Проектирование гидротехнических сооружений

            Высоту волны 1% обеспеченности  в системе волн глубоководной  зоны определяем умножением средней  высоты волны на коэффициент  k_i, который для обеспеченности 1% составляет 2,42 ([4], стр. 37).

 

           

 

 

 

 

Силы волнового давления для  глубоководной зоны на стадии предварительных  расчетов определяем по формуле А.Л.Можевитинова:

 

 

где h_1% - расчетная высота волны;

     

 

            Тогда сила волнового давления  при основном сочетании нагрузок:

 

 

             Плечо силы W_волн относительно УВБ выражается как:

 

 

             Превышение вершины волны над  УВБ η_с определяем по безразмерной величине для значения , принимая =0,5 (рис. 3, СНиП 2.06.04-82*).

 

                                              ,

 

тогда η_с/h_1%=0,605, откуда выражаем превышение волны над УВБ:

 

                                      

 

             Зная площадь эпюры волнового  давления, величину превышения η_с, вычислим ординату эпюры p_z=0 при z=0.

             Площадь эпюры выражается формулой:

 

                            

          Эпюра  сил волнового давления при  основном сочетании нагрузок  представлена в приложении 1.

                                       3.1.2 Особое сочетание нагрузок

 

               Для случая особого сочетания  нагрузок расчет производится  в той же последовательности, что и в п. 3.1.1, при ÑУВБ=ÑФПУ и скорости ветра 20% обеспеченности (при особом сочетании нагрузок по СНиП 2.06.04-82* для сооружений второго класса обеспеченность скорости ветра принимается равной 20%).

      Рассчитаем величины:

                                                    

 

где L – длина разгона волны, L=14 км;

      υ_W=υ_20%=6 м/с – скорость ветра.

      t – продолжительность непрерывного действия ветра, t= 6 ч.

 

                                              

 

    Определим ([4], рис. 2,9, верхняя огибающая кривая):

 

1. при    

2. при

 

            Из полученных выше значений выбираем меньшие:    

 

                                                          

                 Из выражения (3.3)  находим среднюю  высоту волны:

 

                                           

 

                  Из выражения (3.4) определяем средний  период волны:

 

                                                  

 

                  Вычислим среднюю длину волны:

 

                                                 

 

                  Определим зону волн из условия:

 

 

где d=ÑФПУ - Ñдна=79,5-53=26,5 м – глубина водохранилища.

 

  , следовательно,  имеем глубоководную зону. 

 

            Высоту волны 1% обеспеченности  в системе волн глубоководной  зоны определяем умножением средней  высоты волны на коэффициент  k_i, который для обеспеченности 1% составляет 2,42 ([2], стр. 37).

 

                                               

 

            Силы волнового давления для глубоководной зоны рассчитываем по формуле А.Л.Можевитинова:

 

                                                 

 

где h_1% - расчетная высота волны;

     

 

                                        

              Плечо силы W_волн относительно ВБ выражается как:

 

                                          

 

             Превышение вершины волны над  УВБ η_с определяем по безразмерной величине  для значения , принимая d/λ=0,5 (по графику на рис. 3, СНиП 2.06.04-82*).

                                                  ,

 

тогда , откуда выражаем превышение волны над УВБ:

 

                                                 

 

            Зная площадь эпюры волнового  давления, величину превышения η_с, вычислим ординату эпюры p_z=0 при z=0.

            Площадь эпюры выражается формулой:

 

         

         

             Эпюра сил волнового давления  при особом сочетании нагрузок  представлена в приложении 1.

            

 

2. Определение отметки гребня земляной плотины

 

               Отметка гребня земляной плотины  определяется на основе расчета  ее возвышения над расчетным  уровнем (НПУ, ФПУ) по СНиП 2.06.05-84* «Плотины из грунтовых материалов»:

 

                                                                                            (3.5)

 

где Δh_set – ветровой нагон в ВБ;

       h_run1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;

       а≥0,5 м – запас  возвышения гребня, принимаем а=1 м.

 

            Определим класс земляной плотины: при высоте плотины от 35 до 65 и для грунтов категории Б, земляная плотина имеет второй класс (СНиП 33-01-2003, табл. Б.1).

                Для определения первых двух  слагаемых в выражении (3.5) следует  принимать обеспеченности скорости  ветра для сооружений третьего  класса при основном сочетании  нагрузок и воздействий (при НПУ) – 2%; при особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) – 20%, (СНиП 2.06.04-82*).

           

3.2.1 Основное сочетание нагрузок

 

          Отметка  гребня земляной плотины вычисляется по формуле:

 

                                                    ÑГП₁=ÑНПУ+h_s1;

где              

            

          Определим  ветровой нагон в ВБ при  НПУ:

 

                                                                (3.6)

 

где  k_w1 – коэффициент, зависящий от скорости ветра υ₁=υ_2%, k_w1=2,1·10^-6 

       (табл. 2, СНиП 2.06.04-82*);

        d₁ – глубина водохранилища при НПУ , d₁=ÑНПУ - Ñдна=78-53=25 (м);

        a_w – угол между продольной осью водоема и направлением скорости

        ветра, принимаем a_w=0 (cosa_w =1)

 

 Тогда получим:

 

 

           Рассчитаем  высоту наката ветровых волн:

 

                                          ;

 

где k_r, k_p – коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, при креплении откосов земляной плотины бетонными плитами: k_r=1, k_p=0,9 (табл. 6, СНиП 2.06.04-82*);

      k_sp – коэффициент, принимаемый при скорости ветра υ₁=υ_2%=13 м/с и заложении верхового откоса плотины ctgφ = 3 (принимаем в зависимости от высоты плотины – от 15 до 50), k_sp=1,2 (табл.7, СНиП 2.06.04-82*);

      k_run – коэффициент, принимаемый в зависимости от пологости волны                       ( ) и заложения верхового откоса, k_run=1,24                                           (рис.10, СНиП 2.06.04-82*).

   

             Тогда высота наката ветровых  волн:

 
                                             

 

             Вычислим превышение гребня земляной  плотины над НПУ  по (3.5):

 

          

             Определим отметку гребня земляной  плотины:

 

                                                ÑГП₁ =78+3,41=81,41 (м).

 

3.2.2 Особое сочетание нагрузок

 

             Расчет производим аналогично  основному сочетанию нагрузок, принимая  за расчетный уровень ÑУВБ=ÑФПУ и расчетную скорость ветра υ₂=υ_20%.

 

             Отметка гребня земляной плотины:

 

                                                         ÑГП₂=ÑФПУ+h_s2;

 

где             

            

             Определим ветровой нагон в ВБ при ФПУ:

 

                                                                                   (3.7)

 

где  k_w2 – коэффициент, зависящий от скорости ветра υ₂=υ_20%, k_w1=1,3·10^-6   

       (табл.   2, СНиП 2.06.04-82*);

        d₂ – глубина водохранилища, d₂=ÑФПУ - Ñдна = 79,5 – 53 =26,5 (м);

        a_w – угол между продольной осью водоема и направлением скорости ветра,

        (cosa_w =1)

                

                 Тогда получим:

 

                  Высота наката ветровых волн:

 

                                          ;

 

где k_r=1, k_p=0,9 (см. п. 3.2.1);

      k_sp – коэффициент, зависящий от скорости ветра (υ₂=υ_20%=6 м/с) и заложения

     верхового откоса (ctgφ=3), k_sp=0,9 (табл.7, СНиП 2.06.04-82*);

      k_run – коэффициент, принимаемый в зависимости от пологости волны       

     ( ) и заложения верхового откоса, k_run=1,7

      (рис. 10, СНиП 2.06.04-82*).

 

                 Тогда высота наката ветровых  волн:

 
                                            

 

                  Вычислим превышение гребня земляной  плотины над ФПУ по (3.5):

 

                                            

          

                  Определим отметку гребня земляной  плотины:

 

ÑГП₂ =79,5+1,89=81,39 м.

         

         Окончательно за отметку гребня земляной плотины принимаем наибольшее значение ÑГП=81,41 м.

 

 

3.  Определение веса водосливной части плотины

 

                     Вес плотины на единицу длины  определим как:

 

                                                    (3.8)

 

где r_б – плотность бетона плотины, r_б= 2,4·10³ кг/м³;

      g= 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;

      F_П – площадь поперечного сечения плотины;

      в – ширина  водосливного отверстия;

      L – длина секции, т.к. разрезка выполнена через два пролета, то                        L = 2в+2d_б=26 (м)

 

                 В приложении 1 представлена схема для расчета веса плотины с бычком. Профиль плотины разбиваем на девять простейших фигур. Определим площади поперечных сечений этих элементов по формулам площадей трапеции, треугольника и прямоугольника.

 

 

 

Тогда площадь поперечного сечения  плотины:

F_П =F₁+F₂+F₃+F₄+F₅+F₆+F₇+ F₈ + F₉=50,16+118+44,88+55+100+90+28+2,88+1,70 = 490,62 (м²).

 

Вычислим вес плотины по формуле (3.8):

 

 

Рассчитаем вес частей плотины:

 

 

              Определим плечо веса плотины  относительно середины подошвы:

 

                                                 

где SМ_GП- сумма моментов веса частей плотины относительно середины подошвы плотины, причем за положительное направление момента принимаем вращение по часовой стрелке, за отрицательное – против часовой стрелки:

SМ_GП=  -G₁·L₁ – G₂· L₂ - G₃· L₃ + G₄· L₄ + G₅· L₅+G₆· L₆ + G₇· L₇ +G₈· L₈ – G₉· L₉ =