4 - Prelivi i Brzotoci

PRELIV SA BRZOTOKOM

UNIVERZITET U TUZLI RUDARSKO-GEOLOŠKO-GRAĐEVINSK RUDARSKO-GEOLOŠKO-GRAĐEVINSKII FAKULTET

•PrsBr

EO sastavljen od: -niskog prelivnog praga kao ulaznog dijela -brzotoka (kanal strmog pada)

PRELIVI I BRZOTOCI

-umirujući bazen ili ski odskok kao izlazni dio •PrsBr

najčešće kod nasutih brana

•PrsBr

postavlja se na padini uz branu postavlja se kao potpuno odvojena HG obično na prevoju

•Prelivni (zahvatni) dio: 1) Č eoni preliv (sa prilaznim kanalom) -voda sa čela (direktno) preko prelivnog praga ulazi u brzotok

Prof. dr. sc. NEDIM SULI!" d#$%.#&'.'r().

2) Bočni preliv sa sabirnim kanalom i prilaznim kanalom 2 L -ako nema dovoljno prostora da sa čela se razvije preliv potrebne

1

•Preliv

sa ili bez ustava

•Bočni preliv

obično slobodan (bez ustava)

•Čeo eoni ni pr prel eliv iv

sa ili be bezz us usta tava va

•Preliv sa ili bez ustava

GBB: važe ista načela kao i kod prelivne GBB:

a) Sagledati sigurnost -vodeći računa o katastrofalnim posljedicama rušenja brane b) Ekonomsko vrednovanje Preliv sa brzotokom

3

-obuhvatiti sve objekte i opremu na koju utiče postavljanje ustava

4

1

Titles you can't find anywhere else

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.











ČEONI PRELIV

•ČP = prelivni prag (obi (obično praktičnog profila) profila) niska HG usječena u padinu

dolazne v značajne

dio) (potrebno napraviti prilazni dio) postepeno ubrzanje toka, pravilno i ravnomjerno usmjeravanje po cijelojL cijeloj L preliva Prelivni prag čeonog preliva

•Modelska ispitivanja i iskustva izgrađenih objekata: L prilaznog dijela najmanje Lp=2HR (HR – projektovana (računska) visina prelivnog mlaza

5

6

Slika: •Prilazni dio = dio konstrukcije prelivnog praga

Slika:

•Ispred prilaznog dijela

* Modelska ispitivanja i iskustva izgrađenih objekata: L prilaznog dijela najmanje Lp=2HR (HR – projekt. (računska) visina prelivnog mlaza HR –

usjeći prilazni kanal (osiguranje Q vode i pravilno strujanje ka prelivu) prelivu)

•Uzvodne razdjelne zidove povezati sa krilnim zid. (povezati kružnom krivinom R=Lp)

•Moguća erozija dna i obala u prilaznom kanalu

smanjenje gubitaka i kontrakcije mlaza

(oblaganje kamenom ili gabionima)

•Razdjelni i krilni zid postavljen uz branu štiti kosinu brane od erozije mlaza •Stubove na prelivu postaviti uzvod. od preliv. Ivice

Slika: •Uzvodni kraj temelja

postaviti vertikalni uzvodni zastor

na rastojanju Ls=HR 7

smanjiti procurivanje i uzgon ispod prelivnog praga (efikasniji rad drenaže koja štiti nizvodni brzotok od provirnih voda)

8











BRZOTOK Prelivni prag čeonog preliva

•Obložen kanal strmog pada

burni režim tečenja

•Voda preko preliva se odvodi do izlaznogEO izlaznog EO

dalje u nizvodno korito rijeke

•Brzotok prelivne GBB

dio same konstrukcije brane

•“Klasičan” brzoto brzotokk

konstruktivno neovisan objekat

•Klasičan brzotok

-samoaeracija i stojeći talasi 0,35) -nagib dna < 35% (I < 0,35) D

Veza prelivnog dijela sa brzotokom

mogu nastati i translatorni talasi

Slika: •Prelivni prag nizak

odnos HR / P obično > 1 (nekada > 2)

(preporuka

HR / P < 4) 4)

nizak z ak koef koefiicijent ent prel prelivan i vanja ja

•Translatorni talasi

niz naglih (strmih) poreme ćaja nivoa i Q (kreću se u pravilnim razmacima niz brzotok)

nećemo izgubiti prednost koju daje preliv praktičnog profila •Koso uzvodno lice praga nagiba 1:1/3 do 1:1

•Translatorni talasi

nešto veći koef. prelivanja

9

10

•Trasa i profil brzotoka

nastaju usljed promjene nestabilnosti plitkih tokova

-prema topografskim i geološkim uslovima -prema dispoziciji drugih objekata

(u koritu pravougaonog poprečnog presjeka)

-težiti da podužni I bude što strmiji 0,1 mogu se izbjeći ako je poprečni presjek = h / O > 0,1

•Brzotok (obloženi kanal)

10%) (odnos dubine i okvašenog obima > 10%)

skraćujemo trasu i donekle poprečni presjek

ovaj uslov treba zadovoljiti pri računskom Q

-obim zemljanih radova što manji

ili pri opsegu Q u kome će kanal najčešće raditi

-da se cijelom dužinom oslanja na stijenu

(za manje Q dozvoljava se pojava talasa)

-da se voda što više usmjeri u pravcu korita (nizv.)

-sastavljen od ploče i zidova (obično vertikalni)

povoljnije strujanje i manja erozija

(ovim određen proticajni presjek) -sastavljen od drenaže (osigurava stabilnost protiv isplivavanja i ispiranja temelja) 11

12











•Trasa brzotoka u osnovi

•Brzotoci

-prava linija, obično bez krivina

-prelomi u vertikalnoj ravni dopušteni

(krivine u burnom toku izazivaju strme talase)

(za razliku od horizontalnih krivina)

-ako primjenimo krivinu

-prate konfiguraciju terena

(koristiti fizički model) model)

(obim zemljanih radova minimalan)

utvrditi optimalni položaj i oblik kanala Ulazni nagib preloma strmiji od izlaznog

ne jave kosi talasi pri Q mjerodavn mjerodavno o) (da se ne jave

Slika: -koristimo kružnu prelaznicu R = 4 do 10h 1 -u slučaju blagog preloma prelaznicu možemo izostaviti 13

14

Ulazni nagib preloma blaži od izlaznog


Slika:

Slika: -prelom od blažeg ka strmijem osigurati od podpritiska

-ako u početnoj tački zamišljenog mlaza (tačka A)

(sa pratećom kavitacijom i nekontrolisanim odljepljivanjem mlaza) mlaza) napišemo j-nu hica za koordinatni sistem x, A, y

dobit ćemo:

osigurati prelaznicom odgovarajućeg oblika ili na mjestu preloma postaviti aeraciju -nagib dna uzvodne dionice (n (n1) f-ja od Θ

-prelaznicu oblikovati postupkom sličnim kod prelivne ivice (Krigerov preliv)

-ako umjesto g usvojimo ubrzanje od 2/3 od g

-dno prelaznice brzotoka prati donju ivicu mlaza (koji napušta uzvodnu dionicu putanjom kosog hica) hica) dok ona ne nalegne (tangira) na dno nizvodne dionice

15

(1)

prethodna j-na glasi:

U j-ni hica računamo sa vertikalnim ubrzanjem koje je manje od stvarnog g odnosno 2/3 od g 16













Slika:

Slika: -u krajnjoj tački hica (tačka B)

-visina putanje yB računa se iz ranije datog izraza

dx) bude = Ι nizvodne dionice dionice (zahtjeva se da Ι putanje hica (dy (dy / dx) -dužina xB i visina yB nizvodna dionica brzotoka (n (n2)

opisuju međusobno rastojanje krajnjih tačaka prelaznice A i B (za pretpostavljenu v mlaza)

mlaz da tangira nizvodnu dionicu

-tačno određivanje prelaznice u prostoru odrediti v mlaza i tačan položaj tačaka A i B

odavde dobijamo dužinu putanje mlaza (dužina prelaznice)x prelaznice) xB (2)

(izračunati rastojanje između početka prelaznice (A (A) i tačke presjeka pravca uzvodne i nizvodne dionice (O (O)

17

18

•Slučaj: Dugački brzotok malog I dna završava se u mirujućim bazenom:


korisno da I dna brzotoka neposredno ispred bazena bude strmiji time smanjujemo neravnomjernost v u presjeku mlaza koji ulazi u bazen

Za navedeno prethodno re čeno, primijenit ćemo slijedeći postupak:

(ovo nastaje zbog većeg otpora uz zidove nego u sredini korita brzotoka)

1) Za brzi brzinu nu v usvojiti vrijednost koja bi se javila u O (tačka presjeka pravaca) 2) Sa pretpos pretpostavlj tavljenom enom v izračunati relativna rastojanja xB i yB (preko j-na 1 i 2)

omogućava se bolji rad umirujućeg bazena

dobijamo:

19

20











Širina brzotoka:

•Suženje brzotoka

-određivanje ekonomskom analizom

spriječavanje nastanka translatornih talasa

•Prelazne dionice

-razmatramo nekoliko alternativnih širina (b (b1, b2, b3)

-ako nisu dobro oblikovane

širenje ili suženje nije postepeno

-za ove širine odredimo cijene koštanja brzotoka -iza -izaber berem emoo rje rješe šenj njee (ši (širi rinu) nu) sa min. n . košta koštanj njem em

uz tehni tehničke uslove

u burnom režimu nastaju kosi strmi talasi i njihove posljedice NV; vibracije; neravnomjeran raspored Q) (znatno nadvišenje NV;

-kraći brzotoci

obično const. b cijelog PP (preliv+brzotok+izlazni dio) kosi strmi talasi posebno izraženi kod brzotoka sa malom I dna

određivanje prema koštanju umirujućeg bazena ili prelivnog praga -dugački brzotoci optimalna b brzotoka znatno manja od b preliva i umirujućeg baz. Prelazna dionica na koritu brzotoka

gradimo tzv. prelazne dionice 21

22

Slika:

Slika:

-prema kriteriju stepena proširenja i suženja

-za proširenje preporučuje se blaži kriterij (1995)

(koji omogućava povoljne hidrauličke uslove) odsustvo strmih talasa postiže se ako je:

-Liniju nivoa duž brzotoka: (izračunati zbog dimenzioniranja bočnih zidova) zidova) (izračunati zbog određivanja uslova tečenje enje))

α – ugao između zida prelaznice i sredine kanala

FR1 – Froudov broj u uzvodnom presjeku na početku izlazne dionice (umirujućeg bazena ili ski odskoka)

Prelazna dionica na koritu brzotoka

23

Prelazna dionica na koritu brzotoka

24













•Procurivanje ispod prelivnog praga i loše izvedena spojnica brzotoka Povezivanje plo če i drenaža brzotoka

voda dolazi u temelj ispod ploče dna korita potrebno izvesti odgovarajuću drenažu temelja

-Procjednu vodu prikupiti kroz filtarski sloj (S (S i G) u perforirane drenaž. cijevi

(izbjegavanje erozije i/ili sufozije kao i uzgona)

odatle bočnim ispustom izbaciti van objekta u brzotok ili umiruj. bazen ili cijevima sa vanjske strane bočnih zidova odvesti do ispusta

25

Povezivanje plo če i drenaža brzotoka

-paziti da izlaz drenaž. odvoda nije prepreka za strujanje u brzotoku ili slapištu

26

-Brzotok fundirati na stijeni (ako je moguće) prilagoditi dubinu ukopavanja u teren -Često ploče ankerujemo u sredinu (prethodno injekt.) (površinski sloj stijene obično ispucao)











-Dno i zidovi brzotoka u kampadama (5 – 10m) -Kampade međusobno povezati (elastičnim zaptivnim trakama – spojnicama) Slika: omogućavaju vododrživost i primanje termičkih defor.

-u SAD

nekada na nizvodnoj ploči postaviti “zarez”

onemogućavanje (usljed oštećenja) da se nizvodna ploča podigne iznad uzvodne

Slika:

(i da stvori prepreku tečenju)

-uzvodna ploča dna uvijek da naleže na nizvodnu ploču u suprotnom (ako nizvodna ploča naliježe na uzvodnu ploču)

-i sasvim mali “zarez” visine az=1 cm (obično se takav izvodi) neravnomjerno slijeganje ploča

podizanje nizvodne ploče izaziva lokalno smanjenje p od ∆p/γ γ = 0,05v 2 / 2g

stvaranje prepreke strujanju i uslova za nastanak kavitacije moguća pojava kavitacije pri većim v 29

BOČNI PRELIV •BP = EO kod koga se voda preliva upravno na pravac toka u sabirni kanal sabirni kanal postavljen en duž padine riječne doline omogućava veliku L prelivne ivice

m/s) (“zarez” ne primijeniti pri v > 15 – 20 m/s)

Tipična dispozicija sa bo čnim prelivom

30











SABIRNI KANAL

Tipična dispozicija sa bo čnim prelivom

•Sabirni kanal

uobičajni naziv za kanal sa usputnim bočnim doticajem voda dotiče upravno na osu kanala

(ne raspolaže sa količinom kretanja u pravcu pravcu toka duž kanala)

Slika: -Duž prelazne dionice turbulentni tok se donekle umiri (prije nego što se upusti u brzotok)

Elementi bočnog preliva

-Prelazna dionica pogodna i za savladavanje krivina u trasi (nek (nekada ada se može može izost z ostav avititii -Prelazna dionica

f-ja f-ja topo topogr graf afijije i dis dispoz pozic icijije obje objekt kta) a)

4) Kontrolni presjek (uspostavlja se hkr) 5) Izlazni dio (umirujući bazen ili ski odskok) 33

34

•Dimenzioniranje sabirnog kanala -izra čunati liniju NV u kanalu

koristeći odgovarajući fizički zakon Elementi bočnog preliva

(primijeniti odgovarajuće j-ne tečenja u otvorenim vodotocima) -tečenje u kanalu bez usputne promjene proticaja i bez diskontinuiteta











•Kad •Kadaa izr izraz az (2) (2) uvr uvrst stim imoo u j-nu j-nu (1) (1)

dobi dobija jamo mo j-nu j-nu održ održan anja ja koli količine kretanja

(za kanal sa bočnim doticajem – q) Elementi bočnog preliva

-Nagib trenja

gA) obično znatno manji od inercijalnog člana (Vq (Vq / gA) (inercijalni član doprinosi uključivanju bočnog doticaja)

-Kod sabirnog kanala

možemo zanemariti član trenja (uprošćenje j-ne održanja količine kretanja)

Slika: -moramo primijeniti zakon o održanju količine kretanja -količina kretanja koju voda, dospjela prekoBP preko BP,, dobija u sabirnom kanalu (na elementarnoj L kanala i u jedinici dt) iznosi: (2)

-Sabirni kanal

vlada miran režim tečenja

37

38

• Pri proje projekto ktovanj vanju sabirnog sabirnog kanal kanalaa za bočni preliv treba voditi računa o slijedećem: sabirnog kanala 1) Usp Uspost ostavi avititi miran režim tečenja cijelom L sabirnog

kontrolni presjek na nizvodnom kraju

-inače usljed sudara dva međusobno upravna burna toka (nastaju kosi strmi talasi

prostiru ru se preko preko brzotok brzotokaa i umiruj umirujućeg bazena)

-hidraulički miran režim nije teško postići (obzirom na “umirujuće” dejstvo inercijalnog člana bočnog doticaja qV / gA











•Umirenje turbulencije (vrtloga) bolje

3) Osigurati slobodno (nepotopljeno) prelivanje duž prelivne ivice pri rač. proticaju

-korititi PP sabirnog kanala sa većom h u odnosu na širinu (h (h / b veće)

-u sabirnom kanalu imamo veliku turbulenciju

postižemo potpunije miješanje bočnog doticaja sa poduž. tokom u kanalu

odnos dubina iza i ispred praga pri slobodnom prelivanju treba biti:

-većim odnosom h / b

znatno manji obim zemljanih radova Nepotopljeno prelivanje u sabirnom kanalu

Uticaj dubine kanala na smirivanje turbulencije

41

4) Moguća pojava uzgona na korito

42

5) Vibracije

-pojava u određenim uslovima (KGV (KGV na KKP i kanal prazan) prazan)

-nastaju usljed pulzacionih dinamičkih opterećenja

primijeniti mjere kojima sprije čavamo isplivavanje kanala

dodatno ugrožavaju stabilnost HG (naročito ako je sabirni kanal fundiran na slabo nosivom tlu) tlu)

a) drenaža (drenažni filter i sistem drenažnih cijevi sa ispustom)













•Obično razmatramo nekoliko varijanti sabirnog kanala

•Nekada umjesto brzotoka koristiti tunelski provodnik sa kosim šahtom

variramo L kanala ; odnos h / b ; nagib kosina ; I dna kanala i sl.

nije baš najbolje rješenje

izrada kosog šahta teška i skuplja (u poređenju sa vertikalnim šahtom)

izaberemo najpovoljnije rješenje •Kanal usjecamo u padinu doline -omogućiti neometani doticaj vode ka prelivu -omogućiti prihvatljivo mali uzgon -omogućiti što manje zemljanih radova

Bočni preliv sa tunelskim provodnikom

45

46











Slika:

Slika: ŠP:: -Ulazni (zahvatni) dio ŠP 1. Prel Preliv ivni ni lije lijeva vakk

4. Aerator kruž kružni ni lije lijevka vkast stii pre preliliv obl oblik ikov ovan an kao kao i Krig Kriger erov ov

5. Tunel

-Zahvaćena voda se upušta u provodnik koji se sastoji od:

dovođenje vazduha i spriječavanje vakuuma tečenje sa slobodnom površinom tunelom vodu odvodimo u Izlazni dio

2. Vertikalni šaht 3. Deflektor (skretač mlaza )

n a kra ju ve ve rtrtika lno g šahta

-Izlazni dio

7. Umirujući bazen ili ski odskok

kontrolisano odvaja mlaz od zida šahta (omogućava tečenje sa slobodnom povr.) povr.) nizvodno od deflektora

49

predavanje vode nizvodnom riječnom koritu 50











Kriva proticaja i kontrolni presjeci kod šahtnog preliva


Slika:

Slika: II

Presjek deflektora

III

-mlaz se sužava i odvaja od konture

Izlazni presjek tunela

-uspostavlja se granica između tečenja pod p

-ako se zapuši ili izostavi aerator ispod deflektora

(vlada iznad deflektora u vertikalnom šahtu)

(u cijelom tunelu nastaje tečenje pod p)

i tečenja sa slobodnom površinom izlazni presjek tunela postaje kontrolni presjek

(duž “koljena” ena” tunela) 53

54












Slika: -Q prelivanja raste sa NV u akumulaciji: akumulaciji: -Q isticanja u presjeku deflektora raste znatno brže: brže:

57

58











Prelivni lijevak sa prilaznom dionicom

a) Presjek

•Zakrivljenost prelivne ivice

Prelivni lijevak sa prilaznom dionicom

b) Osnova

a) Presjek

b) Osnova

•Ne preporučuje se odnos HR / D > 0,25

odnos debljine mlaza (H (HR) pri rač. Q

počinje potapanje preliva

i prečnika preliva D dodatno smanjuje koef. prelivanja

•Kružni preliv Odstupanja kružnog mlaza od mlaza pravolinijskog preliva

dobijamo veća d prelivnog mlaza dobijamo veću kotu u akumulaciji

•Povećanjem zakrivljenosti raste i odstupanje kružnog mlaza od mlaza pravolin. preliva pri Q < od računskog

moguća pojava podpritiska u mlazu

smanjenje d mlaza smanjuje i zakrivljenost 61

(strujnice manje zbijene i manje potiskuju mlaz nego kod Qrač)62













Dimenzije prilazne dionice Mjere za spriječavanje obodnog strujanja a) Presjek

b) Parabola

c) Krug

R = 2D kružna krivina poluprečnika R •Postoji više uputstava za oblikovanje prilazne dionice •Obično visina usjecanja P=2H R

usjecanje dublje od 2HR nije hidraulički dobro

•Bez obzira koliko dobro je oblikovana prilazna dionica

znatno i poskupljuje konstrukciju lijevka uvijek postoji određena nesimetričnost strujanja i efikasnost prelivanja

osjetljiva na seizmičke uticaje

(koeficijent prelivanja manji nego za idealan slučaj aj))

•Oblik prilazne dionice najčešće parabola

•Veličine koeficijenta prelivanja date u tabeli Dimenzije prilazne dionice

65 a) Presjek

b) Parabola

c) Krug

slučaj “neometanog” prelivanja (slajd 63)

prem premaa dosa dosada dašn šnje jem m isk iskus ustv tvuu

te vri vrije jedno dnost stii umanj umanjiti i ti za za 3 – 5%

66











Presjek deflektora i vertikalno koljeno (krivina)

•p u mlazu raste sa zakrivljenošću


do / R

•Ako izgubljenu E obračunamo koristeći brzinsku visinu u presjeku deflektora

•Raspored p u presjeku deflektora nije hidrostatički strog strogoo uze uzevš všii

(brzinska visina:

) možemo napisati slijedeće:

E j-ne između dva presjeka nije nije ispun ispunje jenn usl uslov ov za prim primje jenu nuE (ak. Hajdin Georgije, 2002) Uvođenjem “koeficijenta pritiska”

69

dobijamo brzinu vII:

70













•Položaj, oblik i veličina deflektora:

•Nizvodno od deflektora

u krivini i u tunelu

-osigurati da se mlaz kontrolisano odvoji od zida na odabranom mjestu

Aeracija deflektora

-odvajanje mlaza bez periodičnog pomjeranja i vibracija

omogućiti tečenje sa slobodnom površinom

-najpogodnije mjesto je početak vertikalne krivine

(treba kroz aeracionu cijev nadoknaditi vazduh koji zahvata i odvodi turbulencija)

u praksi imaju i drugačija rješenja

proticaj vazduha (Q (QA) potreban da osigura tečenje sa slobodnom površinom:

(suženje i aerator na nizvodnom kraju krivine) KA – koeficijent odvazdušenja (f-ja intenziteta turbulencije mlaza) 73

74











Dimenzioniranje prečnika šahta iznad deflektora: Dimenzioniranje vertikalnog šahta iznad deflektora Dimenzioniranje vertikalnog šahta iznad deflektora

(A) •Oblik i dimenzije šahta iznad deflektora (kriva (kriva b-b) -omogućiti tečenje bez vakuuma

Ako je d1=d2

v1=v2

uz zanemarivanje gubitaka E (zbog male dionice):

izaziva kavitaciju

-omogućiti tečenje bez lokalnih gubitaka E Na osnovu prethodnog izraza imamo: zahtjtjeva zah eva po post step epen enoo šire širenj njee šahta šahta

od defl deflekto e ktora ra ka ka prel preliv ivno nom m lijevku j evku

-za dovoljno veliku denivelaciju (∆Z)

p1 postaje negativan (nastaje vakuum u presjeku “1 “1”)

const. presjek šahta

p opadao idući naviše

E j-na između “1”i77“2”

i p2 je mali, jer je: p u presjeku “II” blizu zu 0

78

presjek “2 “2” blizu presjeka isticanja “II”











VERTIKALNA KRIVINA I TUNEL Tečenje u koljenu i tunelu preliva Tečenje u koljenu i tunelu preliva

Slika: Slika:

-treba duž cijelog tunela zaključno sa presjekom III -voda nakon izlaska iz deflektora prolazi kroz koljeno (vertikalna krivina) imati dovoljno veliku površinu proticajnog presjeka (za mješavinu vode i zraka) voda ulazi u ~ horizontalan tunel presjek) (tečenje sa slobodnom površinom do izlaska iz tunela – III presjek)

81

to je uslov da imamo tečenje sa slobodnom površinom u tunelu

82













Hidraulička šemauz E j-nu za te čenje sa slobodnom površinom u tunelu





















Tečenje u koljenu i tunelu preliva

Prelaz sa kružnog na kvadratni presjek na izlazu tunela











4 - Prelivi i Brzotoci

Recommend Documents