Hidrotehnicke Konstrukcije Vezbe 1
April 6, 2018 | Author: Haris Mujagic | Category: N/A
Short Description
brane...
Description
Hidrotehni~ke konstrukcije => [ta su to Hidrotehni~ke konstrukcije? Hidrotehni~ke konstrukcije su sve one konstrukcije koje su stalno ili povremeno u dodiru sa vodom, koje trpe uticaje od vode, i koje vr{e uticaj na vodu. => [ta su osobenosti hidrotehni~kih konstrukcija?
-
•
brana “Bajina Ba{ta”
voda deluje na wih; one deluju na vodu; wihova izgradwa je tehni~ki i tehnolo{ki veoma slo`ena; zahtevaju veliku sigurnost jer wihov slom naj~e{}e izaziva katastofalne posledice; wihova izgradwa dugo traje; veoma su skupe.
=> Kakve mogu da budu?
-
Prema trajnosti: stalne ili privremene; Prema polo`aju: re~ne, jezerske, morske-okeanske, podzemne, mre`ne(kanali), rezervoari... Prema delovawu: one koje mewaju, i one koje ne mewaju vodni re`im; ...
Neki tipovi hidrotehni~kih konstrukcija: •
•
Akvadukti
Mostovski stubovi
•
Cevovodi
•
Kanali
•
Merni objekti
•
•
Kaskade
Hidrotehi~ki tuneli
Brane – najslo`enije hidrotehni~ke konstrukcije •
brana “Potpe}”
=> [ta su to brane? - Hidrotehni~ke konstrukcije koje pregra|uju doline u ciqu formirawa ve{ta~kog jezera (akumulacije). => ^emu slu`e akumulaciona jezera? - Glavni razlog je da se sa~uva neka koli~ina vode za neku svrhu, a koja bi ina~e otekla u periodu kad za wome nema potrebe. => Koje su to svrhe za koje nam treba voda? - Vodosnabdevawe nekog podru~ja; - Proizvodwa elektri~ne energije; - Formirawe plovnih puteva; - Protivpo`arna za{tita; - Ribwaci, turizam; ... => Jo{ neka korist od akumulacija ? - Akumulaciona jezera pretstavqaju veoma efikasnu za{titu nizvodnog podru~ja od poplava. - Formirawe akumulacija pru`a podsticaj razvoju lokalne ekonomije.
•
brana “\erdap”
Brane – Osnovni elementi => Koji su glavni elementi brane ? - Telo brane (prelivni i neprelivni deo) koje pregra|uje dolinu i ispred koga se formira jezero – akumulacija. - Preliv, deo brane koji omogu}ava da vi{ak vode u akumulaciji, mo`e bezbedno da pre|e u nizvodno re~no korito. - Umiriva~, koji rasipa energiju prelivene vode. - Brzotok, kanal za vo|ewe vode sa preliva do umiriva~a. - Ispusti, slu`e za pra`wewe akumulacije.
ZMU
Kr una br ane Tel o br ane (nepr el i vni deo)
Pr el i v T el o br ane (pr el i vni deo)
Akumul aci ja
Br zot ok
ZDv Temeq ni i sp ust
N ano s
Dr ena` na gal er i ja
T emeq I njekci ona zavesa
Dr ena` na bu{ ot i na
=> Koje elemente jo{ sre}emo na branama ? - Elemente za poboq{awe stabilnosti i funkcionalnosti brane: - injekcionu zavesu, drena`u, zastor, galerije, ustave, most ... - Elemente za eksploataciju dobara od brane: - vodozahvat, cevovode, elektanu, prevodnicu. - Pomo}ne gra|evine: - opto~ni tunel, kanale, vodostan, zatvara~e, potporne zidove, nasipe, obaloutvrde...
Umi r i va~ ener gi je
ZM U Qo Ho ZKP= ZNU
b) Pr el i v sa ust avom
Go r w a vod a ZG V
HG
Hi dr aul i ~ka vi si n a
H
li ce
Osa br ane
Qo
a) Sl obodan pr el i v
o dn vo
Pr of i l
Ho ZKP
Ni
=> Koje pojmove sre}emo pri razmatrawu brana? - Kota krune brane je kota na vrhu tela brane. - Kota krune preliva, je kota prelivne ivice. - Kota normalnog uspora pretstavqa kotu nivoa vode u akumulaciji pri normalnom radu brane. - Kota maksimalnog uspora, pretstavqa kotu do koje se najvi{e mo`e popeti voda u akumulaciji. - Kota dowe vode, je kota vode nizvodno od brane u odgovaraju}im uslovima. - Gra|evinska visina brane, je razlika najvi{e kote na telu, i najni`e kote temeqa brane. - Hidrauli~ka visina brane, je razlika nivoa u akumulaciji i kote vode nizvodno od brane.
ZKB
ZMU = ZNU
Uzvodn o l i ce
Brane – Osnovni pojmovi
ZKB
Gr a| evi n ska vi si na
Temeq na spojni c a
ZDV
Do wa vod a
- Profil brane, pretstavqa mesto u dolini na kome se gradi brana. - Osa brane, je linija koja polovi telo brane na koti krune i spaja jednu obalu sa drugom.
Izgradwa brane i formirawe akumulacije => Kako nastaju brana i akumulacija? - potreba za nekom koristi od vode; - mogu}nost izgradwe i opravdanost investicije; - ispitivawa na terenu; - dobijawe svih potrebnih dozvola i saglasnosti; - pozicionirawe i dimenzionisawe akumulacije; - izbor i funkcionalno re{avawe pregrade; - konstruktivno dimenzionisawe i izbor na~ina i tehnologije gra|ewa objekata; - revidovawe kompletnog projekta; - obezbe|ivawe finansijskih sredstava; - obezbe|ivawe terena za gra|ewe (otkup terena); - priprema za gra|ewe; - samo gra|ewe (naj~e{}e u vi{e faza); - zavr{no ure|ewe objeka, akumulacije i okoline; - puwewe akumulacije i probni rad; - tehni~ki prijem objekta; -eksploatacija uz stalno osmatrawe i nadzor.
Projektovawe Brane => Ko sve u~estvuje u projektovawu brane? - Glavi projektant brane je naj~e{}e Gra|evinski in`ewer - Hidrotehni~ar. - Hidrolo{ke analize i hidrauli~ke prora~une rade Gra|evinski in`eweri - Hidrotehni~ari; - Re{avawe konstrukcije i analize stabilnosti rade Gra|evinski in`eweri - Konstruktivci; - Re{avawe temeqewa, tunele i stabilnost kosina Gra|evinski in`eweri - Geotehni~ari; - Pored wih u projektovawu u~estvuju i: - Gra|evinski in`eweri ostalih profila; - Geodetski in`eweri; - Geolozi; - Ma{inski in`eweri; - In`eweri elektrotehnike; - Tehnolozi; - Ekonomisti; - Pravnici. - a nekad i: - In`eweri {umarstva; - Saobra}ajni in`eweri; - Rudarski in`eweri; - Speleolozi; - Ekolozi; ...
Hidrolo{ke analize i hidrauli~ki prora~uni => Koji su to prora~uni koje rade kolege “Hidra{i” ? - Gra|evinski in`eweri – hidrotehni~ari u okviru projekta brane prvenstveno: - dimenzioni{u akumulacioni prostor; - odre|uju hidrolo{ke podloge – hidrograme, linije nivoa, ... - oblikuju i dimenzioni{u geometriju objekta; - projektuju sve elemente za transport i eksploataciju vode na objektu, i oko objekta; - ispituju energetske potencijale; - vr{e sve hidrauli~ke prora~une; - projektuju sve objekte za{tite od voda, i bave se ekolo{kim uticajima objekta. => [ta su to hidrauli~ki prora~uni na jednoj brani? - Hidrauli~ki prora~uni su svi oni prora~uni koji razmatraju te~ewe vode preko i oko brane.
=> Koji hidrauli~ki prora~uni su najinteresantniji za konstruktivce? - Linija nivoa dowe vode - daje kotu vode nizvodno od brane; - Odre|ivawe transformacije poplavnog talasa - daje kotu maksimalnog uspora i dimenzije elemenata objekta; - Prora~un umirewa vode – daje dimenzije objekta koje uti~u na veli~inu nekih optere}ewa.
Transformacija poplavnog talasa [ta je topoplavni talas? Akumulacije se formiraju da zadr`e vodu, koja bi ina~e otekla, i sa~uvaju je, sve dok se zbog slabijeg doticaja, u nekom periodu ne pojavi deficit vode. Me|utim, “s vremena na vreme” se doga|a da usled izvesnih uticaja – naj~e{}e klimatskih, u ve} punu akumulaciju dolazi voda za koju nema vi{e mesta. Takav doticaj vode u nekom vremenskom intervalu nazivamo “poplavi talas”. Iz nemogu}nosti akumulacije da primi svu vodu proisti~e da poplavni talas dovodi do prelivawa preko preliva na brani. Veli~ina prelivawa se razlikuje od slu~aja do slu-~aja, a sa projektantske ta~ke gledi{ta interesantna su prelivawa neke verovatno}e pojavqivawa, ili nekog povratnog peioda kako se to uobi~ajeno zove.
Prora~un transformacije poplavnog talasa
[ta se prora~unava kod transformacije poplavnog talasa? - Transformacija poplavnog talasa podrazumeva promenu dolaznog hidrograma u izlazni hidrogram usled prigu{uju}eg dejstva akumulacije na prostirawe talasa. - Promena hidrograma nastaje iz razloga {to sva voda koja stigne u akumulaciju ne mo`e odmah ida istekne zbog re`ima te~ewa na prelivu, ve} se neko vreme (dok “~eka” da prelije preko preliva), zadr`ava u akumulaciji podi`u}i wen nivo. - Ovime se name}e da su ciq prora~una transformacije poplavnog talasa, visina izdizawa vode u akumulaciji iznad kote krune preliva i hidrogram izlaznog talasa.
Na osnovu kojih polaznih veli~ina se vr{i prora~un? - Ovo pitawe je ekvivalentno pitawu od ~ega zavise prora~unske veli~ine. - Za prora~un su svakako potrebni: - Veli~ina i oblik dolaze}eg (ulaznog) talasa; - Dimenzije i karakteristike preliva; - Dimenzije i karakteristike akumulacije.
Na ~emu se zasniva prora~un?
- U su{tini prora~un pretstavqa bilans vode u akumulaciji. Jedna~ina bilansa ka`e da “SVA VODA KOJA DOTI^E U AKUMULACIJU, MORA DA OSTANE U WOJ, DA PRELIJE PREKO PRELIVA, ILI DA SE POTRO[I” - Ova relacija, uz opravdano zanemarivawe potro{we je osnova ra~unskog modela!
Jedna~ina bilansa vode u akumulaciji je: dV (t ) QUL (t ) QIZ (t ) dt
Qul
je hidrogram ulaznog talasa i dat je parovima ta~aka vreme – proticaj. Posledica toga je nemogu}nost analiti~kog re{a-vawa problema.
Ul azni Hi dr ogr am
Q
QUL(t) t
Z
QUL (t)
Qiz je hidrogram izlaznog
QIZ(t)
talasa i dat je izrazom :
Q(Z) Q
V
Qiz = m(Ho)e(Ho)B(2gz3)1/2 Kr i v a Zapr emi ne
odnosno: Qiz = Qiz (Ho,Z). Z
Ovde je problem {to je Ho veli~ina koja karakteri{e preliv i predstavqa ciq prora~una: Ho = max Z tj. Ho je visina poplavnog talasa.
Kri va P r ot i caja EO
Z
V(Z) V
Posledica ove ~iwenice jeste da prora~un ne mo`e biti direktan jer zavisi od svog ishoda. Stoga se prora~un vr{i iterativno: Pretpostavka No -> prora~un novo No -> novi prora~un sve dok se ne poklope polazno i dobijeno No. Zbog oblika ulaznog talasa datog doticajima sa vremenskim korakom t, diferencijalnu jedna~inu bilansa moramo posmatrati u inkrementalnom obliku:
V (t t ) V (t ) 1 2 QUL (t t ) QUL (t ) QIZ (t t ) QIZ (t ) t Za svaki posmatrani trenutak Qul je poznata vrednost (broj), Qiz = Qiz (Ho,Z) je funkcija predpostavqene vrednosti No i kote vode u akumulaciji za posmatrani trenutak. Kako i V(t) tj zapremina vode u akumulaciji (ili zapremina vode u akumulaciju iznad kote preliva) mo`e da se izrazi kao V(Z) koje je odgovaraju}i integral datog P(Z), tj. povr{ine akumulacije koju ina~e dobijamo planmetrisawem sa topografske podloge. Odatle imamo:
Vi 1 ( Z ) Vi ( Z ) t
1 2
QUL i1 QUL i QIZ i1 ( Ho, Z ) QIZ i ( Ho, Z )
Grupisawem poznatih vrednosti iz predhodne iteracije na levoj stani relacije i nepoznatih vrednosti funkcija na desnoj strani relacije dobijamo nelinearnu implicitnu relaciju koju nazivamo inkrementalna jedna~ina bilansa.
Inkrementalna jedna~ina bilansa na vremenskom intervalu t :
2Vi 2Vi 1 ( Z ) Q Q Q Q ( Ho , Z ) UL i IZ i IZ i 1 UL i 1 t t Ova jedna~ina se treba re{avati na svakom intervalu t sve dok Z raste. Maksimalna vrednost Z jeste tra`ena vrednost No koju poredimo sa petpostavkom!
Prora~un je slo`en i zametan, kako izbe}i mu~ewe? - mogu}e je prora~un sprovesti tabelarno {to smawuje mogu}nost gre{ke. (nekoliko tabela sa po desetak redova); - mogu}e je za re{avawe nelinearne jedna~ine koristiti savremene kalkulatore. (nekoliko puta po desetak ukucavawa izraza); - mogu}e je prora~un sprovesti tabelarno u EXCEL-u koriste}i se wegovom opcijom za re{avawe nelinearnih jedna~ina. (nekoliko puta po desetak startovawa opcije GOAL SEEK); - mogu}e je koristiti i naprednije tehnike EXCEL okru`ewa! (jedno formirawe makroa – aplikacija za sva vremena);
SAVET:
Prora~un popravnog talasa nije posao konstruktivca ve} hidra{a! Ne treba se kolegama me{ati u posao, pustite ih da re{avaju ono za {ta su stru~ni! Ne smete verovati nikome! Rezultate prora~un transformacije poplavnog talasa proverite kad ve} znate i mo`ete!
Umirewe vode koja preliva
Voda koja prelije preko brane, sjuri se niz nizvodnu kosinu i velikom brzinom ulazi u nizvodno re~no korito, nije li to opasno, i sme li se to dopustiti? - Naravno da je opasno pustiti ne umiren mlaz prelivne vode u nizvodni vodotok!
Kako se mo`e umiriti prelivni mlaz? 1. izgradwom konstruktivnih prepreka, du` puta kojim mlaz odlazi u nizvodni vodotok. (skupo zbog ~estih poprvki!); 2. raspr{ivawem mlaza – ski skok (elegantno, jeftino ali ne ba{ uvek i izvodqivo); 3. umirewe vode masom vode sa nizvodne strane – formirawem hidrauli~kog skoka u umiruju}em bazenu – slapi{tu; 4. kombinovawem hidrauli~kog skoka u slapi{tu sa preprekama, tj zubima u slapi{tu.
Q Q
Pr epr eka na put u ml aza
Ski -skok
Q
Q
Hi dr aul i ~ki skok
Q
Hi dr aul i ~ki skok
Zubi u sl api { t u
Prora~un kote dna umiruju}eg bazena => Kako se dimenzioni{u objekti za umirewe energije vode? - Iako se za razli~ite objekte za umirewe sprovode posebni prora~uni svi oni kao klasi~ni hidrauli~ki prora~uni umirewa energije imaju zajedni~ku osnovu: -> po{to pokazuju umirewe energije, svi prora~uni koriste energetsku, t.j. Bernulijevu jedna~inu izme|u uzvodnog preseka (maksimalna potencijalna energija) i t.z.v. su`enog preseka (maksimalna kineti~ka energija). - Svi prora~uni koriste i jedna~inu Z E kontinuiteta, jer nema gubitaka vode izme|u preliva i dowe vode. - Svi prora~uni koriste i jedna~ine 0 Uzvo dni koje opisuju odgovaraju}e procese pr esek disipacije energije na usvojenom objektu: - prepreke: otpor oblika; - ski skok : jedna~inu kosog hica; - hidrauli~ki skok – svoju jedna~inu zasnovanu na ravnote`i sila vode u umiruju}em bazenu; GV
GV
Q
Su` eni pr esek
h1 V
1
Hi d r aul i ~ki skok
ZD V Q
hB ZDS
V2
1
2I 3
1
LB
2
hDV
Osim navedenih sli~nost treba primetiti da prilikom svih prora~uni koristi proticaj Q koji je maksimalni proticaj dobijen prilikom prora~una transformacije poplavnog talasa. Postavqawem navedenih jedna~ina i eliminacijom nepoznatih veli~ina, dobija se itera-tivni prora~un po jednoj nepoznatoj veli~ini. Po prirodi problema, najjednostavniji prora~un imamo ako za promenqivu izberemo brzinu vode u su`enom preseku! Ukoliko prora~unavamo umiruju}i bazen bez zuba, t.z.v. Bunicu postoji i relativno jednostavno implicitno re{ewe za odre|ivawe dubine vode u su`enom preseku:
a a 8 Q2 Q2 1 1 h1 1 1 Z 2 2 3 2 2 2 2 g B h 2 g B h 1 1 1 1 gde su: B1 g a w
usvojena {irina slapi{ta; gravitaciono ubrzawe; koeficijent potopqenosti hidrauli~kog skoka, kao mera sigurnosti prora~una; koeficijent smawewa brzine usled energetskih gubitaka du` brzotoka; (ove gubitke uobi~ajeno zanemarujemo ~ime dodatno doprinosimo sigurnosti ra~una); Z hidrauli~ka visina posmatranog objekta h1 dubina vode u su`enom preseku; Pogodnost ovog prora~una je jednostavno izra`avawe svih parametara bu~nice iz h1: Spregnuta dubina: h2 = h1 ((1 + 8(Q/(gB1 h1 2)) 2) 0.5 -1 )/2 ; Du`ina slapi{ta: Ls = 5 h2
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije Otvoriti aplikaciju: Elaborat Hidrotehnicki proracun
i ukoliko je ponu|eno izabrati “Enable Macros”
Ukoliko nije ponu|eno: otvoriti: Tools/Macro/Security... i podesiti na Medium, zatvoriti aplikaciju i potom ponoviti otvarawe!
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije U vrhu lista “Kriva zapremine” uneti va{e G i S (u listu se smeju mewati samo crveni podaci!) i aktivirati zeleno dugme “Prora~un” !
Posle kra}eg rada aplikacija otvara list: “Dispozicija” ~ime je prora~un zavr{en !
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije Otvotiti list “Ulazni podaci” i proveriti da li uneti podaci odgovaraju podacima datim u zadatku!
Ako je sve u redu zapisati plavo ispisanu vrednost: Usvaja se: Ho = ....... m to je prvi tra`eni podatak. Nadaqe zapisati i dobijenu vrednost : Qmax = ................ m3/s to je drugi tra`eni podatak.
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije Otvotiti list “Tabela” i proveriti da li su u posledwoj desnoj koloni svi brojevi bliski 0!
Ovo je indikator uravnote`enog numeri~kog postupka i dokazuje nam da je prora~un korektno ura|en. Najve}a vrednost u koloni Zi zaokru`ena na vi{e je Ho a u koloni Qik zaokru`ena na vi{e je Qmax !
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije
Otvotiti list “Dijagram” i proveriti da li u vrhu plave linije dolazi do presecawa crvene linije.
Plava linija je vrednost isticawa a crvena dotoka, i oni su jednaki pri Ho i Qmax. (ZA[TO!)
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije
List “Bucnica ulaz” je list za unos podataka pri prora~unu slapi{ta. Proveriti unete podatke!
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije
List “Bucnica racun” slu`i za prora~un slapi{ta. Sa ovog lista treba pro~itati vrednosti koje se tra`e u zadatku: h1, Zds, i Ls.
Pomerawem formule treba da se pojaviti poqe: EQ = 0 (ili ne~em bliskom nuli!) To je indikator vaqanosti numeri~kog prora~una!
Prora~un pomo}u EXCEL - aplikacije List “Dispozicija” sra~unava sve veli~ine potrebne za crtawe preseka prelivne lamele brane!
Podaci sa ovog crte`a su neophodni geometrijski podaci za izradu ostalih zadataka u elaboratu!
Crte` prelivne lamele brane (kako su odre|ene sve dimenzije)
View more...
Comments
