Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет»

Программный комплекс для расчетов оптимальных параметров сооружений водосливного фронта плотин на нескальном основании

З.А. Курбанова - канд. техн. наук;

И.А-Г. Сулейманов - д-р техн. наук, профессор

А.В. Магомедова - д-р техн. наук, профессор

Аннотация

Разработанный программный комплекс предназначен для расчета на ЭВМ удельных расходов водосливных плотин на нескальном основании. Комплекс учитывает все основные сооружения водосливного фронта плотины и процессы размыва в нижнем бьефе. Он имеет модульную структуру, позволяющую включать и исключать из расчетов отдельные сооружения, входящие в водосливной фронт, а также выбирать различные типы и конструкции сооружений.

Annotation

The created program complex means for estimation of the specific expenses of the overflow dam on the non-rock foundation on the IBM. The complex takes into a account all the basic buildings of overflow front dam and processes of washing-out in the low pool. It has module structure, witch can include and exclude from the estimation of the separate buildings, incoming to the overflow front, and also can chose different types and constructions of buildings.

Основная часть

В основу методики гидравлического расчета по определению наиболее экономичных удельных расходов водосливных плотин на нескальном основании и соответственно оптимальных параметров сооружений водосливного фронта положена классическая теория сопряжения бьефов и расчета удельного расхода плотины (q), на основе поиска минимума функции СТ = f(q), где CT - суммарная стоимость сооружений водосливного фронта плотины.

При ручном счете строится график зависимости между удельными расходами и стоимостью сооружения, по которому определяют такое значение q, которому соответствует минимальная стоимость. Этот удельный расход называют экономически наивыгоднейшим удельным расходом .

Рис. 1 Упрощенная расчетная схема флютбета. 1 плотина; 2 водобой; 3 рисберма

Традиционная схема расчета , является весьма упрощенной (рис. 1) и включает в себя следующие пункты расчетов: гидравлический расчет водосливной плотины; гидравлический расчет водобойного колодца (или плиты); гидравлический расчет рисбермы; устанавливают размеры сооружений (плотины, гасителя энергии и рисбермы); определяют объемы бетона сооружений; объемы грунтовых работ (по котлованам под этими сооружениями и грунту приращиваемой части земляной плотины); определяют стоимость бетонных и грунтовых работ.

В общем случае водосливной фронт плотины состоит из подпорного сооружения (водосливной плотины) и нижнего бьефа, представляющего собой участок реки, расположенный ниже подпорного сооружения. Нижний бьеф гидроузла включает систему взаимно связанных элементов, состоящих из устройств, относящихся к сопряжению бьефов (устои, разделительные стенки и т.д.) и гашению избыточной энергии водосбросного потока (водобой, рисберма, переходное гибкое крепление от рисбермы к неукрепленному отводящему руслу), а также участок неукрепленного русла от конца переходного крепления до створа с условиями течения, близкими к бытовым.

Учитывая это, вышеприведенная традиционная схема состава сооружений по определению q_эк значительно расширена [3]. В расчетную схему состава сооружений водосливного фронта введены: многопролетная водосливная плотина; бетонные разделительные стенки (быки); стены-устои, ограничивающие водосливной фронт с обеих сторон; понур перед плотиной; гаситель энергии; рисберма (рис. 2).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2 Расчетная схема водосливного фронта плотины: 1 - водосливная плотна; 2 - водобой; 3 - рисберма; 4 - концевое крепление; 5 - крепление берегов вдоль рисбермы; 6 - стены-устои; 7 - понур, 8 - обратный фильтр

водосливный плотина нескальный программный

При строительстве плотин напором до 10…12 м (низконапорные плотины) в целях уменьшения объема бетона и облегчения конструкции применяют различные облегченные конструкции стен. В связи с этим в методику расчета введен расчет стен-устоев 3-х различных конструкций: полумассивных бетонных Г-образного типа, железобетонных и ячеистых.

В разработанной методике предусматривается расчет нескольких видов гасителей энергии, в частности, водобойной плиты с реактивными гасителями, водобойного колодца, водобойной стенки и комбинированного водобойного колодца. Выбор того или иного вида гасителя производится по конструктивным и строительным соображениям, а также из условия экономической целесообразности применения того или иного типа гасителя. Так, если устройство водобойного колодца требует значительного заглубления подошвы плотины и увеличения объема бетона, его можно заменить водобойной стенкой или комбинированным колодцем.

В методику расчета q_эк введен также расчет рисбермы 2-х типов: рисберма из бетонных плит, уложенных на обратный фильтр (рис. 2), и рисберма, выполненная из каменной наброски. Предусматривается также и крепление откосов в пределах рисбермы из того же материала, что и сама рисберма. Тип крепления выбирается из условия допустимых скоростей потока на рисберме. Гидравлический расчет рисбермы из плит заключается в определении длины и толщины плит крепления и общей длины рисбермы. Расчет каменной наброски рисбермы заключается в определении диаметра камня наброски, из условий устойчивости его на размыв. Для защиты рисбермы от размыва за рисбермой предусматривается концевое крепление в виде ковша, отсыпанного камнем, и вертикального бетонного зуба [3, 5]. Методика включает также расчет общего размыва русла и понижения отметки уровня воды в нижнем бьефе водосливной плотины в зависимости от удельных экономичных расходов.

В связи с тем, что реализация описанной методики расчета оптимальных параметров сооружений водосливного фронта водосливных плотин, с учетом итерационных процедур, требует большого объема вычислений, ее реальное осуществление возможно на ЭВМ [4]. Для этого разработан алгоритм и создан программный комплекс на алгоритмическом языке Фортран Power Station 4.0 (стандарт языка Фортран 90), снабженном средой Microsoft Developer studio (мастерская разработчика) [1, 2]. Программный комплекс имеет модульную структуру, позволяющую включать и исключать из расчетов отдельные сооружения, входящие в водосливной фронт, а также выбирать различные типы и конструкции сооружений. Комплекс состоит из 31 основных и 6 вспомогательных процедур: подпрограмм, модулей и функций. Входными данными являются: признаки счета; расчетный расход и ширина реки; размеры массивов уровней верхнего и нижнего бьефов, и удельных расходов; стоимости строительных материалов; гранулометрический состав русловых отложений, а также дополнительные данные для характеристики сооружений и русла реки. Выходными данными являются: гидравлические параметры водослива и нижнего бьефа; геометрические размеры сооружений водосливного фронта; геометрические параметры стен-устоев; объемы бетонных и земляных работ; стоимость сооружений водосливного фронта; характеристики потока и русла в нижнем бьефе до и после размыва.

Разработанная методика и программный комплекс тестировались на реально построенных объектах, в частности, водосливных плотинах Волгоградского и Цимлянского гидроузлов. Обе эти плотины находятся на нескальном основании, имеют безвакуумный практический профиль и имеют близкие по значению гидравлические параметры.

В результате численного эксперимента были получены расчетные параметры плотин и сопутствующих сооружений, которые оказались близки к реальным параметрам данных плотин. Ниже приводятся некоторые результаты численного эксперимента.

Разработанный программный комплекс имеет практическую ценность и может широко использоваться в практике проектирования водосливных плотин на нескальном основании.

Библиографический список

1. Бартеньев О.В. Современный Fortran. М.: Диалог-МИФИ, 1988. 397с.

2. Бартеньев О.В. Visual Fortran: новые возможности. М.: Диалог-МИФИ, 1999. 400 с.

3. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений. //Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1988. 624 с.

4. Курбанова З.А. Разработка методики и программного комплекса для расчетов оптимальных параметров сооружений водосливного фронта низконапорных плотин. Автореф.дис….канд.техн.наук. ДГТУ, 2005.

5. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Водосливные плотины. М.: Агропромиздат, 1985. Ч. 2. 302 с.

Размещено на Allbest.ru