12
12 Přednáška
Přednáška
Hydraulické řešení mostních objektů a
propustků
Obsah:
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.1. Toky s říčním režimem proudění
1.1.1. Vtokový profil mostu ovlivněný (zatopený) dolní vodou
1.1.2. Vtokový profil mostu neovlivněný (nezatopený) dolní vodou
1.2. Toky s bystřinným režimem proudění
1.3. Proudění se zatopeným vtokem a volným výtokem
1.4. Proudění se zatopeným vtokem i výtokem
1.5. Proudění s přelévanou mostovkou
2. Použitá literatura
1. Hydraulické řešení mostních objektů
Základní hydraulické řešení křížení mostního objektu s vodním tokem tvoří následující kroky:
 stanovení návrhového průtoku QN ,
 určení režimu proudění ve vodním toku a okolí mostního objektu,
 výpočet průběhu návrhové hladiny (tj. hladiny při návrhovém průtoku),
 návrh šířky mostních polí, podpěr a křídel včetně jejich tvaru,
 výpočet vzdutí hladiny mostním objektem,
 stanovení volné výšky spodní hrany mostovky nad návrhovou hladinou,
 převádění extrémních povodní,
 výpočet deformací dna a výmolů v lokalitě mostního objektu s návrhem vhodného opevnění.
Výpočet vzdutí hladiny mostním objektem je založen na předpokladu že:
 dno koryta vodního toku i přilehlých inundačních území zůstává při průtoku QN stabilní,
 v omezeném úseku nad a pod mostním profilem je koryto toku prizmatické.
Hydraulické řešení je rozdílné na tocích s říčním a bystřinným prouděním.
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.1. Toky s říčním režimem proudění
vzdutí hladiny mostním objektem způsobené bočním zúžením lze považovat za analogické
proudění na přelivu s širokou hladinou. Řešíme vtokový profil mostu :
 ovlivněný dolní vodou,
hd >  E
 neovlivněný dolní vodou,
hd <  E
kde:
Kritérium zatopení
E … energetická výška průřezu v profilu před mostem,
… součinitel – nabývá hodnot 0,72 – 0,95 (tabulka 1).
1.1.1. Vtokový profil mostu ovlivněný (zatopený) dolní vodou
Průtok mostem vypočteme podle vztahu pro nedokonalý
přepad přes širokou korunu
Q   A
2 g ( E - h )
pro obdélníkový průtočný průřez platí A = Bh
B je světlá šířka mostního profilu a pro hloubku h platí:
h = hd
je - li dno mostu v úrovni dna koryta,
h = hd - sd
při výšce prahu sd nade dnem.
(hd >  E)
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.1. Toky s říčním režimem proudění
Tabulka 1 – orientační hodnoty součinitelů , m, ,
Plynulé boční připojení
typ
(křídla kolmá)
Boční křídla zaoblená
(vliv zúžení b/B, tvar nátokových hran prahu ve dně)
Boční křídla šikmá
Boční křídla pravoúhlá
(křídla šikmá)
(křídla rovnoběžná)


m


m


m


m
A
0,96
0,72
0,36
0,95
0,73
0,36
0,95
0,74
0,36
0,94
0,75
0,35
B
0,94
0,75
0,35
0,93
0,76
0,35
0,92
0,78
0,34
0,91
0,79
0,33
C
0,91
0,79
0,33
0,90
0,81
0,32
0,88
0,83
0,30
0,87
0,85
0,28
D
0,90
0,81
0,32
0,88
0,83
0,30
0,87
0,85
0,29
0,86
0,87
0,27
E
0,85
0,88
0,26
0,83
0,91
0,23
0,81
0,93
0,20
0,79
0,95
0,16
A
dno mostu je v úrovni dna přítokového koryta
B
ve dně mostu je práh se zaoblenou vstupní hranou
C
ve dně mostu je práh se zkosenou vstupní hranou
D
ve dně mostu je práh s pravoúhlou vstupní hranou
E
ve dně je práh s pravoúhlou vstupní hranou (nepříznivé podmínky, nerovný povrch)
1. Hydraulické řešení mostních objektů
Tabulka 1 – orientační hodnoty součinitelů , m, ,
Plynulé boční připojení
typ
(křídla kolmá)

(vliv zúžení b/B, tvar nátokových hran prahu ve dně)
Boční křídla zaoblená

m


m
Boční křídla šikmá
Boční křídla pravoúhlá
(křídla šikmá)
(křídla rovnoběžná)


m


m
A
0,96
0,72
0,36
0,95
0,73
0,36
0,95
0,74
0,36
0,94
0,75
0,35
B
0,94
0,75
0,35
0,93
0,76
0,35
0,92
0,78
0,34
0,91
0,79
0,33
C
0,91
0,79
0,33
0,90
0,81
0,32
0,88 0,83
0,30
0,87
0,85
0,28
D
0,90
0,81
0,32
0,8
0,83
0,30
0,87
0,85
0,29
0,86
0,87
0,27
E
0,85
0,88
0,26
0,83
0,91
0,23
0,81
0,93
0,20
0,79
0,95
0,16
1. Hydraulické řešení mostních objektů
A
B
D
C
E
A
dno mostu je v úrovni dna přítokového koryta
B
ve dně mostu je práh se zaoblenou vstupní hranou
C
ve dně mostu je práh se zkosenou vstupní hranou
D
ve dně mostu je práh s pravoúhlou vstupní hranou
E
ve dně je práh s pravoúhlou vstupní hranou (nepříznivé podmínky, nerovný povrch)
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.1. Toky s říčním režimem proudění
1.1.2. Vtokový profil mostu neovlivněný (nezatopený) dolní vodou
Vtokový profil mostu není ovlivněn dolní vodou
(hd <  E)
resp.
(h <  E)
Průtok mostem vypočteme
podle vztahu analogického s dokonalým
přepadem přes přeliv se širokou korunu
Q  mb 2 g E3/ 2
kde m je součinitel přepadu (Tabulka 1)
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.2. Toky s bystřinným režimem proudění
Zúžení průtočného průřezu koryta mostem způsobí pod mostem zvýšení hloubky z původní
hodnoty h0 na hodnotu hm
Pro energetickou výšku průřezu
v profilu mostu platí (obr. a) :
Em  hm 
 Q2
2 g (hm b) 2
Em  hm 
 Q2
2 g (hm b) 2
Energetická výška průřezu před mostem je:
Ztrátu hz se vyjádříme následujícím způsobem:
E = Em + hz
v02
hz  0,3
2g
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.2. Toky s bystřinným režimem proudění
Při velkém zúžení průřezu nemusí průtok protékat pod mostem hloubkou hm, ale může
před mostem vzniknout říční proudění (obr.b).
V korytě před mostem přejde bystřinné
proudění do říčního proudění vodním
skokem. Ve výtoku z mostního průřezu
se vytvoří přibližně kritická hloubka, od
které by se na obě strany řešil průběh
hladiny nerovnoměrného proudění.
Tuto okolnost je třeba brát v úvahu při návrhu velikosti mostního profilu a výšky konstrukce
mostu nad hladinou. Tomuto případu je lepší se při návrhu vyhnout !!!! (vyžaduje značnou
výšku mostního profilu v důsledku vodního skoku.
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.3. Proudění se zatopeným vtokem a volným výtokem
Mostní profil je zatopen, nedochází ke kontaktu s dolním lícem mostovky.
Vlivem vzdutí hladiny před mostem může dojít k zatopení horního čela mostní konstrukce,
když
E0 > 1,1 a
Energetická výška průřezu
Q2
E0  hc  2
 v 2 g ( a b) 2
Plocha průtočného profilu v mostním otvoru
Am = a b
Kapacita mostního otvoru

 v02 a 
Q  C D a b 2 g  hh 
 
2 g 2

kde CD
je průtokový součinitel pro proudění s
volnou hladinou a zatopeným vtokem.
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.3. Proudění se zatopeným vtokem a volným výtokem
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.4. Proudění se zatopeným vtokem i výtokem
Mostní profil je zcela zatopen nejen na vtoku, ale vlivem vysoké dolní vody i na výtoku.
(z hydraulického hlediska se jedná o výtok zatopeným otvorem)
Energetická výška průřezu před mostem
E0  hd 
C D2 0
Q2
2 g ( a b) 2
Kapacita mostního otvoru
Q  CD0


 v02
a b 2 g  hh 
 hd 
2g


kde CD0 je průtokový součinitel
pro zatopeným výtok mostním otvorem.
1. Hydraulické řešení mostních objektů
1.5. Proudění s přelévanou mostovkou
Mostní profil je zcela zatopen a dochází k přelití mostovky a vozovky mostního objektu. Pro
výpočet je třeba rozdělení průtoku:


na dolní proud procházející mostním otvorem
proud přepadající přes mostovku
Průtok protékající pod mostovkou
(rovnice zatopeného výtoku otvorem)
Qo  C Do


 vo2
a b 2 g  hh 
 hd 
2g


kde CD0
je průtokový součinitel pro zatopeným výtok mostním otvorem.
Průtok přepadající přes mostovkou (rovnice přepadu)
kde hodnota součinitele přepadu
Celkový průtok
Q = Q o + Qp
0,6    0,7
Qp 
2
 b
3
3
2



2 g  h p 
2g 

vo2
2. Použitá literatura

Jandora Jan, Uhmannová Hana : Proudění v systémech říčních koryt, Modul 01. Studijní opora, VUT
FAST, Brno, 2007.

TP 204 Hydrotechnické posouzení mostních objektů na vodních tocích, Technické podmínky. VÚV
T.G.Masaryka, Praha, 2009.

Jandora Jan, Šulc Jan: Hydraulika, Modul 01. Studijní opora, VUT FAST, Brno, 2006.
Hydraulické řešení propustků
je podrobně popsáno v učebním textu k předmětu BR52 – Proudění v systémech říčních koryt, kap.5.
Děkuji za pozornost
Download

Hydraulické řešení křížení mostních objektů a propustků s vodními toky