Ontwerpprincipes voor aquaduct en sifon aquaduct

Lees dit artikel om meer te weten te komen over de ontwerpprincipes voor Aqueduct en Siphon Aquaduct.

Ontwerpprincipes voor aquaduct:

(i) Schatting van het ontwerp (maximum) Overstromingslozing van een afvoer:

De afvoer die moet worden overgestoken, kan klein zijn of als een rivier. In alle gevallen moet vooraf een juiste beoordeling van de maximale overstroming of piekstroom van een afvoer worden verkregen.

(ii) Waterwegvereiste voor een afvoer:

De omtrekvergelijking van Lacey geeft een goede basis voor het berekenen van de waterweg. De vergelijking is

P _w = 4, 825 Q ^1/2

Waarbij _Pw de waterweg is die moet worden voorzien voor de afvoer op de locatie in meters. Q is vloedafvoer van de afvoer in m3 / sec. Omdat de pieren de beschikbare waterweg verminderen, kan de lengte tussen de abutments ( _Pw ) met 20 procent worden verhoogd. Wanneer de waterweg wordt vastgesteld uit de omtrekvergelijking van Lacey's regime, wordt de toestand van het regime in de drain stroomopwaarts en stroomafwaarts van de structuur niet aanzienlijk verstoord. Om het drainagewater tot de gewenste watergeleidingsgeleiders te beperken, kunnen er ook oevers worden aangelegd.

(iii) Snelheid van stroming door vat:

De stroomsnelheid door het vat kan variëren van 1, 8 m / sec tot 3 m / sec. De reden voor het selecteren van dit bereik is dat de lagere snelheden verzilting in de vaten kunnen veroorzaken. Terwijl, wanneer de snelheid hoger is dan 3 m / sec, de bedbelasting schuring van de vloer van het vat kan veroorzaken en vervolgens kan deze worden beschadigd.

(iv) Hoogte van opening:

Zodra de waterwegafvoer en -snelheid zijn vastgesteld, kan de stromingsdiepte gemakkelijk worden verkregen. Tussen de HFL en de bodem van het kanaalbed moet er voldoende afstand of speling overblijven. Een vrije ruimte van 1 m of de helft van de hoogte van de duikers, al naargelang wat minder is, zou voldoende zijn. Vandaar de hoogte van de opening = diepte van de stroming + klaring of volgafstand.

(v) Aantal overspanningen:

Na het bepalen van de totale lengte van een aquaduct tussen het abutmentsaantal te verstrekken overspanningen kan worden vastgesteld op basis van de volgende twee overwegingen:

ik. Structurele sterkte vereist, en

ii. Economische overweging.

Als bijvoorbeeld bogen worden gebruikt, kan het aantal te leveren overspanningen groter zijn. Wanneer de kosten van constructie in de fundering nogal hoog zijn, moet een klein aantal overspanningen worden aangenomen en vervolgens RCC-stralen worden gebruikt.

(vi) Kanaalvaart:

Over het algemeen wordt de fluming ratio als 1/2 genomen. Deze verhouding wordt zodanig gekozen dat de stroomsnelheid in de trog niet boven de kritische snelheidslimiet komt. Over het algemeen mag de stroomsnelheid niet meer dan 3 m / sec zijn. Deze voorzorgsmaatregel wordt genomen om de mogelijkheid van het vormen van een hydraulische sprong te vermijden. De voor de hand liggende reden is dat bij het vormen van een hydraulische sprong, het energie absorbeert. In dit proces gaat waardevolle kop verloren en worden grote spanningen in de structuur geproduceerd.

(vii) Lengte van samentrekking of overgang van benadering:

Zodra de breedte bij de keel is vastgesteld, kan de lengte van de contractie worden bepaald na het kennen van de convergentieratio. De convergentieverhouding wordt over het algemeen genomen als 2: 1 (horizontaal: lateraal), dat wil zeggen niet steiler dan 30 °.

(viii) Duur van de uitbreiding of de overgang van het vertrek:

De lengte van de uitzetting aan de stroomafwaartse kant van het aquaduct kan worden vastgesteld nadat de expansieverhouding bekend is. De uitzettingsverhouding wordt over het algemeen genomen als 3: 1 (horizontaal: lateraal), dat wil zeggen niet steiler dan 22, 5 °. Om een ​​gestroomlijnde stroming te behouden en ook om het verlies van het hoofd te verminderen, zijn de overgangen over het algemeen opgebouwd uit gebogen en uitlopende vleugelwanden.

Het ontwerp van de overgang kan worden uitgewerkt door gebruik te maken van een van de volgende drie methoden:

ik. Hind's methode;

ii. Mitra's hyperbolische overgangsmethode;

iii. Semi-cubische parabolische overgangsmethode van Chaturvedi.

Er kan worden opgemerkt dat hoewel Hind's methode kan worden gebruikt wanneer de waterdiepte in de normale sectie en de gegolfde trog ook varieert, de resterende twee methoden alleen kunnen worden gebruikt wanneer de waterdiepte constant blijft in de normale kanaalsectie evenals de trogsectie .

(ix) Bankverbindingen:

Een aquaduct vereist vier sets zijmuren (twee voor het kanaal en twee voor de dram (figuur 19.24).

Kanaalvleugelwanden aan de stroomopwaartse en stroomafwaartse kant van het aquaduct beschermen en behouden de aarde in de kanaaloevers. De fundering van de kanaalvleugelwanden mag niet in de gedempte aarde achterblijven. De vleugelmuren moeten gebaseerd zijn op de gezonde fundering in de natuurlijke grond. In de overgangen worden de zijhellingen van het natuurlijke gedeelte (in het algemeen 11/2: 1) gebogen om zich aan te passen aan de vorm (in het algemeen verticaal) van de trog boven de afvoer.

Draineerwleugelwanden zijn aangebracht aan de stroomopwaartse en stroomafwaartse zijde van de loop om de natuurlijke zijden van de afvoer te beschermen en te behouden. Omdat het bed van de afvoer tijdens overstromingen wordt geschuurd, moeten de wanden van de drainagevleugel diep in de fundering onder de maximale schuurdiepte worden opgenomen. De vleugelwanden moeten voldoende in de top van de geleidebanken worden teruggebracht. De vleugelwanden moeten zodanig zijn ontworpen dat de stroming in de afvoer soepel kan worden binnen- en uitgestroomd.

Hind's methode voor ontwerp van transitie:

Deze methode is gebaseerd op het uitgangspunt dat er een minimaal verlies van het hoofd is, dat de stroming gestroomlijnd is en dat de normale stromingscondities in het kanaal worden hersteld voordat de kanaalafvoer onmiddellijk na gekromde en uitlopende overgangen naar de aarden sectie passeert.

In Fig. 19.25 worden de samentrekking of naderingstransitie, het halsgedeelte en de uitbreiding of vertrekovergang getoond. Men ziet dat de secties 1-1, 2-2, 3-3 en 4-4 respectievelijk het begin van de contractie, het einde van de contractie, het begin van de expansie en het einde van de expansie aangeven.

De samentrekking of naderingstransitie ligt dus tussen secties 1 en 2, keel tussen secties 2 en 3 en expansie- of vertrekovergang tussen secties 3 en 4. Tot aan sectie 1 en voorbij sectie 4 stroomt het kanaal onder zijn normale omstandigheden en daarom de kanaalparameters bij deze twee punten zijn gelijk en al bekend. Dus ook condities van stroming en kanaalparameters zijn hetzelfde tussen secties 2 tot 3 die keel of troggedeelte voorstelt.

De ontwerpprocedure kan als volgt worden geschetst:

Laat D en F met de juiste subscripts verwijzen naar dieptes en snelheden op vier secties Ook omdat kanaalniveaus en dimensies al bekend zijn in sectie 4-4:

Stap 1: TEL bij sectie 4-4 = verhoging van het wateroppervlak + V ² ₄ / 2g

waar de hoogte van het wateroppervlak op sec. 4-4 = Bedniveau + D ₄

(Vergeet niet dat TEL de afkorting is van de totale energielijn)

Stap 2: TEL op sec. 3-3 = (TEL bij sec 4-4) + (energieverlies tussen seconden 3 en 4) Energieverlies tussen secties 3-3 en 4-4 vindt plaats als gevolg van de uitbreiding van stroomlijnen en ook als gevolg van wrijving. Verwaarloosend verlies door wrijving dat klein is en verlies verliest door uitzetting te zijn

Stap 5:

Zoals vermeld in de eerste vier stappen, kunnen het bedniveau, het waterniveau en het niveau van de totale energielijn worden bepaald op de vier secties.

Nu kunnen de TE-lijn, de waterlijn en de bedlijn als volgt worden getekend:

(a) Nu kan de totale energielijn worden getrokken door deze punten op vier secties met een rechte lijn samen te voegen.

(b) De bedlijn kan ook worden getrokken als rechte lijnen tussen aangrenzende secties als de val of stijging van het bedniveau klein is. De hoeken moeten worden afgerond. Als de daling in de bedlijn merkbaar is, moeten de bedlijnen worden samengevoegd met een soepele tangentiële omgekeerde curve.

(c) Het is nu duidelijk dat tussen twee willekeurige opeenvolgende secties de daling van het wateroppervlakniveau kan ontstaan ​​als gevolg van (i) een daling van de TE-lijn tussen de twee secties; (ii) verhoogde snelheidskop in contractie; en (iii) verminderde snelheidskop in uitzetting.

Deze daling van het wateroppervlak wordt onderverdeeld in twee parabolische bochten. Zoals getoond in Fig. 19.26 en 19.27 voor samentrekking (naderingstransitie) en uitbreiding (vertrekovergang) wordt dit bereikt door een convexe opwaartse curve gevolgd door een concave opwaartse curve in de eerste overgangs- en concave opwaartse curve gevolgd door een convexe opwaartse curve in de laatste overgang.

Het kan worden gezien uit de Fig. 19.26 en 19.27

L = lengte van de overgang (samentrekking of vertrek) = 2x ₁ en

2y ₁ = Totale daling of stijging van het wateroppervlak. Het punt m is het middelpunt van de overgangslengte en is gesitueerd om de totale daling en de lengte gelijkelijk te verdelen.

Het wateroppervlak op het doorsnede punt nemen als de oorsprongsvergelijking van de parabool wordt gegeven door

y = cx ²

Vervanging van de bekende waarden van y ₁ en x ₁

c = y ₁ / x ₂

Met deze waarde van c kunnen parabolische wateroppervlakcurven worden geplot, uitgaande van sectiepunten die de oorsprong aangeven.

De vergelijking die moet worden gebruikt voor het plotten is nu teruggebracht tot

y = (y ₁ / x ₁ ² ). x ²

Zo kan het profiel van het wateroppervlak worden geplot.

Stap 6: Snelheid en stromingsoppervlak op verschillende punten kunnen worden verkregen

(i) Velocity head op elk punt wordt gegeven door het verschil tussen TEL en wateroppervlak.

Snelheidskop h _v = TEL - WS-lijn

Ook = h _v = v ² / 2g

Dus velocity (V) op elk punt = √2g.h _v

(ii) Het stroomgebied op elk punt kan nu worden verkregen door een eenvoudige formule

A = Q / V

Met bekende waarden van A en D kunnen andere dimensies van het trapeziumvormige kanaal worden berekend met behulp van de formule

A = BD + SD ²

waarbij B de breedte van het bed is en S: 1, dwz (H: V) is de zijhelling.

Bij uitlopende vleugelwanden worden de zijhellingen geleidelijk vanaf een beginhelling in verticale richting gebracht. De waarde van de zijhelling op een tussenliggend gedeelte in de overgangslengte kan worden geïnterpoleerd in verhouding tot de lengte van de overgang die tot dat punt is bereikt.

Mitra's Hyperbolische Overgangsmethode :

Deze methode is gebaseerd op het principe dat :

ik. Samen met de afvoer is de stromingsdiepte in het kanaal ook constant; en

ii. Snelheid van verandering van snelheid per eenheid lengte van overgang is constant gedurende de lengte van de overgang.

Uit Fig. 19.25 is te zien dat:

B ₀ = normale breedte van de bedding van het kanaal;

B _t = bedbreedte in de keel of trog;

B _x = breedte op elke afstand x vanaf het uiteinde van de trog;

en L = totale lengte van overgang.

Semi-cubische parabolische overgangsmethode van Chaturvedi:

Het stelt dat (zie Fig. 19.25 voor notaties)

Ontwerpprincipes voor sifon aquaduct:

Het is duidelijk dat de sifon-aquaducten in wezen verschillen van gewone aquaducten. Aangezien dergelijke criteria voor het ontwerp van aquaducten niet voldoende zijn bij het ontwerp van sifon-aquaducten.

Naast bovenstaande overwegingen moeten de volgende criteria worden gehanteerd bij het ontwerpen van de sifon-aquaducten:

(i) Afvoer via sifonkuip:

De kop die de stroming veroorzaakt (hij vertegenwoordigt ook het kopverlies in de loop) via de omgekeerde sifonloop kan worden verkregen uit de formule van Unwin.

waar h de kop veroorzaakt die stroom veroorzaakt, is het ook het verlies van hoofd in de loop in m.

L is de lengte van het vat in m.

R is de hydraulische gemiddelde straal van het vat in m.

V is de snelheid van stroming door het vat in m / sec.

V _a is snelheid van benadering in m / sec, het wordt over het algemeen verwaarloosd.

f ₁ is een coëfficiënt voor het verlies van het hoofd bij binnenkomst en wordt in het algemeen genomen als 0, 505.

f ₂ is een coëfficiënt die rekening houdt met wrijving in het vat.

waar a en b constanten zijn.

Volgens tabel 19.2 worden waarden van a en b voor verschillende oppervlakken gegeven:

Snelheid van stroming door het vat in het algemeen beperkt tot 2 tot 3 m / sec.

Aangezien alle waarden bekend zijn, kan dus hoofdverlies in de loop of in de kop die de stroming veroorzaakt worden berekend. Deze waarde, wanneer toegevoegd aan het hoge overstromingsniveau (HFL) op de d / s van het aquaduct, geeft u / s HFL.

Door een gratis bord toe te voegen aan de u / s HFL kunnen we de top van rivierbeschermingswerken verkrijgen, zoals geleidingsbakken en marginale inkapsels.

(ii) Upliftdruk op het dak van de ton:

Terwijl het vat vol loopt tijdens overstromingen, bestaat er een positieve druk in het vat. Door de positieve druk in het vat wordt het dak onderworpen aan de opdruk. Het opdrukdiagram voor het dak kan worden getekend met de druk op de u / s- en d / s-zijde van het vat.

De drukkop aan de d / s-zijde van het vat is gelijk aan de hoogte van het waterniveau boven de onderkant van het dak. Drukkop aan de u / s-zijde kan worden verkregen door het verlies van het hoofd in het vat toe te voegen aan de drukkop aan de d / s-zijde. Het verlies van het hoofd kan worden verkregen uit de formule van Unwin. Figuur 19.28 toont het profiel van de hydraulische gradiëntlijn die mogelijk bestaat. Er kan worden gezien dat een maximale opdrijfdruk optreedt aan het u / s-uiteinde van het cilinderdak.

Bij het ontwerpen van de trog moeten twee extreme omstandigheden worden overwogen, namelijk:

ik. Het vat loopt vol tijdens maximale overstroming en er is geen water in het kanaal. Deze toestand geeft een maximale opdrijfdruk die inwerkt op de trog.

ii. De kanaaltrog draagt ​​volledige ontlading, maar het vat loopt niet vol en daarom is er geen verhoging op het dak van het vat.

Om de dikte van de bak te beperken, is het raadzaam om een ​​gewapend betondak met versteviging aan de onderkant te voorzien om de kanaalgoot en de wapening aan de bovenkant op te nemen om bestand te zijn tegen opdrijven door buiging.

(iii) Upliftdruk op de bodem van het vat:

In tegenstelling tot andere hydraulische constructies worden aquaducten onderworpen aan twee verschillende soorten opdrijvende druk van twee verschillende bronnen. Ze zijn de volgende:

(a) Statische Uplift-druk als gevolg van de stijging van de watertabel:

De grondwaterspiegel stijgt vaak tot het bedniveau van de afvoer. In het bijzonder in het geval van een sifon-aquaduct waarvan het vloerbed onder het bed van de drainage wordt gedrukt, werkt de statische opdrijfdruk op het bodembed. De opdruk is gelijk aan het verschil tussen het bedniveau van de afvoer en dat van het vloerniveau van het vat.

(b) Upliftdruk vanwege het lekken van kanaalwater naar de afvoer:

Aangezien er een niveauverschil bestaat tussen de kanaalwaterstand en het drainagewaterniveau, vindt de kwelstroom plaats waar de omstandigheden gunstig zijn. Deze kwelwegkop is maximaal wanneer het kanaal met volle capaciteit loopt en er geen stroom in de afvoer beneden is. Zoals getoond in Fig. 19.29 is de kwelstroom in dit geval niet eenvoudig, maar is het stroompatroon overal driedimensionaal. De kwelstroom begint aan beide zijden van het ondoordringbare kanaal door het bed en verschijnt weer aan beide zijden van de ondoordringbare loopvloer in de afvoer.

Aangezien er geen benadering tot tweedimensionale stroom mogelijk is, kan de theorie van Khosla niet strikt worden toegepast. Oplossing door een ingewikkelde "ontspanningsmethode" is mogelijk maar het is te omslachtig. Voor ontwerpdoeleinden kan het principe van de griezeltheorie van Bligh, dat hieronder wordt uitgelegd, worden toegepast. Voor grote werken is het echter essentieel om de resultaten van voorlopig ontwerp te controleren die zijn verkregen door modelstudies.

Verwijzend naar Fig. 19.29.

Het geval van het eerste vat nemen waar kwel maximaal is, totale kruiplengte - (kruiplengte ab) + (kruiplengte bc)

L = L ₁ + L ₂

Totale kwelweg = kanaal FSL - d / s bed niveau afvoer = H _s

Residuele kwelkop op b = -H _s / L x L ₂

Totale resterende kwelweg bij b kan worden beschouwd als de dikte van de gehele vloer van alle vaten te ontwerpen.

De vloerdikte van de loop is in feite ontworpen rekening houdend met de totale opdrijfdruk die wordt gecreëerd door de statische opheffingstoestand en kanaal-kwelstroom die hierboven zijn genoemd.

Om de dikte van de vloer te beperken, kan RCC-constructie worden toegepast, omdat dan een deel van de druk wordt weerstaan ​​door het gewicht van de vloer en overblijft door de buigsterkte van de vloer. In een dergelijke opstelling wordt de druk overgedragen naar de pieren en wordt weerstand geboden door het gehele gewicht van de bovenbouw.

Als blijkt dat de opdruk erg hoog is, kan deze worden verminderd door geschikte veilige afschermingen aan te brengen.

Zij zijn:

(a) Vergroot de lengte van de ondoordringbare bodem van het kanaalbed, zodat de kruiplengte wordt vergroot;

(b) Zorg voor drainagegaten of ontlastingsgaten in de vloer van de loop in combinatie met een omgekeerd filter onder de vloer. Om verstikking van de ontlastingsgaten en filter onder de afvoerdorpel te voorkomen, moeten de ontlastingsgaten zijn voorzien van klepafsluiters.