ČVUT v Praze, fakulta stavební
katedra hydrauliky a hydrologie
(K141)
Přednáškové slidy předmětu
1141 HYA (Hydraulika)
verze: 12/2011
© K141 FSv ČVUT
Tato webová stránka nabízí k nahlédnutí/stažení řadu pdf souborů složených z přednáškových
slidů předmětu 1141HYA (Hydraulika) vyučovaného na fakultě stavební ČVUT v Praze
studentům bakalářského směru Stavební inženýrství. Nabízené slidy jsou dílem kolektivu autorů,
zaměstnanců katedry hydrauliky a hydrologie (K141) FSv ČVUT v Praze. Soubor slidů je
základní učební pomůckou předmětu 1141HYA a je volně přístupný pro učební potřeby studentů
předmětu. Jiné použití slidů nebo jejich částí bez přesné citace online zdroje (nejlépe dle ČSN
ISO 690-2) považuje autorský kolektiv za plagiátorství.
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
Hydraulika objektů
na vodních tocích
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
1
Objekty na vodních tocích:
- jezy a přehrady (vzdouvací objekty)
- mosty a propustky (křížení vodního toku s komunikací)
- ostatní objekty (podélné ochranné hráze, vodní
elektrárny, plavební komory, ...)
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
2
PŘELIVY
přeliv – stavební konstrukce, přes kterou přepadá voda
přepad – jev („voda“)
Dle tvaru příčného profilu přelivu:
ostrohranný
přeliv
K141 HYA
jezový
přeliv
Hydraulika objektů na vodních tocích
široká
koruna
3
PŘELIV S VODOROVNOU PŘELIVNOU HRANOU
princip řešení:
výtok velkým otvorem s horní hranou nad vodní hladinou
v02
hE1
ČE 2g
Q   v 2g  bhE dhE
hE 2
12

2
32
32
  vb 2g hE 2  hE1
3
v0
h
=
ČE E1 2g
hE2 hp
2
h hE
v0

hE1
u
b
hE2 h
p
hE2 h hE hE1
v02
= 2g
hE
dhE=dh
b
hp ... přepadová výška
K141 HYA
u
b
v0
h
dh
hE
Hydraulika objektů na vodních tocích
dhE=dh
b
pro přeliv:
2
v 0
hE1 
,
2g
2
v 0
hE 2  hp 
,
2g
 v  p
4
PŘELIV S VODOROVNOU PŘELIVNOU HRANOU
32
32
2
2



 v 0   Weisbachova rovnice

v
2

0
 

Q  pb 2g  hp 


  dokonalého přepadu

3
2
g
2
g


 


v 0
2

Q  pb 2g  hp 
3
2g

zahrnutí vlivu
2
v 0
do p
2g
v0
h
=
ČE E1 2g
hE2 hp
v0




32
2
32
Q  pb 2g hp
3
2
h hE
2
hE1
u
b
hE2 h
p
Poleniova rovnice
dokonalého přepadu
v02
= 2g
h
dh
Du Buatova rovnice
dokonalého přepadu
hE
dhE=dh
b
pozn. 1:
v literatuře zaveden
součinitel přepadu m
m
2
p
3
pozn. 2:
ostrohranné přelivy často využívány pro měření Q
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
5
Zatopení přepadu (pro všechny typy přelivů)
při vyšší dolní hladině  přepad nedokonalý (zatopený)
(při stejném hp převede menší Q oproti přepadu dokonalému,
resp. stejný průtok jako u dokonalého přepadu bude u přepadu
nedokonalého převeden při větší hp)
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
6
PŘELIV SE ŠIROKOU KORUNOU
pro (2 až 3)hp < t < (10 až 15)hp  charakteristický průběh
hladiny nad korunou (h1 a h2 vzájemné hloubky v. s.)
2
1v1
0
1
2
BR 0-1: h0  h1 
Z
0v0
2g
ČE
2g
2
v
1
Q
Z 1 ,
 , v1 
h0
hp
2g 1  
S1
h2
h1
2
Q
v0
h0  h1 
,
s
2
2
2g S1
Q  S1 2gh0  h1 
h
t
pokud h > h2  zatopení v. s.  h1 = h2 = h (čárkovaná hladina)
pozn.: zjednodušené posouzení zatopení v. s.:
h1 = fa(h0) ... z BR (viz výše), h2 = fb(h1) ... fce v. s.  h2 = fc(h0) = h0
h > h0
K141 HYA
zatopení v. s.  h1 = h
Hydraulika objektů na vodních tocích
7
KŘÍŽENÍ VODNÍHO TOKU S KOMUNIKACÍ
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
8
PROUDĚNÍ MOSTNÍMI OBJEKTY
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
9
HYDRAULICKÝ VÝPOČET MOSTU O JEDNOM POLI
Říční proudění – řešení analogické přelivu se širokou korunou
αv σ2
v σ2
v σ2
v σ2
ζ
 y σ  α  ζ 
 yσ 
z BR pro pf. 1 a 2: E  y σ 
2g
2g
2g
2g2
Q2
E  yσ 
2g2Sσ2
B
 průtok mostním otvorem
Q   S 2g (E  y  )
αv 02
;
vzdutí mostem: y  E 
2g
1 v 2
2
bm
0
2g
DH
v0
E y
v
y
vd
Z
vd
2g
yd
ΔH  y  y d
Říční proudění → zpravidla ovlivnění dolní vodou
podmínka zatopeného vtoku: yd > E  yσ = yd  - TAB.
yd < E  volný vtok  y = yc, yc = 1E
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
10
2
součinitelé φ a   TAB.
φ = 0,79 ÷ 0,96
 = 0,95 ÷ 0,72
závisí na:
úrovni dna koryta a mostu - stejná úroveň, práh ve dně
se zaoblenou / zkosenou / pravoúhlou vstupní hranou
napojení bočních křídel - plynulé / zaoblené / šikmé /
pravoúhlé
dovolené rychlosti vv pod mostem: podle složení dna koryta
např.: jíl, velmi jemný písek
vv = 1,5 ms-1
štěrk a valouny
vv = 3,0 ms¨1
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
11
Bystřinné proudění
zúžení průtočného průřezu mostem
 zvýšení hloubky pod mostem
z
Eh
yh
ym Em
D
E H
yh
yd
i0 > ik
y
yk
i0 > ik
yd
MOSTY O VÍCE POLÍCH
- štíhlé pilíře - možno řešit jako v případě 1 pole
- masivní pilíře - zohlednit zastavění průtočného profilu pilíři
a zúžení paprsku za pilíři
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
12
PROUDĚNÍ V PROPUSTCÍCH
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
13
Proudění v propustku ovlivňuje:
- geometrie, uspořádání a hydraulické podmínky vtoku
- geometrie, drsnost a podélný sklon propustku
- poloha dolní vody a poměry za výtokem z propustku.
Dimenzování a posuzování → jednoduchá schémata
propustek
Složitější případy - vodní skok, vtokový vír, ... → nestabilita proudění
s volnou
hladinou
Q< QD
s tlakovým
prouděním
Q > QD
K141 HYA
s volným vtokem
zdola nezatopený
zdola zatopeným
se zahlceným vtokem
zdola nezatopený
zdola zatopeným
v celém propustku
v části propustku
QD ... kapacitní průtok
Hydraulika objektů na vodních tocích
14
PROPUSTKY - SCHEMATICKÉ PODÉLNÉ PROFILY
volná hladina a volný vtok zdola nezatopený (a) a zatopený (b)
(b)
D, h
(a)
volná hladina a zahlcený vtok zdola nezatopený (a) a zatopený (b)
(b)
D, h
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
(a)
15
tlakové proudění v propustku - výtok nezatopený dolní vodou
D, h
D, h
tlakové proudění v propustku – výtok zatopený dolní vodou
D
D, h
K141 HYA
Hydraulika objektů na vodních tocích
16
Download

0 1 - Katedra hydrauliky a hydrologie