Nguyên tắc thiết kế cho Aqueduct và Siphon Aqueduct
Đọc bài viết này để tìm hiểu về các nguyên tắc thiết kế cho Aqueduct và Siphon Aqueduct.
Nguyên tắc thiết kế cho cống:
(i) Ước tính Thiết kế (Tối đa) Xả lũ của cống:
Các cống để được vượt qua có thể nhỏ hoặc giống như một dòng sông. Trong tất cả các trường hợp, cần đánh giá đúng lũ lụt tối đa hoặc lưu lượng đỉnh của cống.
(ii) Yêu cầu về đường thủy đối với cống:
Phương trình chu vi chế độ của Lacey tạo cơ sở tốt cho việc tính toán đường thoát nước. Phương trình là
P w = 4, 825 Q 1/2
Trong đó, P w là đường thủy được cung cấp cho cống tại vị trí tính bằng mét. Q là lưu lượng xả của cống trong m 3 / giây. Khi các trụ làm giảm đường thủy thực tế có sẵn, chiều dài giữa các mố (P w ) có thể tăng thêm 20%. Khi đường thủy được cố định từ phương trình chu vi chế độ của Lacey, điều kiện chế độ ở cống thượng lưu và hạ lưu của công trình không bị xáo trộn đáng kể. Để hạn chế nước thoát đến các ngân hàng hướng dẫn đường thủy mong muốn có thể được xây dựng.
(iii) Vận tốc dòng chảy qua thùng:
Vận tốc của dòng chảy qua thùng có thể dao động từ 1, 8 m / giây đến 3 m / giây, Lý do để chọn phạm vi này là do vận tốc thấp hơn có thể gây ra hiện tượng tắt tiếng trong thùng. Trong khi đó khi vận tốc cao hơn 3 m / giây thì tải trọng giường có thể gây ra sự mài mòn của sàn thùng và sau đó nó có thể bị hỏng.
(iv) Chiều cao khai trương:
Khi lưu lượng và vận tốc đường thủy được cố định, độ sâu của dòng chảy có thể được lấy dễ dàng. Cần có đủ đầu hoặc giải phóng mặt bằng giữa HFL và dưới cùng của lòng kênh. Một khoảng trống 1 m hoặc một nửa chiều cao của cống, cái nào ít hơn sẽ là đủ. Do đó, Chiều cao mở = Độ sâu của dòng chảy + Giải phóng mặt bằng hoặc đầu.
(v) Số lượng nhịp:
Sau khi xác định tổng chiều dài của một cống giữa số lượng mố được cung cấp có thể được cố định trên cơ sở hai cân nhắc sau:
tôi. Cường độ kết cấu cần thiết, và
ii. Kinh tế cân nhắc.
Ví dụ, khi các vòm được sử dụng, số lượng nhịp được cung cấp có thể nhiều hơn. Khi chi phí xây dựng trong nền móng khá cao, nên sử dụng số lượng nhỏ nhịp và sau đó có thể sử dụng dầm RCC.
(vi) Kênh đường thủy:
Nói chung tỷ lệ fluming được lấy là 1/2. Tỷ lệ này được thông qua m sao cho vận tốc dòng chảy trong máng không vượt quá giới hạn vận tốc tới hạn. Nói chung vận tốc của dòng chảy không được quá 3 m / giây. Biện pháp phòng ngừa này được thực hiện để tránh khả năng hình thành một cú nhảy thủy lực. Lý do rõ ràng là khi nhảy thủy lực hình thành nó hấp thụ năng lượng. Trong quá trình này, đầu có giá trị bị mất và các ứng suất lớn được tạo ra trong cấu trúc.
(vii) Độ dài của sự co lại hoặc chuyển tiếp tiếp cận:
Một khi chiều rộng tại họng là chiều dài cố định có thể được xác định sau khi biết tỷ lệ hội tụ. Tỷ lệ hội tụ thường được lấy là 2: 1 (ngang: ngang), tức là không dốc hơn 30 °.
(viii) Thời gian mở rộng hoặc chuyển tiếp khởi hành:
Chiều dài mở rộng ở phía hạ lưu của cống có thể được cố định sau khi biết tỷ lệ mở rộng. Tỷ lệ mở rộng thường được lấy là 3: 1 (ngang: ngang), tức là không dốc hơn 22, 5 °. Để duy trì dòng chảy hợp lý và cũng để giảm mất đầu, các chuyển tiếp thường được tạo thành từ các bức tường cánh cong và loe.
Việc thiết kế chuyển đổi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bất kỳ phương pháp nào trong ba phương pháp sau:
tôi. Phương pháp của Hind;
ii. Phương pháp chuyển tiếp hyperbol của Mitra;
iii. Phương pháp chuyển tiếp parabol bán khối của Chaturvedi.
Có thể lưu ý rằng mặc dù phương pháp của Hind có thể được sử dụng khi độ sâu của nước trong phần bình thường và máng nước cũng thay đổi, hai phương pháp còn lại chỉ có thể được sử dụng khi độ sâu của nước không đổi trong phần kênh thông thường cũng như phần máng .
(ix) Kết nối ngân hàng:
Một ống dẫn nước đòi hỏi bốn bộ tường cánh, (hai cho kênh và hai cho bộ phim truyền hình (Hình 19.24).
Các bức tường cánh kênh ở phía thượng nguồn và hạ lưu của cống dẫn nước bảo vệ và giữ lại trái đất trong các bờ kênh. Nền móng của các bức tường cánh kênh không nên để lại trong đất đắp. Các bức tường cánh nên dựa trên nền tảng âm thanh trong mặt đất tự nhiên. Trong quá trình chuyển đổi, các sườn bên của phần tự nhiên (thường là 11/2: 1) được uốn cong để phù hợp với hình dạng (nói chung là dọc) của máng trên cống.
Tường cánh thoát nước được cung cấp ở thượng nguồn và hạ lưu của thùng để bảo vệ và giữ lại các mặt tự nhiên của cống. Khi lòng cống bị cọ rửa khi lũ lụt, các bức tường cánh thoát nước nên được đưa sâu vào nền móng dưới độ sâu quét tối đa. Các bức tường cánh nên được đưa trở lại đầy đủ vào đầu của các ngân hàng hướng dẫn. Các bức tường cánh nên được thiết kế để cho phép sự ra vào trơn tru của dòng chảy trong cống.
Phương pháp thiết kế chuyển tiếp của Hind:
Phương pháp này dựa trên tiền đề là mất đầu tối thiểu, dòng chảy được sắp xếp hợp lý và điều kiện dòng chảy bình thường trong kênh được phục hồi trước khi dòng kênh chảy xuống phần đất ngay sau khi chuyển tiếp cong và bùng phát.
Trong hình 19.25, sự co lại hoặc chuyển tiếp tiếp cận, phần họng và chuyển tiếp mở rộng hoặc khởi hành được hiển thị. Có thể thấy rằng các phần 1-1, 2-2, 3-3 và 4-4 cho thấy bắt đầu co, kết thúc co, bắt đầu mở rộng và kết thúc mở rộng tương ứng.
Do đó, sự co lại hoặc chuyển tiếp tiếp cận nằm giữa các phần 1 và 2, cổ họng giữa các phần 2 và 3 và chuyển tiếp mở rộng hoặc khởi hành giữa các phần 3 và 4. Lên đến phần 1 và ngoài phần 4, kênh chảy trong điều kiện bình thường và do đó các tham số kênh tại hai điểm này bằng nhau và đã được biết đến. Vì vậy, các điều kiện của các thông số dòng chảy và kênh là giống nhau giữa các phần 2 đến 3 đại diện cho phần họng hoặc phần máng.
Quy trình thiết kế có thể được phác thảo như sau:
Đặt D và F với các chỉ số phù hợp đề cập đến độ sâu và vận tốc ở bốn phần Cũng vì các mức và kích thước kênh đã được biết đến trong phần 4-4:
Bước 1: Điện thoại tại phần 4-4 = Độ cao mặt nước + V 2 4 / 2g
nơi độ cao mặt nước ở giây. 4-4 = Cấp giường + D 4
(Hãy nhớ TEL là viết tắt của tổng dòng năng lượng)
Bước 2: Điện thoại tại giây. 3-3 = (TEL ở giây 4-4) + (mất năng lượng giữa giây 3 và 4) Mất năng lượng giữa các phần 3-3 và 4-4 xảy ra do sự mở rộng của các dòng tinh gọn và cũng do ma sát. Bỏ qua tổn thất do ma sát nhỏ và mất mát do mở rộng
Bước 5:
Như đã đề cập trong bốn bước đầu tiên, mức nước, mức nước mặt và mức tổng năng lượng có thể được xác định ở bốn phần.
Bây giờ có thể vẽ đường TE, đường mặt nước và đường giường như sau:
(a) Bây giờ, đường năng lượng tổng có thể được rút ra bằng cách nối các điểm này tại bốn phần bằng một đường thẳng.
(b) Đường giường cũng có thể được vẽ dưới dạng đường thẳng giữa các phần liền kề nếu mức giảm hoặc tăng của mức giường nhỏ. Các góc nên được làm tròn ra. Trong trường hợp sự sụt giảm của dòng giường là đáng kể, các dòng giường nên được nối với một đường cong ngược tiếp tuyến trơn tru.
(c) Bây giờ rõ ràng rằng giữa hai phần liên tiếp, sự sụt giảm mực nước mặt có thể dẫn đến (i) giảm dòng TE giữa hai phần; (ii) tăng vận tốc đầu trong cơn co; và (iii) giảm đầu vận tốc trong việc mở rộng.
Sự sụt giảm trên mặt nước này được đàm phán bởi hai đường cong parabol. Như thể hiện trong hình. 19, 26 và 19, 27 đối với sự co lại (chuyển tiếp tiếp cận) và mở rộng (chuyển tiếp khởi hành) điều này đạt được bằng đường cong lên lồi theo sau là đường cong lõm lên trong quá trình chuyển đổi trước và đường cong lên trên theo đường cong lên trên trong quá trình chuyển đổi sau.
Nó có thể được nhìn thấy từ Figs. 19, 26 và 19, 27
L = Độ dài của quá trình chuyển đổi (co hoặc khởi hành) = 2x 1 và
2y 1 = Tổng số giảm hoặc tăng trong mặt nước. Điểm m là trung điểm của chiều dài chuyển tiếp và được đặt để chia tổng mức giảm cũng như chiều dài bằng nhau.
Lấy mặt nước tại điểm mặt cắt làm phương trình gốc của parabol được cho bởi
y = cx 2
Thay thế các giá trị đã biết của y 1 và x 1
c = y 1 / x 2
Với giá trị này của đường cong mặt nước c parabol có thể được vẽ bắt đầu từ các điểm phần đại diện cho nguồn gốc.
Phương trình được sử dụng cho âm mưu bây giờ được giảm xuống
y = (y 1 / x 1 2 ). x 2
Do đó, hồ sơ mặt nước có thể được vẽ.
Bước 6: Vận tốc và diện tích dòng chảy tại các điểm khác nhau có thể được lấy
(i) Đầu vận tốc tại bất kỳ điểm nào được cho bởi sự khác biệt giữa TEL và mặt nước.
Vận tốc đầu h v = Điện thoại - WS
Ngoài ra = h v = v 2 / 2g
Vậy vận tốc (V) tại mỗi điểm = √2g.h v
(ii) Diện tích dòng chảy tại bất kỳ điểm nào có thể thu được bằng công thức đơn giản
A = Q / V
Với các giá trị đã biết của A và D, các kích thước khác của kênh hình thang có thể được tính bằng công thức
A = BD + SD 2
Trong đó B là chiều rộng giường và S: 1, nghĩa là (H: V) là độ dốc bên.
Trong trường hợp các bức tường cánh loe, các sườn bên dần dần được đưa thẳng đứng từ một độ dốc ban đầu. Giá trị của độ dốc bên tại bất kỳ phần trung gian nào trong độ dài chuyển tiếp có thể được nội suy theo tỷ lệ với độ dài chuyển đổi đạt được cho đến thời điểm đó.
Phương pháp chuyển đổi Hyperbol của Mitra :
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc :
tôi. Cùng với việc xả độ sâu của dòng chảy trong kênh cũng không đổi; và
ii. Tốc độ thay đổi vận tốc trên mỗi đơn vị độ dài của quá trình chuyển đổi là không đổi trong suốt chiều dài của quá trình chuyển đổi.
Từ hình 19.25 có thể thấy rằng:
B 0 = chiều rộng giường bình thường của kênh;
B t = chiều rộng giường trong cổ họng hoặc máng;
B x = chiều rộng ở bất kỳ khoảng cách x nào từ cực trị của máng;
và L = tổng chiều dài của quá trình chuyển đổi.
Phương pháp chuyển đổi parabol bán khối của Chaturvedi:
Nó nói rằng (Tham khảo hình 19.25 cho các ký hiệu)
Nguyên tắc thiết kế cho Siphon Aqueduct:
Rõ ràng là các ống dẫn nước siphon về cơ bản khác với các cống thông thường. Vì các tiêu chí như vậy đối với thiết kế cống dẫn nước là không đủ trong thiết kế các ống dẫn nước.
Ngoài những cân nhắc ở trên, các tiêu chí sau đây nên được áp dụng trong khi thiết kế các ống dẫn nước:
(i) Xả qua Siphon Thùng:
Đầu gây ra dòng chảy (nó cũng thể hiện tổn thất đầu trong thùng) thông qua thùng siphon ngược có thể được lấy từ công thức của Unwin
Trong đó h là đầu gây ra dòng chảy, đó cũng là sự mất đầu trong thùng tính bằng m.
L là chiều dài của thùng tính bằng m.
R là bán kính trung bình thủy lực của thùng tính bằng m.
V là vận tốc dòng chảy qua thùng tính bằng m / giây.
V a là vận tốc tiếp cận tính bằng m / giây, nó thường bị bỏ qua.
f 1 là hệ số mất đầu khi vào và thường được lấy là 0, 505.
f 2 là một hệ số chiếm ma sát trong thùng.
trong đó a và b là hằng số.
Bảng 19.2 đưa ra các giá trị của a và b cho các bề mặt khác nhau:
Vận tốc dòng chảy qua thùng nói chung giới hạn trong 2 đến 3 m / giây.
Do đó, vì tất cả các giá trị được biết là mất đầu theo thùng hoặc dòng gây ra dòng chảy có thể được tính toán. Giá trị này khi được thêm vào Mức lũ cao (HFL) trên d / s của cống dẫn nước cho H / s HFL.
Thêm bảng miễn phí vào HFL của chúng tôi, chúng tôi có thể có được các công trình bảo vệ sông hàng đầu như bó hướng dẫn và bó biên.
(ii) Áp lực nâng lên mái nhà của thùng:
Khi thùng chạy đầy trong lũ lụt, có áp lực dương trong thùng. Do áp lực dương trong thùng, mái nhà chịu áp lực nâng. Sơ đồ áp lực nâng cho mái nhà có thể được vẽ khi biết đầu áp lực ở phía u / s và d / s của thùng.
Áp lực ở phía d / s của thùng bằng với chiều cao của mực nước trên đáy của mái nhà. Có thể thu được đầu áp suất ở phía u / s bằng cách thêm tổn thất đầu vào nòng súng vào đầu áp suất ở phía d / s. Mất đầu có thể được lấy từ công thức của Unwin. Hình 19.28 cho thấy cấu hình của đường dốc thủy lực có thể tồn tại. Có thể thấy rằng áp suất nâng tối đa xảy ra ở cuối u / s của mái thùng.
Trong khi thiết kế máng, cần xem xét hai điều kiện khắc nghiệt, đó là:
tôi. Các thùng chạy đầy trong lũ tối đa và không có nước trong máng kênh. Điều kiện này cho áp lực nâng tối đa tác động lên máng.
ii. Máng kênh đang mang đầy xả nhưng thùng không chạy đầy và do đó không có sự nâng lên trên mái của thùng.
Để hạn chế độ dày của máng, nên cung cấp mái bê tông cốt thép có cốt thép ở phía dưới để chịu tải của máng kênh và cốt thép ở trên cùng để chống lại áp lực nâng lên bằng cách uốn.
(iii) Áp lực nâng lên sàn của thùng:
Không giống như các cấu trúc thủy lực khác, các ống dẫn nước phải chịu hai loại áp lực nâng khác nhau từ hai nguồn khác nhau. Họ là như sau:
(a) Áp suất tăng tĩnh do tăng trong bảng nước:
Bàn nước nhiều lần dâng lên đến mức giường của cống. Đặc biệt trong trường hợp ống dẫn nước siphon có giường tầng bị đè xuống dưới giường thoát nước, áp lực nâng tĩnh điện tác động lên giường tầng. Áp suất nâng lên bằng với chênh lệch của mức độ đáy của cống và của mức sàn của thùng.
(b) Áp suất tăng do rò rỉ nước kênh vào cống:
Vì có sự khác biệt về mực nước giữa mực nước kênh và dòng chảy nước ngầm thoát nước diễn ra khi điều kiện thuận lợi. Đầu thấm này là tối đa khi kênh chạy với công suất đầy đủ và không có dòng chảy trong cống bên dưới. Như được hiển thị trong Hình 19, 29, dòng chảy thấm trong trường hợp này không đơn giản nhưng mô hình dòng chảy có ba chiều ở mọi nơi. Dòng chảy thấm bắt đầu từ hai bên của máng kênh không thấm nước và xuất hiện trở lại ở hai bên của sàn thùng không thấm nước trong cống.
Vì không thể tính gần đúng với luồng hai chiều, nên lý thuyết của Khosla không thể được áp dụng một cách nghiêm ngặt. Giải pháp bằng phương pháp thư giãn phức tạp, có thể dùng được nhưng quá tốn công. Đối với mục đích thiết kế, nguyên tắc lý thuyết creep của Bligh được giải thích dưới đây có thể được áp dụng. Tuy nhiên, đối với các công trình chính, điều cần thiết là kiểm tra kết quả thiết kế sơ bộ để có được bằng các nghiên cứu mô hình.
Đề cập đến hình 19, 29.
Lấy trường hợp của thùng đầu tiên trong đó độ rò rỉ sẽ là tối đa, tổng chiều dài của creep - (chiều dài creep ab) + (chiều dài creep bc)
L = L 1 + L 2
Tổng đầu thấm = kênh FSL - d / s mức thoát nước của giường = H s
Đầu thấm còn lại tại b = -H s / L x L 2
Tổng đầu thấm còn lại tại b có thể được xem xét để thiết kế độ dày của toàn bộ sàn của tất cả các thùng.
Độ dày sàn của thùng trong thực tế được thiết kế xem xét tổng áp lực nâng được tạo ra bởi điều kiện nâng tĩnh và dòng chảy thấm kênh đã đề cập ở trên.
Để hạn chế độ dày của sàn, RCC có thể được sử dụng khi đó một phần của áp lực được chống lại bởi trọng lượng của sàn và còn lại bởi cường độ uốn của sàn. Theo cách sắp xếp như vậy, áp suất được chuyển đến các trụ và được chống lại bởi toàn bộ trọng lượng của cấu trúc thượng tầng.
Khi thấy rằng áp lực nâng rất cao, nó có thể được giảm bằng cách cung cấp các vệ sĩ an toàn phù hợp.
Họ đang:
(a) Tăng chiều dài của tầng không thấm nước của lòng kênh để tăng chiều dài của cây leo;
(b) Cung cấp các lỗ thoát nước hoặc các lỗ cứu trợ trên sàn của thùng kết hợp với bộ lọc đảo ngược bên dưới sàn nhà. Để tránh nghẹt các lỗ cứu trợ và bộ lọc bên dưới ngưỡng cống, các lỗ cứu trợ nên được cung cấp với các van nắp.
