Konstruktionsprinzipien für Aquädukt und Siphon-Aquädukt
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Gestaltungsprinzipien für Aquädukt und Siphon-Aquädukt.
Gestaltungsprinzipien für Aquädukt:
(i) Schätzung der Bemessung (maximal) Hochwasserableitung eines Abflusses:
Der zu überquerende Abfluss kann klein sein oder einem Fluss ähneln. In allen Fällen sollte die korrekte Bewertung der maximalen Flut oder des maximalen Flusses eines Abflusses vorher ermittelt werden.
(ii) Wasserstraßenanforderung für einen Abfluss:
Die Perimetergleichungsgleichung von Lacey liefert eine gute Grundlage für die Berechnung des Abflusswassers. Die Gleichung lautet
P w = 4, 825 Q 1/2
Wobei P w die Wasserstraße ist, die für den Abfluss am Standort in Metern bereitgestellt wird. Q ist Flutabfluss des Abflusses in m 3 / s. Da die Pfeiler die tatsächlich zur Verfügung stehende Wasserstraße reduzieren, kann die Länge zwischen den Abutments (P w ) um 20% erhöht werden. Wenn die Wasserstraße von der Lacey-Perimetergleichung des Lacey-Regimes festgelegt wird, wird der Regime-Zustand im Abfluss stromaufwärts und stromabwärts der Struktur nicht merklich gestört. Um das Entwässerungswasser auf die gewünschten Wasserstraßenführungsbänke zu begrenzen, können Konstruktionen gebaut werden.
(iii) Strömungsgeschwindigkeit durch den Lauf:
Die Strömungsgeschwindigkeit durch den Zylinder kann im Bereich von 1, 8 m / s bis 3 m / s liegen. Der Grund für die Auswahl dieses Bereichs liegt darin, dass die niedrigeren Geschwindigkeiten zu einer Verschlammung der Zylinder führen können. Wenn die Geschwindigkeit mehr als 3 m / sec beträgt, kann die Bettlast den Boden des Fasses abreiben und anschließend beschädigt werden.
(iv) Öffnungshöhe:
Sobald der Wasserstraßenausfluss und die Geschwindigkeit festgelegt sind, kann die Flusstiefe leicht erreicht werden. Zwischen dem HFL und dem Boden des Kanalbettes sollte ausreichend Abstand oder Abstand bleiben. Ein Freiraum von 1 m oder der halben Höhe des Durchlasses ist, wenn auch weniger, ausreichend. Daher ist die Öffnungshöhe = Strömungshöhe + Abstand oder Abstand.
(v) Anzahl der Felder:
Nach der Bestimmung der Gesamtlänge eines Aquädukts zwischen den Abutments kann die Anzahl der zu liefernden Felder auf der Grundlage der folgenden zwei Überlegungen festgelegt werden:
ich. Strukturfestigkeit erforderlich und
ii. Wirtschaftliche Überlegung.
Wenn beispielsweise Bögen verwendet werden, kann die Anzahl der vorzusehenden Spannweiten größer sein. Wenn die Baukosten im Fundament ziemlich hoch sind, sollte eine kleine Anzahl von Spannweiten verwendet werden, und dann können RCC-Träger verwendet werden.
(vi) Kanalwasserstraße:
Im Allgemeinen wird das Flammenverhältnis als 1/2 angenommen. Dieses Verhältnis wird so angenommen, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der Mulde die kritische Geschwindigkeitsgrenze nicht überschreitet. Die Strömungsgeschwindigkeit sollte im Allgemeinen nicht mehr als 3 m / s betragen. Diese Vorsichtsmaßnahme dient dazu, die Möglichkeit der Bildung eines hydraulischen Sprungs zu vermeiden. Der offensichtliche Grund ist, dass bei einem hydraulischen Sprung Energie absorbiert wird. Bei diesem Prozess geht wertvoller Kopf verloren und es werden große Spannungen in der Struktur erzeugt.
(vii) Länge der Kontraktion oder Annäherungsübergang:
Sobald die Breite am Hals fest ist, kann die Länge der Kontraktion bestimmt werden, nachdem das Konvergenzverhältnis bekannt ist. Das Konvergenzverhältnis wird im Allgemeinen als 2: 1 (horizontal: lateral) angenommen, dh nicht steiler als 30 °.
(viii) Dauer des Expansions- oder Ausstiegsübergangs:
Die Ausdehnungslänge auf der stromabwärtigen Seite des Aquädukts kann nach Kenntnis des Ausdehnungsverhältnisses festgelegt werden. Das Expansionsverhältnis wird im Allgemeinen als 3: 1 (horizontal: lateral) angenommen, dh nicht steiler als 22, 5 °. Um einen stromlinienförmigen Fluss aufrechtzuerhalten und auch den Kopfverlust zu reduzieren, bestehen die Übergänge im Allgemeinen aus gekrümmten und aufgeweiteten Flügelwänden.
Das Design des Übergangs kann unter Verwendung einer der folgenden drei Methoden erarbeitet werden:
ich. Hinds Methode;
ii. Mitras hyperbolische Übergangsmethode;
iii. Chaturvedis semi-cubical parabolische Übergangsmethode.
Es kann bemerkt werden, dass, obwohl das Hind-Verfahren verwendet werden kann, wenn die Wassertiefe in der Normalsektion und der geronnenen Trog ebenfalls variieren, die verbleibenden zwei Methoden nur angewendet werden können, wenn die Wassertiefe in der normalen Kanalsektion sowie in der Trogsektion konstant bleibt .
(ix) Bankverbindungen:
Ein Aquädukt erfordert vier Flügelwände (zwei für den Kanal und zwei für den Dram) (Abb. 19.24).
Kanalflügelwände auf der vor- und nachgelagerten Seite des Aquädukts schützen und halten die Erde in den Kanalufern. Das Fundament der Kanalflügelwände sollte nicht in der Böschung liegen. Die Flügelwände sollten auf dem soliden Fundament im natürlichen Boden basieren. In den Übergängen sind die Seitenneigungen des natürlichen Abschnitts (im Allgemeinen 11/2: 1) so verzogen, dass sie sich der Form (im Allgemeinen vertikalen) des Trogs über dem Abfluss anpassen.
Entwässerungsflügelwände sind stromaufwärts und stromabwärts des Fasses vorgesehen, um die natürlichen Seiten des Abflusses zu schützen und zu halten. Da der Boden des Abflusses bei Überschwemmungen durchgesaugt wird, sollten die Wände der Entwässerungsflügel unterhalb der maximalen Durchdringungstiefe tief in das Fundament gebracht werden. Die Flügelwände sollten ausreichend weit oben in die Führungsbänke gebracht werden. Die Flügelwände sollten so gestaltet sein, dass ein reibungsloser Eintritt und Austritt der Strömung in den Abfluss möglich ist.
Hinds Methode zur Gestaltung des Übergangs:
Dieses Verfahren basiert auf der Prämisse, dass es einen minimalen Kopfverlust gibt, die Strömung rationalisiert wird und normale Strömungsbedingungen im Kanal wiederhergestellt werden, bevor die Kanalentladungen unmittelbar nach gekrümmten und aufgeweiteten Übergängen auf den Erdabschnitt gelangen.
In Abb. 19.25 sind der Kontraktions- oder Annäherungsübergang, der Halsabschnitt und der Expansions- oder Abfahrübergang dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Abschnitte 1-1, 2-2, 3-3 und 4-4 den Beginn der Kontraktion, das Ende der Kontraktion, den Beginn der Expansion bzw. das Ende der Expansion anzeigen.
Somit liegt der Kontraktions- oder Annäherungsübergang zwischen den Abschnitten 1 und 2, der Hals zwischen den Abschnitten 2 und 3 und dem Expansions- oder Abfahrübergang zwischen den Abschnitten 3 und 4. Bis zu Abschnitt 1 und jenseits des Abschnitts 4 fließt der Kanal unter seinen normalen Bedingungen und daher die Kanalparameter an Diese beiden Punkte sind gleich und bereits bekannt. Daher sind auch die Strömungsbedingungen und Kanalparameter zwischen den Abschnitten 2 bis 3, die den Hals- oder Muldenabschnitt darstellen, gleich.
Das Entwurfsverfahren kann wie folgt beschrieben werden:
D und F mit entsprechenden Indizes beziehen sich auf Tiefen und Geschwindigkeiten in vier Abschnitten. Da Kanalebenen und -abmessungen bereits in Abschnitt 4-4 bekannt sind:
Schritt 1: TEL in Abschnitt 4-4 = Wasseroberflächenerhöhung + V 2 4 / 2g
wo die Wasseroberflächenerhöhung bei sek. 4-4 = Bettebene + D 4
(Denken Sie daran, dass TEL die Abkürzung für Gesamtenergielinie ist.)
Schritt 2: TEL bei sek. 3-3 = (TEL in den Abschnitten 4-4) + (Energieverlust zwischen den Abschnitten 3 und 4) Der Energieverlust zwischen den Abschnitten 3-3 und 4-4 findet aufgrund der Ausdehnung der Stromlinien und auch aufgrund der Reibung statt. Vernachlässigung von Verlusten aufgrund von Reibung, die gering ist und Verlusten aufgrund von Expansion, zu sein
Schritt 5:
Wie in den ersten vier Schritten erwähnt, können die Betthöhe, die Wasseroberflächenniveau und die Höhe der Gesamtenergielinie in den vier Abschnitten bestimmt werden.
Nun können die TE-Linie, die Wasseroberflächenlinie und die Bettlinie wie folgt gezeichnet werden:
(a) Nun kann die Gesamtenergielinie gezogen werden, indem diese Punkte in vier Abschnitten durch eine gerade Linie verbunden werden.
(b) Die Bettlinie kann auch als gerade Linie zwischen benachbarten Abschnitten gezeichnet werden, wenn der Bettstand niedrig oder abfallend ist. Die Ecken sollten abgerundet sein. Wenn der Abfall in der Bettlinie spürbar ist, sollten die Bettlinien mit einer sanften tangentialen umgekehrten Kurve verbunden werden.
(c) Es ist nun klar, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten der Abfall des Wasseroberflächenniveaus dazu führen kann, dass (i) die TE-Linie zwischen den beiden Abschnitten fällt; (ii) erhöhter Geschwindigkeitskopf bei der Kontraktion; und (iii) verringerter Geschwindigkeitsanstieg bei der Expansion.
Dieser Abfall der Wasseroberfläche wird von zwei Parabelkurven überwunden. Wie in den Figen. 19.26 und 19.27 für Kontraktion (Annäherungsübergang) und Expansion (Abfahrtsübergang) wird dies durch eine konvexe Aufwärtskurve, gefolgt von einer konkaven Aufwärtskurve im früheren Übergang und einer konkaven Aufwärtskurve, gefolgt von einer konvexen Aufwärtskurve im letzten Übergang, erreicht.
Es ist aus den Figen. 19.26 und 19.27
L = Übergangslänge (Kontraktion oder Abfahrt) = 2x 1 und
2y 1 = Gesamtabnahme oder -anstieg der Wasseroberfläche. Der Punkt m ist der Mittelpunkt der Übergangslänge und ist so angeordnet, dass sowohl der Gesamtabfall als auch die Länge gleichmäßig aufgeteilt werden.
Die Wasseroberfläche am Abschnittspunkt als Ursprungsgleichung der Parabel wird durch angegeben
y = cx 2
Ersetzen der bekannten Werte von y 1 und x 1
c = y 1 / x 2
Mit diesem Wert von c können parabolische Wasseroberflächenkurven ausgehend von Abschnittspunkten aufgezeichnet werden, die den Ursprung darstellen.
Die zum Plotten zu verwendende Gleichung wird jetzt auf reduziert
y = (y 1 / x 1 2 ). x 2
Somit kann das Wasseroberflächenprofil aufgezeichnet werden.
Schritt 6: Geschwindigkeit und Strömungsbereich an verschiedenen Punkten können erhalten werden
(i) Der Geschwindigkeitskopf ist an jedem Punkt durch die Differenz zwischen TEL und Wasseroberfläche gegeben.
Geschwindigkeitskopf h v = TEL - WS-Linie
Auch = h v = v 2/2 g
Also ist die Geschwindigkeit (V) an jedem Punkt = √2g.hv
(ii) Die Strömungsfläche an jedem Punkt kann nun durch einfache Formel erhalten werden
A = Q / V
Mit bekannten Werten von A und D können andere Dimensionen des Trapezkanals unter Verwendung der Formel berechnet werden
A = BD + SD 2
wobei B die Bettbreite ist und S: 1, dh (H: V) ist die Seitenneigung.
Bei ausgestellten Flügelwänden werden die Seitenneigungen allmählich von einer anfänglichen Neigung in die Vertikale gebracht. Der Wert der Seitensteigung an jedem Zwischenabschnitt der Übergangslänge kann proportional zu der bis zu diesem Punkt erreichten Übergangslänge interpoliert werden.
Hyperbolische Übergangsmethode Mitras :
Diese Methode basiert auf dem Prinzip :
ich. Neben der Entladung ist auch die Strömungstiefe im Kanal konstant. und
ii. Die Änderungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit pro Übergangseinheit ist über die gesamte Übergangsdauer konstant.
Aus Abb. 19.25 ist ersichtlich, dass:
B 0 = normale Bettbreite des Kanals;
B t = Bettbreite in der Kehle oder Mulde;
B x = Breite in beliebigem Abstand x vom Ende des Trogs;
und L = Gesamtübergangslänge.
Chaturvedi Semikubical Parabolic Transition Method:
Darin heißt es (vgl. Abb. 19.25 für Notationen)
Konstruktionsprinzipien für Siphon-Aquädukt:
Es ist klar, dass sich die Siphon-Aquedukte grundlegend von gewöhnlichen Aquädukten unterscheiden. Als solche Kriterien für die Gestaltung von Aquädukten ist das Design von Siphon-Aquädukten nicht ausreichend.
Zusätzlich zu den obigen Überlegungen sollten die folgenden Kriterien bei der Gestaltung der Siphon-Aquädukte berücksichtigt werden:
(i) Entladung durch Siphonfass:
Der Kopf, der einen Fluss (der auch einen Kopfverlust im Zylinder darstellt) durch den umgekehrten Siphon-Zylinder verursacht, kann aus der Formel von Unwin erhalten werden
Wo h der Kopf ist, der den Fluss verursacht, ist es auch der Verlust des Kopfes im Fass in m.
L ist die Länge des Fasses in m.
R ist der hydraulische mittlere Radius des Fasses in m.
V ist die Strömungsgeschwindigkeit durch den Lauf in m / s.
Va ist die Annäherungsgeschwindigkeit in m / sec, sie wird im Allgemeinen vernachlässigt.
f 1 ist ein Koeffizient für den Kopfverlust beim Eintritt und wird allgemein als 0, 505 angenommen.
f 2 ist ein Koeffizient, der die Reibung im Lauf berücksichtigt.
wobei a und b Konstanten sind.
Die folgende Tabelle 19.2 gibt die Werte von a und b für verschiedene Oberflächen an:
Die Strömungsgeschwindigkeit durch das Fass ist im Allgemeinen auf 2 bis 3 m / s begrenzt.
Da alle Werte bekannt sind, kann der Kopfverlust im Zylinder oder Kopf berechnet werden, der den Fluss verursacht. Wenn dieser Wert zum Hochwasser-Flutpegel (High Flood Level, HFL) der D / S des Aquädukts addiert wird, ergibt sich ein U / S-HFL.
Durch Hinzufügen eines kostenlosen Boards zur u / s-HFL erhalten Sie die Spitze der Flussschutzarbeiten wie Leit- und Randbündel.
(ii) Auftriebsdruck auf dem Dach des Fasses:
Da das Fass bei Fluten voll läuft, herrscht im Fass ein Überdruck. Durch den Überdruck im Fass wird das Dach mit dem Auftriebsdruck beaufschlagt. Das Aufwärtsdruckdiagramm für das Dach kann mit Angabe der Druckhöhe auf der u / s- und d / s-Seite des Fasses gezeichnet werden.
Die Druckhöhe auf der d / s-Seite des Fasses entspricht der Höhe des Wasserstandes über dem Boden des Daches. Die Druckhöhe auf der u / s-Seite kann erhalten werden, indem der Druckverlust im Zylinder der Druckhöhe auf der d / s-Seite hinzugefügt wird. Der Kopfverlust kann aus der Unwin-Formel erhalten werden. Abbildung 19.28 zeigt das Profil der möglicherweise vorhandenen hydraulischen Gradientenlinie. Es ist zu sehen, dass der maximale Hebedruck am u / s-Ende des Fassdaches auftritt.
Beim Entwurf des Trogs sind zwei extreme Bedingungen zu berücksichtigen, nämlich:
ich. Das Fass läuft bei maximaler Flut voll und es gibt kein Wasser in der Kanalwanne. Dieser Zustand ergibt einen maximalen auf die Mulde wirkenden Auftriebsdruck.
ii. Die Kanalwanne trägt den vollen Abfluss, aber das Fass läuft nicht voll und daher gibt es keinen Auftrieb auf dem Dach des Fasses.
Um die Dicke des Trogs zu begrenzen, ist es ratsam, ein Stahlbetondach unten mit einer Bewehrung zu versehen, um die Belastung des Kanaltrogs und die Bewehrung an der Oberseite aufzunehmen, um dem Aufwärtsdruck durch Biegen standzuhalten.
(iii) Auftriebsdruck auf dem Boden des Fasses:
Im Gegensatz zu anderen hydraulischen Konstruktionen werden Aquädukte aus zwei verschiedenen Quellen mit zwei unterschiedlichen Hebedrücken beaufschlagt. Sie sind die folgenden:
(a) Statischer Auftriebsdruck aufgrund des Anstiegs der Wassertabelle:
Der Wassertisch steigt oft bis zur Betthöhe des Abflusses. Insbesondere im Fall eines Siphon-Aquädukts, dessen Bodenbett unter dem Bett der Drainage niedergedrückt ist, wirkt ein statischer Auftriebsdruck auf das Bodenbett. Der Auftriebsdruck ist gleich der Differenz der Betthöhe des Abflusses und der Höhe des Bodens des Fasses.
(b) Auftriebsdruck aufgrund des Austretens von Kanalwasser in den Abfluss:
Da es einen Pegelunterschied zwischen dem Kanalwasserstand und dem Abflusswasserstand gibt, tritt ein Versickerungfluss unter günstigen Bedingungen auf. Dieser Sickerkopf ist maximal, wenn der Kanal mit voller Kapazität läuft und unten im Abfluss kein Fluss vorhanden ist. Wie in Abb. 19.29 gezeigt, ist der Sickerfluss in diesem Fall nicht einfach, aber das Flussmuster ist überall dreidimensional. Die Sickerströmung beginnt an beiden Seiten eines undurchlässigen Kanalrinnenbetts und erscheint auf beiden Seiten des undurchlässigen Fassbodens im Abfluss.
Da keine Annäherung an den zweidimensionalen Fluss möglich ist, kann die Theorie von Khosla nicht streng angewendet werden. Lösung durch komplizierte "Entspannungsmethode" ist möglich, aber zu mühsam. Zu Designzwecken kann das unten erläuterte Prinzip der Kriechtheorie von Bligh angewendet werden. Für größere Arbeiten ist es jedoch unerlässlich, die Ergebnisse der vorläufigen Planung anhand von Modellstudien zu überprüfen.
Bezugnehmend auf Abb. 19.29.
Nehmen wir den Fall des ersten Fasses, bei dem die Versickerung maximal ist, Gesamtkriechlänge - (Kriechlänge ab) + (Kriechlänge bc)
L = L 1 + L 2
Gesamtdurchsickern = Kanal FSL - d / s Betthöhe des Abflusses = H s
Restsickerkopf bei b = -H s / L x L 2
Der restliche Sickerungskopf bei b kann berücksichtigt werden, um die Dicke des gesamten Bodens aller Fässer zu bestimmen.
Die Bodendicke des Fasses ist in der Tat unter Berücksichtigung des gesamten Auftriebsdrucks, der durch den statischen Auftriebszustand und den Kanalversickerung erzeugt wird, erwähnt.
Um die Dicke des Bodens zu begrenzen, kann die RCC-Konstruktion verwendet werden, da dann ein Teil des Drucks durch das Gewicht des Bodens und die verbleibende Biegefestigkeit des Bodens widerstanden wird. Bei einer solchen Anordnung wird der Druck auf die Pfeiler übertragen und dem gesamten Gewicht des Überbaus standgehalten.
Wenn der Auftriebsdruck sehr hoch ist, kann er durch geeignete Sicherheitsvorrichtungen reduziert werden.
Sie sind:
(a) Erhöhen Sie die Länge des undurchlässigen Bodens des Kanalbetts, so dass die Kriechlänge erhöht wird.
(b) Stellen Sie in Verbindung mit dem umgekehrten Filter unter dem Boden Entwässerungslöcher oder Entlastungslöcher im Boden des Fasses bereit. Um ein Verstopfen der Entlastungsbohrungen und des Filters unterhalb der Ablaufschwelle zu vermeiden, sollten die Entlastungsbohrungen mit Klappenventilen versehen sein.
