Задачи / k_ekzamenu
.docxПрактическое задание к билету №1 (шифр 1.2.01)
Рассчитать нагрузки, действующие на бетонную плотину – построить эпюры и определить значения равнодействующих.
Коэффициенты надежности по нагрузке: для веса плотины
для гидростатической нагрузки
Исходные данные: отм. гребня 32.0м; отм. УВБ 30.0м; отм. УНБ 6.0м; отм. дна 4.0м; отм. подошвы 2.0м;
Характеристика грунта: , , ;
Характеристика наносов: , , ;
Плотность бетона
Плотность воды
Решение:
Определим величину собственного веса плотины. Для этого разделим плотину на несколько фигур площадью .
Найдем площадь каждой фигуры:
Определим гидростатическое давление со стороны верхнего и нижнего бьефов:
Определим боковое давление наносов на тело плотины:
Удельный вес взвешенного грунта наносов:
Давление наносов на вертикальную грань плотины:
Равнодействующая давления наносов:
Определим активное давление грунта понура на тело плотины. Эпюра представляет собой трапецию с основаниями .
Определим данные величины:
Полученные значения давлений отрицательные, что свидетельствует об отсутствие активного давления грунта понура на плотину.
Определим взвешивающее давление. Эпюра давления будет повторять форму подошвы выстой уровня воды в НБ.
Определим фильтрационное давление. Эпюра будет представлять собой треугольник с высотой равной напору плотины.
(Если нет никаких противофильтрационных элементов, то эпюра фильтрационного давления выглядит как треугольник с высотой равной УВБ-УНБ. Эпюра взвешенного давления повторяет форму основания с выстой равной УНБ-под. Ну то есть проводите линию по отметке УНБ, все что выше откидываете, то что ниже это взвешенное давление. Гидростатическое давление со стороны ВБ или НБ это прямоугольные равнобедренные треугольники со стороной равной УНБ- под для ВБ и УНБ-под для НБ. Наносы – эпюра строится как треугольник с высотой равной отм. наносов-отм.дна и сторона равна рн. Если вдруг нужно будет найти точку приложения равнодействующих сил, то в треугольнике 1/3 основания откладывается от прямоугольного угла в сторону, а затем 1/3 высоты в верх и это как раз точка приложения силы.)
Практическое задание к билету № (шифр 1.8.04)
Определить тип сопряжения бьефов и рассчитать толщину водобоя.
Исходные данные: отм. НПУ 120.00; отм. дна 20.00; отм. УНБ 28.00; ширина водопропускного пролета 16 м; количество пролетов – 9; толщина быка – 4 м;
Решение:
Ширина водосливного фронта, которую будем в дальнейшем использовать равна:
Ширина водосливного фронта с учетом размеров быков в плане:
– толщина быка.
Определяю критическую глубину:
. где = 1,1 – коэффициент Кориолиса. Определю полную удельную энергию в сечении перед водосливом:
Относительная удельная энергия сечения в верхнем бьефе:
|
По графику [Справочник по гидравлическим расчетам, Киселев П.Г., рис. 9.55 , стр. 140] определяю глубину в сжатом сечении и глубину - второй сопряжённой со сжатой, в зависимости от величины , определяю и .
Отсюда, сопряжённые глубины:
Глубина в НБ
В зависимости от соотношения глубины и бытовой глубины возникают следующие типы сопряжения бьефов:
, следовательно, прыжок отогнанный.
Отогнанный прыжок за плотиной не допускается, и проектируется сопряжение бьефов по типу затопленного прыжка. Для этого необходимо создать с нижним бьефом соответствующую глубину или погасить часть избыточной энергии с помощью гасителей энергии. Различают следующие устройства для гашения энергии: специальные гасители энергии, водобойная стенка, комбинированный водобойный колодец (с водобойной стенкой), водобойный колодец. Все выше описанные устройства для гашения энергии сбрасываемой воды применяют для плотин на нескальном основании. Для плотин на скальном основании гашение энергии сбрасываемой воды осуществляют способом свободно отброшенной струи.
Во всех случаях за водосливом устраивают водобой, чаще всего это бетонная или железобетонная плита. Толщина водобойной плиты может быть определена по формуле В.Д. Домбровского
Где – скорость в сжатом сечении.
Практическое задание к билету № (шифр 1.5.04)
Определить отметку гребня грунтовой плотины
Исходные данные: отм. УВБ 60.00; отм. дна 10.00; скорость ветра 18 м/с; длина разгона волны 3,4 км; заложение верхового откоса ; крепление верхового откоса – бетонные плиты.
Решение:
За отметку гребня грунтовой плотины принимают:
– превышение гребня грунтовой плотины над расчетным уровнем в верхнем бьефе
где - высота наката волн на откос расчётной обеспеченностью 1%; - высота ветрового нагона; - конструктивный запас, принимаемый не менее 0,5 м (0,5 – 2м).
где - угол между продольной осью водоёма и направлением ветра, градусы (буду рассматривать перпендикулярное направление ветра в сторону плотины, 0 град.); - скорость ветра; L – длина разгона волны, м; - коэффициент, принимаемый по СП 38.13330.2012 Приложение Б; - средняя высота водохранилища; - ускорение свободного падения.
Средняя высота водохранилища:
Определим высоту волны 1% обеспеченности:
1. Вычислим безразмерные комплексы:
где: t=6 ч- период развития волн на водохранилище
2. По графику по СП 38.13330.2012 Приложение А по верхней огибающей кривой и значениям и определяются параметры и .
При определим и
При определим и
Используя меньшие полученные значения и вычислим средний период волны и среднюю высоту волны :
3. Вычислим среднюю длину волны:
4. условие выполнено
5. Определим высоту волны 1% обеспеченности:
где: ki=2,4 коэффициент принимаемый по СП 38.13330.2012 Приложение А
Высота наката волн на откос расчётной обеспеченностью 1%:
Где: kr=1 и kp=0.9 - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, укреплённого бетонными плитами, принимаемые по СП 38.13330.2012 Приложение Д
ksp =1,1- коэффициент, принимаемый по СП 38.13330.2012 Приложение Д
krun=1,2 - коэффициент, принимаемый по графикам по СП 38.13330.2012 Приложение Д в зависимости от пологости волны на глубокой воде.
Превышение гребня плотины над расчётным уровнем в верхнем бьефе:
Тогда отметка гребня грунтовой плотины:
Практическое задание к билету № (шифр 1.7.04)
Определить отметку гребня водосливной плотины практического профиля и найти координаты профиля оголовка водослива.
Исходные данные: отм. НПУ 120.00; отм. дна 40.00; ширина водопропускного пролета 18 м; количество пролетов – 7; толщина быка – 4 м; ; коэффициент расхода водослива ; коэффициент формы боковых устоев 0.7; коэффициент формы верховой грани быка 0.45
Решение:
Используя формулу расхода через водослив, определим полный напор на водосливе в первом приближении, т.е. без учёта бокового сжатия и подтопления водослива:
где m– коэффициент расхода, для профиля оголовка безвакуумной водосливной стенки типа B(m ≈ 0,49).
Ширина водосливного фронта, которую будем в дальнейшем использовать равна:
Во втором приближении, с учётом бокового сжатия и подтопления, полный напор на водосливе:
где – коэффициент бокового сжатия;
– коэффициент подтопления, подтопления водослива нет и = 1;
где = 0,7 – коэффициент уменьшения, учитывающий форму быков в плане (полукруглая).
= 0,45 – коэффициент формы верховой грани быка
Определим напор на гребне водослива без учета скорости подхода потока к водосливу :
где = 1,1 – коэффициент Кориолиса. |
|
Определённый напор на гребне водослива округляем до ближайшего стандартного значения в соответствии с техническим регламентом (стандартные значения напоров можно посмотреть в методичке п 2.2.2):
. |
|
Определим отметку гребня водослива:
. |
|
По проектному напору определяем координаты для построения оголовка плотины практического профиля. Табличные координаты умножаются на Расчеты сведем в таблицу 1.
Таблица 1 – Координаты очертания гребня водосливной стенки (стенки Кригера - Офицерова)
Табличные координаты |
Расчетные координаты |
||||
№ точки |
Х, м |
Y, м |
№ точки |
Х, м |
Y, м |
1 |
0 |
0,126 |
1 |
0 |
1,134 |
2 |
0,1 |
0,036 |
2 |
0,9 |
0,324 |
3 |
0,2 |
0,007 |
3 |
1,8 |
0,063 |
4 |
0,3 |
0 |
4 |
2,7 |
0 |
5 |
0,4 |
0,006 |
5 |
3,6 |
0,054 |
6 |
0,5 |
0,027 |
6 |
4,5 |
0,243 |
7 |
0,6 |
0,06 |
7 |
5,4 |
0,54 |
8 |
0,7 |
0,1 |
8 |
6,3 |
0,9 |
9 |
0,8 |
0,146 |
9 |
7,2 |
1,314 |
10 |
0,9 |
0,198 |
10 |
8,1 |
1,782 |
11 |
1 |
0,256 |
11 |
9 |
2,304 |
12 |
1,1 |
0,321 |
12 |
9,9 |
2,889 |
13 |
1,2 |
0,394 |
13 |
10,8 |
3,546 |
14 |
1,3 |
0,475 |
14 |
11,7 |
4,275 |
15 |
1,4 |
0,564 |
15 |
12,6 |
5,076 |
16 |
1,5 |
0,661 |
16 |
13,5 |
5,949 |
17 |
1,6 |
0,764 |
17 |
14,4 |
6,876 |
18 |
1,7 |
0,873 |
18 |
15,3 |
7,857 |
19 |
1,8 |
0,987 |
19 |
16,2 |
8,883 |
20 |
1,9 |
1,108 |
20 |
17,1 |
9,972 |
21 |
2 |
1,235 |
21 |
18 |
11,115 |
22 |
2,1 |
1,369 |
22 |
18,9 |
12,321 |
23 |
2,2 |
1,508 |
23 |
19,8 |
13,572 |
24 |
2,3 |
1,653 |
24 |
20,7 |
14,877 |
25 |
2,4 |
1,894 |
25 |
21,6 |
17,046 |
26 |
2,5 |
1,96 |
26 |
22,5 |
17,64 |
27 |
2,6 |
2,122 |
27 |
23,4 |
19,098 |
28 |
2,7 |
2,289 |
28 |
24,3 |
20,601 |
29 |
2,8 |
2,462 |
29 |
25,2 |
22,158 |
30 |
2,9 |
2,61 |
30 |
26,1 |
23,49 |
31 |
3 |
2,824 |
31 |
27 |
25,416 |
32 |
3,1 |
3,013 |
32 |
27,9 |
27,117 |
33 |
3,2 |
3,207 |
33 |
28,8 |
28,863 |
34 |
3,3 |
3,405 |
34 |
29,7 |
30,645 |
35 |
3,4 |
3,609 |
35 |
30,6 |
32,481 |
36 |
3,5 |
3,818 |
36 |
31,5 |
34,362 |
Рисунок 1 – Очертание оголовка плотины практического профиля
Практическое задание к билету № (шифр 1.6.04)
Определить ширину водосбросного фронта гидроузла энергетического назначения с водосливной плотины практического профиля.
Исходные данные: отм. НПУ 60.00; отм. дна 10.00;; отм. УНБ 15.00; установленная мощность ГЭС 400 МВт; количество гидроагрегатов – 4; минимальный допустимый напор для турбины 20.0 м; кпд гидроагрегата 0.95; грунт основания – гранит.
Решение:
Определим расчетный расход через водосливную плотину по следующему выражению:
где максимальный основной расход.
расход через все эксплуатационные водопропускные сооружения гидроузла при полном их открытии и через агрегаты ГЭС. Количество агрегатов, участвующих в пропуске расчетных расходов (n-1) при числе агрегатов до 6 [смотрим в методичке, п.2.2.1].
Удельный расход на водосливе будет равен: