Design principper for akvedukt og Sifon akvedukt

Læs denne artikel for at lære om design principperne for akvedukt og Sifon akvedukt.

Design principper for akvedukt:

(i) Estimering af design (maksimal) udledning af afløb:

Drænet, der skal krydses, kan være lille eller som en flod. I alle tilfælde bør man på forhånd opnå en korrekt vurdering af maksimal oversvømmelse eller topstrøm af et dræn.

ii) Vandvejskrav til dræning:

Laceys regime omkreds ligning giver et godt grundlag for beregning af dræn vandvejen. Ligningen er

Pw = 4, 825 Q 1/2

Hvor, P w er vandvejen, der skal leveres til afløb på stedet i meter. Q er oversvømmelse af afløb i m3 / sek. Da pierne reducerer den faktiske vandvej, der er til rådighed, kan længden mellem anlægene (P w ) øges med 20 procent. Når vandvejen er fastgjort fra Lacey's regime perimeter ligning, er regimetilstanden i afløbet opstrøms og nedstrøms for strukturen ikke forstyrret betydeligt. For at begrænse dræningsvandet til den ønskede vandvejskanal kan bankerne konstrueres.

(iii) Flowhastighed gennem tønde:

Strømningshastigheden gennem tønde kan variere fra 1, 8 m / sek til 3 m / sek. Årsagen til at vælge dette interval er, at de lavere hastigheder kan forårsage siltning i tønder. Mens hastigheden er højere end 3 m / s, kan sengelastningen forårsage slid på tøndebunden, og efterfølgende kan det blive beskadiget.

(iv) Åbningshøjde:

Når vandløbets udledning og hastighed er fast, kan strømningsdybden opnås let. Der skal være tilstrækkelig fremgang eller afstand mellem HFL og bunden af ​​kanalsengen. En klaring på 1 m eller halvhøjden af ​​culverten, afhængig af hvilken der er mindre, vil være tilstrækkelig. Dermed åbningshøjde = dybde af strømning + rydning eller fremgang.

(v) Antal spændinger:

Efter bestemmelse af den samlede længde af en akvædukt mellem anslagenes antal spændinger, der skal tilvejebringes, kan der fastlægges på grundlag af følgende to overvejelser:

jeg. Strukturel styrke kræves, og

ii. Økonomisk overvejelse.

For eksempel, når buer anvendes, kan antallet af spændinger, der skal tilvejebringes, være mere. Når byggeomkostningerne i fundamentet er ret høje, skal der tages små spænder, og derefter kan RCC bjælker anvendes.

(vi) Canal Waterway:

Generelt antændes forholdet til 1/2. Dette forhold er vedtaget på en sådan måde, at strømningshastigheden i tråget ikke går over kritisk hastighedsgrænse. Generelt bør strømningshastigheden ikke være mere end 3 m / sek. Denne forholdsregel træffes for at undgå muligheden for dannelse af et hydraulisk spring. Den indlysende årsag er, at når hydrauliske springformer optager energi. I denne proces er værdifulde hoved tabt og store spændinger produceres i strukturen.

(vii) Længde af sammentrækning eller tilgangsovergang:

Når bredden i halsen er fast længden af ​​sammentrækning kan bestemmes efter at have kendskab til konvergensforholdet. Konvergensforholdet er generelt taget som 2: 1 (vandret: lateralt), dvs. ikke stejlere end 30 °.

(viii) Længde af ekspansion eller afgangstransition:

Ekspansionslængde på nedstrøms side af akvedukten kan fastsættes efter at have kendskab til ekspansionsforholdet. Ekspansionsforholdet er generelt taget som 3: 1 (vandret: lateralt), dvs. ikke stejlere end 22, 5 °. For at opretholde strømlinet flow og også for at reducere hovedtab, består overgange generelt af buede og udsparede vingevægge.

Udformningen af ​​overgangen kan udarbejdes ved at benytte en af ​​følgende tre metoder:

jeg. Hinds metode;

ii. Mitra's hyperbolske overgangsmetode;

iii. Chaturvedis semi-kubiske parabolske overgangsmetode.

Det kan bemærkes, at mens Hinds metode kan anvendes, når vanddybden i den normale sektion og det flumede trug også varierer, kan de resterende to metoder kun anvendes, når vanddybden forbliver konstant i det normale kanalafsnit såvel som trugsektionen .

(ix) Bankforbindelser:

En akvedukt kræver fire sæt vingevæg, (to for kanalen og to til dramen (fig. 19.24).

Kanalfløjvægge på opadgående og nedstrøms side af akvedukten beskytter og fastholder jorden i kanalbankerne. Stiftelsen af ​​kanalvæggens vægge bør ikke efterlades i jordbunden. Vingevægge skal være baseret på lydgrundlaget i det naturlige jord. I overgangene skråles sideskråningerne af den naturlige sektion (generelt 11/2: 1) for at passe til form (generelt lodret) af troughet over drænet.

Afløbsvingevægge er anbragt opstrøms og nedstrøms for tønde for at beskytte og fastholde de naturlige sider af drænet. Da sengen i drænet bliver skyllet under oversvømmelser, skal drænfløjens vægge tages dybt ind i fundamentet under maksimal scourdybde. Vingevægge bør tages tilbage tilstrækkeligt ind i toppen af ​​guidebankerne. Vingevægge skal være konstrueret til at tillade glat indgang og udgang af strømmen i afløb.

Hinds metode til overgangsdesign:

Denne metode er baseret på forudsætningen om, at der er mindste hovedtab, strømmen er strømlinet, og normale strømningsforhold i kanalen genoprettes, før kanaludladningerne går ned på jordafsnittet umiddelbart efter buede og udfladede overgange.

I figur 19.25 er kontraktions- eller tilgangsovergangen, halsdelen og ekspansions- eller afgangstransitionen vist. Det kan ses, at sektionerne 1-1, 2-2, 3-3 og 4-4 ​​indikerer begyndelsen af ​​sammentrækning, slutningen af ​​sammentrækning, henholdsvis begyndelsen af ​​ekspansion og udvidelse af udvidelsen.

Således ligger sammentræknings- eller tilgangsovergangen mellem sektionerne 1 og 2, hals mellem sektioner 2 og 3 og ekspansions- eller afgangsovergang mellem sektioner 3 og 4. Upto sektion 1 og ud over sektion 4 strømmer kanalen under sine normale forhold og derfor kanalparametrene ved disse to punkter er lige og allerede kendt. Så også betingelser for strømnings- og kanalparametre er ens i forhold til sektioner 2 til 3, som repræsenterer hals eller trugdel.

Designproceduren kan beskrives som følger:

Lad D og F med passende underskrifter henvise til dybder og hastigheder på fire sektioner Også da kanalniveauer og dimensioner allerede er kendt i afsnit 4-4:

Trin 1: TEL ved afsnit 4-4 = Vandoverfladehøjde + V 2 4 / 2g

hvor vandoverfladen forhøjes efter sek. 4-4 = Bed niveau + D 4

(Husk, at TEL er en forkortelse af den samlede energilinie)

Trin 2: TEL ved sek. 3-3 = (TEL ved sek 4-4) + (energitab mellem sek. 3 og 4) Energitab mellem sektioner 3-3 og 4-4 ​​finder sted på grund af udvidelse af strømlinier og også på grund af friktion. Forsinkelse tab som følge af friktion, som er lille og tager tab på grund af ekspansion at være

Trin 5:

Som nævnt i de første fire trin kan sengens niveau, vandoverfladeniveau og niveauet af den totale energilinje bestemmes ved de fire sektioner.

Nu kan TE-linjen, vandoverfladen og sengelinjen trækkes som følger:

(a) Nu kan den samlede energilinje tegnes ved at forbinde disse punkter ved fire sektioner ved en retlinie.

(b) Sengelinjen kan også trækkes som lige linjer mellem tilstødende sektioner, hvis faldet eller opstigningen af ​​sengens niveau er lille. Hjørnerne skal afrundes. I tilfælde af at faldet i sengelinjen er mærkbart, bør sengelinierne forbindes med en glat tangentiel omvendt kurve.

(c) Det er nu klart, at dråben i vandoverfladeniveauet mellem to på hinanden følgende sektioner kan skyldes (i) fald i TE-linjen mellem de to sektioner; (ii) øget hastighedshoved i sammentrækning; og (iii) nedsat hastighedshoved i ekspansion.

Denne dråbe i vandoverfladen bliver forhandlet af to parabolske kurver. Som vist i fig. 19.26 og 19.27 for sammentrækning (tilgangsovergang) og ekspansion (afgangstransition) opnås dette ved konvekse opadgående kurve efterfulgt af konkave opadgående kurve i den tidligere overgangs- og konkave opadgående kurve efterfulgt af en konveks opadgående kurve i sidstnævnte overgang.

Det kan ses fra fig. 19, 26 og 19, 27

L = Overgangsperiode (sammentrækning eller afgang) = 2x 1 og

2y 1 = Samlet fald eller stigning i vandoverfladen. Pointen m er midtpunktet for overgangslængde og er placeret for at dividere den samlede dråbe såvel som længden lige.

Tager vandoverfladen på sektionspunktet som parabolas oprindelse ligning er givet af

y = cx 2

Udbytter de kendte værdier af y 1 og x 1

c = y 1 / x 2

Med denne værdi af c kan paraboliske vandoverfladekurver plottet ud fra afsnitspunkter, der repræsenterer oprindelse.

Ligningen, der skal bruges til plotting, reduceres nu til

y = (y1 / x12). x 2

Således kan vandoverfladeprofilen afbildes.

Trin 6: Hastighed og strømningsområde på forskellige punkter kan opnås

(i) Hastighedshovedet til enhver tid er givet af forskellen mellem TEL og vandoverfladen.

Hastighedshoved h v = TEL - WS linje

Også = h v = v 2 / 2g

Så hastighed (V) ved hvert punkt = √2g.h v

(ii) Flowområdet på et hvilket som helst tidspunkt kan nu opnås ved simpel formel

A = Q / V

Med kendte værdier af A og D kan andre dimensioner af den trapezformede kanal beregnes ved anvendelse af formlen

A = BD + SD 2

hvor B er sengebredde og S: 1, dvs. (H: V) er sideskråningen.

I tilfælde af udsprængede vingevægge bliver sideskråningerne gradvist bragt lodret fra en indledende hældning. Værdien af ​​sideskråningen ved en hvilken som helst mellemliggende sektion i overgangslængden kan interpoleres i forhold til længden af ​​overgangen opnået op til dette punkt.

Mitra's Hyperbolic Transition Metode :

Denne metode er baseret på princippet om at :

jeg. Sammen med udledning er strømningsdybden i kanalen også konstant; og

ii. Hastighed for ændring af hastighed pr. Enhedslængde for overgang er konstant over længden af ​​overgangen.

Fra figur 19.25 kan det ses at:

B 0 = Kanalens normale sengebredde

B t = sengens bredde i halsen eller trug;

B x = bredde på en hvilken som helst afstand x fra trækets ende;

og L = total længde af overgang.

Chaturvedis semi-kubiske parabolske overgangsmetode:

Det hedder, at (Se figur 19.25 for noteringer)

Design principper for Sifon akvedukt:

Det er klart, at sifon-akvæduktene er dybest set forskellige fra almindelige akvedukker. Som sådan er kriterier for akveduktdesign ikke tilstrækkeligt i udformningen af ​​tallerken akvedukt.

Ud over ovenstående overvejelser bør følgende kriterier vedtages under udformning af tallerken akvedukt:

(i) Udladning via Siphon Barrel:

Hovedet, der forårsager strømning (det repræsenterer også hovedtab i tønde) gennem den omvendte siphon tønde kan opnås fra Unwin s formel

hvor h er hovedet, der forårsager flow, er det også tab af hoved i tønde i m.

L er længden af ​​tønde i m.

R er hydraulisk middelradius af tønde i m.

V er hastighed for strømning gennem tønde i m / sek.

V a er hastighed for tilgang i m / sek, det er generelt forsømt.

f 1 er en koefficient for tab af hoved ved indgang og generelt taget som 0, 505.

f 2 er en koefficient, som står for friktion i tønderen.

hvor a og b er konstanter.

Følgende tabel 19.2 giver værdier af a og b for forskellige overflader:

Strømningshastighed gennem tønde i almindelighed begrænset til 2 til 3 m / sek.

Således, da alle værdier er kendt, kan hovedtab i tønde eller hoved forårsage flow beregnes. Denne værdi, når den tilføjes til højflodniveauet (HFL) på akvduktens d / s, giver dig / s HFL.

Tilføjelse af gratis bord til u / s HFL vi kan få toppen af ​​flodbeskyttelsen fungerer som guide bund og marginale bunds.

(ii) Hævningstryk på tønderets tag:

Da tønderen løber fuld under oversvømmelser, er der et positivt tryk i tønderen. På grund af det positive tryk i tønderen udsættes taget for hævningstrykket. Opløftningstryksdiagrammet for taget kan trækkes ved at kende trykhovedet på u / s og d / s siden af ​​tønderen.

Trykhoved på d / s-siden af ​​tønderen er lig med højden af ​​vandstanden over bunden af ​​taget. Trykhoved på u / s-siden kan opnås ved at tilføje hovedtabet i tønderen til trykhovedet på d / s-siden. Hovedetab kan hentes fra Unwins formel. Figur 19.28 viser profilen for den hydrauliske gradientlinie, der kan eksistere. Det kan ses, at der opstår maksimale hævningstryk ved u / senden af ​​tøndertaket.

Under konstruktionen af ​​truget er det nødvendigt at overveje to ekstreme forhold, nemlig:

jeg. Tønderen løber fuld under maksimal oversvømmelse, og der er ikke noget vand i kanalkanalen. Denne tilstand giver maksimalt hævningstryk, der virker på trug.

ii. Kanaltruget bærer fuld afladning, men tønderen løber ikke fuld, og der er derfor ingen løft på tønderets tag.

For at begrænse tykkelsen af ​​truget anbefales det at forsyne armeret beton med forstærkning i bunden for at tage belastningen af ​​kanaltrug og forstærkning øverst for at modstå hævningstrykket ved at bøje.

(iii) hævningstryk på tønderens gulv:

I modsætning til andre hydrauliske strukturer udsættes akvedukker for to forskellige typer ophæftningstryk fra to forskellige kilder. De er følgende:

(a) Statisk hævningstryk på grund af stigning i vandtabellen:

Vandet bordet mange gange stiger op til sengen niveau af afløbet. Især i tilfælde af sifon-akvædukt, hvis gulvbelægning er trykket under drænens bund, virker statisk hævningstryk på gulvet. Hævningstrykket er lig med forskellen i drænniveauet i drænet og det af tønderets gulvniveau.

(b) Hævningstryk på grund af udsivning af kanalvand til afløb:

Da der er en forskel på niveauet mellem kanalvandsniveau og dræningsvandsniveauet, sker der gennemstrømningsstrøm, hvor forholdene er gunstige. Dette sugeprop er maksimalt, når kanalen løber med fuld kapacitet, og der er ingen strøm i afløbet nedenfor. Som vist i figur 19.29 er sejlstrømmen i dette tilfælde ikke enkel, men flowmønsteret er tredimensionelt overalt. Sivilstrømmen starter fra begge sider af uigennemtrængelig kanalbøjle og ses på begge sider af det uigennemtrængelige tøndegulv i afløbet.

Da der ikke er nogen tilnærmelse til todimensionelle strømninger, kan Khoslas teori ikke anvendes strengt. Løsning ved indviklet "relaxeringsmetode" er mulig, men det er for laborius. Til konstruktionsformål kan Blighs krypteori-princip, der forklares nedenfor, anvendes. For større arbejder er det imidlertid vigtigt at kontrollere resultaterne af det foreløbige design, der er opnået ved modelundersøgelser.

Under henvisning til figur 19.29.

I tilfælde af den første tønde, hvor udsivningen vil være maksimal, er den samlede krybe længde - (creep længde ab) + (kryb længde bc)

L = L1 + L2

Samlet udluftningshoved = kanal FSL - d / s seng niveau af afløb = H s

Resterende sømmehoved ved b = -H s / L x L 2

Samlet resterende sivningshoved ved b kan anses for at designe tykkelsen af ​​hele gulvet i alle tønder.

Gulvets tykkelse er faktisk konstrueret i betragtning af det samlede opløftningstryk skabt af statisk ophævningsbetingelse og kanaludsugningstrin som nævnt ovenfor.

For at begrænse gulvets tykkelse kan RCC-konstruktionen vedtages, da en del af trykket modstår vægten af ​​gulvet og forbliver ved gulvets bøjningsstyrke. I et sådant arrangement overføres trykket til bryggerne og modstås af hele vægten af ​​overbygningen.

Når det ses, at hævningstrykket er meget højt, kan det reduceres ved at give passende sikkerhedsvagter.

De er:

(a) Forøg længden af ​​uigennemtrængelige gulv i kanalsengen, således at kryberlængden øges;

(b) Sørg for dræningshuller eller reliefhuller i tønderets bund i forbindelse med inverteret filter under gulvet. For at undgå kvælning af reliefhullerne og filtrere under afløbssylen skal reliefhullerne være forsynet med klappventiler.