КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Проектирование водосбросной части Худони ГЭС на реке Ингури Руководитель
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Саяно-Шушенский филиал
институт
ГТС
кафедра
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Проектирование водосбросной части Худони ГЭС на реке Ингури
Руководитель __________ ________________ Ульянова Н.П.
подпись, дата должность, ученая степень инициалы, фамилия
Студент ГЭ09-01 0903265 __________ Косарев А.Ю.
номер группы номер зачётной книжки подпись, дата инициалы, фамилия
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 5
СОСТАВ И КОМПАНОВКА СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА 7
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ 8
1. Определение отметки гребня быка 8
2. Гидравлические расчёты 12
2.1 Определение ширины водосливного фронта 13
2.2 Определение отметки гребня водослива 13
2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 15
2.4 Построение оголовка плотины 16
2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 18
2.6 Расчёт отброшенной струи 18
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ 22
1. Определение ширины подошвы плотины 22
2. Основные размеры цементационной завесы 23
3. Основные размеры дренажа 23
4. Резка плотины швами 24
5. Быки. Галереи. Ширина плотины по гребню. Затворы и подъёмные механизмы. 25
ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РАСЧЁТ 26
СТАТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ ПЛОТИНЫ 27
1. Определение основных нагрузок на плотину 27
1.1 Вес сооружения и механизмов 27
1.2 Гидростатическое давление 29
1.3 Взвешивающее давление 30
1.4 Сила фильтрационного давления 31
1.5 Давление грунта 31
1.6 Волновое давление 32
2. Расчёт прочности плотины 33
3. Критерии прочности плотины 37
4. Расчёт устойчивости плотины 38
ПРОПУСК СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 42
ПРИЛОЖЕНИЕ А 43
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 44
ПРИЛОЖЕНИЕ В 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 46
ВВЕДЕНИЕ
Бетонные гравитационные плотины широко распространены во всем мире благодаря простоте конструкции и способов их возведения, надежности их при любой высоте, в любых природных условиях, в том числе и суровых зимних.
Свое название – гравитационные эти плотины получили от слова «тяжесть», потому что действию на них основных сил – горизонтальному давлению воды – они сопротивляются благодаря своему весу, создающему силы сопротивления их сдвигу по основанию.
Первые по времени плотины имели тяжелые поперечные профили, близкие к трапеции или даже к прямоугольнику. Но в дальнейшем с разработкой теории расчета появились более экономичные профили плотин криволинейного очертания. В настоящее время в большинстве случаев гравитационные бетонные плотины проектируются треугольного профиля.
Задачей нашего курсового проекта является проектирование бетонной гравитационной водосбросной плотины на скальном основании.
Высота в интервале 60-70 (м). Основание - известняк. Плотина 1 класса по объёму водохранилища [1].
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Рисунок 1 – Геологический разрез по створу сооружения
Рисунок 2 – Кривая связи расходов и уровней в нижнем бьефе
Таблица 1 – Характеристики грунтов
|
Грунт |
|||
|
Наносы |
11,00 |
21 |
- |
|
Дресва |
11,88 |
35 |
0 |
СОСТАВ И КОМПАНОВКА СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА
Проектируемый высоконапорный речной гидроузел имеет комплексное назначение. Состоит гидроузел из: бетонной гравитационной плотины, перекрывающей русло реки; подводящий верховой деривационный напорный туннель с водоприёмником в головной части; отводящий низовой деривационный безнапорный туннель с выходным порталом; машинный зал.
Деривационный напорный туннель имеет протяженность около . Исходя из опыта проектирования Ингури ГЭС, находящейся в тех же гидрологических условиях, что и проектируемая Худони ГЭС, диаметр тоннеля составит примерно , что обеспечит пропуск .
В машинном зале установлено 6 агрегатов. Длинна машинного зала 105 (м) (из них 97 (м) – агрегатная часть и 8 (м) – монтажная площадка).
Ширина сооружения в створе по низу – 33 (м), по гребню – 235 (м). Плотина полностью бетонная. Водосливная часть расположена в месте наибольшей высоты секции (примерно по центру).
Вблизи, ниже по течению, не расположено никаких сооружений и населённых пунктов, створ реки расширяется, что позволяет использовать в качестве гашения энергии потока отброшенную струю.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ
Процесс проектирования включает конструктивные проработки в сочетании с гидравлическими, фильтрационными и статическими расчётами.
На данной стадии необходимо определить:
- отметку гребня быка;
- ширину водосливного фронта;
- отметку гребня водослива;
- определить тип сопряжения потока в нижнем бьефе.
1. Определение отметки гребня быка
При определении отметки гребня быка производится волновой расчёт для двух случаев: основного (при отметке уровня верхнего бьефа равной НПУ) и поверочного (при отметке уровня верхнего бьефа равной ФПУ). Отметка гребня быка выбирается наибольшей.
Условная расчётная глубина воды в водохранилище:
где – отметка уровня воды в верхнем бьефе: для основного случая - , для поверочного - (из задания на курсовой проект);
– отметка дна водохранилища принимается из кривой связи расходов в нижний бьеф и уровней нижнего бьефа (Рисунок 1).
По выражению (1) для основного случая:
для поверочного:
Высота ветрового нагона:
где – расчётная скорость ветра на высоте 10 (м) над уровнем воды (из задания на курсовой проект);
– длинна разгона волны (из задания на курсовой проект);
– условная расчётная глубина воды в водохранилище (1);
– угол между продольной осью водохранилища и направлением господствующих ветров, в пределах курсового проекта .
По выражению (2) для основного случая:
для поверочного:
Безразмерные комплексы для определения высоты волны обеспеченности для основного случая:
для поверочного:
где – период развития волн на водохранилище, принимаем в пределах курсового проекта .
По графику [2] по верхней огибающей кривой и значениям выражений (3), (5) определяются параметры для основного случая:
для поверочного:
По графику [2] по верхней огибающей кривой и значениям выражений (4), (6) определяются параметры для основного случая:
для поверочного:
Используя меньшие полученные значения, вычисляем средний период волны и среднюю высоту волны:
для поверочного:
Средняя длинна волны:
По выражению (19) для основного случая:
для поверочного:
Проверка условия:
По выражению (20) для основного случая:
– условие выполняется,
для поверочного:
– условие выполняется.
Условия выполнены. Производим расчёт для глубоководной зоны.
Высота волны обеспеченности:
где – коэффициент, определяемый по [2] в зависимости от значения выражения (3), (5).
Для основного случая:
для поверочного:
По выражению (21) для основного случая:
для поверочного:
Превышение гребня плотины над расчётным уровнем в верхнем бьефе:
где – конструктивный запас, принимаем в пределах курсового проекта 0,8 (м).
По выражению (22) для основного случая:
для поверочного:
Отметка гребня быка:
По выражению (23) для основного случая:
для поверочного:
Отметку гребня быка принимаем большую из двух:
2. Гидравлические расчёты
Имея отметки нормального подпорного уровня и форсированного подпорного уровня, расчётные расходы, кривую связи расходов и уровней нижнего бьефа, требуется определить:
- длину водосливного фронта;
- размеры водосливных отверстий;
- отметку гребня водослива;
- тип сопряжения потока с нижним бьефом.
2.1 Определение ширины водосливного фронта
Расход, сбрасываемый через водосливную плотину при НПУ, принимаем равным основному максимальному расходу.
где – расход редкой повторяемости, обеспеченность которого выбирается в соответствии с классом сооружения [1] (из задания на курсовой проект).
Удельный расход на рисберме:
где - допускаемая скорость на рисберме принимаем
– глубина воды в нижнем бьефе принимаем по кривой связи расходов уровней нижнего бьефа по .
Удельный расход на водосливе:
Ширина водосливного фронта:
Ширина водосливного фронта должна быть целым числом, поэтому полученное значение округляется в большую сторону. В соответствии с техническим регламентом заводов-изготовителей выбирается ширина одного пролёта , число пролётов , толщину быка принимаем .
2.2 Определение отметки гребня водослива
Напор на гребне водослива без учёта сжатия и подтопления:
где – коэффициент расхода водослива принимается в зависимости от типа водослива, [3].
Коэффициент бокового сжатия, определяем по формуле Френсиса:
где – коэффициент формы быков водослива принимаем [3].
Напор на гребне водослива c учётом сжатия и подтопления:
где – коэффициент формы водослива принимаем [3];
– коэффициент подтопления [3].
Скорость подхода потока к водосливу:
Напор на гребне водослива без учёта скорости подхода потока к водосливу:
где – коэффициент Кориолиса принимаем .
Напор на водосливе округляется в большую сторону в соответствии с техническим регламентом.
Отметка гребня водослива:
Перерасчёт отметки гребня быка:
Отметка гребня быка выбирается наибольшей из найденных по выражениям (23) и (33):
2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода
Поверочный расход:
где - расход редкой повторяемости, обеспеченность которого выбирается в соответствии с классом сооружения [1] (из задания на курсовой проект);
– расход через агрегаты станции в весенне-летний период принимаем (из задания на курсовой проект).
Напор на водосливе при пропуске поверочного расхода:
Коэффициент расхода водослива при изменении напора [3]:
Напор на гребне водослива c учётом сжатия и подтопления:
Скорость подхода потока к водосливу:
Напор на гребне водослива без учёта скорости подхода потока к водосливу:
Расчётная отметка форсированного подпорного уровня:
Расчётная отметка форсированного подпорного уровня меньше заданной, следовательно, повышение форсированного уровня не требуется.
2.4 Построение оголовка плотины
По проектному напору определяются координаты для построения оголовка плотины практического профиля [3]. Координаты бля построения оголовка представлены в таблице 2. Оголовок плотины представлен на рисунке 3.
Таблица 2 - Координаты бля построения оголовка практического профиля
координаты в метрах
|
№ |
x |
y |
x* |
y* |
|
1 |
0,0 |
0,126 |
0,0 |
0,88 |
|
2 |
0,1 |
0,036 |
0,7 |
0,25 |
|
3 |
0,2 |
0,007 |
1,4 |
0,05 |
|
4 |
0,3 |
0,000 |
2,1 |
0,00 |
|
5 |
0,4 |
0,006 |
2,8 |
0,04 |
|
6 |
0,5 |
0,027 |
3,5 |
0,19 |
|
7 |
0,6 |
0,060 |
4,2 |
0,42 |
|
8 |
0,7 |
0,100 |
4,9 |
0,70 |
|
9 |
0,8 |
0,116 |
5,6 |
0,81 |
|
10 |
0,9 |
0,198 |
6,3 |
1,39 |
|
11 |
1,0 |
0,256 |
7,0 |
1,79 |
Продолжение таблицы 2
|
№ |
x |
y |
x* |
y* |
|
12 |
1,1 |
0,321 |
7,7 |
2,25 |
|
13 |
1,2 |
0,394 |
8,4 |
2,76 |
|
14 |
1,3 |
0,475 |
9,1 |
3,33 |
|
15 |
1,4 |
0,564 |
9,8 |
3,95 |
|
16 |
1,5 |
0,661 |
10,5 |
4,63 |
|
17 |
1,6 |
0,764 |
11,2 |
5,35 |
|
18 |
1,7 |
0,873 |
11,9 |
6,11 |
|
19 |
1,8 |
0,987 |
12,6 |
6,91 |
|
20 |
1,9 |
1,108 |
13,3 |
7,76 |
|
21 |
2,0 |
1,235 |
14,0 |
8,65 |
|
22 |
2,1 |
1,369 |
14,7 |
9,58 |
|
23 |
2,2 |
1,508 |
15,4 |
10,56 |
|
24 |
2,3 |
1,653 |
16,1 |
11,57 |
|
25 |
2,4 |
1,894 |
16,8 |
13,26 |
|
26 |
2,5 |
1,960 |
17,5 |
13,72 |
|
27 |
2,6 |
2,122 |
18,2 |
14,85 |
|
28 |
2,7 |
2,289 |
18,9 |
16,02 |
|
29 |
2,8 |
2,462 |
19,6 |
17,23 |
|
30 |
2,9 |
2,610 |
20,3 |
18,27 |
|
31 |
3,0 |
2,824 |
21,0 |
19,77 |
|
32 |
3,1 |
3,013 |
21,7 |
21,09 |
|
33 |
3,2 |
3,207 |
22,4 |
22,45 |
|
34 |
3,3 |
3,405 |
23,1 |
23,84 |
|
35 |
3,4 |
3,609 |
23,8 |
25,26 |
|
36 |
3,5 |
3,818 |
24,5 |
26,73 |
|
37 |
3,6 |
4,031 |
25,2 |
28,22 |
|
38 |
3,7 |
4,249 |
25,9 |
29,74 |
|
39 |
3,8 |
4,471 |
26,6 |
31,30 |
|
40 |
3,9 |
4,698 |
27,3 |
32,89 |
|
41 |
4,0 |
4,938 |
28,0 |
34,57 |
Рисунок 3 - Оголовок плотины
2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе
Определяем параметры гидравлического прыжка для прямоугольного русла (плоская задача).
Критическая глубина:
Полная удельная энергия в сечении перед водосливом:
Отношение полной удельной энергии в сечении перед водосливом к критической глубине:
По графику [3] в зависимости от коэффициента скорости [3] и определяем:
Сопряжённые глубины:
Сопряжение по типу отогнанного прыжка на скальном основании осуществляем в виде отброшенной струи.
2.6 Расчёт отброшенной струи
Расчёт производится по формулам представленным ниже.
Отметка уровня носка:
где – высота носка, выбирается больше максимальной глубины воды в нижнем бьефе на 1 (м).
Напор на носке:
Скорость потока на носке:
Удельный расход на носке:
Глубина воды на носке:
Число Фруда:
Напор на сооружение:
Дальность отлёта струи (начало ямы размыва):
где – коэффициент аэрации принимается по значению числа Фруда [3];
- угол отлёта струи (задаётся в пределах от ).
Глубина размыва:
где – средняя крупность отдельностей (для расчёта принять 1 (м)).
Тангенс угла входа струи в поверхность воды:
Расстояние до середины ямы размыва:
Задаваясь высотой носка и углом отлёта струи производится расчёт по выражениям (45) – (53). Результаты расчётов представлены в таблице 3. Для каждого угла отлёта струи строится график зависимости высоты носка от дальности отлёта струи (рисунок 3).
Таблица 3 – Результаты расчётов отброшенной струи
|
30 |
8 |
63 |
14 |
94 |
|
9 |
64 |
14 |
93 |
|
|
10 |
64 |
13 |
91 |
|
|
31 |
8 |
64 |
14 |
94 |
|
9 |
65 |
14 |
93 |
|
|
10 |
65 |
13 |
92 |
|
|
32 |
8 |
66 |
14 |
94 |
|
9 |
66 |
14 |
93 |
|
|
10 |
66 |
13 |
92 |
|
|
33 |
8 |
67 |
14 |
94 |
|
9 |
67 |
14 |
93 |
|
|
10 |
67 |
13 |
92 |
|
|
34 |
8 |
68 |
14 |
94 |
|
9 |
68 |
14 |
93 |
|
|
10 |
68 |
13 |
92 |
|
|
35 |
8 |
68 |
14 |
94 |
|
9 |
68 |
14 |
93 |
|
|
10 |
68 |
13 |
92 |
35
34
33
32
31
30
Рисунок 3 - График зависимости высоты носка от дальности отлёта струи
Из графика видно, что наиболее спокойным углом (то есть при изменении высоты носка дальность отлёта практически не меняется) является угол . Из экономии принимаем высоту носка наименьшей - . Из практических рекомендаций носок проектируют так, чтобы струя отбрасывалась от плотины на расстояние большее половины высоты сооружения, данное условие выполняется.
КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ
1. Определение ширины подошвы плотины
Исходя из условий отсутствия растягивающих напряжений на верховой грани:
где - напор на плотину с учётом заглубления:
где – заглубление плотины принимаем
– плотность бетона принимаем ;
– плотность воды принимаем ;
– коэффициент, учитывающий потерю фильтрационного давления за счёт устройства противофильтрационных устройств, принимаем 0,5.
Исходя из условий устойчивости плотины против сдвига п основанию:
где – коэффициент надёжность по назначению сооружения, принимаемый в зависимости от класса сооружения [1].
– коэффициент трения бетона по грунту принимаем [4].
Приравниваем выражения (54) и (55) и находим :
Полученное значение подставляем в любое из выражений (54) или (55), получаем величину ширины подошвы плотины:
Верховая грань плотины проектируется вертикальная.
2. Основные размеры цементационной завесы
В скальное основание не возможна забивка шпунта. На скальных основаниях применяют цементационные завесы.
Толщина цементационной завесы:
где – потери напора на завесе, определяются из фильтрационного расчёта - ;
– критический градиент напора на завесе принимаем - [5].
Толщина одного ряда цементационной завесы – 3 (м). Исходя из расчётов, получаем 1 ряд толщиной .
Заглубление завесы относительно подошвы сооружения:
принимаем:
Расстояние от напорной грани до завесы:
принимаем:
3. Основные размеры дренажа
Для отвода профильтровавшейся воды, снятия фильтрационного давления на сооружение, предотвращения разрушения разрушения грунта основания под подошвой сооружения устраивают дренажи.
Диаметр дренажа принимаем .
Заглубление дренажа относительно подошвы сооружения:
принимаем
Расстояние от завесы до дренажа принимаем: .
4. Резка плотины швами
При проектировании бетонных и железобетонных плотин следует предусматривать постоянные и временные деформационные швы.
Размеры секций плотин и блоков бетонирования следует определять в зависимости от: вида и высоты плотин, размера секции здания ГЭС, а также расположения в плотинах водопропускных отверстий, в том числе турбинных водоводов; методов возведения плотины; формы поперечного сечения русла, геологического строения и деформируемости основания плотины, климатических условий района строительства с учетом обеспечения монолитности бетона секций плотины между швами.
При выборе вида деформационных швов и расстояний между ними следует соблюдать требования СНиП II-56-77.
Ширину постоянного деформационного шва следует назначать на основе сопоставления расчетных данных по ожидаемым деформациям смежных секций плотин с учетом предусматриваемой проектом конструкции шва, деформативных свойств материала его заполнения и обеспечения независимости перемещения секций плотины относительно друг друга.
При предварительном назначении конструкций постоянных деформационных швов их ширину принимаем [5]:
- температурных — на расстоянии не более 5 м от лицевых граней и гребня, а внутри тела плотины — ;
Швы по конструкции – плоские.
В конструкциях постоянных деформационных швов предусматриваем:
- уплотнение, обеспечивающее его водонепроницаемость: контурное наружное уплотнение в виде шпонок (асфальтовые, размер – ), контурное внутреннее уплотнение из металлических диафрагм;
- дренажное устройство для отвода профильтровавшейся через уплотнение или в его обход воды. В качестве дрен – смотровые шахты размером – , имеющие верховое и низовое ограждение. Смотровые шахты расположены на расстоянии от основного уплотнения и соединены с дренажной системой плотины.
Ширину секции принимаем 15 (м) 6].
5. Быки. Галереи. Ширина плотины по гребню. Затворы и подъёмные механизмы.
Оголовок быка выполняется полукруглым, так как разрезается сквозным температурно-усадочным швом. Толщину принимаем 4 (м). Минимальная толщина между пазами 2 (м).
В рамках курсового проекта устраиваем галерею цементационной завесы и дренажную галерею. Их размеры из практических рекомендаций принимаем .
Ширина плотины по гребню включает в себя ширину проезжей части и места для движения крана. На гребне проектируем проезжу часть первой категории общей шириной – 15 (м) и место под кран – 10 (м). Общая ширина сооружения по гребню не меньше 25 (м). Ширина плотины по гребню может измениться при расчётах сооружения на прочность и устойчивость, но не может быть меньше заданной величины.
На станции предусматриваем основной и аварийно-ремонтный плоские затворы. Аварийно-ремонтные затворы складируются в специальном помещении на гребне сооружения в зоне досягаемости крана. Толщину пазов для затворов, из практических рекомендаций: для аварийно-ремонтного принимаем 0,5 (м), для основного – 1,8 (м). Расстояние между затворами – 1,5 (м).
Сопряжение с берегами осуществляем с помощью асфальто-бетонной диафрагмы длинной:
ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РАСЧЁТ
Фильтрационный расчёт для плотин на скальном основании производится по СНиПу [5].
Производится расчёт для двух случаев:
- уровень верхнего бьефа соответствует нормальному подпорному уровню, через плотину пропускаем расход на нужды водохозяйственного комплекса (основной);
- уровень верхнего бьефа соответствует форсированному подпорному уровню, работают все водопропускные сооружения (поверочный).
Для основного случая:
Для поверочного:
Эпюры фильтрационного давления представлены в приложении А.
СТАТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ ПЛОТИНЫ
1. Определение основных нагрузок на плотину
Расчеты прочности и устойчивости гидротехнических сооружений выполняют для основного и особого сочетания нагрузок и воздействий. В состав основного сочетания входят нагрузки постоянные, временные, длительные и кратковременные. При особом сочетании нагрузок учитываются нагрузки постоянные, временные, длительные и кратковременные и одна из особых. Нагрузки и воздействия должны приниматься в наиболее неблагоприятных, но возможных сочетаниях отдельно для строительного и эксплуатационного периодов. Коэффициент надежности по нагрузке при расчете плотин принимается по СНиП [1].
Первый расчетный случай - нормальный эксплуатационный при НПУ в верхнем бьефе и минимальном уровне в нижнем. Второй расчетный случай - паводковый поверочный при ФПУ в верхнем бьефе и максимальном уровне в нижнем.
Эпюры рассчитанных нагрузок представлены в приложении А.
1.1 Вес сооружения и механизмов
Вес на 1 погонный метр водосливной части плотины:
где – площадь поперечного сечения водосливной части плотины, определяется с помощью AutoCAD .
Для расчётов понадобится момент относительно середины подошвы плотины.
Плечо -
Вес на 1 погонный метр бычка:
Плечо -
Для основного и поверочного случаев вес сооружений остаётся неизменным.
Площадь затвора:
Вес плоского затвора:
Вес затвора на 1 погонный метр:
Величина силы давления воды на затвор для основного случая:
для поверочного:
Вес подъёмного механизма для основного случая:
для поверочного:
где – скорость подъёма затвора, принимаем ;
для основного случая
для поверочного
где – коэффициент запаса .
Расчётный вес подъёмного механизма для основного случая:
для поверочного:
1.2 Гидростатическое давление
Сила гидростатического давления воды определяется по формулам гидравлики. Эпюры гидростатического давления на верховую и низовую грань приняты по треугольнику.
Сила гидростатического давления вод со стороны верхнего бьефа для основного случая:
для поверочного:
где – отметка уровня подошвы плотины, .
Сила гидростатического давления вод со стороны нижнего бьефа для основного случая:
для поверочного:
Плечо для силы гидростатического давления воды определяется как треть высоты поверхности давления, для основного:
для поверочного:
1.3 Взвешивающее давление
Эпюра взвешивающего давления принимается в виде прямоугольника от минимального уровня нижнего бьефа до подошвы сооружения для основного случая и от максимального уровня нижнего бьефа до подошвы сооружения для поверочного случая. Плечо взвешивающего давления равно 0.
Сила взвешивающего давления для основного случая:
для поверочного:
1.4 Сила фильтрационного давления
Площадь эпюры фильтрационного давления определяется как сумма площадей отдельных её участков представляющих из себя прямоугольные трапеции и прямоугольный треугольник или с помощью AutoCAD.
Площадь эпюры для основного случая - , для поверочного - .
Сила фильтрационного давления на подошву сооружения для основного случая:
для поверочного:
Плечо момента сил фильтрационного давления определяем с помощью AutoCAD или как средневзвешенное центров тяжести отдельных участков эпюры фильтрационного давления, для основного случая:
для поверочного -
1.5 Давление грунта
Давление наносов:
где – удельный вес наносов во взвешенном состоянии (из задания на курсовой проект);
– толщина слоя наносов (из задания на курсовой проект);
– угол внутреннего трения для наносов.
Равнодействующая давления наносов:
Давление грунта на вертикальную грань сооружения со стороны верхнего бьефа:
где – удельный вес взвешенного в воде грунта основания (из задания на курсовой проект).
Равнодействующая активного давления грунта:
Давление грунта на вертикальную грань сооружения со стороны нижнео бьефа:
Равнодействующая активного давления грунта:
1.6 Волновое давление
Равнодействующая волнового давления по формуле А.Л. Можевитинова для основного случая:
для поверочного случая:
где для основного случая:
для поверочного случая:
Плечо силы волнового давления для основного случая:
Рекомендации по построению эпюры волнового давления в СНиП [2].
2. Расчёт прочности плотины
Данные полученные в выражениях (57) – (72) сводятся в таблицу 4. Для каждой силы по СНиП [1] определяется коэффициент надёжности по нагрузке, указывается направление действия силы и плечо силы (если момент силы по часовой стрелке, то знак «плюс», если против – «минус»). Эпюры нагрузок для основного и поверочного случая представлены в приложении А и Б соответственно. Эпюры напряжений представлены в приложении В.
Таблица 4 – Основные нагрузки на плотину
|
№ п/п |
Обозначение силы |
Направление силы |
Основной случай |
Поверочный случай |
|||||
|
Сила, кН |
Плечо, м |
Момент, кН∙м |
Сила, кН |
Плечо, м |
Момент, кН∙м |
||||
|
1 |
1 |
19470 |
21,00 |
408870 |
20090 |
21,33 |
428520 |
||
|
2 |
1 |
123 |
- 1,67 |
- 205 |
490 |
- 3,57 |
- 1749 |
||
|
3 |
0,95 |
19769 |
- 11,71 |
- 231495 |
19769 |
- 11,71 |
- 231495 |
||
|
4 |
0,95 |
22695 |
- 9,99 |
- 226723 |
22695 |
- 9,99 |
- 226723 |
||
|
5 |
1 |
2649 |
0,00 |
0 |
5297 |
0,00 |
0 |
||
|
6 |
1 |
5116 |
13,25 |
67787 |
6127 |
11,78 |
72176 |
||
|
7 |
1,2 |
152 |
5,33 |
812 |
152 |
5,33 |
812 |
||
|
8 |
1,2 |
92 |
2,25 |
208 |
92 |
2,25 |
208 |
||
|
9 |
0,8 |
158 |
- 1,00 |
- 158 |
158 |
- 1,00 |
- 158 |
||
|
10 |
1 |
306 |
56,64 |
17332 |
54 |
60,26 |
3254 |
||
|
11 |
1,2 |
143 |
- 25,00 |
- 3570 |
179 |
- 25,00 |
- 4470 |
||
|
12 |
1 |
33 |
- 25,00 |
- 825 |
33 |
- 25,00 |
- 825 |
||
|
13 |
32020 |
40750 |
Сумма вертикальных сил для основного случая (все силы с учётом коэффициента надёжности по нагрузке):
для поверочного случая:
Краевые напряжения в сечениях- плотины для верховой грани основной случай:
для поверочного случая:
где – сумма моментов сил действующих на сооружение относительно середины его подошвы (таблица 4) для основного и поверочного случая;
– заложение верховой грани на уровне расчётного сечения, ;
– напор над расчётным сечением со стороны верхнего бьефа для основного и расчётного случая.
Краевые напряжения в сечениях плотины для низовой грани основной случай:
для поверочного случая:
где - заложение низовой грани на уровне расчётного сечения, ;
- напор над расчётным сечением со стороны нижнего бьефа для основного и расчётного случая.
Полученные напряжения сведены в таблицу 5 и 6.
Таблица 5 – Основные напряжения в теле плотины основное сочетании нагрузок
Напряжения в кило паскалях
|
Напорная грань |
Низовая грань |
||
Таблица 6 – Основные напряжения в теле плотины особом сочетании нагрузок
Напряжения в кило паскалях
|
Напорная грань |
Низовая грань |
||
3. Критерии прочности плотины
1. Рассчитываем выражение, для основного случая:
для поверочного случая:
где – коэффициент сочетания нагрузок для основного и поверочного случая [1].
Под полученные данные выражений (93), (94) выбирается марка бетона по СНиП [6]. Марка бетона выбирается на 1 класс выше с целью обеспечения запаса.
Выбираем марку бетона – B7,5 c сопротивлением осевому сжатию - .
Рассчитываем выражения для основного случая:
для поверочного случая:
где – коэффициент условий работы для основного и поверочного случая, принимаем по СНиП [5].
Во всех точках плотины для основного случая результат выражения (93) должен быть меньше результата выражения (95). Условие выполняется.
Во всех точках плотины для поверочного случая результат выражения (94) должен быть меньше результата выражения (96). Условие выполняется.
2. На верховой грани не должно быть растягивающих напряжений, для основного случая:
для поверочного случая:
3. Рассчитываем выражение, для основного случая:
для поверочного случая:
В зоне верховой грани плотины, для основного случая:
для поверочного случая:
4. Под всей плотиной:
где - допускаемые напряжения в основании на глубине от дна, принимаем по СНиП [4].
4. Расчёт устойчивости плотины
Расчётное значение обобщённой несущей способности, для основного случая:
для поверочного случая:
где – тангенс угла внутреннего трения, принимаем из СНиП [4];
– коэффициент условия работы по нагрузке, принимаем ;
– сцепление грунта основания, принимаем из СНиП [4].
Сдвигающая сила для основного случая:
для поверочного случая:
Рассчитываем выражение, для основного случая:
для поверочного случая:
Полученные значения (104), (105) должны быть больше либо равными коэффициенту надёжности по назначению сооружения, но не превышать его на более чем на 10 (%).
Условие выполнено. Сооружение устойчиво и экономически выгодно.
ПРОПУСК СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ
Расчётный строительный расход принимается равным расходу определенной обеспеченности (0,2 (%)) в соответствии со СНиП [1] в зависимости от класса сооружения и срока временной эксплуатации постоянных сооружений (5 лет).
Определяем в AutoCAD площадь поперечного сечения русла при :
Перемычкой отделяем немного больше половины русла, так, что место под водосливную часть плотины оказывается осушенным (Приложение Г).
Определяем в AutoCAD площадь поперечного сечения суженного русла при
Бытовая скорость:
Скорость в суженном сечении:
Повышение уровня воды в суженном русле:
где – коэффициент скорости, для прямоугольных перемычек - .
Высота верховой перемычки:
где – глубина воды в нижнем бьефе при пропуске строительного расхода;
– конструктивный запас, принимаемый равным 1 (м).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном курсовом проекте была запроектирована водосливная плотина на скальном основании. Плотина отвечает основным расчетным требованиям и стандартным параметрам.
Основные размеры и отметки сооружения:
- отметка гребня водослива - 693 (м);
- отметка гребня бычка - 704,76 (м);
- отметка подошвы плотины - 637 (м);
- ширина подошвы плотины по основанию - 54 (м);
- количество водосливных отверстий – 2;
- ширина водосливных отверстий - 6 (м);
- ширина сооружения по гребню – 32 (м);
- высота сооружения – 67,77 (м);
- толщина бычка – 4 (м).
В качестве гасителя энергии потока был выбран отлёт струи:
- отметка носка – 648 (м);
- угол отлёта струи - ;
- дальность отброса струи – 66,6 (м).
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины – бетон B7,5).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения. Основные положения. – М. : ФГУП ЦПП, 2004.
- СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). – М. : ФГУП ЦПП, 2004.
- Справочник по гидравлике / под ред. В. А. Большакова. – Киев : Высш. шк., 1977. – 280 с.
- СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. – М. : Госстрой, 1989.
- СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные. – М. : ФГУП ЦПП, 2004.
- СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений. – М. : ФГУП ЦПП, 2002.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
2. Правознавство 2 семестр 20112012 р
3. Возрастная динамика детских страхов
4. Федеральная миграционная служба
5. Состав кровельных работ
6. БелорусскоРоссийский университет ОТЧЕТ ПО УЧЕБНОЙ ПРАКТИКЕ ПО ИНФОРМАЦИОННЫМ Т
7. плана готовится в самом конце работы по завершении и готовности всех остальных разделов т
8. Тема 9 Договори про надання банками послуг по зберіганню цінностей та інкасації Договір про зберігання
9. РЕФЕРАТ ldquo;Сущность тоталитаризма в сравнении фашистской Италии и нацистской Германииrdquo;
10. Арктика строение и тектоника
11. Учет затрат и калькулирование себестоимости работ, выполненных автомобильным транспортом, и пути его совершенствовани
12. вступают между собой в отношения по поводу организации всех сторон социальной жизнедеятельности образуя та
13. РЕФЕРАТ по дисциплине
14. О первом Воскресении и Рождении свыше
15. Менглет Георгий Павлович
16. Автоматизированные системы защиты информации
17. тема данной курсовой работы является актуальной и важной
18. 2014 учебный год 9 КЛАСС Интерпретация поэтического текста Дайте сопоставительный анализ предложенн.html
19. Контрольная работа- Понятие и признаки права
20. тема 19191945 гг Украина в системе новых международных координат