Xem mẫu
Chương 4 ĐẬPTRÀNVÀCÔNG TRÌNHTRÀN
4.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI VÀ ÚNG DỤNG TÍNH TOÁN
4.1.1. Tên gọi và kí hiệu
Đập tràn lả một vật thể kiến trúc được xây dựng để ngăn một dòng không áp làm cho clònq đó chảy tràn qua đỉnh của nó.
Các công trình trong ngành giao thông như cầu cống, đường tràn, cống của đường tràn liên hợp,... rất cần các kiến thức của đập tràn để tính toán, thiết kế ra hình thức công trình, khả năng thoát nước và xác định quy mô kích thước công trình mới hoặc tính toán kiểm tra kiểm định khả năng làm việc của các công trình đã có. Đập tràn cũng là một trong các bộ phận chủ yếu của nhiều công trình thủy lợi như phần tràn nước tháo lũ, đập ngăn sòng dâng nước, các loại cống...
Trong chương này, các tên gọi là kí hiệu các đại lượng đặc trưng của tràn và công trình tràn (hình 4.1).
ai I
Hình 4.1
103
b - Chiều rộng đập tràn là chiều dài đoạn tràn nước.
B - Chiều rộng của sông, suối.
6 - Chiều dày đỉnh đập.
P| - Chiều cao đập so với đáy sông thượng lưu.
p - Chiều cao đập so với đáy hạ lưu.
H - Cột nước tràn là chiều cao mặt nước thượng lưu so với đỉnh đập, được đo tại mặt cắt (0-0) cách xa đỉnh đập một khoảng (3 -í- 5)H về phía thượng lưu.
hh - Chiều sâu hạ lưu.
hn - Độ ngập hạ lưu, khi mực nước hạ lưu cao hơn đỉnh đập.
hn= hh- p
4.1.2. Phân loại
a) Theo chiều dày đỉnh đập có thể chia ra 3 loại sau:
1. Đập tràn thành mỏng khi có s < 0,67H. Làn nước tràn ngay sau khi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thì tách rời khỏi đỉnh đập, không chạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập, vì vậy hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước tràn và lưu lượng tràn. Ví dụ trường hợp hình 4.1.
Hình 4.2
2. Đập tràn có mặt cắt thực dụng (hình 4.2) khi 0,67H < ổ < (2 + 3)H. Chiều dày đỉnh đập đã ảnh hưởng đến làn nước tràn, nhưng không quá lớn. Mặt cắt đập có thể có dạng đa giác hoặc hình cong.
3. Đập tràn đỉnh rộng (hình 4.3) khi có (2 3)H < (5 <(8 10)H. Đỉnh đập nằm ngang hoặc độ dốc rất nhỏ, trên đỉnh hình thành một đoạn dòng chảy có tính chất thay đối dần. Khi có ô > (8 - 10)H thì phải tính như một đoạn lòng dẫn chứ không coi là công trình tràn đỉnh rộng được nữa.
104
Hình 4.3
b) T heo hình dạng cửa tràn (hình 4.4)
V
1H
Cửa tràn chữ nhật Cửa tràn hình thang
2-
Cửa tràn tam giác Cửa tràn cong
Hình 4.4
c) T heo hình dang tuyến đâp trên m ăt bằng
Có thế chia ra các loại: Đập thẳng, đập cong hình cung và đập kiểu giếng có đườne tràn nước là một hình cong kín.
d) Theo hướng của đập tràn so với hướng dòng chính(hình 4.5).
~ZZZZZZZZZZZZZZZZZ Z l 7ZZZZZZZZZZZZZZZZZ 7ZZZZZZZL 7ZZZ
7ZZZZZZZZZZZZZZZZZ
Đập đặt thẳng góc với dòng chảy
7ZZZZZZZZZZZZZZZZZ.
Đập đặt xiên
7ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZk
Tràn bẽn
Hình 4.5
e)T heo c h ế đ ộ chảy
- C hảy không ngập: Khi mực nước hạ lưu còn thấp hơn đính đập, hoặc cao hon đỉnh đập nhưng chưa ảnh hưởng đến hình dạng làn nước tràn và khả nãng tháo nước của đập (hình 4.2b).
- C h ả y ngập: Khi mực nước hạ lun cao hơn đỉnh đập đến mức độ ảnh hưởng đến hình dạng làn nước tràn và năng lực tháo nước của đập (hình 4.2a).
105
4.1.3. ứng dụng tính toán
a) Để tính toán thiết kếcầu cống nhỏ (hình 4.6j
Trường hợp này coi dòng chảy qua công trình được tính theo sơ đồ của tràn đỉnh rộng
có p = P| = 0 và cột nước H chính là độ sâu của dòng chảy thượng lưu.
H
////////Y//////////////////AqOƠOO
CÓp = P1=0
V 57 . .. .ri
h
` ` .....LJ / ^
Hình 4.6
b) Trường hợp cho tràn đường đầu cầu lớn và trung (hình 4.7)
Lưu lượng lũ thiết kế Qpxk qua mặt cắt tim cầu tính như sau:
QpTK = QlV~ £Qt (4-1 )
Trong đó:
Qlv - lưu lượng lũ theo lun vực được tính theo thủy văn;
X Q t - tổng lưu lượng cho phép tràn qua đường tràn hai đầu cầu tính theo bài toán
đập tràn.
Bãi trải I I Bãi phải
106
c) Tính toán đường tràn (hình 4.8)
~w w ~ w — « m m
Hình 4.8: So đ u tính tràn
Khả năng thoát nước qua tràn sẽ được tính theo đập tràn đỉnh rộng. Những kiến thức về đập tràn còn được sử dụng để tính toán thiết kế khả năng thoát nước qua cống của dường tràn liên hợp, cầu tràn... và hàng loạt các loại hình công trình trên hệ thống đường bộ, đường sắt.
4.2. THÀNH LẬP CÔNG THỨC TổNG QUÁT CÚA ĐẬP TRÀN
4.2.1. Trường hợp chảy không ngập
Lưu lượng tràn qua công trình tràn Q có quan hệ với kích thước cửa tràn (Dc, gia tốc trọng trường £ và cột nước tràn toàn phần gồm cả cột nước liru tốc tiến gần, tức là:
Q = f(coc;g;H0) Với
C1V2 = H + 0
2g
Thực tế thường gặp trường hợp cửa tràn hìnli chữ nhật thì kích thước cửa tràn G)c có thể biểu thị qua chiều rộng đập b và cột nước tràn H0. Vậy ta có quan hệ:
Q = f(b, g, H J Có thể viết quan hệ này dưới dạng:
Q = c.bx.gy.Hq
Trong đó: c - hằng số không thứ nguyên, phụ thuộc hình dạng mặt cắt, chiều dày đỉnh đ ậ p , V.V..
Dùng phương pháp phân tích thứ nguyên đê xác định các số mũ X, y, z. Trong trường hợp tràn cửa chữ nhật thì lưu lượng Q phải tỉ lệ với chiều rộng b , nghĩa là X = 1, ta có phương trình thứ nguyên.
[Q] = [b].[g]y.[H0p;
"L?" = [L]. ` l3~ . T . .T _
[Lí
Cân bằng thứ nguyên hai vế nhận đươc y = 1/2; z = 3/2. Do đó: c , rz ,.V2
107
...
- tailieumienphi.vn
nguon tai.lieu . vn