Приложение Е (рекомендуемое). Методика гидравлического расчета водоотводных лотков из полимерных композиционных материалов

Приложение Е
(рекомендуемое)

Методика
гидравлического расчета водоотводных лотков из полимерных композиционных материалов

Конструкция композитных водоотводных лотков должна быть рассчитана на пропускную способность, то есть, должен быть произведен гидравлический расчет лотков.

Исходными данными для расчета сечения водоотводных лотков, является расчетный расход дождевых и необходимая пропускная способность лотков Q=w v, которая должна обеспечиваться при заданной площади живого сечения (w) потока воды в лотке и скорости движения воды (v) в лотке в расчетном сечении.

В соответствии с СП 32.13330.2012 (п. 7.4.1), расчетный расход дождевой воды определяется на основании метода предельных интенсивностей по формуле:

(Е.1)

где: F - расчетная площадь стока, га;

А, n - эмпирические параметры, характеризующие соответственно интенсивность и продолжительность дождя для конкретной местности (определяются по 7.4.2 СП 32.13330.2012).

При отсутствии данных местных метеорологических станций или территориальных управлений Гидрометеослужбы параметр А допускается вычислять по формуле:

(Е.2)

где: n - определять по таблице 9 СП 32.13330.2012 в зависимости от климатического района и периода однократного превышения расчетной интенсивности дождя - Р;

- расчетная продолжительность протекания дождевых вод по лоткам до расчетного участка (створа), определяемая в соответствии с п. 7.4.5 СП 32.13330.2012 по формуле:

(E.3)

где: - продолжительность протекания дождевых вод по поверхности мостового полотна до лотка (время поверхностной концентрации), определяемая по п. 7.4.6 СП 32.13330.2012 и принимаемая равной 3 - 5 мин.;

- то же, по лоткам до расчетного сечения, мин., определяемая по формуле:

(E.4)

где: - длина участков лотков, м;

- расчетная скорость течения на участке, м/с

- интенсивность дождя для данной местности продолжительностью 20 мин при Р = 1 год, определяется по рисунку Е.1 обязательного Приложения Б СП 32.13330.2012;

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Имеется в виду "рисунку Б.1 обязательного Приложения Б"

- среднее количество дождей за год, принимаемое по таблице 9 СП 32.13330.2012 в зависимости от климатического района;

у - показатель степени, принимаемый по таблице 9 СП 32.13330.2012 в зависимости от климатического района;

Р - период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, годы, (с учетом последствий, которые могут быть вызваны выпадением дождей, превышающих расчетные), принимается по таблице 10 СП 32.13330.2012 в зависимости от значения и условий расположения.

В формуле (Б.1) - средний коэффициент стока, определяемый в соответствии с п.7.4.7 СП 32.13330.2012 в зависимости от вида поверхности стока , а также от интенсивности и продолжительности дождя по формуле:

(E.5)

где: - среднее значение коэффициента, характеризующего вид поверхности стока (коэффициент покрова), определяется по таблице 14 СП 32.13330.2012, а для водонепроницаемых покрытий по таблице 15 в зависимости от интенсивности А и продолжительности n дождя для конкретной местности

Расчетную скорость движения сточных вод согласно п. 5.4.1 СП 32.13330.2012 во избежание заиливания водоотводящих сетей следует принимать в зависимости от степени наполнения лотков и крупности взвешенных веществ, содержащихся в сточных водах.

Минимальные скорости , м/с, движения воды в зависимости от наибольшей степени наполнения H/D лотков следует принимать по таблице 2 СП 32.13330.2012.

При этом согласно п. 5.4.6 СП 32.13330.2012 расчетное наполнение лотков любого сечения (кроме прямоугольного) следует принимать не более 0,7 диаметра (высоты).

Расчетное наполнение лотков прямоугольного поперечного сечения допускается принимать не более 0,75 высоты.

Для дождевой канализации при Р = 0,33 года наименьшую скорость допускается принимать 0,6 м/с.

Наибольшую расчетную скорость движения воды для системы водоотвода с применением композитных лотков в соответствии с п. 5.4.2 СП 32.13330.2012 следует принимать - 10 м/с.

Для установившегося медленно изменяющегося движения потока основными формулами являются: формула неразрывности потока (Е.6) и формула Шези (Е.7) для определения средней скорости.

(вдоль потока) (Е.6)

где: Q - расход потока;

w - площадь живого сечения потока;

v - средняя скорость потока в данном живом сечении.

Согласно п. 2.29 СНиП 2.04.03-85 формула Шези, определяющая расчетную среднюю скорость по сечению v м/с, имеет вид:

, (Е.7)

где: С - коэффициент Шези, имеющий размерность , зависящий от гидравлического радиуса и шероховатости смоченной поверхности лотка, рекомендуется вычислять по формуле Н.Н. Павловского [13].

(Е.8)

где: R - гидравлический радиус, м, определяемый по формуле:

(Е.9)

где: w - площадь поперечного (живого) сечения потока воды в лотке в расчетном сечении (при расчетной глубине водного потока), м;

- смоченный периметр (периметр части сечения лотка, находящийся под уровнем жидкости) водного потока в расчетном сечении (при расчетной глубине водного потока и степени наполнения лотка), м.

Показатель степени у в формуле (Е.8) Н.Н. Павловского [13] определяется по следующей зависимости:

(Е.10)

Эта зависимость действительна при значениях м и . Приближенно формулу (Е.8) при R < 1 м можно заменить более простым выражением:

(Е.11)

Для приближенных практических расчетов в соответствии с рекомендациями проф. М.Д. Чертоусова показатель степени у можно принимать постоянным:

y=1/6 при (Е.12)

y=1/5 при (Е.13)

y=1/4 при (Е.14)

где: n - коэффициент гидравлической шероховатости стенок и дна лотка, справочное значение коэффициента шероховатости полимерных композитов, армированных стекловолокном представлено в таблице А.1 Приложения А;

i - гидравлический уклон при равномерном движении потока, неизменной его течения скорости, площади живого сечения и его формы принимается постоянным и равным геометрическому уклону дна водотока , .

В случае, если лотки имеют очертание в виде вогнутой круговой кривой с радиусом r (рисунок Е.1), то площадь живого сечения w при глубине потока h < r определяется как площадь кругового сегмента по формуле:

(Е.15)

где: , град., определяется из равенства:

(Е.16)

Смоченный периметр определяется, как длина дуги кругового сегмента, по формуле:

(Е.17)

В случае, если лотки имеют трапецеидальное очертание (рисунок Е.2) с основными параметрами:

- ширина по дну b;

- ширина живого сечения поверху В;

- глубина наполнения h;

- строительная глубина H;

- коэффициент откоса лотка m = ctg а = a/h;

- относительная ширина по дну ;

- относительная глубина по дну .

Формулы, характеризующие поперечное сечение лотка, будут иметь следующий вид:

- площадь живого сечения:

(Е.18)

- смоченный периметр:

(Е.19)

- гидравлический радиус:

(Е.20)

где: - определяется по формуле:

(Е.21)

При расчетах может возникнуть необходимость учитывать гидравлическое сопротивление трения потоку и турбулентное движение воды в лотке.

В этом случае гидравлический уклон при самотечном режиме потока в соответствии с п. 4.5.5 СП 40-102-2000 определяется по формуле:

(Е.22)

где: - безразмерный показатель степени, характеризующий режим турбулентного течения жидкости.

При квадратичном режиме , а при следует принимать . В этом случае зависимость (Е.22) преобразовывается в формулу (Е.23), определяющую (в соответствии с п. 2.29 СНиП 2.04.03-85) гидравлический уклон i для самотечных лотков:

, (Е.23)

где: g - ускорение силы тяжести, ;

- коэффициент сопротивления трению по длине, который следует определять из формулы (Е.24), учитывающей различную степень турбулентности потока:

, (Е.24)

где: - эквивалентная шероховатость, см;

- коэффициент, учитывающий характер шероховатости поверхности лотков;

Re - число Рейнольдса.

Значения и следует принимать по таблице 15 СНиП 2.04.03-85 в зависимости от материала лотков.

Число Рейнольдса в формуле (Е.24), соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при турбулентном движении воды, в соответствии с п. 4.5.5 СП 40-102-2000 определяется по формуле:

(Е.25)

Фактическое число Рейнольдса , зависящее от средней скорости течения жидкости V и коэффициента кинематической вязкости воды, , можно определить по формуле:

(Е.26)

где: - коэффициент кинематической вязкости воды, .

Коэффициент гидравлического сопротивления в соответствии с п. 4.5.5 СП 40-102-2000 можно также определить по формуле:

(Е.27)

где: a - эмпирический показатель степени, зависящий от , - коэффициента эквивалентной шероховатости, м, принимаемого не менее 0,00001 м.

(Е.28)

Гидравлический расчет выполняется с предпосылкой равномерного установившегося режима потока воды, то есть, при постоянстве расхода и скорости течения v на каждом расчетном участке лотков.

Расчет осуществляется методом последовательных приближений, задаваясь геометрическими параметрами лотков (в том числе, величиной расчетной глубины водного потока, исходя из степени или глубины наполнения лотка h и соответственно площади w поперечного сечения потока воды в лотке) и, добиваясь разности в расчетных расходах и с пропускаемым расходом Q = w v в низовом сечении лотков в пределах 5%.

Алгоритм расчета следующий:

Предварительно выбираются геометрические параметры лотков (приведенные выше для частных случаев полукруглой или трапециевидной формы поперечного сечения), а также геометрический уклон дна водотока (i), а затем по формулам (Е.15), (Е.17) или (Е.20), (Е.19) определяются площадь живого сечения w и смоченный периметр , а по формулам (Е.9) и (Е.20) вычисляется гидравлический радиус R .

При назначении минимальной глубины лотка, предварительных величин степени наполнения лотков и их геометрического уклона i, следует руководствоваться разделами 5 и 6 настоящих Рекомендаций.

На следующем этапе определяется коэффициент Шези С по формуле (Е.8) с предварительным вычислением коэффициента (показателя степени) у по формуле (Е.10) или по приближенным зависимостям (Е.11) и (Е.12).

По вычисленным значениям R, С и заданному уклону i по формуле (Е.7) определяется расчетная средняя скорость по сечению лотка v, а по формуле (Е.6) пропускаемый расход потока воды в лотке - Q.

Если полученное значение Q отличается от расчетных значений и , определенных по формулам (Е.1) и (Е.5) более чем на 5%, то расчет повторяют, принимая другие значения h или r или меняя и то, и другое.

Определение геометрических параметров и пропускаемым расходом Q заканчивается, когда полученное значение Q будет отличаться от заданного не более чем на 5%.