Yêu cầu: 1. Xác định cao trình đập tràn Zođ ứng với QTK và ZTK trên sông. Đập tràn hình cong không chân không. Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn. Lưu lượng đơn vị cho phép đối với nền sau đập là q. 2. Xác định hình thức nối tiếp sau đập với mọi cấp lưu lượng. Nếu có nước nhảy xa, thiết kế công trình tiêu năng với lưu lượng tính toán tiêu năng. Loại công trình tiêu năng tự chọn. 3. Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính K. Kênh có mặt cắt ngang là hình thang cân với m=1,5 và n=0,025 lưu lượng QTK. Mặt cắt kênh thiết kế phải thoả mãn hai yêu cầu sau
Trang 1Trờng Đaị học Thuỷ lợi
Bộ môn Thuỷ lực Thuỷ lực công trình Đồ án môn học Nội dung: Trên sông S đợc xây một đập tràn T để nâng cao mực nớc lấy vào kênh K.
Đầu kênh K có 01 cống lộ thiên A để điều tiết lu lợng
Yêu cầu:
1 Xác định cao trình đập tràn Zođ ứng với QTK và ZTK trên sông Đập tràn hình cong không chân không Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn Lu lợng đơn vị cho phép đối với nền sau đập là [q]
2 Xác định hình thức nối tiếp sau đập với mọi cấp lu lợng Nếu có nớc nhảy xa, thiết
kế công trình tiêu năng với lu lợng tính toán tiêu năng Loại công trình tiêu năng tự chọn
3 Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính K Kênh có mặt cắt ngang là hình thang cân với m=1,5 và n=0,025 lu lợng QTK Mặt cắt kênh thiết kế phải thoả mãn hai yêu cầu sau
+ 0,5m/s < V < 1,5m/s
+ 3
h
h
6
Độ dốc kênh là i Với mặt cắt kênh đã chọn , xây dựng quan hệ Q h trên kênh
từ Qmin đến Qmax
4 Xác định cao trình đáy cống và bề rộng cống để lấy đợc lu lợng thiết kế của kênh khi mực nớc nhỏ nhất Chênh lệch mức nớc qua cống là Z Lúc đó cống làm việc nh một đập tràn đỉnh rộng Vẽ mặt cắt ngang và dọc của cống Với cống đã chọn, xây dựng quan hệ Q a của cống ứng với mức nớc thiết kế của sông ZTK.
Các số liệu chung
1 Quan hệ Q Zh ở ngay sau đập tràn cho trong bảng dới đây:
Sông S
A
0
K
Đập tràn T
Z TK
Z ođ
Q TK
Z
01
Z
o
Trang 2Bảng 1
2 Bề rộng sông ở thợng lu lấy bằng 1,3 lần toàn bộ đập (kể cả mố)
3 Bề rộng công trình tiêu năng bằng toàn bộ bề rộng đập
4 Mỗi khoang đập có thể lấy từ 10 30m; mố đập lấy 23m
5 Bề rộng mỗi lỗ cống lấy 24m; chiều dày mố cống lấy từ 0,6,8m
6 Cao trình đáy cống lấy bằng cao trình đáy kênh
Các số liệu cho từng sinh viên
1 Số liệu về đập tràn
2 Các số liệu về kênh và cống
Đồ án môn học
Thuỷ lực công trình
1) Chọn các đại l ợng của ĐậpT:
Chọn đập T là đập thực dụng mặt cắt hình cong không chân không loại 2
Chọn số nhịp đập: n=4
Chiều rộng tràn nớc của mỗi nhịp đập là: b= 24 m
Chọn mố bên và mố trụ của đập lợn tròn có:
Chiều dày mố trụ : d =2m
Chiều dày mố bên : d’=1m
Chiều dày : a =1m
Đập có góc =450, góc =600 và tỷ số 0 , 9
pl l
Tổng chiều dài đập (kể cả mố) là: Bđập= 2d’+(n-1)d+nbm= 104 m
Lu lợng đơn vị của dòng chảy ở hạ lu đập:
qTK=
104
4030
d
TK
B
Q = 38,789 m3/s< q= 42,3 m3/s.
2) Xác định cao trình đỉnh đập tràn Z ođ ứng với Q TK và Z TK của sông S.
Vẽ quan hệ QZh ở ngay sau đập tràn theo số liệu ở bảng 1 ta đợc ở hình 1
Biết QTK của đập tra đồ thị QZh ta đợc ZTK= 27,5 m
Vì cao trình đỉnh đập tràn Zođ cha biết, ta giả thiết đập T chảy tự do và có co hẹp bên ta có:
Trang 3HoTK= 3
2
2
g b n m
QTK
(1)
Trong (1):
QTK= 4030 m3/s;
n.b= 4x24= 96 m;
g
m: Hệ số lu lợng của đập m= mt/c.hd.H= 4,49.0,978.1=0,479
Giả thiết gt=0.95 Thay vào (1) ta tính đợc:
2 43 , 4 96 479 , 0 95 , 0
4030
Kiểm tra lại gt từ công thức
b n
n
.
).
1 (
(2) Trong (2):
: 7 , 0
mb
45 , 0
mt
thay số vào (2) ta đợc:
Trang 5gt= 7 , 569
96
45 , 0 ).
1 4 ( 7 , 0 2 ,
0
So sánh gt với tt ta thấy gt tt , Vậy HoTK= 7,569 m là đúng
Cột nớc tràn thiết kế của đập tràn là:
HTK=HoTK-
g
V o
2
2
(3)
Giả thiết vận tốc tới gần Vo 0 ta có:
HTK=HoTK= 7,569 m
Zođ=ZTK-HTK= 52,3-7,569 = 44,731m Chiều cao đập so với đáy sông TL đập:
P1= Zođ - Zo1= 44,731-24 = 20,731m Chiều cao đập so với đáy sông HL đập:
P= Zođ - Zo= 44,731-21=23,731 m Kiểm tra lại vận tốc Vo:
Vì TL= 1,3Bđ(P1+HTK) = 1,3.104(20,731+7,569) = 3826,16 > 4.nb.HTK=4.96.7,596=2906,496 nên bỏ qua vận tốc Vo ở trên là đúng
Kiểm tra lại đập xem chảy tự do hay chảy ngập:
Vì ZTK= 27,52 m < Zođ = 44,731m Nên giả thiết đập tràn T chảy tự do là đúng
Cao trình đỉnh đập tràn: Z ođ = 44,731 m.
3) Vẽ mặt cắt ngang của đập tràn T.
Có HTK= 7,569 m, tra phụ lục (14-2) ứng với đập loại 2 ta đợc các giá trị X,Y ứng với X=X HTK , Y=Y HTK Kết quả tính toán đợc ghi ở bảng sau:
Bảng 2
Biết P= 23,731 m, HTK= 7,569 m tra bảng (14-8) ta đợc R= 13,7 m
Từ kết quả ở Bảng 2 và R= 13,7 m, Ta vẽ đợc mặt cắt ngang của đập tràn T ở hình
vẽ (hình 2 và hình 3)
II - Tính toán tiêu năng ở Hl đập tràn T.
1) Xác định hình thức nối tiếp sau đập T với mọi cấp l u l ợng.
Ta chọn ra 5 giá trị Q tràn qua đập T biến đổi từ QS
min đến QS
max Đối với mỗi lu l-ợng Q ta cần tính các đại ll-ợng nh sau:
a- Tính hc, hc''.
0
E
q
(4) Với hệ số lu tốc: = 0,95
Lu lợng đơn vị ở hạ lu:
dap
B Q
q
Trang 6E0=P+H0 trong đó cột nớc tràn toàn phần H0 đợc tính theo công thức:
Ho=
3 2
2
g b n m
Q
Để tính H0 tơng ứng với các giá trị Q khác nhau ta lấy các hệ số nh sau:
m=mt/c= 0,479 và =0,95
Từ F(C), ta đợc C và C'' ở bảng (15-1), từ đó ta có:
hc=Ho.C
hc''=Ho.C'' kết quả tính toán hc, hc'' đợc ghi ở bảng số 3
b) Tính h h :
Có Q tra đồ thị Q Z ta tìm đợc Zh tơng ứng Có Zh ta tính đợc độ sâu hh ở hạ lu
đập tràn T là: hh=Zh-Z0
Kết quả hh đợc ghi ở bảng 3
c) Tính h K
Có Q ta tính đợc q B Q 2d' (n Q1)d b'
Trang 7Kết quả tính hk ghi ở bảng 3.
Bảng 3
Q
(m 3 /s)
H 0
(m)
E 0
(m)
h k
(m)
h h
(m)
h c
(m)
h c '' (m)
h c ''- h h
nhảy
Có nớc nhảy phóng xa
2) Xác định l u l ợng tính toán tiêu năng: (Qtn)
Căn cứ vào kết quả tính toán ở bảng 3, ta chọn đợc sơ bộ Qtn= 5000 m3/s
Để có đợc Qtn chính xác, ta phải tính lại hc, hc'' nh sau:
Tính chính xác cột nớc tràn toàn phần H0 của đập T theo công thức:
Ho=
3 2
2
g b n m
Qm
(5) Giả thiết gt = 0,91; mgt = 0,48 thay vào công thức (5) tính đợc:
2
81 , 9 2 96 48 , 0 91 , 0
5000
Từ đó ta đợc Htn=Hotn
-g
2
2 0
Coi V0 0 nên Htn Hotn= 8,981 m
Có Htn, Hotn tính đợc:
b n
n
.
).
1 (
(6) Trong (6):
mb=0,7; mt=0,45 (mố bên và mố trụ lợn tròn),
n.b = 96m
Hotn= 8,981m
96
45 , 0 ).
1 4 ( 7 ,
0
= 0,98232
mtt= mt/c.hd.H (7) Trong (7)
mt/c= 0,48
= 450, = 600, 0.9
p
l
tra bảng (14-3) ta đợc hd= 0,978
= 450, 78,,569981 1,1865
Tk
m
H
H
tra bảng (14-4) ta đợc H= 1,019 Thay tất cả vào (7) ta đợc mtt= 0,48.0,978.1,019 = 0,478
Vậy gt tt,, mtt mgt, cột nớc Htn đã tính là đúng
Từ Htn chính xác tính Eo= P+H0tn= 23,731+8,981 = 32,712 m
Ta có F(C)=
32 , 712 0,2705
95 , 0
077 , 48
0
E
q
Từ đó ta có hc=C.E0= 0,0665.32,712 = 2,175m
hc''=C''.E0= 0,441.32,712 = 14,426m
So sánh 4 độ sâu hh, hc, hc'', hk ta thấy:
Trang 8hc''= 14,426m, , hh= 7,71m, hk=6,34m, hc= 2,175m hc''>hh>hk>hc
Vậy sau đập có nớc nhảy phóng xa, phải thiết kế công trình tiêu năng ứng với
l-u lợng tính toán tiêl-u năng Qtn ở trên để đa nớc nhảy phóng xa về nớc nhảy ngập
3) Thiết kế công trình tiêu năng ở HL đập tràn T.
Công trình tiêu năng ở HL đập tràn chọn phơng án đào bể tiêu năng:
Tính toán bể tiêu năng:
Tính chiều sâu bể (d) và chiều dài bể (Lb) để đa nớc nhảy phóng xa về nớc nhảy ngập
- Sơ bộ chọn d1= 5m
- Tính lại hc, hc''
Ta có Eo1=Eo+d1= 32,712+5 = 37,712m
F(C)= 3 / 2
01
.E
q
(8)
104
5000
B
Q
= 0,95;
Thay vào (8) ta đợc:
Trang 937 , 712 . 0,2185
95 , 0
077 48 3 / 2 3 / 2
0
E
q
tra151 c =0,39
hc’’ = c.E0 = 0,39.37,712 = 14,7077 m
* Tính Z
Z =
''2
2 2
2 2
2
2
.
q g
h
q
(9) Trong (9): q = 48,077 m3/s; b = 0,9; hh= 7,71m; g = 9.81m/s2;
= 0,105; hc’’= 14,7077 m
Thay số vào (8) ta đợc:
Z =
h g
q g
h
q
c h
b
953 , 1 7077 , 14 05 , 1 81 , 9 2
077 , 48 , 0 1 81
, 9 2 71 , 7 9 , 0
077 , 48
2
2
.
2 2
2
2 2
''
2 2
2
2
- Chiều sâu bể d = .hc’’- hh- Z = 1,05.14,7077 – Hà nội 7,71 – Hà nội 1,953 = 5,08m
Vậy d = 5,08m d1 = 5 m giả thiết đúng
- Chiều dài bể:
Lb= L1 + Ln (10) Trong đó: L1= 0; = 0,8; Ln= 4,5.hc’’
Thay vào (10) ta đợc: Lb= 0,8.4,5.14,426 = 51,93m
L b = 51,93 m.
III - Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính
Kênh chính sau cống A có mặt cắt ngang là hình thang cân với m = 1,5; n = 0,025;
i = 0,0004; = 4 và lu lợng thiết kế Q TK K 56 , 3m3/s
1) Tính b k và h 0TK của kênh chính:
3 , 56
0004 , 0 424 , 8
.
4 0
K TK
Q
i m
, tra phụ lục (8-1) đợc Rln= 2,3m
5 , 1 4
016 , 2
m
m
ln
R
b
ln
R h
Vậy ta có:
R
b
799 , 11 13 , 2 13 , 5 ln
ln
R
h
92 , 2 3 , 2 269 , 1 ln ln
2) Kiểm tra điều kiện của kênh chính
Kênh chính sau cống A muốn làm việc tốt phải thoả mãn yêu cầu:
a - Khi l u l ợng trong kênh là: QK
min= k1.QK
TK= 0,75.56,3 = 42,225 (m3/s)
225 , 42
0004 , 0 424 , 8
4
min
0
K
Q
i m
, tra phụ lục (8-1) đợc R’
ln= 2m
Trang 10Lập tỉ số 5 , 8995
2
799 , 11
' ln
R
b TK
tra phụ lục (8-3) đợc ' 1,18
ln
R h
Chiều sâu nớc thiết kế của kênh chính ứng với Qk
min là:h0min=
m R
R
h
36 , 2 2 18 , 1 '
ln
'
ln
Tính vận tốc Vmin trong kênh ứng với QK
min:
11 , 799 1 , 5 2 , 36 2 , 36 1,166( / )
225 , 42
. 0 0
min
h h m b
Q V
TK TK Tk
K
Kiểm tra điều kiện 0,5m/s < Vmin = 1,166m/s < 1,5 m/s Vậy kênh chính đạt yêu cầu
b - Khi l u l ợng trong kênh là Q K TK = 56,3 m 3 /s
Biết bTK= 11,799 m; h0TK= 2,92 m; ta tính đợc:
11 , 799 1 , 5 2 , 92 2 , 92 1,192( / )
3 , 56
.h0 h0 m s m
b
Q V
TK TK Tk
K TK
Kiểm tra điều kiện 0,5m/s < VTK = 1,192 m/s < 1,5 m/s Vậy kênh chính đạt yêu cầu
c - Khi l u l ợng trong kênh làQ K max =k 2 Q K TK = 1,3.56,3=73,19 m 3 /s
19 , 73
0004 , 0 424 , 8
4
max
0
K
Q
i m
, tra phụ lục (8-1) đợc R’’
ln= 2,4m
4 , 2
799 , 11
'' ln
R
b TK
tra phụ lục (8-3) đợc '' 1,299
ln
R h
Chiều sâu nớc thiết kế của kênh chính ứng với Qk
min là:h0min=
m R
R
h
118 , 3 4 , 2 299 , 1 '
ln
''
ln
Tính vận tốc Vmax trong kênh ứng với QK
max:
11 , 799 1 , 5 3 , 118 3 , 118 1,42( / )
19 , 73
. 0max 0max
max
h h m b
Q V
Tk
K
Kiểm tra điều kiện 0,5m/s < Vmax = 1,42m/s < 1,5 m/s =>Thoả mãn điều kiện
3) Xây dựng quan hệ Q h 0 kênh chính từ Q min đến Q max
Từ kết quả ở bảng trên ta lập đợc bảng sau:
TK =56,3 m 3 /s Q K
max = 73,19m 3 /s
Với kết quả ở bảng 4 ta vẽ đợc đờng quan hệ Q h0 của kênh chính kết hợp với cắt ngang của kênh chính ở hình vẽ số 5
IV - tính toán thuỷ lực cống đầu kênh A
Cống đầu kênh A là cống lộ thiên có cao trình đáy cống bằng cao trình đáy kênh chính
Tính toán thuỷ lực cống đầu kênh A ta làm nh sau:
1) Xác định cao trình đáy cống
Mực nớc trong sông S là nhơ nhất (Qmin= 2400 m3/s) và cống làm việc nh một đập tràn đỉnh rộng, cao trình đáy cống ứng với lu lợng thiết kế của kênh chính
QT
TK đợc xác định theo công thức:
Zđc= ZS
min-(hoTK+Z) (11) Trong (11) h0TK= 2,92 m; Z = 0,3m
Trang 11Ta tính SS
min= Z0đ+ HS
min
a - Tính cột n ớc tràn H s 0min đập tràn T ứng với Q S min = 2400 m 3 /s
Dựa vào kết quả ở bảng 3, ta tính lại chính xác cột nớc tràn Hs
0min của đập tràn
T khi Qmin= 2400 m3/s tràn qua đập
- Công thức tính cột nớc tràn toàn phần của đập tràn thực dụng:
Hs
2 min
2
g b n m
Q s
Trong (12) gt= 0,97; mtt= 0,45; n,b = 92 m; Qs
min= 2400 m3/s
2 43 , 4 92 45 , 0 97 , 0
2400
Hs
min= Hs
0min -
g
v
2
2 0
coi V 0 0 => H s
min H s
0min = 5,508 m.
- Kiểm tra lại V 0 :
tt = 1,3 B đập (P 1 +H s
min ) = 1,3.104.(20,731+5,058) = 3547,513 m 2
>4.n.b.H TK = 4.96.7,569 = 2906,496 m 2 Nên ta bỏ vận tốc V 0 ở trên là đúng
_ Kiểm tra lại gt và m gt :
.
).
1 (
o mt
b n
.5,508 0,976
96
45 , 0 1 4 7 , 0 2 , 0
mtt=mt/c.hd.h (*)
569 , 7
508 , 5
min
TK
H
H
0,723 Tra(144) tt= 0,96
mt/c=0,48; hd= 0,978
Thay vào (*) ta đợc: mtt= 0,48.0,978.0,96 = 0,4506 0,45 = mgt
So sánh ta thấy: ttgt; mtt mgt => Giả thiết là đúng
Vậy Hs
min= 5,508 m
b - Cao trình đáy cống A.
Cao trình mặt nớc sông S nhỏ nhất: Zs
min= Z0d + Hs
min= 44,731+5,508 = 50,239 m Cao trình đáy cống A: Zđc =Zs
min - (h0TK+Z) = 50,239- (2,92+0,3)= 47,02m
2) Xác định bề rộng cống để lấy đ ợc Q K TK ứng với Z s min
Khi cánh cống kéo lên khỏi mặt nớc, cống lộ thiên A làm việc nh một đập
tràn đỉnh rộng có: Hmin= Zs
min-Zdc=h0TK+Z=2,92+0,3=3,22 m
a - Xác định số cửa cống của cống A
Với Qk
TK= 56,3 m3/s qua cống, để tránh dòng chảy tập trung ta chọn số cửa cống của cống A là n = 2 Lu lợng thiết kế qua mỗi cửa cống là:
15 , 28 2
3 , 56
n
Q Q
C TK C
Trang 12b - Xác định chiều rộng b của mỗi cửa cống
Ta chọn cống A có tờng thu hẹp dần với góc a = 450 cotga =1
Tính chiều rộng bc của mỗi cửa cống nh sau:
Xác định chế độ chảy của đập đỉnh rộng:
Biết cột nớc ở thợng lu cống: Hmin= 3,22 m
Biết cột nớc ở hạ lu cống : hh = h0TK = 2,92 m
Độ sâu hn= hh;
Vận tốc
11 , 799 1 , 5 3 , 22 3 , 22 1,051( / )
3 , 56
. min min
H H m b
Q V
Tk
K TK
g
V
28 , 3 81 , 9 2
051 , 1 1 , 1 22 , 3 2
H
h n
89024 , 0 28 , 3
92 , 2
0
H
h
pg
0
, đập đỉnh rộng chảy ngập
Chiều rộng bc của mỗi cửa cống đợc xác định theo công thức:
bC =
n n n
K TK n
n n
C TK
h H g n h
Q h
H g h
Q
0
Trong (13) độ sâu hồi phục Z2 nhỏ nên ta bỏ qua
Giả thiết hệ số lu lợng của đập đỉnh rộng là: mgt=0,36 ( 14 3 ) 0 , 96
Tra n Thay vào (13) ta tính đợc bc của cống nh sau:
bC =
3 , 28 2 , 92 3,778m
81 , 9 2 2 92 , 2 96
,
0
3 , 56
799 , 11
778 , 3 2
TK
c
b
b n
và Cotga=1;Tra 14 8 mtt= 0,36 Vậy mgt mtt =0,36 giả thiết đúng
Chiều rộng tràn nớc của cống A là: b =n.bc = 2.3,778 = 7,556 7,6m
3) Vẽ mặt cắt ngang và mặt cắt dọc cống A:
Cống A có n=2 cửa, chiều rộng mỗi cửa là bc = 3,778m
Tờng cánh có góc thu hẹp dần =450 Mố cống có chiều dày d=0,8m; đầu mố vát nhọn với góc ở đỉnh = 900 Chiều rộng đáy kênh thợng, hạ lu cống
bTK= 11,799 m Mặt cắt ngang và cắt dọc cống đợc thể hiện ở hình vẽ số 6
4) Xây dựng quan hệ Q a của cống A ứng với mực n ớc sông thiết kế Z s TK :
Khi cánh cống đóng xuống với độ mở cống là a, cột nớc ở thợng lu cống là:
HTK=Zs
TK-Zđc=(Z0đ +Hs
TK)- Zđc= (44,731+7,569)-47,02 = 5,28m, lu lợng tháo qua cống là Q Ta xây dựng quan hệ Q a nh sau:
Chọn 5 giá trị Qk biến đổi từ QK
min= 42,225 m3/s đến Qk
max= 73,19 m3/s
Coi dòng chảy ở hạ lu cống A là dòng chảy đều nên từ Qk ta tra đồ thị Q h0 ở hình 3, ta tìm đợc hh= h0 tơng ứng Có Qk rồi ta tìm độ sâu phân giới hk theo
+ công thức:
3
kCN
Trang 13Trong (14) cần tính hkCN=3
2
.
g
q
TK
kCN CN
b
h m.
TK
K
b
Q
q
Độ sâu hk này là độ sâu phân giới trong kênh chính sau cống A, vì vậy muốn biết cống A chảy tự do hay chảy ngập ta cần xác định độ sâu hc, hc'' của cống nh sau:
2 3 0
.H
q c
(15)
Với:
c
K
Q q
.
, = 0,95, H0=HTK +
g
V
2
2 0
K
H H m b
Q V
.
0
Có F(c) ở (15) tra bảng (16-1) ta đợc c và c'' Từ đây ta tính đợc hc và hc''
hc= c.H0; hc''= c''.H0;
So sánh 4 độ sâu: hc, hc'', hh, hk nếu cống chảy tự do thì từ F(c) ở (15) tra bảng (16-1) đợc
H
a
sau đó tính a = (
H
a
).H Còn nếu cống chảy ngập thì phải tính hz trớc theo công thức;
hz2+A H 0 h z - B = 0
g
B = hh +
h
h g
q
.
.
2 2
0 0
Trang 15Khi tính A,B ta lấy 0=1, = 0,95; g = 9,81m/s2, qc =
b n
.
Sau đó tính c=
) (
2
c
h H g H
b n
Q H
h
Có c tra bảng (16-1) đợc
H
a
=> tính đợc độ mở cống a = (
H
a
).H Kết quả tính toán quan hệ Q a của cống A đợc ghi ở bảng 5
Bảng 5
Q
(m 3 /s)
h k
(m)
h h
(m)
h c
(m)
h c '' (m)
F( c ) c
H
(m)
Trạng thái chảy
Q K
min =
Q K
Q K
Q K
Q K
Căn cứ vào kết quả ở bảng 5 ta vẽ đợc quan hệ Q a của cống lộ thiên A ở
hình vẽ số 6
Ngày hoàn thành : 11/03/2006
Sinh viên thực hiện