Гидродинамический расчет реевого бона

На бон, установленный на реке, воздействуют поток воды, плыву­щий лес и ветер
(рис. 3.1).

Рис. 3.1 - Схема для расчета реевого бона

Нагрузка на бон складывается из трех основных составляющих: нагрузки от потока , нагрузки от проплывающего леса и нагрузки от ветра . Каждую из составляющих по характеру воздействия на бон можно разложить на две взаимно перпендикулярные силы: нормальную и параллельную .

Нормальную и параллельную составляющие силы воздействия речного потока определяют по формулам:

, (3.1)

, (3.2)

где - плотность воды, кг/м³;

– поверхностная скорость течения, м/с;

- угол между боном и направлением течения, (см. таблицу 3.1);

- коэффициент сопротивления давления, зависящий от угла и осадки бона , (см. таблицу 3.2);

- осадка бона, м;

- коэффициент сопротивления трения (для бонов с козырьком = 0,025);

- ширина бона, м;

- длина бона. Она зависит от угла установки по отношению к потоку и коэффициента перекрытия потока и определяется формулой

м.

Таблица 3.1 - Значения предельных углов установки бонов в зависимости от конструкции и скорости течения

Таблица 3.2 - Значения коэффициент сопротивления давления ς_Б в зависимости от угла установки бона и осадки

Тогда нормальная и параллельная составляющие силы воздействия речного потока по формулам (3.1) и (3.2):

Н;

Н.

Нормальную составляющую силу воздействия плывущего леса определяют по формуле

, (3.3)

где - коэффициент сопротивления трения, зависящий от конструкции бона (для реевого однорядного бона с козырьком ( =0,5м) - = 0,006);

b_Л - ширина полосы леса, плывущего вдоль бона. Он определяется по формуле

, (3.4)

где - коэффициент, учитывающий, какая доля проплывающего вдоль сооружения леса давит на наплавную часть ();

- коэффициент неравномерности прохождения леса ( =2,5 - для подготовленных лесосплавных путей);

- время движения через расчетный створ в сутки ч);

- коэффициент перехода от поверхностной скорости к скорости движения лесоматериалов ( = 0,75 - для равнинных рек);

- суточный объем лесоматериалов, проплывающих по рассмат­риваемому участку реки, м³;

h_УС - условная высота полосы проплывающих круглых лесоматериа­лов. Она определяется по формуле

м.

Подставляя данные в формулу (3.4) получим:

м.

Подставляя данные в формулу (3.3) получим:

Н.

Суточный объем лесоматериалов, проплывающих по рассмат­риваемому участку реки необходимо сравнить с суточной лесопропускной способностью расчетного створа участка реки . Необходимо выполнение соотношения

(3.5)

в противном случае увеличиваются сроки сброски лесоматериалов с берегового склада или осуществляются мероприятия по увеличению лесопропускной способности реки.

Суточная лесопропускная способность участка реки определяется по формуле

, (3.6)

где - коэффициент заполнения лесосплавного хода (при м/с );

- объем лесоматериалов, плотно располагающихся на 1м² водной
акватории, м³/м²;

- ширина сплавного хода в сжатом состоянии. Она определяется по формуле

, (3.7)

где – ширина реки в месте установки бона, м;

- коэффициент использования ширины реки (см. таблицу 3.4), .

Таблица 3.3 - Значения коэффициента использования ширины реки

Подставляя данные в формулу (3.7) получим:

м.

Объем лесоматериалов, плотно располагающихся на 1м² водной акватории рассчитывается по формуле:

м³/м².

Подставляя данные в формулу (3.6) получим:

м³/сутки.

Условие (3.5) выполнено.

Параллельную составляющую силы от воздействия проплывающего леса определяют по формуле

, (3.8)

где - коэффициент трения плывущего леса о бон ( = 0,35).

- нормальное давление леса на бон, обусловленное действием ветра на лес. Оно определяется по формуле

, (3.9)

где: – плотность воздуха, =1,3 кг/м³;

v_В – скорость ветра в месте установки бона, м/с;

– коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от его скорости (при
= 12,5 м/с - = 0,011);

– ширина проплывающего вдоль бона леса, м.

Подставляя данные в формулу (3.9) получим:

Н.

Подставляя данные в формулу (3.8) получим:

Н.

Сила перпендикулярного воздействия ветра на бон определяется по формуле

, (3.10)

где - сила давления ветра непосредственно на бон. Она определяется по формуле

Н

Подставляя данные в формулу (3.10) получим:

Н.

При ширине полосы проплывающего леса < 2,0 м величину силы не учитывают, так как дополнительное давление от плывущего леса на бон не наблюдается вследствие изменения скоростного режима потока воды у бона. При ширине полосы плывущего леса < 1м даже уменьшается давление потока воды на бон. Вследствие этого, нормальная составляющая от действия потока, леса и ветра на бон определяется как

Н.

Сила воздействия потока на реи (нормальная составляю­щая) рассчитывается по формуле

, (3.11)

где - коэффициент сопротивления давления на реи (значения в за­висимости от конструкции бона и осадки реи при длине реи = 6,5м приведены в таблице 3.4),;

- угол между боном и реей, ;

- угол атаки реи потоком, ;

Таблица 3.4 - Значения коэффициента сопротивления давления на реи при длине реи = 6,5 м и различных осадках бона

Подставляя данные в формулу (3.11) получим:

Н.

Оптимальное значение определяется из условия обеспечения максимального момента силы относительно точки опоры бона.

Для удержания бона под углом направлению потока количество рей определяют из уравнения моментов относительно точки О (см. рис. 3.1):

,

где – количество рей.

Учитывая, что , количество рей определяем из условия

рей.

Расстояние между реями определяется по формуле

м.

Из уравнения проекции всех сил, действующих на бон, определяем нагрузку на головную опору

Н.

По нагрузке на головную опору рассчитывается гибкая связь и нагрузка на береговую опору:

S = m ^. R г,(3.12)

где m - коэффициент запаса прочности; m = 3.

Подставляя данные в формулу (3.12) получим:

Н.

Нагрузку на канат или на звеньевые соединения бона можно опре­делить по формуле определения нагрузки на головную опору с учетом внешних сил, приложенных только к части бона от его конца до рассматриваемого соединения.

Сечение кана­та подбирают по разрывному усилию с трехкратным коэффициентом за­паса прочности. Так же с трехкратным запасом проектируют головную и промежуточные опоры.

По разрывному усилию подбираем канат стальной ГОСТ 3069-80, двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6×7(1+6)+1 о.с.. Характеристика каната приведена в
таблице 3.1.

Таблица 3.5 - Характеристика каната

В зависимости от количества рей нагрузку на одну промежуточную опору определяют из условия

, (3.12)

где - нормальная нагрузка на один погонный метр бона, Н;

- расстояние между опорами, м.

Нормальная нагрузка на один погонный метр для многоопорного бона определяется

Н.

Подставляя данные в формулу (3.12) получим:

Н·м.

Поиск по сайту: