دانلود جزوه جلسه اول
Download
Report
Transcript دانلود جزوه جلسه اول
بناهای آبی
جلسه اول
طراحی مجاری انتقال آب با سطح آزاد
• طرح سازهای
• طرح هیدرولیکی
تعیین مسیر
شکل مقطع
سرعت :فرسایش پذیری بدنه سازه ،شیب طولی
ظرفیت :نیازهای آبی پایین دست،طول مسیر،تلفات
نقطهنظرهای بهرهبرداری و نگهداری :رسوب گذاری ،افزایش
تلفات ،سیلگیری ،رانش زمین،جریان گل
معادالت پایه
• معادله مانینگ
• معادله پیوستگی
:Qدبی عبوری جریان -ظرفیت مجرا
:Vسرعت سیال
:Rشعاع هیدرولیکی
:Sشیب خط انرژی
:nضریب زبری مصالح
ادغام روابط مانینگ و پیوستگی:
تلفات
•
•
•
•
شامل تلفات تبخیر و تلفات نشت میباشد.
تلفات تبخیر بطور متوسط %2تلفات نشت میباشد.
تلفات نشت بستگی به خصوصیات مکانیکی خاک و ضریب تراوایی
دارد.
محاسبه تلفات نشت
قانون دارس ی
معادله Mority
اطالعات تجربی حاصل از دیگر پروژهها
معادله دارس ی
:Kضریب تراوایی مصالح متخلخل بستر
:iگرادیان هیدرولیکی
:Aسطح بستر محیط متخلخل جریان
* معادله دارس ی بدلیل دشواریهای مرتبط با تعیین kنمیتواند نشت
را با دقت بررس ی کند.
معادله Mority
:Bضریب تجربی که مقدار ان در سیستم انگلیس ی 0/2میباشد.
:Cضریب تلفات است که مقدار آن در سیتم انگلیس ی 0/34تا 2/2
فوت مکعب در 24ساعت از هر فوت مربع از سطح ترشده کانال
است.
:Qدبی عبوری از مجرا
:Vسرعت جریان
برآورد تلفات بر اساس نتایج تجربی پروژهها
نوع خاک بستر کانال
تلفات آب در هر یک میلیون متر مربع
از سطح خیس شده )(m/s
رس های سیلتی غیر نفوذ پذیر
0/9 -1/2
خاکهای سیلتی -رسهای سیلتی
1/2-2/7
سیلت ماسه ای و رسدار
2/7-3/6
سیلتی -ماسهای
3/6-5/2
ماسهای غیرچسبنده
5/2-6/1
شنی ماسه ای
7-7/8
شنی متخلخل
8/8-10/6
مجاری مستطیلی
• سادگی محاسبات
• فاقد اولویتهای اجرایی
• عدم پایداری در طوالنی مدت
• اجرا در مصالح سنگی دارای مقاومت برش ی باال مانند بازالت و
کنگلومرا و با استفاده از
مواد منفجره با دامنه عمل محدود
مقاطع مثلثی شکل
• در جمع آوری آبهای سطحی کاربرد دارند.
• مشکل آنها ظرفیت پایین انتقال آنهاست.
تعیین شیبهای جانبی
شیب شیروانی بایستی
به اندازهای باشد که:
• باعث گسیختگی خاک نگردد.
• تبخیر را به حداقل رساند.
شیبی که دو هدف باال را برآورده سازد شیب بهینه خواهد بود.
•
•
•
•
تندتر از کانالهایی است که
در کانالهایی که درون زمین
شیب جانبی
حفر میشوند.
خاکریز
روی
در کانالهای دارای ارتفاع آزاد شیب جانبی ناحیه ز یر آب ممکن است از
کمتر باشد.
شیب جانبی ارتفاع آزاد
بیشتر از کانالهای انتقال آب است.
شیب جانبی زهکش ها
تندتر از کانالهای بدون پوشش است.
دار
شیب جانبی کانالهای پوشش
S<=0/75
پوشش باید به نحوی باشد که در مقابل فشار جانبی خاک
مقاومت کند.
S>0/75
نظر گرفته شود.
ضخامت پوشش میتواند یکنواخت در
S=1/5
کانال آب با پوشش بتنی
شیب جانبی مناسب برای انواع مصالح بستر
نوع مصالح
افقی به یک عمودی
سنگی مقاوم
0-2/5 :1
ورقه ورقه شده
0/25 :1
سنگی با مالت سیمان
0/75 :1
رس متراکم
1 :1
ماسه ای سست
2 :1
بسیار سست
3 :1
لومی
1/5 :1
شنی از نوع درشت
1/25 :1
خاکی در کانالهایی کوچک
1/5 :1
بتنی در کانالهای انتقال آب
1-1/5 :1
ارتفاع آزاد
ارتفاع آزاد بخش ی از عمق مجراست که در باالتر از تراز بیشینه آب در مجرا
پیشبینی میشود.
تراز بیشینه ممکن است بدالیلی دارای نوساناتی باشد:
• ورود آبهای اضافی مثل جریانهای سیالبی
ی
• کاهش عمق ناش ی از رسوبگذار
• بوجود آمدن امواج در اثر باد
• پسزدگی احتمالی ناش ی از عملکرد برخی سازههای هیدرولیکی
• بهرهبرداری موقت ناصحیح از کانال
• پرش هیدرولیکی
• افزایش عمق در نتیجه گذر از خمیدگیها در سرعتهای باال
• اثرات جذر و مد
روشهای محاسبه ارتفاع آزاد
• استفاده از رابطه TVR
:yعمق جریان در مجرا
¼= α
=FBارتفاع آزاد
• استفاده از رابطه لیس ی
β =0/15
:Qظرفیت طراحی مجرا
FB =0.3+ αy
FB =0.2+ βQ1/3
• استفاده از گرافهای استاندارد USBRمشابه حاالت تعیین عمق
• استفاده از رابطه برگرفته شده از مراجع هندی
:Yعمق طراحی جریان
:FBارتفاع آزاد جریان
اگر Q=0.6باشد c = 0.26
اگر Q=85باشد c = 0.76
• هرگاه جریان از انحناء عبور کند رقوم سطح آب در کناره خارجی
انحناء افزایش میابد.
• در این حالت با فرض جریان با سرعت متوسط مقدار افزایش
ارتفاع از رابطه زیر بدست می آید.
: ∆hتغییرات رقوم آب در عرض کانال
: bعرض کانال
: Rشعاع انحناء از محور کانال
: gشتاب گرانش
تعیین شکل مقطع
•
•
•
•
•
ی
با بیشینه کردن شعاع هیدرولیکی و استفاده از رابطه مانینگ امکان بهرهگیر
حداکثر ظرفیت ممکن بوجود میآید.
از مجرا با
در این راستا شکل مقطع به سمت دایرهای میل میکند.
در کانالها کاربرد یافته
بدلیل برتری مقاطع دایرهای مقاطع نیمدایره(نیم لوله)
ی بایستی بتن یا بتن مسلح باشد.
در این صورت کانال برای پایدار
است که
ی کانالهای ذوزنقهای موجب شده تا این
ی و نگهدار
سهولت اجرا و بهرهبردار
در طراحی کانالها باشند.
شکل مقطع متداولترین شکل
گامهای بهینه سازی شکل مقطع :تعیین شیبهای شیروانی با توجه به
در اجرا ،تعیین عمق و عرض مجرا
محدودیتهای پایداری مصالح
تعیین عمق و عرض مجرا
• استفاده از جداول تجربی
300
150
85
30
15
)Q(m3/s
3
2.6
2.3
1.85
1.7
)Y(m
• استفاده از روابط ریاض ی
اگر دبی عبوری کمتر از 15مترمکعب بر ثانیه باشد از رابطه زیر
استفاده میشود.
• استفاده از گرافهای استاندارد USBR
در این نمودارها تغییرات عمق جریان برحسب ظرفیت عبوری نشان داده شده
است.
تغییرات ظرفیت از 10تا 4000فوت مکعب بر ثانیه و تغییرات عمق از 0تا 5
فوت است.
سرعت جریان در کانال
•
•
•
•
•
تاثیر آن برهندسه بناهای آبی یکی از ضرورتهای
تعیین سرعت مناسب بجهت
اولیه طراحی میباشد.
فرسایش
بدلیل پیامدهای انتخاب سرعتهای نا مناسب از قبیل رسوبگذاری و
منجر به چنین پیامدهایی میشوند الزم است.
شناخت فرآیندهایی که
اگرچه وجود مواد رسوبی و برخی ویژگیها با استفاده از آزمایش روی نم ونه ها
در عمل شرایط و پیامدهای مختلف گاهی قابل کنترل
قابل بررس ی است ولی
نیست.
تاثیر
بار رسوبی ،نوع مصالح انتخابی و تحت
انتخاب سرعت بهینه با توجه به
غیر مستقیم مسایل اقتصادی صورت میگیرد.
مجاز طبق تعریف سرعتی است که نه موجب
سرعت بهینه یا سرعت
در اجرا و
رسوبگذاری و فرسایش گردد و همچنین هزینه های سرمایهگذاری
بهرهبرداری با انتخاب آن کمینه باشد.
• انتخاب اول سیستم های انتقال آب طوالنی استفاده از مصالح طبیعی است
نیز هستند.
تغییر نکرده و اقتصادی
ی سرعت بهینه
اثر برقرار
در
زیرا
ی
• انتخاب دوم احداث پوششهای با ویژگی سازهای نهچندان قو
در کلیه شرایط
• انتخاب سوم احداث پوششهای گرانقیمت و قابل اعتماد
ی
بارگذار
سادهترین رابطه برای تعیین سرعت بهینه
:Vسرعت بهینه جریان
در مجرا
:yعمق جریان
V=cyx
بستر مجراست
اثر ویژگیهای
:cضریبی که تحت
در آب است.
:Xمعرف وضعیت جریان بجهت وجود مواد معلق
آبهای زالل x=0.5
آبهای گل آلود x=0.64
• مقادیر پیشنهادی برای ضریب cبر حسب نوع مصالح
خاکهای بسیار چسبنده و کلوئبدی
C=0.56
خاکهای نسبتا چسبنده
C=0.84
خاکهای ماسهای نسبتا درشت
C=0.92
خاکهای ماسهای سیلتی
C=1.01
خاکهای اصطکاکی -چسبنده یا آبرفتی
C=1.09
دو روش دیگر برای برآورد سرعت بهینه عبارتند از:
• تعیین سرعت جریان بر اساس بهترین مقطع هیدرولیکی
• تعیین سرعت جریان بر اساس مقطع پایدارهیدرولیکی