E02B8 / 06 - водобоя; гасителі енергії потоку, наприклад розсікачі вихору
Власники патенту RU 2265105:
Державна освітня установа вищої професійної освіти Саратовський державний технічний університет (СГТУ) (RU)
Винахід відноситься до пристроїв для захисту основ штучних споруд від місцевих розмивів і може бути використано в дорожньо-транспортній, гідротехнічному та гідромеліоративному будівництві. Пристрій містить елемент захисту опори від місцевого розмиву, що має можливість пересуватися уздовж опори в міру розвитку загального розмиву. Воно має криволінійні бічні стінки з розсікачем, що охоплюють споруда з двох сторін, виконані заодно з нерозмиваюча фальшдном зі штучного матеріалу з можливістю звуження захоплюваної ними частини потоку до миделевого перетину опори і подальшого розширення від миделевого до кінцевого перетину, причому фальшдно має в верхової частини поперечним перерізом з ухилом in від площини симетрії, що переходять потім в перетину з поперечним ухилом в бік площини симетрії, які приймають в миделевого перетині нульове значення, при це низова, нижче миделевого перетину, частина поверхні дна виконана симетрично верхової, а бічні стінки і фальшдно виконані відповідно до виразами:
yj = yj (x) - поточна поперечна координата криволінійної бічної стінки;
zj = zj (x) - поточна вертикальна координата;
де X - розмірна поздовжня координата; Х0 - довжина половини ділянки; х - безрозмірна координата; В - початкова ширина; b - ширина в миделевого перетині; yi (x) - план придонних ліній струму; z (x) - поздовжній профіль граничної лінії струму; zдна (х) = Z (x) - h; i0 - поздовжній ухил дна водотоку; in - поперечний ухил фальшдна; h - поточна глибина потоку по вертикалі; H - початкова глибина потоку, що набігає; u0 - поточна швидкість в початковому перерізі; u - поточна швидкість в довільній точці, # X003A8; = 10 - число розрахункових шарів, на які розбивається відсік потоку. Винахід збільшує економічність, безпеку і надійність функціонування споруд. 6 мул.
Винахід відноситься до пристроїв для захисту основ штучних споруд типу мостових опор або оголовків водозаборів від місцевих розмивів і може бути використано в автотранспортному, гідротехнічному та гідромеліоративному будівництвах.
Відомо пристрій для боротьби з місцевими розмивами у мостових опор відсипанням рваного каменю [1, 2], укладанням спеціальних призм з каменю або синтетичного матеріалу у вигляді відкидних плетених матів [3], а також пристроєм кам'яних укріплень типу rip-rap [4]. Були запропоновані системи щитів, що викликають циркуляційні течії, що сприяють відхиленню переміщення донних наносів до опори з метою її засипки і т.п. [5].
Їх недоліками є:
1. Більшість з них мають пасивний характер дії, тобто спрямовані на ліквідацію наслідків вже відбувся місцевого розмиву, наприклад засипки воронки розмиву рваним каменем, споруди кам'яних банкетів.
2. Захисні пристрої активної дії, тобто спрямовані на усунення причин, що викликають утворення місцевих розмивів, наприклад щити Потапова, самі схильні до місцевим розмивів і т.п.
3. Головний загальний недолік - ігнорування необхідності усунення початкової причини виникнення місцевих розмивів.
Відомо, що причиною, яка призводить до розвитку місцевих розмивів підстав мостових опор з верхової їх боку, є розвиток при їх обтіканні специфічної придонному зони з інтенсивними зворотними течіями, освітою подковообразного вихору. Ці течії, в свою чергу, викликані відривом прикордонного шару під впливом позитивного поздовжнього градієнта тиску у зазначеній зоні.
Пропонувалося застосовувати елемент захисту опори від місцевого розмиву в описаній зоні у вигляді диска, виконаного з можливістю ковзання уздовж опори, який укладається на дно так, що закриває всю описану зону, піддану розмиву діаметром, рівним трьом діаметрам опори. Однак при наявності загального розмиву або малих зазорів між дном і щитом місцевий розмив розвивається в повній мірі [3, 5, 6]. Це пристрій можна вважати прототипом.
Завдання, на вирішення якої спрямовано пропоноване винахід, полягає в підвищенні економічності і надійності експлуатації важливої частини мостових переходів, мостових опор, а також оголовків водозаборів.
Поставлена задача вирішується таким чином, в антіерозіонном пристрої, що містить бічні стінки з розсікачем, що охоплюють опору з двох сторін, виконані з можливістю звуження захоплюваної ними частини потоку до миделевого перетину опори і подальшого розширення частини потоку в низовий частини опори, і фальшдно зі штучного матеріалу, має у верховій частині поперечним перерізом з ухилом in від площини симетрії, що переходять в перетину з поперечним ухилом в бік площини симетрії і приймають в миделевого перетині нул евое значення, а нижче миделевого перетину частина поверхні фальшдна виконана симетрично верхової, при цьому фальшдно і бічні стінки виконані з урахуванням параметрів потоку відповідно до виразами (1) - (8):
де X - розмірна поздовжня координата,
Х0 - довжина половини ділянки,
х - безрозмірна координата,
В - початкова ширина,
b - ширина в миделевого перетині,
yi (x) - план придонних ліній струму,
z (x) - поздовжній профіль граничної лінії струму,
i0 - поздовжній ухил дна водотоку,
h - поточна глибина потоку по вертикалі,
Н - початкова глибина,
u0 - швидкість в початковому перерізі,
u - поточна швидкість,
# X003A8; - число розрахункових шарів, на які розбивається відсік рідини (рекомендується призначати # X003A8; = 10),
in - поперечний ухил.
Пропоноване пристрій не просто пасивно закриває зону розвитку місцевого розмиву від впливу подковообразного вихору на грунтову основу в околиці споруди (як в прототипі), а своєю формою активно впливає на параметри течії потоку в зоні розвитку місцевого розмиву і змушує його трансформуватися таким чином, що замість відриву прикордонного шару і освіти подковообразного вихору відбувається плавне обтікання верхової частини опори.
Запропоноване винахід пояснюється кресленнями:
- на фіг.1 представлена схема антіерозіонного пристрої для гідроактівні впливу на потік в придонному зоні поблизу від мостової опори;
- на фіг.2 представлений план пристрої з показом його чверті. Лінії зі стрілками показують обриси траєкторій потоку безвідривно обтекающего опору
- на Фіг.3 показаний каркас моделі пристрою;
- на фіг.4 приведено фото моделі пристрою;
- на фіг.5 приведено фото з візуалізацією зони розмиву у мостової опори (світла зона перед опорою, що не заповнена барвником - зона зворотних течій);
- на фіг.6 приведено фото з візуалізацією обтікання пропонованого антіерозіонного пристрою. Відсутність просвітлінь перед опорою свідчить про повну відсутність зони зворотних течій, що є причиною утворення місцевих розмивів.
Пристрій складається з охоплює бруківку опору 1 (див. Фіг.1, 3, 4) з двох сторін бічний криволінійної стінки 5, фальшдна 6 з формою двоякою кривизни, поперечні перерізи якого спочатку мають зниження в сторону від площини симетрії 7, а потім, навпаки , підвищення в тому ж напрямку. Бокова стінка 5 в вершині має рассекатель 4. Фальшдно можна розчленувати на чотири частини, подібні один одному. План четвертинки пропонованого пристрою представлений на фіг.2.
Пристрій працює наступним чином. Набігаюча на бруківку опору 1 частина відсіку потоку з шириною 2b і висотою hст розсікачем 4 ділиться на дві частини, оточуючі опору 1 з двох сторін. Непроникні бічні стінки 5 і не розмиваються фальшдно 6 завдяки своїй конфігурації надають на обраний відсік таке силовий вплив, що він плавно відхиляється і безвідривно обтікає опору (фіг.2) без освіти специфічної зони відриву з поворотними струмами. При достигаемом за допомогою пропонованого пристрою обтіканні мостової опори місцевий розмив у неї утворитися не може.
На фіг.3-4 показані каркас моделі і сама модель. Після розрахунку з використанням залежностей (1) - (8) виготовляються шаблони фальшдна, які встановлюються у відповідних поперечниках і мають необхідні поперечні ухили in. Потім на отриманий каркас (Фіг.3) навішуються бічні стінки. Отримана конструкція омонолічіваются будь-яким легким штучним матеріалом. При необхідності омонолічіваются і простору між бічними стінками (як показано на фіг.4). Воно може залишатися і неомоноліченним. Якщо потрібно, то в цьому місці залишають наскрізні отвори для пропуску самої опори - циліндричної (як показано на фіг.4) або іншої форми. Кількість отворів може бути і більшим в залежності від числа колон в ряду. Пропоноване пристрій буде захищати від місцевого розмиву всю ускладнену опору цілком.
На фіг.5 засобами візуалізації течії демонструється утворення зони відриву (зворотних течій), що приводить до місцевого розмиву.
На фіг.6 показано обтікання моделі пропонованого антіерозіонного пристрою без найменшої підозри виникнення зони зворотних течій, що підтверджує основну гіпотезу про можливість ліквідації початкової причини, що приводить до ерозії грунту.
Винахід є промислово придатним, так як може бути використано в автотранспортному і гідротехнічному будівництві, при будівництві мостових переходів у складі автомобільних і залізних доріг.
1. Журавльов М.М. Місцевий розмив у опор мостів. М. Транспорт. 1984. 112 с.
2. Гельфер А.А. Причини і форми руйнування гідротехнічних споруд. Л. - М. ОНТИ, 1936, 320 с.
3. Tanaka S.M. Local scour around a Circular cylinder // Proceedings Twelfth Congress of JAHR. 1967. v.3. Colorado. Pp.193-201.
5. Пишкін Б.А. Захист мостових опор від розмиву // Будівництво доріг. 1945. №3.
Антіерозіонное пристрій, що містить елемент захисту опори від місцевого розмиву, що має можливість пересуватися уздовж опори в міру розвитку загального розмиву, що відрізняється тим, що воно має криволінійні бічні стінки з розсікачем, що охоплюють споруда з двох сторін, виконані заодно з нерозмиваюча фальшдном зі штучного матеріалу з можливістю звуження захоплюваної ними частини потоку до миделевого перетину опори і подальшого розширення від миделевого до кінцевого перетину, причому фальшдно має в верхової частини поперечні перетину з ухилом in від площини симетрії, що переходять потім в перетину з поперечним ухилом в бік площини симетрії, які приймають в миделевого перетині нульове значення, при цьому низова, нижче миделевого перетину, частина поверхні дна виконана симетрично верхової, а бічні стінки і фальшдно виконані відповідно з виразами:
yj = yj (x) - поточна поперечна координата криволінійної бічної стінки;
zj = zj (x) - поточна вертикальна координата;