Судоходный канал в составе шлюза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской федерации

Волжская государственная академия водного транспорта

Кафедра ВП и ГС

СУДОХОДНЫЙ КАНАЛ

в составе шлюза

Методически указания к выполнению расчетно-графической работе, курсовому и дипломному проектированию студентам очного и заочного обучения специальности 006123 «Гидротехническое строительство».

И.В. Липатов, Д.А. Мильцын

Н.Новгород

2013 г.

Введение

Правильное и наиболее целесообразное в данных топографических условиях расположение судоходных шлюзов и подходов к ним на плане, является основным требование к компоновке судоходных гидротехнических сооружений на реках и искусственных водных путях.

Расположение шлюзов и подходов к ним в плане должно обеспечивать безопасные и удобные условия для ввода-вывода судов и составов в камеру шлюза. А так же отстой судов и составов в ожидании шлюзования и максимально комфортные условия подхода к сооружению, с цель повышения уровня эксплуатационной безопасности и надежности работы шлюза. Для этого необходимо, что бы суда и составы двигались в течении всего периода ввода-вывода точно по прямой, а возможное воздействие на них в это время течения, ветра волны было максимально ограничено.

Выполнение расчетно-графической работы «Судоходный канал» дает возможность студентам направления «Строительство» познакомиться с основами проектирования судоходных каналов и подходов к шлюзам. Содержание и порядок выполнения расчетно-графической работы следующий :

1. На плане местности (выдаваемом преподавателем) наносится вариант трассы канала с учетом топографических условий и судоходных требований. Предполагается что трасса обязательно имеет излом на топовой (максимальной) отметке поверхности водораздела. Вдоль намеченной трассы строиться продольный профиль проектируемого канала.

2. Приняв форму и первоначальные значения размеров поперечного сечения канала, впоследствии их уточняет с учетом: ограничений по коэффициенту стеснения поперечного сечения канала поперечным сечением судна; появлением дрейфа судна от действия ветра на корпус; ограничения скорости хода судна по каналу по величине пред критического значения; предотвращения размыва ложа канала потоком обтекания корпуса; увеличения просадки судна и появления дифферента корпуса в ходу; заносимости канала наносами.

3. Определяют необходимее границы крепления откоса канала с учетом : области обычного и усиленного крепления откосов; высоты наката и отката волны на берега канала и формы сечения подходного канала.

4. На трассе канала намечают разбивку судоходных сооружений с заданным напором. На профиле канала и плане местности наносятся проектируемые шлюзы, с указанием проектных отметок дна и уровней воды в бьефах, действующих напоров, расстояний между шлюзами и глубинами в подходных каналах.

5. Устанавливаются основные размеры подходных каналов к шлюзу. Определяют длину причала. Размеры направляющих сооружений и их конструктивное решение.

1. Расчет параметров поперечного сечения канала

Размеры поперечного сечения канала определяются методом последовательных приближений, в связи с чем в первом приближении назначаются следующим образом:

-глубина канала:

, ( 1 )

- ширина канала по дну () и по зеркалу () при двухстороннем движении:

, ( 2 )

, ( 3 )

где : - статическая осадка расчетного судна в полном грузу, м;

- ширина расчетного судна или состава, м;

- заложение откосов канала, ( в работе принимается ).

По полученным основным размерам канала определяем площадь его живого сечения:

, ( 4 )

Если ориентировочные размеры канала вписываются размерами в намеченную трассу, то переходят к уточнению размеров канала.

Уточненная расчетная глубина судового хода в канале определяется по формуле:

( 5 )

где: - просадка судна, запас на увеличение осадки при его движении с расчетной скоростью, м;

- навигационный запас глубин под днищем судна, м (приложение 2 таблица 1);

- запас глубины на заносимость наносами, м, принимается 0 м;

- запас глубины на волнение, м, принимаем 0 м.

Величина определяется следующим образом / 1 / :

1. Определяем коэффициент стеснения живого сечения канала

( 6 )

где - площадь погруженной части мидель-шпангоута расчетного судна, м², определяется по формуле :

( 7 )

где - коэффициент полноты судна по мидель-шпангоута, (для грузовых - 1, для пассажирских - 0.97).

2. Определяется коэффициент плановых размеров шлюзующегося судна в зависимости от с помощью таблицы 2 приложения 2.

3. По графику рис. 1 для соответствующего и значения определяем относительный запас на увеличение осадки :

( 8 )

Рис. 1 График зависимости относительной просадки судна от коэффициента стеснения

после чего по известным значениям определяется величина .

4. Проверяется выполнение условия :

( 9 )

Если оно не выполняется, то расчет необходимо повторить задавшись другой глубиной в канале в формуле ( 1 ).

При боковом воздействии ветра судно движется по каналу с некоторым углом дрейфа . Поэтому ширина канала может оказаться недостаточной (см. рис. 2). При этом диаметральная плоскость судна составит с направлением движения угол .

Рис. 2 Схема к расчету уширения судового хода при ветровом дрейфе.

Для определения угла ветрового дрейфа вычисляем поперечную составляющую скорости движения судна при дрейфе по формуле:

( 10 )

где - коэффициент, учитывающий влияние ограниченной глубины канала на сопротивление движению судна при осадке :

( 11 )

- площадь подводной части судна в диаметральной плоскости, м²:

- площадь надводной части судна, м²;

- нормальная к оси судна составляющая скорости ветра

Величину уширения канала () при движении одного судна приблизительно можно определить по формуле:

( 12 )

где - расчетная скорость движения судна по каналу, . Принимается по выражению (……).

Уточненная ширина канала для двух расходящихся судов или составов ( см. рис. 3), с учетом действия ветра определяется по формуле:

( 13 )

Рис. 3 Поперечное сечение канала.

При повороте канала необходимо его уширить на величину:

- по внешней образующей:

( 14 )

- по внутренней образующей:

( 15 )

где - минимальный радиус закругления оси канала на повороте:

( 16 )

2. Расчет крепления откосов канала

Границы крепления откосов судоходного канала принимается в зависимости от высоты судовой волны / 2 /:

( 17 )

где: - коэффициент полноты водоизмещения судна. ( для самоходных судов, для не самоходных судов ).

Высота наката судовой волны на откос канала определяется по зависимости: судоходный канал бьеф топографический

( 18 )

где: - коэффициент, принимаемый равным 1,4 - для бетонных облицовок,1,0 - для каменного мощения, 0.8 - для каменной наброски.

Величина отката волны определяется по формуле / 4 /:

Где - угол наклона откоса судоходного канала к горизонту, град. Для откосов с уклоном 1 : 3, величину ctgц принимается 3.

Граница усиленного крепления откоса располагается от линии каната волны () до линии отката судовой волны (). Зона основного крепления заглубляется под наинизший судоходный уровень воды в канале на величину:

( 19 )

Высота крепления в надводной части отсчитывается от наивысшего судоходного уровня (рис. 4) в зависимости от рельефа местности, но она должна быть не менее 1 метра. Проверяется допустимая скорость движения судна по каналу. Проверяется допустимая скорость движения судна по каналу, которая не должна превышать критической величины , которую определяют следующим образом . На графике рис. 5 на огибающей линии семейства кривых коэффициента стеснения интерполяцией находят точку соответствующую полученному значению . Проводят горизонтальную линию до пересечения с осью абсцисс. Точка пересечения даст критическое значение числа Фруда :

( 20 )



Рис. 4 Границы крепления откосов судоходного канала.

Рис. 5 График для определения критической скорости движения судна и скорости потока обтекания относительно судна.

Из этой формулы находится значение критической скорости. Допустимая скорость движения судна не должна превышать :

( 21 )

При невыполнении условия ( 21 ) величину расчетной скорости движения судна по каналу принимают равно .

При наличии размываемых грунтов откосов и дна канал необходимо сопоставить полученную скорость с неразмывающей :

( 22 )

где: - скорость обтекания судна относительно берега, м/с ;

-критическая скорость движения судна, м/с ;

- скорость судна м/с ;

- неразмывающая скорость судна м/с.

Неразмывающая скорость грунтов дна принимается по таблицам № 3 и №4 приложения 2. Скорость определяется с помощью графика на рис. 5. Для этого по ранее вычисленной площади поперечного сечения канала , ширине по зеркалу и принятой скорости , находят число Фруда () :

( 23 )

На вертикальной оси абсцисс откладывается полученное числовое значение. Из полученной точки проводят горизонтальную линию до пересечения с кривой соответствующей коэффициенту стеснения, рассчитанному по формуле ( 6 ). Затем из точки пересечения горизонтальной линии с кривой соответствующей значению коэффициента стеснения, проводится вертикальная линия до пересечения с горизонтальной осью ординат и определенное числовое значение . Подставляя данную величину в формулу :

( 24 )

Находим значение , а затем и .

В случае нарушения условия () дно канала укрепляется слоем гравия или увеличивают размеры поперечного сечения канала.

После уточнения основных размеров сечения канала вычерчивается его профиль (см. рис. 3). Если канал проходит в глубокой выемке, то профиль канала можно выполнять уступами с различным заложением откосов.

На отдельных участках канал в нескальных грунтах допустимы неукрепленные откосы с заложением не менее 5-10 в зависимости от вида грунтов. Такие откосы допустимы при небольших амплитудах колебания уровня воды в канале и невысоких берегах, т.е. когда уполаживание откосов не приведет к росту объема работ и не вызовет увеличения ширины канала / 2 /. Во всех случаях отказ от крепления откосов требует специального обоснования.

Отметка гребня над максимальным уровнем в навигацию обязательно должна иметь запас над волной не менее 0.5 м.

3. Выбор трассы судоходного канала и разбивка его на бьефы

Выбор трассы заключается в нанесении на плане местности наивыгоднейшего варианта трассы соединения водоемов. При выборе трассы шлюзованного канала необходимо стремиться располагать его по кратчайшему пути между соединительными водоемами.

Количество шлюзов на склонах канала зависит от разницы отметок уровней соединительных водоемов и водораздела. Надо стремиться к тому, чтобы количество шлюзов было наименьшим, а напор на каждый шлюз не превышал допустимых пределов, соответствующих системе его питания .

Расчетное расстояние между шлюзами должно быть не менее величины , определяемой по формуле:

( 25 )

где - длина участка, принимаемая равной длине расчетного судна;

- длина участка на котором судно при встречном движении переходит к оси шлюза на ось судового хода в канале;

- величина, принимаемая равной длине расчетного судна;

Величина определяется по формуле:

( 26 )

где - смещение оси судового хода в канале относительно оси шлюза при выходе и входе.

Величина определяется по следующим формулам в зависимости от компоновки подхода. Компоновка подхода принимается произвольно с учетом технико-экономической целесообразности :

ѕ при симметричном подходе:

9 ( 27 )

ѕ при полусимметричном подходе:

( 28 )

ѕ при несимметричном подходе:

( 29 )

где - радиус траектории центра тяжести судна (радиус поворота судна), принимается равным не менее трех длин расчетного судна или состава ;

и - длина и ширина расчетного судна или состава выходящего их шлюза

и - длина и ширина расчетного судна или состава ожидающего шлюзования (принимаются и ).

Участок подходного канала является переходным от уширенного участка к участку с прямолинейным движением судов шириной ( см. рис. ____ ) соответствующей ширине канала.

Ширина уширяемого участка равна

( 30 )

где - ширина канала по дну

- величина уширения судового хода, необходимого для маневра расхождения судов. Эта величинаопределяется по формуле:

( 31 )

Длина участка принимается равной .

Если расстояние между соседними шлюзами более , тогда, при необходимости, между шлюзами допускается криволинейная вставка - поворот трассы канала. В этом случае расстояние между шлюзами должно быть :

( 32 )

где: - длинна криволинейной вставки . Она определяется графически - соединением осей двух прямолинейных каналов дугой окружности радиусом R.

В пределах участков подходов к шлюзу располагаются причальные и направляющие сооружения (см. рис. ____).

Причальные сооружения (палы) предназначены для стоянки судов, ожидающих шлюзования. Длинна причального пала определяется по формуле :

( 33 )

где - сумма длин расчетных судов, шлюзуемых одновременно.

Направляющие сооружения (палы) предназначены для направления входящего в камеру судна на ось шлюза и осуществления плавного перехода от ширины подходного канала к ширине камеры. Направляющие палы бывают двух видов: ходовые и неходовые.

Длины пал в пределах судового хода находятся по формулам:

ѕ ходового пала (справа по ходу):

( 34 )

ѕ неходового пала (слева по ходу):

( 35 )

Где и - углы принимаемые равными:

и - радиусы очертания неходового и ходового палов, определяемые по формулам:

( 36 )

( 37 )

Где и -смещения причальной линии в сторону берега, м

( 38 )

( 39 )

Где - полезная ширина камеры шлюза

( 40 )

Где - сумма ширин одновременно шлюзуемых судов и составов, стоящих бортами, м

- запас по ширине камеры с каждой стороны от группы шлюзуемых судов (составов), м. принимается равным при ширине шлюза свыше 18 м ; до 18 м - 0,4 м ; до 10 м - 0.2 м.

Список литературы

1. Симанов Н.А, Варламов Н.Н., Баланин В.В. Судоходные каналы, шлюзы, судоподьемники. - М Транспорт . 1974 г.

2. Гидротехнические сооружения. Под ред. В.П.Недриги - М,: Стройиздат, 1983 (Справочник проектировщика).

3. Правила плавания по внутренним водным путям РСФСР. М: Транспорт. 1984 г.

4. Михайлов А.В., Левачев С.Н. Водные пути и порты. - М.: Высшая школа, 1979 г.

Приложенипе № 1

Варианты топографических планов местности

Вариант № 1

Вариант № 2

Вариант № 3

Вариант № 4

Вариант № 5

Приложение № 2

Расчетные величины к расчету судоходного канала.

Таблица 1. Величина навигационного запаса под корпусом судна м. / 3 /

расчетная осадка судна, м	самоходные, несамоходные суда, толкаемые составы, м	плоты при любых типах грунтов
	грунты глинистые, песчаные, галечниковые	скальные, крупнообломочные грунты
до 1.5 м	0.1	0.15	0.2
1.5 - 3.0 м	0.15	0.2	0.25
более 3.0 м	0.2	0.25	0.3

Таблица 2. Значения коэффициента плановых размеров шлюзующегося судна

	7.1- 9.0	5.1	3.5 - 5.0
	1.1	1.25	1.4

Таблица 3. Неразмывающие скорости течения воды для несвязных грунтов , м/с

Наименование грунта	Средняя глубина потока, и
	1,0	3,0	5,0	10 и более
песок м/з	0,30-0,45	0,55-0,6	0,55-0,70	0,65-0,80
песок ср/з	0,45-0,6	0,6-0,75	0,70-0,85	0,80-0,95
песок кр/з	0,6-0,75	0,75-0,90	0,85-1,0	0,95-1,2

Таблица 4. Неразмывающие скорости течения воды для связных грунтов , м/с

Наименование грунта	Грунты мало плотные	Грунты сред. плотности	Грунты плотные	Грунты очень плотные
	Средняя глубина потока, м
	1,0	3,0 и более	1,0	3,0 и более	1,0	3,0 и более	1,0	3,0 и более
Глины и тяжелые суглинки	0,4	0,5	0,85	1,10	1,2	1,5	1,7	2,1
Тощие суглинки	0,4	0,5	0,8	1,0	1,2	1,5	1,7	2,1
Массовые суглинки	--	--	0,7	0,85	1,0	1,3	1,3	1,7

Размещено на Allbest.ru