ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY LỰC CÔNG TRÌNH

ĐỒ ÁN MÔN THUỶ LỰC CÔNG TRÌNH GVHD: Nguyễn Thị Việt Hồng Lớp: C1TK2 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thiên Định STT: 07 A.NỘI DUNG Trên một sông S được xây một đập tràn T để nâng cao mực nước

ĐỒ ÁN MÔN THUỶ LỰC CÔNG TRÌNH GVHD: Nguyễn Thị Việt Hồng

Lớp: C1TK2

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thiên Định

STT: 07

A.NỘI DUNG

Trên một sông S được xây một đập tràn T để nâng cao mực nước lấy vào kênh K Đầu kênh K có một cống lộ thiên A để điều tiết lưu lượng

B.YÊU CẦU

1 Xác định cao trình đập tràn Zod ứng với Qtk và Ztk trên sông Đập tràn hình congkhông 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 độ tlưu lượng Nếu có nước nhảy xa, thiết kế công trình tiêu năng với lưu lượng tính toán tiêu năng Loại công trình tiêu năng tuỳ chọn (2 trong 3 loại công trình tiêu năng)

Sông S Zo

Đập tràn T

Z

A

K T

Z

Z

Q

Z

Z

3 Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính A kênh có mặt cắt nganglà hình thang cân với m = 1,5 và n = 0,025 dẫn lưu lượng Qk tk( )

Kiểm tra với Qmin =k1.Qk tk( ) và Qmax= k2 Qk tk( ) mặt cắt kênh thiết kế phải thoả mãn 2 yêu cầu sau: 0.3 /m s v≤ ≤ 1 /m s và 3 ≤b h/ ≤ 6 Độ dốc kêng là i Với mặt cắt kênh đã chọn xây dựng quan hệ Q ~h trên kênh từ Qmin tới Q max

4 Xác định cao ttrình đáy cống và bề rộng cống để lấy được lưu lượng thiết

kế của kênh khi mực nước trong sông là nhỏ nhất Chênh lệch mực nước qua cống là ∆Z Lúc đó cống làm việc như 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 úng với mứ nước thiết kế của sông Z tk

Các số liệu chung:

1 Quan hệ Q~Zhở ngay sau đập tràn cho trong bảng dưới đây

Q(m3/s) 2400 2800 3200 3600 4000 4200 4500 5000 Zh(m) 24.45 25.30 26.04 26.78 27.47 27.68 28.05 28.65

2 Bề rộng ở thượng lưu lấy bằng 1,3 lần bề rộng toàn bộ đập (kể cả mố)

3 Bề rộng công trình tiêu năng bằng bề rộng toàn bộ đập

4 Mỗi khoang đập có thể lấy từ 10÷30m; mố đập lấy từ 2÷3m

5 Bề rộng mỗi lỗ cống lấy từ 2÷4m; chiều dầy mố cống lấy 0,6÷0,8m

6 Cao trình đáy cống lấy bằng cao trình đáy kênh

Các số liệu của đề

1 số liệu về đập tràn:

[q](m3/s) Z01(m) Z0(m) Ztk(m) Qtk(m3/s) 29,9+0,1n 20 19 47+0,1n 3190+10n

2 Số liệu về kênh và cống:

Qtk(m3/s) i K1 K2 ∆Z(m)

Bµi lµm

I, Tính toán đập tràn

1 xác định cao trình đỉnh đập tràn Zođ

a Chọn các yếu tố của đập

* chọn kích thước mặt bằng đập

Với [q] = 29,9 + 0,1n = 29,9+0,1×7 = 30,6 (m3/s)

Q = 3190 + 10n = 3190+10×7 = 3260 (m3/s)

Từ đó ta suy ra: [ ] 326030.6 106,54

Q

mặt cắt ngang của đập phải thoả mãn điều kiện ∑b>[ ]Q q do đó ta có thể chọn

+ số khoang đập n = 9 khoang  106,54 11,84

9

∑b n b= × = × =12 9 108>[ ]Q q = 106,54

+ Chiều rộng mố trụ d = 2m

+ Chiều rộng mố bên d = 3,5m b

+ Chiều rộng sông ở thượng lưu:

B = 1,3 [n.b+(n-1).d+2d ] = 107,3 m b

* Hệ số co hẹp bên

ε = − + − (1)

Chọn kích thước mặt cắt ngang đập :

45o

α = , β = 60o ,

1

0,9

e

P = (e là chiều dài đoạn thẳng đứng phía thượng

lưu)

b, Tính toán

giả thiết ban đầu:

+ GT1: bỏ qua cột nước lưu tốc

lấy Ho = H (Ω >H 4∑b H. )

+ GT2: dòng chảy qua đập là chảy không ngập σn =1

+ GT3: dòng chảy qua đập là chảy tự do

* Xuất phát từ quan hệ hình học Zođ = Ztk – H

có Ztk = 47+0,1n = 47+0,1×7 = 47,7(m)  tính H

2 3

tk

Q H

ε

 ∑  (2)

+ Ban đầu 1 chọn ε 1 = 0,995

.

hd H tc

trong đó: σH = 1 (H = Htk)

tc

m = 0,504 (đập loại 1, theo ophirêxôp)

tra bảng 14.7 ta được hệ số sửa chữa do thay đổi hình dạng theo cấu tạo khác đập tiêu chuẩn : σhd

Có:α =45o , β =60o ,

1

0,9

e

P =  σhd = 0,978

 m = σ σhd. H mtc= 1 0,978 0,504× × = 0,493



1

3260 3260 5,78( )

234,662 0,995.0,493.9.12 2.9,81

Thay H1 vào (1)

tra được ξmb = 0,7, ξmt = 0, 45

2

1

1 0, 2 mb n mt H

n b

( )

1

0,7 9 1 0,45 5,78

+ −

Thay ε2 vào (2) ta được H2

2 3 2

tk

Q H

ε

2

5,943( ) 224,993

0,954.0,493.9.12 2.9,81

Thay H2vào (1) ta được ε3

( ) 2 3

1

1 0, 2 mb n mt H

n b

( )

0,7 9 1 0,45 5,943

+ −

Ta thấy rằng ε2 ≈ε3 Vậy ta có thể lấy H = Htk = 5,943m

Các kích thước khác nhau:

Zođ = Ztk – Htk = 47+0,1n – 5,943 = 47,7 – 5,943 = 41,76 m

P1 = Zođ – Z01 = 41,76 – 20 = 21,76 m

P = Zođ – Zo = 41,76 – 19 = 22,76 m

Chiều dài đoạn thẳng đứng phía thượng lưu:

e = 0,9P1 = 0,9×21,76 = 19,58m

+ Đối với giả thiết 1

01 47,7 20 107,3 2972,21( )

3

4

⇒ Ω > ∑  giả thiết 1 đúng

+ Đối với giả thiết 2

1,261 41,76 19

- tính

pg

Z

P

 

 ÷

  : pg

Z P

 

 ÷

H

f m

P

Ta có m = 0,493

5,943

0,26 22,76

H

p = = Tra biểu đồ hình 14-14ta được:

pg

Z P

 

 ÷

  = 0,76

ta thấy : Z

P > pg

Z P

 

 ÷

 

 Dòng chảy qua đập là không ngập

 Giả thiết 2 là đúng

+ Đối với giả thiết 3

Độ sâu nước ở hạ lưu ứng với Qtk= 3260 (m3/s) Zhtk

dựa vào bảng quan hệ Q ~ Zh

Ta có: Zhtk= 26,151 (m)

h = Zhtk - Zo = 26,151 – 19 = 7,151 (m)

Ta thấy: hh < p = 22,76 (m)  đo đó đập chẩy tự do  Giả thiết 3 đúng

Kết luận : Ứng với Qtk và Ztk thì cao trình đỉnh đập tràn tính được là Zođ = 41,76 (m) ; H = 5,943 (m)

Vẽ mặt cắt ngang đập tràn

o

o tk

x H

= × = ×y oY H tk

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,7

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,126 0,036 0,007 0,000 0,007 0,060 0,147 0,256 0,393 0,565 0,873 1,235 1,960 2,284 3,818 4,930 6,220

0,000 0,594 1,189 1,783 2,377 3,566 4,754 5,943 7,132 8,320 10,103 11,886 14,858 17,829 20,801 23,772 26,744

0,749 0,214 0,042 0,000 0,042 0,357 0,874 1,521 2,336 3,358 5,188 7,340 11,648 13,574 22,690 29,299 36,965

Phần chân đập chỗ nối tiếp với sân đập có lượn theo một cung tròn để dòng chảy xuống chân đập được thuận Bán kính cung tròn này phụ thuộc vào H

và P

Với H = 5,943 m , P = 22,76 m

Tra bảng 14.6 có thể lấy R = 11,7 m

II, Tính toán tiêu năng

1, xác định hình thức nối tiếp sau đập

a, tính hh

Công thức tính hh= Zh – Zo

+ Zo = 19m

+ Zh: cao trình mực nước hạ lưu tra bảng quan hệ Q ~ Zh

Q = 3260 m3/s  Zh = 26,151 m

hh= 26,151 – 19 =7,151 m

b, tính hc'': hc'' = τc"× E0 ; ( )c 3/2

o

q F

E

+

k

Q

q

b

= mà:(b k =∑b+ −(n 1)d) =108 (9 1)2 124+ − = (m)

Từ bảng quan hệ Q ~ Zh ta chọn Q

+ϕ: hệ số lưu tốc ϕ = 0,9

2 3

;

o

k

Q H

ε

= +

P = 22,76(m) ; ε = 0,953 ; m = 0,493

 bảng tính toán kích thước nối tiếp sau đập

Q

(m s3 / )

Zh (m) hh

Q

(m s m3 / )

Ho (m)

Eo (m) F( )τc ''

c

c

h

(m)

''

c

h -h h

(m)

2400 24.45 5.45 19.355 4.422 27.182 0.152 0.313 8.508 3.058

2800 25.30 6.30 22.581 4.901 27.661 0.172 0.332 9.183 2.883

3200 26.04 7.04 25.806 5.357 28.117 0.192 0.349 9.813 2.773

3260 26.151 7.151 26.290 5.424 28.184 0.195 0.351 9.893 2.742

3600 26.78 7.78 29.032 5.795 28.555 0.211 0.364 10.394 2.614

4000 27.47 8.47 32.258 6.217 28.977 0.230 0.357 10.345 1.875

4200 27.68 8.68 33.871 6.422 29.182 0.239 0.340 9.922 1.242

4500 28.05 9.05 36.290 6.725 29.485 0.252 0.381 11.234 2.184

5000 28.65 9.65 40.323 7.214 29.974 0.273 0.417 12.499 2.849 Theo kết quả của bảng tính trên ta có:

( hc − hh)max = 3,058 (m) có Qtn= 2400(m s3 / )

Chiều cao cột nước tràn tương ứng là: H = Ho = 4,422(m)

Ta thấy hc''= 8,508 (m) > hh = 5,45 (m)  nối tiếp là nước nhảy xa

* Tính toán bể tiêu năng

Ta thấy hc'' = 9,893 (m) > hh = 7,151(m)  nối tiếp là nước nhảy xa Để đảm bảo an toàn trong xây dựng công trình tiêu năng, chọn biện pháp tiêu năng là đào bể tiêu năng

* Giả thiết chiều sâu đào bể:

"

1 c h

d = h − h = 9,893 – 7,151 = 2,742 (m)

'

1

E = E + d = 28,184 + 2,742 = 30,926 (m)

26,290

0,17 0,9 30,926

c

o

q

F

E

Có ( ) 0,17

0,9

c

Fτ

ϕ

=





=

  tra phụ lục 15-1 

"

c

τ = 0,330

c o c

"

h = σ h = 1,05×10,205 = 10,715 (m)

.

Z

α ϕ

có: ϕ ϕ = =' 0,9 

26,29 1.26,29

0,544 2.9,81.0,9 7,151 2.9,81.10,715

Z

2 b h 10,715 7,151 0,544 3,02( )

Ta thấy: d2 =3,02( )m ≠ d1 =2,742( )m

Ta giả thiết lại d2 =3,02( )m

"

2

E = E + d = 28,184 + 3,02 = 31,204 (m)

( ) "3 2 3 2

26,290

0,168 0,9 31,204

c

o

q

F

E

0,9

c

Fτ

ϕ

=





=

  tra phụ lục 15-1 

"

c

τ = 0,328

" " " 31,204 0,328 10,235( )

c o c

"

h = σ h = 1,05×10,235=10,747 (m)

.

Z

α ϕ



26,29 1.26,29

0,545 2.9,81.0,9 7,151 2.9,81.10,747

Z

3 b h 10,747 7,151 0,545 3,05( )

Ta thấy d2 =3,02( )m ≈d3 =3,05( )m

Vậy chiều sâu của bể là d d = 3 = 3,05( ) m

Tính chiều dài bể tiêu năng: Lb

ADCT: Lb = 0,8 Ln + L1

Đập hình cong: 1 0 "

4,5 4,5 10,235 46,058

L

L h

=

b

L = 0,8×46,058 = 36,846 (m)

III, Tính toán kênh

*) Thiết kế mặt cắt ngang kênh chính

Chọn v = 0,68 (m/s)

[đảm bảo 0,3(m/s) < v = 0,68(m/s) < 1(m/s)]

* tính b và h

Có: Qtk = 34,9 0,1 + n = 34,9 0,1 7 35.6( + × = m s3 / )

52,353( ) 0,68

Q

m v

3

2

0,001

v n

i

52,353

23,582( )

R

ω

χ

mà: ( )

2

2 1

b mh h

ω

χ

= +





( 1,5 ) 52,353

2 1 2,25 23,582







Giải hệ phương trình ta được:

1

2

8,15 (1) 5,81 3,05 (2) 12.58

h b h b

=



 = −









 =



Trường hợp (1) không thoả mãn điều kiện  Loại

Trường hợp (2) có h=3,05 m và b = 12,58 m thảo mãn điều kiện

3 b 4,12 6

h

< = <  Vậy ta có thể chọn h = 3,05m và b = 12,58 m để thiết

kế mặt cắt ngang kênh chính

* Xây dựng quan hệ Q ~h

Công thức tổng quát : Q v = ω = 0,68( b + 1,5 ) h h (3)

Có Qmin=K Q1 k tk( ) =0,7 35,6 24,92(× = m s3/ ) h1

Qmax= K Q2 k tk( ) =1,3 35,6 46,28(× = m s3/ )h2

Quan hệ lưu lượng Q với chiều sâu h trên kênh với lưu lượng từ

QminQmax tương ứng với chiều sâu h từ h1h2

Với b =12m  h1 là: từ phương trình (3) ta có:

24,92 = 0,68 (12 + 1,5h1)h1  (12 + 1,5h1)h1 - 36,65 = 0

 h1= 2,36 (m)

 h2 sẽ bằng:

46,28 = 0,68 (12 + 1,5h2)h2  (12 + 1,5h2)h2 - 68,06 = 0

 h2 = 3,83 (m)

Trong đoạn [2,36;3,83] chia thành nhiều đoạn có chiều sâu đều nhau ứng

với mỗi chiều sâu có một giá trị Q tương ứng

Với n = 9  2 1 3,83 2,36

0.163( ) 9

h h

n

Quan hệ giữa Q ~ h được thể hiện ở bảng sau:

h (m) 2,36 2,523 2,686 2,849 3,012 3,175 3,338 3,501 3,664 3.83

Q(m3/s) 24,92 27,0

8

29,28 31,53 33,83 36,19 38,6

0 41,07 43.59 46,28

IV Tính toán cống

1) Xác định cao trình đáy cống Z dc khi mực nước trong sông là nhỏ

nhất

Với các dữ liệu đã cho ta có: Zdc = ZSmin − ( hotk + ∆ Z )

Trong đó: hotk là độ sâu chảy đều của kênh K ứng với

+ Qtk = 35.6( m3 / ) s

K

+ZSmin: cao trình mự nước thấp nhất trên sông S

Mực nước nhỏ nhất trong sông S tương ứng với lưu lượng tràn qua đập ; T

nhỏ nhất Q Smin =2400(m s3/ )à ứng với Q Smin ta tính được chiều cao cột

nước tràn H omin =4,422( )m

Z Smin = H omin +Z od = 4,422 41,76 46,182( )+ = m

Vậy cao trình đáy cống khi mực nước sông thấp nhất là: 42,93(m)

2)Xác định bề rộng cống

- Cống làm việc như đập tràn đỉnh rộng, do đó khi tính toán cống sử dụng

phương pháp tính toán cho đập tràn đỉnh rộng

- Lưu lượng thiết kế Qtk = 35.6( m3 / ) s

- Độ sâu nước ngang trước cửa cống

3,05 0,2 3,25( )

otk

- Bề rộng kênh trước cống : b = 12,58 (m)

a) Xác định chế độ chảy của cống (chảy ngập)

Lập tỷ số: n n 0,85

h h

H H

> ÷ =

Mà :

2 2

o o

v

H H

g

α

= + ;

( ) (12,58 1,5 3,25 3,2535,6 ) 0,628

tk

o

Q

v

b mH H



2

1 0,628

2 9,81

o

×

vì do h là độ sâu chảy đều sau cống do otk Zdc = Zdaykenh nên lấy

3,05( )

n otk

h = h = m

Vậy ta có tỷ số 3,05

0,933 3,27

n o

h

o pg

h H

> ÷ =

Chế độ chảy của cống là chảy ngập

b)Chiều rộng cống

- Do cao trình đỉnh cống bằng cao trình đáy kênh nên cống coi như đập tràn không có ngưỡng, chọn cửa vào cống có co hẹp bên (α = 45o)

Giả thiết hệ số lưu lượng m = 0,358 tra phụ lục 14-4 ϕn= 0,954

Với bề rộng kênh trước cống là b = 12,58 (m)

Và giả thiết bề rộng của mỗi cống lấy từ 2÷4 (m) ta chia thành 2 cửa vào (n=2)

 lưu lượng thiết kế qua một cửa cống là

3

35,6

17,8( / ) 2

tk ctk

Q

n

mà Qctk = ϕn 2 b hn g H ( o − hn)

( )

0

2

17,8

2,45( ) (2 4) 0,954 3,05 2 9,81 3,368 3,05

ctk c

Q b

h g H h

m

ϕ

→ =

−

Vậy chiều rộng của cống là : 2,45m