293·d ². Ее значение составит:  _вых=0,293·1,52=0,66 м ².

Тогда скорость потока на выходе из трубы

. (Г.6)

В результате получают следующее значение скорости потока на выходе

м/с.

Таблица Г.3 - Относительный гидравлический радиус R/d при различной степени относительного наполнения h/d круглой трубы

h/d (десятичные доли)	Относительный гидравлический радиус R/d, при сотых долях отношения h/d
	0,00	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09
0,0	0,000	0,007	0,013	0,020	0,026	0,033	0,039	0,045	0,051	0,057
0,1	0,063	0,070	0,075	0,081	0,087	0,093	0,099	0,104	0,110	0,115
0,2	0,121	0,126	0,131	0,136	0,142	0,147	0,152	0,157	0,161	0,166
0,3	0,171	0,176	0,180	0,185	0,189	0,193	0,198	0,202	0,206	0,210
0,4	0,214	0,218	0,222	0,226	0,229	0,233	0,236	0,240	0,243	0,247
0,5	0,250	0,253	0,256	0,259	0,262	0,265	0,268	0,270	0,273	0,275
0,6	0,278	0,280	0,282	0,284	0,286	0,288	0,290	0,292	0,293	0,295
0,7	0,296	0,298	0,299	0,300	0,301	0,302	0,302	0,303	0,304	0,304
0,8	0,304	0,304	0,304	0,304	0,304	0,303	0,303	0,302	0,301	0,299
0,9	0,298	0,296	0,294	0,292	0,289	0,286	0,283	0,279	0,274	0,267
1,0	0,250	-	-	-	-	-	-	-	-	-