4.3. Расчет отверстий водопропускных труб

Дорожные водопропускные трубы могут быть круглого и прямо­угольного сечений. Согласно нормативным данным дорожные трубы имеют такие стандартные отверстия:

круглые — 0,75; 1; 1,25; 1,5 и 2 м;

прямоугольные: одноочковые — 2; 2,5 и 3 м; двухочковые — 2 х 2,2; 2 х 2,7 и 2 х 3,2 м.  

Пропускная способность многоочковых (двухочковых, трехочковых) труб равна суммарной пропускной способности соответствующего количества одноочковых труб.

Гидравлический расчет дорожных водопропускных труб заклю­чается в расчете входного и выходного участков.

Здесь приводятся расчеты для незатопленных труб, т. е. при h_н.б. < 1,25 h_к. При затоплении трубы (h_н.б. > 1,25 h_K) протекание потока в ней зависит от уровня воды в нижнем бьефе. Такие случаи возмож­ны только при устройстве безнапорных труб, расположенных на участ­ке подпора, что встречается редко, и поэтому не рассматриваются.

По режиму работы трубы разделяют на безнапорные, полунапорные и напорные.

Безнапорный режим бывает при соблюдении условия:

Н < 1,2h_тр,                                                                (4.20)

где Н — напор воды перед трубой; h_тp — высота (или диаметр) трубы.

При безнапорном движении поток имеет свободную поверхность по всей длине трубы (рис. 4.13).

Рис. 4.13. Безнапорный режим

Полунапорный режим бывает при условии

Н > 1,2 h_тр                                                         (4.21)

в этом слу­чае вход в трубу становится затопленным, за ним характерно наличие сжатого сечения с глубиной мень­ше критической (рис. 4.14).

 

Рис. 4.14. Полунапорный режим

Напорный режим бывает в тру­бах с обтекаемыми оголовками, а также в случае применения специ­альных открылков к необтекаемым оголовкам при двух условиях:

Н > l,4h_тр и i<i_f.                                 (4.21)

где i — уклон дна трубы; i_f — уклон трения.

При напорном режиме поперечное сечение по всей длине трубы полностью заполняется водой; в этом случае трубы обладают наиболь­шей пропускной способностью (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Напорный режим

Безнапорные трубы (любой формы поперечного сечения) могут быть рассчитаны по формуле проф. А. А. Угинчуса:

,                                                  (4.22)

где m = 0,36 при Н < 0,6d и m = 0,335 при Н > 0,6d для раструб­ных оголовков; m = 0,305 — для воротниковых оголовков; m = 0,31 — для портальных оголовков;b_k — средняя ширина потока в сечении с критической глубиной,

                                                              (4.23)

гдк H_o — полный напор (с учетом скоростного напора).

Отверстия безнапорных труб рассчитывают методом подбора на основании допускаемой скорости, исходя из предельной степени наполнения

                                                                  (4.24)

которая определяется нормами.

Гидравлический расчет отверстий прямоугольных безнапорных труб проводится аналогично расчету отверстий малых мостов, так как в обоих случаях справедливы одни и те же расчетные схемы протекания потока в сооружении.

Учитывая, что отверстия труб должны быть стандартными, подби­рать их можно по таблицам пропускной способности для круглых  и прямоугольных труб, причем расход для последних приведен на 1 м ширины отверстия в м3/c.

Расчет отверстий безнапорных труб по этим таблицам производится подбором диаметра (d) или высоты трубы (hтр), напора воды перед трубой и скорости протекания потока для соответствующего расчетного расхода. Таблицы построены в предположении равенства уклонов трубы и критического для соответствующего расчетного расхода, за­данного или установленного гидрологическими расчетами.

Полунапорные трубы рассчитывают по формуле Н. П. Розанова:

                               (4.25)

или для круглых труб с учетом уклона i:

                                     (4.26)

где μ₀ — коэффициент расхода для неплавных оголовков (воротни­ковые, портальные), μ₀= 0,59—0,62, для более плавных (типа рас­трубного) μ₀ = 0,65—0,67; η— отношение некоторой «определяющей» условной глубины к диаметру трубы; для неплавных оголовков η = 0,72—0,73; для более плавных η = 0,74.

Отверстия по данным формулам подбирают по допус­каемой скорости течения.

При расчете полунапорных труб можно также пользоваться табли­цами пропускной способности, которые позволяют быстро подобрать стандартные трубы.

Напорные трубы рассчитывают по формулам:

                                                   (4.27)

где η = 0,85; l — длина трубы;

                                                                    (4.28)

Отверстия следует рассчитывать в зависимости от допускаемых скоростей течения методом подбора. Для облегчения расчета следует пользоваться таблицами пропускной способности труб, с помощью которых можно быстро подобрать стандарт­ное отверстие трубы с обтекаемым оголовком.