Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современных конструкций консольной части водосбросных сооружений 9
1.1 Критический анализ конструкций консольной части водосбросных сооружений 9
1.2 Оценка влияния конструкций консольной части водосбросного сооружения на параметры воронки размыва 17
1.3 Методы расчета параметров воронки местного размыва, образованной отброшенной струей 19
1.4 Блок - схема исследований 31
Выводы по главе 33
2 Обоснование выбора конструкции консоли 34
2.1 Рабочая гипотеза 34
2.2 Конструкции - прототипы .35
2.3 Предлагаемая конструкция 38
2.4 Выбор параметров оптимизации конструкции 40
2.5 Критерии оптимизации элементов конструкции 42
2.6 Теоретическое обоснование рабочей гипотезы 44
Выводы по главе 54
3 Методические вопросы экспериментальных исследований 55
3.1 Экспериментальная установка 55
3.2 Обоснование факторных зависимостей 57
3.3 Планирование эксперимента 60
Выводы по главе 75
4 Экспериментальные исследования 76
4.1 Исследование параметров отброшенных струй 76
4.2 Исследование глубины воронки размыва 100
4.3 Исследование плановых параметров воронки размыва 113
Выводы по главе 123
5 Рекомендации по проектированию и апробация конструкции 125
5.1 Рекомендации по проектированию и расчету консольной части водосбросных сооружений 125
5.2 Краткая характеристика водосбросного сооружения гидроузла Тилездит 128
5.3 Модель водосбросного сооружения 132
5.4 Оценка показателей работы сравниваемых конструкций трамплинов — расщепителей 133
5.5 Оценка экономической эффективности усовершенство ванной конструкции консольной части водосброса 144
Выводы по главе 146
Общие выводы и рекомендации 147
Литература 149
- Методы расчета параметров воронки местного размыва, образованной отброшенной струей
- Теоретическое обоснование рабочей гипотезы
- Исследование плановых параметров воронки размыва
- Оценка показателей работы сравниваемых конструкций трамплинов — расщепителей
Введение к работе
Ситуация, сложившаяся в водохозяйственном комплексе, выдвигает на первый план такие актуальные проблемы современности, как наблюдаемое снижение надежности и безопасности работы гидротехнических сооружений и отдельных их элементов. От стабильной и корректной работы всего гидротехнического комплекса зависит уровень эффективности управления водо-распределением и своевременность подачи воды потребителям с учетом требований охраны окружающей среды.
Водохозяйственное строительство является весьма материалоемким и требует постоянных затрат материальных и энергетических ресурсов для поддержания уровня стабильной эксплуатации. Однако, современная реальность не позволяет предполагать, что в случае внештатной ситуации на объектах водообеспечения будут оперативно выделены необходимые ресурсы для проведения восстановительных работ в требуемые сроки. Поэтому возникает острая необходимость в проведении исследований, направленных на разработку и внедрение современных технологичных элементов гидротехнических сооружений, обеспечивающих их безотказную эксплуатацию.
Актуальность работы. В практике гидротехнического строительства получили широкое применение различные конструкции консольных водосбросов. Надежность и безаварийность работы таких водосбросных сооружений с сопряжением бьефов отброшенной струей в значительной степени зависит от совершенства конструкции их консольной части (консоли).
К настоящему времени известен ряд конструктивных решений консолей. В консольных водосбросах для отброса потока от сооружения и гашения его избыточной кинетической энергии до и в воронке размыва, наряду с горизонтальной консолью, применяются такие устройства, как наклонный порог (трамплин), расщепитель (растекатель) потока в виде разделительных стенок, носок-расщепитель, гребенчатый трамплин и другие конструктивные элементы, размещаемые на консольной части водосбросного сооружения.
Необходимость разработки усовершенствованной конструкции консоли водосбросного сооружения вызвана тем, что ряд известных и применяемых устройств и элементов, обладающих высокой степенью распределения потока, требуют дополнительных работ и материалов по расширению нижнего бьефа в пределах размеров следа падающей струи, что влечет за собой увеличение объемов креплений нижнего бьефа и удорожание строительства. В то же время, имеющиеся конструктивные решения консолей, обеспечивающие незначительное расширение сбрасываемой струи, обладают малой энергогасящей способностью. В этом случае приходится выполнять крепление нижнего бьефа большой толщины, что также ведет к удорожанию строительных работ и увеличению эксплуатационных затрат. Кроме этого, большинство из разработанных и применяемых конструкций консолей имеют сложную конфигурацию, трудоемки в изготовлении или требуют монолитного бетонирования с применением специальной опалубки. Другие известные конструктивные решения обеспечивают надежную работу сооружения в относительно узком диапазоне изменения пропускаемых расходов и не используют для повышения эффективности гашения энергии соударение потоков в надбьефном пространстве до их затопления.
В связи с недостаточным гашением избыточной энергии потока в нижних бьефах консольных водосбросов возникают местные размывы. От размеров воронки местного размыва зависит объем и форма крепления нижнего бьефа из каменной наброски. Величина и форма местных размывов зависят от конструкции консоли водосбросного сооружения, оснащения ее энергога-сящими устройствами, типа и места установки гасителей на консольной части, кинематических характеристик потока и используемой наброски для крепления нижнего бьефа.
Анализ современного состояния изученности рассматриваемого вопроса показал, что на данном этапе недостаточно полно проведены теоретические и экспериментальные исследования по изучению и формированию местных размывов за консольными водосбросами для условий крепления нижнего бьефа наброской из камня. Также недостаточно изучено влияние
различных конструктивных решений концевой части консольных водосбросных сооружений на местные размывы для широкого спектра сбрасываемых сооружением расходов воды, что в комплексе и предопределило выбор темы научного исследования.
Данная диссертационная работа выполнена в рамках Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2001-2005 гг., по проблеме III «Научные основы и технологии комплексной, экологически безопасной мелиорации земель, водообеспечения, формирования устойчивых, экологически сбалансированных агролесоландшафтов на эродированных и аридных землях», по теме 07 «Разработать научно-методические основы и технологии экологически безопасного водопользования в АПК и эффективного функционирования мелиоративных и водохозяйственных объектов» и по плану научных работ НГМА.
На основании выполненного анализа состояния изучаемой проблемы была определена цель и поставлены задачи диссертационного исследования.
Цель диссертационной работы состоит в разработке эффективной конструкции консольной части водосбросных сооружений и совершенствовании методов ее расчета и проектирования. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
на основании анализа имеющейся информации оценить эффективность работы известных конструкций консольной части водосбросных сооружений для условий крепления нижнего бьефа каменной наброской и выявить конструктивные и технологические факторы, определяющие возможность разработки новой конструкции консольной части водосбросного сооружения, обеспечивающей повышение надежности его работы;
разработать конструкцию консольной части водосбросных сооружений, обеспечивающую перераспределение потока на консоли для широкого диапазона расходов и эффективное гашение энергии
рассредоточенной падающей струи с использованием соударения потоков в надбьефном пространстве;
провести экспериментальные исследования по обоснованию и оптимизации параметров усовершенствованной конструкции концевой части водосбросного сооружения для широкого спектра условий ее работы;
разработать рекомендации по расчету и проектированию, осуществить апробацию и внедрение результатов исследований, определить технико-экономические показатели предложенной конструкции.
Методы исследований. При исследовании использованы методы теории подобия, размерности и математического планирования эксперимента.
Достоверность научных результатов. Полученные данные и рекомендации научно обоснованы с позиций теории вероятности и математической статистики. Исследования выполнялись по общеизвестным и уточненным автором методикам с использованием измерительных приборов, инструментов и оборудования, прошедших метрологическую аттестацию. Достоверность научных выводов подтверждается данными сопоставления с результатами других авторов.
Научную новизну работы составляют:
научно обоснованная и разработанная на уровне изобретения усовершенствованная конструкция консольной части водосбросного сооружения;
модели движения водных струй после схода их с предложенной конструкции консольной части для широкого диапазона условий ее работы;
многофакторная зависимость по прогнозированию глубины воронки местного размыва за предложенной конструкцией консоли для условий крепления нижнего бьефа водосбросного сооружения каменной наброской;
данные экспериментальных исследований параметров струи и параметров формируемой ими воронки размыва в каменной наброске для предложенной конструкции консольной части водосбросного сооружения;
данные сопоставления функциональной эффективности предложенного и других применяемых конструктивных решений консоли по параметрам струи и размерам местных деформаций.
Приоритетная новизна технического решения защищена заявкой на изобретение «Трамплин-расщепитель консольной части водосбросного сооружения» № 2004113361/03(014352), по которой получено решение о выдаче патента.
Практическая ценность работы. Результаты исследований могут использоваться при проектировании новых и реконструкции существующих водосбросных сооружений, работающих по типу отброшенной струи для условий крепления нижнего бьефа каменной наброской. Использование предложенной конструкции консольной части водосбросных сооружений позволит сократить строительные затраты и эксплуатационные издержки при креплении нижнего бьефа каменной наброской с обеспечением надежной работы сооружения.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО НГМА, ФГНУ «РосНИИПМ», ФГУ «Южводпроект» в 2001-2004 г.г., конференциях молодых ученых НГМА (2000-2005 гг.), на семинарах кафедры гидротехнических сооружений НГМА и специалистов ОАО «Зарубежводстрой».
Внедрение результатов исследований осуществлено в проекте паводкового водосброса гидроузла Тилездит на р. Эддус в Республике Алжир, разработанного Пятигорским отделением ОАО «Зарубежводстрой».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложений и списка литературы из 144 наименований, в том числе, 16 иностранных авторов. Объем диссертации 216 стр. машинописного текста, в том числе, 75 рисунков, 22 таблицы, 7 приложений.
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ КОНСОЛЬНОЙ ЧАСТИ ВОДОСБРОСНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Методы расчета параметров воронки местного размыва, образованной отброшенной струей
Решение вопросов долговечности и надежности эксплуатации гидротехнических сооружений является достаточно сложной задачей теории и требует проведения сравнительной оценки. Результаты такой оценки приведены ниже.
Конструкция консоли с горизонтальным носком прямоугольного сечения (рисунок 1.1, ж) - является наиболее простым и самым неэффективным решением. При падении потока в нижний бьеф, под уровнем воды, струя разделяется на два вальца с горизонтальными осями вращения. Воронка размыва развивается как по ходу движения потока, так и в обратном направлении [120], при этом верховой откос воронки выходит за пределы опор консоли, поток подмывает опоры и создается угроза устойчивости сооружения. Для предотвращения аварийного состояния требуются дополнительные средства по закреплению верхового откоса, или необходимо устройство водобойной части с дополнительными энергогасящими устройствами.
Длина отлета струи в этих конструкциях в 2,0-3,0 раза больше высоты её падения. Насыщение падающей струи воздухом незначительно. Сосредоточенно направленный удар струи на дно отводящего русла происходит под меньшим углом к горизонту, чем при свободном падении. При свободном падении угол превышает 60, при отбросе струи с носка угол падения находится в пределах от 40 до 60. Угол наклона грани носка к горизонту определяется экспериментально и, по данным Вызго М.С. [25], составляет 38. Глубина размыва при данной схеме конструкции в 1,5-2 раза меньше глубины размыва при сбросе с горизонтального носка, но для предотвращения угрозы устойчивости сооружения в этом случае требуются дополнительные устройства в нижнем бьефе, как это показано на рисунке 1.1, е, г.. Длина воронки размыва при такой конструкции почти равна длине воронки при схеме с горизонтальным носком. Отличие состоит в том, что верховой откос более уположенный, а низовой откос крутой и за ним образуется бар из продуктов выноса из воронки. Ширина воронки размыва больше ширины струи при входе под уровень воды в нижнем бьефе. Это явление происходит за счет образования в воронке боковых водоворотных зон. Обратные течения в водоворотах подмывают берега отводящего русла.
Это происходит за счет насыщения падающей струи воздухом [101-103]. Однако, концентрация его в струе остается незначительной, так как расщепление потока в горизонтальной и вертикальной плоскостях не обеспечивает сравнительно равномерной интенсивности распределения удельных расходов. За счет того, что одни струи сходят с расщепителя под меньшим углом и падают ближе к сооружению, а другие - под большим углом и падают дальше от сооружения, создаются две зоны подмыва отводящего русла с усиленной интенсивностью распределения удельных расходов, а в середине следа струи - с минимальной интенсивностью. В виду того, что струи падают на различных расстояниях от сооружения, зона удельных расходов с максимальной интенсивностью располагается ближе к концевой части, а при средних расходах и меньше средних расчетных их значений происходит разрушение незакрепленного верхового откоса искусственно созданной воронки.
Приведенные три конструктивные схемы концевой части водосбросных сооружений не обеспечивают эффекта распределения потока, при котором интенсивность удельных расходов была бы более равномерной и имела минимально допустимые значения. Поэтому весьма актуальной является разработка конструкции, которая обеспечила бы максимально равномерное распределение удельных расходов по площади поперечного сечения струи и надежность работы в широком диапазоне пропускаемых расходов от Qmin до max.
Одни из первых известных исследований местных размывов, образующихся от воздействия падающей струи, были проведены австрийским ученым Шокличем А. [138-142]. Значительный вклад в теоретические разработки по этому вопросу внесли Беляшевский Н.Н. [5 - 7], Вызго М.С. [22-25], Высоцкий Л.И. [26 - 28], Гончаров В.Н. [33, 34], Замарин Е.А. [39], Из 20 баш СВ. [43, 44], Кавешников Н.Т. [46], Кавешников А.Т. [45], Леви И.И. [53-59], Михалев М.А. [68], Мацман Б.А. [61], Мирцхулава Ц.Е. [63 - 67], Патрашев А.Н. [75-77], Правдивец Ю.П. [81, 82] Российский К.И. [83 - 86], Слисский СМ. [95], Смольянинов Н.Т. [96, 97], Студеничников Б.И. [103 -105], ЧаюкИ.А. [116], Шагов Ю.Ф. [118- 121],Шефер А. [137] и др.
Чисто теоретические разработки по размыву скального или крупнообломочного грунта отброшенной струей отсутствуют. На основе умозаключений и логических рассуждений Рубинштейн Г.Л. [87] свое мнение по этому поводу излагает следующим образом: «Устойчивость отдель-ностей в скальном массиве определяется, во-первых, их весом и, во-вторых, действующими между отдельностями силами сцепления. Процесс разрушения скалы падающей струей и развитие воронки местного размыва заканчивается тогда, когда устанавливается равновесие между весом отдельных глыб и силами гидродинамического воздействия на них со стороны потока»... и далее «Отсутствие теории процессов разрушения скалы приводит к необходимости использовать в качестве методической основы экспериментальных исследований, как при их постановке, так и при обработке результатов, теорию подобия и теорию размерностей».
Теоретическое обоснование рабочей гипотезы
Чтобы не происходило отрыва струи от боковых стенок лотка, т.е., чтобы растекание потока происходило по всей ширине напорной грани трамплина, оптимальный угол раструбности концевого участка сооружения, а, соответственно, и напорной грани трамплина консоли принят 7. При меньшем значении угла у стен лотка концевой части образуются боковые волны, т.е. происходит набегание потока на стенки. Боковые волны сужают поток, тем самым уменьшают поперечное сечение струи, покидающей концевой створ консоли. В итоге это сказывается на размерах следа струи.
Радиус сектора консоли влияет на степень расширения отбрасываемой струи потока при его сходе с конструкции трамплина. Чем больше расширение получила отброшенная струя, тем больше площадь ее соприкосновения с уровнем воды нижнего бьефа. Однако, расширение струи не должно превышать определенных границ, вследствие того, что этими границами обозначена площадь, форма, вид, а, соответственно, и стоимость устраиваемого крепления воронки размыва в нижнем бьефе сооружения. Радиус сектора консоли назначен 2,5 Вк вследствие того, что при выборе его значения меньшим, резко снижается площадь соприкосновения отброшенной струи с уровнем воды нижнего бьефа и, соответственно, возрастает величина гидродинамического давления на единицу площади, а также потому, что такой радиус обеспечивает оптимальное расширение сбрасываемого потока, не позволяя необоснованно завышать строительные объемы по устройству крепления воронки размыва. Поток, сходящий с кромки напорной грани консоли, распластывается по всей ее ширине и в нижний бьеф ниспадает с шириной струи, равной длине кромки консоли.
Угол наклона напорной грани к горизонту оказывает влияние на длину отлета струи, траекторию ее движения и размеры площади выпадения частиц струи. При малом угле наклона напорной грани (менее 20) длина отлета струи оказывается недостаточной, чтобы оградить сооружение от подмыва при развитии воронки размыва вверх по течению. При угле наклона напорной грани более 25 происходит увеличение длины отлета, что ведет к удорожанию крепления нижнего бьефа. Это происходит за счет увеличения длины отлета струи и образования «бара», способствующего появлению боковых водоворотных зон, которые приводят к уширению отводящего русла в результате подмыва берегов.
Учитывая приведенные доводы, результаты наших исследований и рекомендации по данным исследований Вызго М.С., Соловьевой А.Г. и Сальниковой Н.Ф., был принят оптимальный угол наклона напорной грани трамплина к горизонту, равный 21.
От длины консольных лотков зависит степень защиты водосбросного сооружения от подмыва свайного ростверка, осуществляемая отбросом нижнего слоя разделенного потока на безопасное расстояние от сооружения, обеспечение соударения разделенных струй над уровнем воды нижнего бьефа, необходимое для дополнительного гашения избыточной кинетической энергии потока. Длина консольных лотков должна быть удовлетворяющей этим условиям и не превышать значений, при которых возможны их повреждения под воздействием нагрузок, оказывающих влияние при пропуске расчетного диапазона расходов. Вследствие этого к исследованию приняты несколько длин консольных лотков - 1,25в ,, 2,5в „ 3,75в„р.
Величина расхода, пропускаемого непосредственно тоннельными прорезями, а далее консольными лотками, зависит от их ширины и высоты. Исходя из заданного условия пропуска через них минимальных расходов и расходов, составляющих около 60% от средних расчетных, их ширина, высота и количество должно равняться значениям, соответствующим этому условию. Выделим объем жидкости конечной ширины Ву равной ширине консоли по дну, длиной /=1 п.м. и высотой dh. Этот объем жидкости расположен вблизи пограничного слоя у дна. Центр тяжести объема находится на высоте от пограничного - в точке 0. Поместим в этой точке начало осей координат и спроектируем уравнение (2.6) последовательно на каждую ось, учитывая действия внутренних и внешних сил на выделенный объем жидкости. К внутренним силам относятся силы тяжести объема жидкости, т.е. G=lBdhyw, где yw- 10кН/м3 — удельный вес воды. К внешним силам, действующим на элементарный объем нижнего слоя отбрасываемой струи, относятся силы сопротивления воздуха, выраженные через динамический коэффициент вязкости воздуха. При температуре t=20C он имеет значение =1,808-W4 г/см-с. При ламинарном движении жидкости эта сила сопротивления выражается зависимостью [11]: где F-шющадь поверхности, соприкасающейся с воздухом; w-скорость центров тяжести выделенного объема вблизи пограничного слоя; h- расстояние между центрами тяжести объема пограничного слоя и рассматриваемого выделенного объема.
Исследование плановых параметров воронки размыва
На основании теоремы о движении центра масс механической системы (в дифференциальной форме) получены теоретические зависимости (2.41, 2.42, 2.43,2.44): по определению длины отлета струи при сходе ее с горизонтального носка сбросного сооружения и с трамплина, наклоненного к горизонту под некоторым углом а; по нахождению величины скорости струи при соприкосновении ее с уровнем воды нижнего бьефа; для вычисления угла наклона оси падающей струи к горизонту при входе ее под уровень воды нижнего бьефа.
Предлагаемая новая конструкция консольной части водосбросного сооружения состоит из трамплина с наклонной напорной гранью (с обратным уклоном по отношению к движению потока), с кромкой сегментного очертания и консольных лотков с горизонтальным дном. Данная компоновка консольной части водосброса позволяет эффективно погасить избыточную кинетическую энергию потока с помощью разделения и соударения струй и повысить надежность работы сооружения.
Определены подлежащие оптимизации параметры новой конструкции консольной части водосброса. Отдельные из них приняты в соответствии с имеющимися рекомендациями: а) угол наклона напорной грани к горизонту а=21; б) угол раструбности консоли, в = 7; в) радиус сектора консоли, RK=2,5 Вк. Остальные элементы конструкции для определения их размеров и количества требуют проведения дополнительных исследований.
Проведенная оптимизация позволила унифицировать конструкцию консольной части водосбросного сооружения. Это предоставит возможность производить ее монтаж из стандартных железобетонных элементов заводского изготовления, что удовлетворяет современным требованиям эффективного возведения сооружений индустриальным способом. Экспериментальные исследования проводились на модели, которая представляет собой водосбросное сооружение со всеми его элементами, оснащенное измерительным комплексом для определения скоростей и давлений. Схема модели приведена на рисунке 3.2. Система водоснабжения модели выполнена замкнутой. Вода из бака постоянного напора подавалась по двум напорным водоводам в бассейн-успокоитель, который оборудован системой успокоительных решеток (1), обеспечивающих выравнивание скоростей перед водосливом-водомером (2). Успокоитель, в котором установлен мерный водослив, размещался в кирпичном лотке длиной 3,2 м. После заполнения лотка песком песчаное русло было оштукатурено с тщательной затиркой и железнением. Лоток быстротока (3) был изготовлен из дерева, дно лотка - из фанеры толщиной 12 мм. Каждая секция лотка имела деревянную рамную основу из брусьев, которые крепились к двум продольным металлическим балкам, сваренным из швеллера и опирающихся в средней части на столбики из кирпича. Общая длина водопроводящей части составила 5,3 м, ширина по дну - 0,8 м. На участках с уклонами 1=0,20 и і=0,35 дно лотка выполнено расширяющимся с углом раструбности 7. Поэтому на длине 1,9 м в начале дно имело ширину 0,8 м, а в конце - 1,0 м. Толщина стенок лотка была 0,05 м. Общий перепад дна лотка между входным и концевым створами составил 0,82 м. Контроль кривизны боковых стенок в пределах концевой части переходного участка и начала лотка, имеющих радиус кривизны R = 2 м, и дна лотка в местах изменения уклона і2 на /3 с радиусом R = 0,4 м, осуществлялся с помощью металлических шаблонов. Конструкция концевой части лотка быстротока была выполнена с такими особенностями, чтобы можно было заменять концевые носки с установкой различных вариантов расщепителей, а также делать ее горизонтальной с прямым или обратным уклоном дна. Консоль, выполненная в виде трамплина (с обратным уклоном дна) — состоит из 19 элементов, в том числе 9 криволинейных элементов с углом наклона грани 38 (рисунок 3.1) и 10 горизонтальных элементов. Ширина 17 элементов была одинаковой и составляла 0,049ВК, где Вк — ширина концевой части сооружения в створе трамплина. В связи с тем, что концевой участок сооружения выполнен расширяющимся, два крайних элемента, расположенных у стен лотка быстротока, имели ширину 0,0835 Вк. Элементы носка - расщепителя были изготовлены из дерева, установлены на металлическом листе толщиной 0,6 мм, который крепился к днищу лотка шурупами (4). Все деревянные поверхности модели, подверженные внешнему воздействию воды, были пропитаны горячей олифой, окрашены масляной краской и покрыты тремя слоями корабельного лака. Нижний бьеф сооружения и отводящий участок (5) располагались в кирпичном бассейне размером 4,6x4,6 м, глубиной 0,8 м, заполненным щебнем, общий объем которого составил около 10 м3.
Оценка показателей работы сравниваемых конструкций трамплинов — расщепителей
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований предлагаются следующие рекомендации по расчету и проектированию консольных участков водосбросных сооружений, а также технологическая схема производства работ (рисунок 5.1):
Консоль — наиболее ответственная часть сооружения, служащая для обеспечения большего отлета струи. От ниспадающей с консоли струи вблизи сооружения образуется воронка размыва, от глубины которой зависит конструкция крайней (последней по длине сооружения) опоры. Для усиления гашения энергии падающей струи и, соответственно, уменьшения размыва рекомендуется консоль выполнить с углом расширения в плане а=7ч-12, или, точнее, a=arctgV \ где К-скорость в конце быстротока, определяемая гидравлическими расчетами.
Радиус сектора консоли определяется из условия необходимой величины расширения сбрасываемого потока в плане. Коэффициент расширения потока равен отношению длины кромки конструкции трамплина — расщепителя к ширине концевой части водосбросного сооружения. Чем больше произойдет расширение отбрасываемой струи, тем больше плановые размеры крепления нижнего бьефа.
Для обеспечения наиболее оптимальной длины отлета струи, расширения потока в плане и в вертикальной плоскости следует концевую часть сооружения выполнять с обратным уклоном под углом 21. 4. Ширину и высоту тоннельных прорезей необходимо назначать, исходя из условия 100% пропуска через них минимальных расходов, и расходов, составляющих около 60% от средних расчетных. Размещение прорезей по ширине наклонной плоскости трамплина, а также определение их количества производится с условием, чтобы ширина прорези была равна толщине стен между тоннелями. 5. Ширина консольных лотков равна ширине тоннельных прорезей, а высоту боковых стенок (от верха днища) следует вычислять по формуле hv=hw+Ah, где Ah- превышение стенок лотка над расчетным уровнем воды. Длина лот ков определяется равной 2.5 в„р, однако, для более точного расчета в целях подтверждения достижения соударения струй, рекомендуется воспользо ваться формулой (2.17), предназначенной для определения длины отлета струи потока, сходящей с горизонтальной поверхности. В итоге длина кон сольных лотков не должна превышать значений, при которых возможны их повреждения под воздействием нагрузок, оказывающих влияние при пропуске расчетного диапазона расходов. Необходимые расчеты проводятся по общеизвестным методикам теоретической механики [8]. 6. Антикавитационные мероприятия реализуются выполнением раструбной формы входа в тоннельные прорези, что должно существенно снизить негативное воздействие кавитации [43]. 7. Воизбежание преждевременного выхода из строя конструкции консольной части необходимо устройство сороудерживающей решетки в верхнем бьефе водосброса (на приемном участке быстротока). 8. Для большей жесткости консольных лотков под их дном следует предусмотреть опорные балки, а по верху - стяжки, жестко связанные с бортами. Увеличение скорости потока и изменение его направления на консольных лотках вызывают значительные гидродинамические нагрузки, действующие вдоль продольной оси. Поэтому лотки-консоли целесообразно возводить из железобетона по рамной схеме, что в большей степени обеспечивает их пространственную жесткость. при установке под дном лотка опорных балок, размеры поперечного сечения балки рекомендуется назначать следующими: высота балки he=(4-6)ts, ширина ee=(0,3-0,5) he в монолитном исполнении лотка и he=(4-S)ts, ee=(0,3- 0,4) he- в сборном. Высоту балки назначают кратной 5 см при /гв 60 см и 10см при Лв 60см, а ширину - кратной 5 см. растояние между балками Ls можно определить из условия равенства моментов в днище над крайними опорами при работе лотка в поперечном направлении. Этому требованию соответствует условие Is=(l,3-1»4) hw. Длину Ls рекомендуется назначать кратной 5 см. 9. Предлагаемая конструкция консоли может применяться на водосбросных сооружениях, где сопряжение бьефов производится по методу отброшенной струи и обеспечит надежную защиту сооружения от опасных местных размывов при диапазоне пропускаемых расходов от 0,016 м /с до 0,150 м /с.
