СЕЛЕПРОПУСКНОЙ ЛОТОК Российский патент 2002 года по МПК E02B8/06 

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве селепропускного лотка или селепровода для предотвращения интенсивного истирания бетонной облицовки.

Известно противоселевое устройство [1] содержащее лоток, установленный в селеносном русле, дно которого выполнено из свободно уложенных на его бортах балок с нанизанными на них цилиндрическими элементами. Таким образом, дно представляет собой гибкую, шероховатую поверхность с обратным уклоном, что обеспечивает гашение энергии потока. Борта снабжены ограничителями хода балок с амортизирующими элементами. При натекании селевого потока на сооружение динамическая нагрузка воспринимается нанизанными на балки гибкими цилиндрическими элементами, которые гасят энергию потока и демпфируют ударные нагрузки. При этом балки имеют возможность перемещаться вверх, вследствие чего образуются щели в дне лотка. Проходя через щели, селевой поток теряет свою энергию вследствие соударения струй внутри сооружения. Недостатком данного технического решения является:
то, что такое противоселевое устройство трудно соорудить в широких лотках, так как гибкость длинных балок становится существенной и возможны изгибы ее с нанизанными на нее цилиндрическими элементами;
высокая стоимость противоселевого устройства, так как оно из себя представляет достаточно сложный и не очень надежный в работе механизм.

Наиболее близким техническим решением является техническое решение, при котором в водопроводящей части предусматривается усиленная шероховатость различной формы, жестко закрепленная на дне [2]. Недостатками данного технического решения являются:
малая несущая способность такой конструкции при использовании ее в селепропускных сооружениях;
полностью не используются прочностные свойства бетона, так как конструкция не продумана конструктивно, чтобы работала на сжатие;
конструкция верховой грани не снижает давление селевого потока в продольном направлении;
верховая грань не защищена от интенсивного истирания;
техническое решение является жестким и неэффективным на воздействие динамической нагрузки, которая может во времени меняться по модулю и по направлению.

Цель изобретения - повышение долговечности, эффективности и надежности работы селепропускного лотка за счет снижения истирания бетонной облицовки.

Поставленная цель достигается тем, что на дне селепропускного лотка устраивается арочная в плане шероховатость, которая жестко не закреплена ко дну и может подвергаться относительным деформативным перемещениям, вызванным давлением набегающего селевого потока на верховую грань. Арочная в плане форма конструкции шероховатости позволяет полностью использовать несущую способность бетона, так как в этом случае бетон работает на сжатие. Вся нагрузка от давления селевого потока будет передаваться на устои, устроенные в откосах лотка, которые могут быть прямыми или выполнены с заложением. На стенках прямоугольного или трапецеидального лотка также предусматривается шероховатость с жестким закреплением, которая может быть ориентирована либо перпендикулярно, либо наклонно к направлению движения селевого потока. Устройства искусственной шероховатости в селевом лотке позволяют разбить его на две части: транзитную и застойную. По транзитной части осуществляется перемещение основной массы селя, а создание застойной зоны позволяет максимально снизить скорость перемещения селя, непосредственно контактирующего с дном и откосами лотка. В результате снижения скорости перемещения селевого потока, контактирующего с бетоном, сильно уменьшается интенсивность истирания его, тем самым увеличивается срок службы бетонной облицовки.

Для повышения эффективности и надежности работы искусственной шероховатости поперечное сечение имеет трапецеидальную форму, верховая грань которой наклонена или криволинейна с вогнутостью к встречному селевому потоку. Такое конструктивное решение снижает силу давления селевого потока в продольном направлении, прижимая арку к дну селевого лотка. При этом сила давления может определяться по формуле давления потока на преграду. Известно, что струя, имеющая скорость v, будет оказывать силу давления Р, равную

где γ - удельный вес селевого потока; ω - площадь поперечного сечения струи; α - угол наклона преграды к направлению оси струи.

Для максимального снижения давления селевого потока верховая грань может быть выполнена криволинейной формы с постепенным увеличением угла поворота.

Из этого уравнения видно, что сила давления Р в направлении оси струи на криволинейные лопасти будет минимальной, когда угол поворота кривой верховой грани к концу будет увеличиваться постепенно до величины α_л конечного угла поворота верховой грани. Следовательно, тангенс угла наклона касательной к кривой к концу увеличивается по линейному закону

где α - угол наклона кривой верховой грани; К - коэффициент пропорциональности; х, у - соответственно абсцисса и ордината кривой верховой грани в декартовой системе координат.

Разделив и проинтегрировав последнее уравнение, получим
dy = Kxdx;

Найдем из последнего уравнения значение коэффициентов С и К. Зная, что в начале координат х = 0 и у = 0, найдем С.

0 = 0+С; С = 0.

Зная, что в конце кривой, когда х = l, где l - длина проекции криволинейной грани на ось абсцисс, угол криволинейной грани равен α_л, а следовательно,


Таким образом, уравнение кривой в декартовой системе координат имеет вид

Для снижения интенсивности истирания верховой грани она покрыта металлическим листом.

Для придания гибкости конструкции арка в плане разбита на отдельные элементы конструктивно-деформационными швами, а отдельные элементы между собой соединены арматурным тросом, который усиливает деформативность конструкции.

На фиг. 1 изображено продольное сечение прямоугольного лотка с донной арочной шероховатостью на дне и перпендикулярными на откосах; на фиг.2 - продольное сечение прямоугольного лотка с донной арочной шероховатостью на дне и наклонными на откосах; на фиг.3 - прямоугольного лотка с донной арочной шероховатостью на дне и перпендикулярными на откосах, вид в плане; на фиг.4 - продольное сечение трапецеидального лотка с донной арочной шероховатостью на дне лотка и наклонными на откосах; на фиг.5 - трапецеидальный лоток с донной арочной шероховатостью на дне лотка и наклонными на откосах, вид в плане; на фиг.6 - поперечное сечение шероховатости с плоской верховой гранью; на фиг.7 - поперечное сечение шероховатости с криволинейной верховой гранью; на фиг.8 - график кривой криволинейной верховой грани.

Прямоугольный лоток 1 или трапецеидальный лоток 2 состоит из откосов 3 и дна 4. На дне 4 устанавливается арочная шероховатость с плоской верховой гранью 5 или арочная шероховатость с криволинейной верховой гранью 6, а на откосах 3 - шероховатость с перпендикулярным расположением направлению движения селевого потока 7 или шероховатость с наклонным расположением 8. Такое конструктивное решение снижает силу давления селевого потока в продольном направлении, прижимая арку 5 и 6 ко дну селевого лотка 4.

Верх плоской 5 и криволинейной 6 верховой грани покрывается износостойким металлическим покрытием 9, а тело шероховатости 10 изготавливается из высокопрочного бетона. Селевой поток искусственной шероховатостью разбивается на транзитную зону 11 и застойную зону 12, а донная арочная шероховатость с плоской 5 и криволинейной 6 верховой гранью разбита конструктивно-деформационными швами 13 на отдельные элементы, соединенные между собой арматурным тросом 14.

Селепропускной лоток работает следующим образом. Селевой поток, проходя через прямоугольный лоток 1 или через трапецеидальный лоток 2, арочной шероховатостью с плоской верховой гранью 5 или криволинейной 6, установленной на дне 4, и шероховатостью 7 либо 8, установленной на откосах 3, разделяется на транзитную зону 11 и застойную зону 12. Перемещающая масса селевого потока оказывает давление на верховую плоскую грань арочной шероховатости 5 или криволинейную 6, при этом арка работает на сжатие и все давление передается на устои, встроенные в откосах 3. Сила продольного давления селевого потока на верховую грань уменьшается из-за наклонного расположения, а вертикальная составляющая прижимает арочную шероховатость 5 и 6 ко дну 4, относительно которой из-за отсутствия жесткого закрепления возможны относительные деформативные перемещения. Шероховатость с перпендикулярным расположением направлению движения селевого потока 7 или шероховатость с наклонным расположением 8 защищают от истирания откосы 3. Такое конструктивное решение снижает силу давления селевого потока в продольном направлении, прижимая арку 5 и 6 ко дну 4 селевого лотка. При этом сила давления может определяться по формуле давления потока на преграду. Известно, что струя, имеющая скорость v, будет оказывать силу давления Р, равную

где γ - удельный вес селевого потока; ω - площадь поперечного сечения струи; α - угол наклона преграды к направлению оси струи.

Для максимального снижения давления селевого потока верховая грань выполняется криволинейной формы 6 с постепенным увеличением угла поворота.

Из этого уравнения видно, что сила давления Р в направлении оси струи на криволинейные лопасти будет минимальной, когда угол поворота кривой верховой грани к концу будет увеличиваться постепенно до величины α_л конечного угла поворота верховой грани. Следовательно, тангенс угла наклона касательной к кривой к концу увеличивается по линейному закону

где α - угол наклона кривой верховой грани; К - коэффициент пропорциональности; х, у - соответственно абсцисса и ордината кривой верховой грани в декартовой системе координат.

Разделив и проинтегрировав последнее уравнение, получим:
dy = Kxdx;

Найдем из последнего уравнения значение коэффициентов С и К. Зная, что в начале координат x = 0 и у = 0, найдем С.

0 = 0+С; С = 0.

Зная, что в конце кривой, когда х = l, где l - длина проекции криволинейной грани на ось абсцисс, угол криволинейной грани равен α_л, а следовательно,


Таким образом, уравнение кривой в декартовой системе координат имеет вид

Для усиления устойчивости верхового откоса от истирания он покрывается износостойким металлическим покрытием 9, а тело 10 изготавливается из высокопрочного бетона.

Донная арочная шероховатость с плоской верховой гранью 5 и криволинейной верховой гранью 6 разбита конструктивно-деформационными швами 13 на отдельные элементы, соединенные между собой арматурным тросом 14, такое техническое решение придает гибкость конструкции и делает безопасными переменные по модулю и по направлению динамические удары.

Площадь поперечного сечения боковой шероховатости с перпендикулярным расположением 7 или наклонным расположением 8 от дна 4 до верха уменьшается равномерно до нуля.

Арочная форма шероховатости и отсутствие жесткого крепления по дну основания в предлагаемом техническом решении позволяет максимально использовать прочностные свойства бетона, так как в этом случае арка работает на сжатие и вся нагрузка от давления селевого потока предается через устои на береговую часть лотка с очень высокой несущей способностью.

Искусственная шероховатость разбивает селевой поток на две части: транзитную и застойную, благодаря чему резко снижается интенсивность истирания бетонной облицовки, так как тормозится продвижение селевого потока, прилегающего к стенкам лотка, из-за наличия искусственной шероховатости.

Наклоненная плоская верховая грань позволяет снизить силу продольного давления от селевого потока на арку и одновременно прижимать ее ко дну основания, придавая конструкции дополнительную устойчивость. Криволинейная форма верховой грани сводит до минимума силу продольного давления из-за постепенного увеличения угла поворота кривой до величины 90^o.

Предлагаемое техническое решение позволит экономить бетон на откосы и дно, тем самым сделать конструкцию более экономичной и одновременно увеличить срок службы селепропускного лотка.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 1645357, МКИ Е 02 В/06. Противоселевое устройство. Сичинава О.Е., Веденеев В.М., Гвилия М.Э., Кухалошвили Э.Г. и Мирцхулава З. Ц. (СССР); заяв. 09.09.88; опубл. 30.04.91, Бюл. 16.

2. Журавлев Г.И. Гидротехнические сооружения. - М.: Колос, 1979, с. 102 и 103 (прототип).

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано в качестве селепровода для предотвращения интенсивного истирания бетонной облицовки. На дне селепропускного лотка устраивается арочная в плане шероховатость, которая может подвергаться относительным деформативным перемещениям, вызванным давлением набегающего селевого потока на верховую грань. Вся нагрузка от давления селевого потока будет передаваться на устои, устроенные в откосах лотка, которые могут быть прямыми или выполнены с заложением. На стенках лотка также предусматривается шероховатость с жестким закреплением, которая может быть ориентирована либо перпендикулярно, либо наклонно к направлению движения селевого потока. Для придания гибкости конструкции донная шероховатость в плане разбита на отдельные элементы конструктивно-деформационными швами, которые между собой соединены арматурным тросом, который усиливает деформативность конструкции. Техническим результатом является уменьшение расхода бетона на откосы и дно селепропускного лотка при его сооружении и увеличение срока его службы. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Селепропускной лоток, состоящий из бетонной облицовки и шероховатости, отличающийся тем, что донная шероховатость имеет арочную в плане форму с наклонной или криволинейной верховой гранью, ориентированной навстречу селевому потоку без жесткого крепления с дном, и разбита в плане конструктивно-деформационными швами на несколько элементов, соединенных между собой арматурным тросом, а откосы снабжены жестко закрепленной боковой шероховатостью до верха лотка, верховая грань которых наклонна или криволинейна и ориентирована навстречу селевому потоку. 2. Селепропускной лоток по п. 1, отличающийся тем, что наклонная криволинейная верховая грань вогнута к встречному потоку и описывается в декартовой системе координат уравнением

где y, x - ордината и абсцисса образующей криволинейного расширения;
α_л - угол между касательной в конце кривой и осью абсцисс, α_л<90^°;
l - длина проекции криволинейной грани на ось абсцисс. 3. Селепропускной лоток по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения боковой шероховатости от дна лотка до верха уменьшается равномерно до нуля. 4. Селепропускной лоток по п. 1, отличающийся тем, что направление ориентации боковой шероховатости может быть либо перпендикулярным, либо наклонным к направлению движения селевого потока.