طراحی هیدرولیکی سرریز شوت با مطالعه پروژه های سدسازی داخل و خارج از کشور

مهندسی عمران
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش سازه های هیدرولیکی طراحی هیدرولیکی سرریز شوت با مطالعه پروژه های سدسازی داخل و خارج از کشور چکیده با لبریز شدن آب از روی سرریز سدها انرژی پتانسیل موجود در مخزن آنها به انرژی جنبشی تبدیل شده و باعث افزایش سرعت و کاهش عمق جریان در امتداد طولی سرریز می‌گردد. سرریز شوت یکی از سازه های مهم هیدرولیکی سد به شمار می آید چرا که این سازه به عنوان یک سیستم تخلیه سیلاب وظیفه خطیری را بر عهده دارد دراین تحقیق ضمن استفاده از گزارشات چند طرح اجرا شده مهم در داخل کشور و نیز مطالعاتی در مورد برخی سدهای خارج از کشور اقدام به طبقه بندی و مقایسه اصول طراحی سرریزهای شوت گردید و عملکرد هر کدام بر اساس معیارهای طراحی (هندسی و هیدرولیکی) مورد ارزشیابی قرار گرفت . کلیه گزارشات از مؤسسه تحقیقات آب کشور،شرکت مهندسین مشاور مهاب قدس تهران،شرکت مهندسین مشاور بوم آب تهران و سایر مراکز مرتبط تهیه و مبادرت به استخراج داده ها و تحلیل بر روی آنها صورت پذیرفت .از میان پروژه های داخلی بررسی شده می توان به پروژه سد مخزنی میرزای شیرازی استان فارس ، سد گدار لندر استان خوزستان ، سد مارون استان خوزستان ، سد کوران بوزان استان ایلام ، سد تنگ شمیران استان خوزستان ، سد شهید بروجردی استان لرستان و سد کارون استان خوزستان اشاره نمود . از میان پروژه های خارج از کشور انتخاب شده می توان به پروژه های کشور ونزوئلا ، کشور هند ، کشور کره ، کشور روسیه ، کشور امریکا ، کشور مکزیک و کشور بنگلادش اشاره نمود .گرچه رعایت معیارهای طراحی (هندسی و هیدرولیکی ) در رابطه با این سرریزها لحاظ شده است اما بنا به دلایلی این سازه ها مورد تهدید قرار گرفته اند . کلمات کلیدی: سرریز سد سرریز شوت اصول طراحی سرریزهای شوت سازه های مهم هیدرولیکی سد مقدمه: طبق بررسی های بعمل آمده در این تحقیق عواملی که باعث تخریب سازه ای می شوند عبارتند از : 1-وجود پدیده مخرب کاویتاسیون : در سد کارون (1977) ، سد گاری (1978) ، سد نگاریجانساگار(1974) ، سد ساپخون (1976) ، سد براتسک (1977) ، سد یلوتایل(1967) ، اینفیر نیلو (1964) ، سد هور (1941) ، بررسی شده که با توجه به اینکه معیارهای طراحی (هیدرولیکی و هندسی) رعایت شده ، سازه ها دچار خسارت شدند . 2- وجود فشار بالابرنده در حوضچه های آرامش : در سد ننتزا (1965) ، سد کارنافولی (1970) که نشان می دهند علی رغم نرسیدن دبی سیلاب به دبی طراحی سازه ها دچار خسارت جبران ناپذیری گردیدند . 3- وجود نیروهای هیدرودینامیک ناشی از نوسانات شدید فشار : در سد میرزای شیرازی نشان می دهد فشار در نزدیکی پایه یک دیوار ممکن است در نتیجه فشار استاتیک 5/1 برابر هر سرعت ورودی حوضچه نوسان داشته باشد و در نهایت سازه سرریز را مورد تهدید قرار داده است . همچنین گاهی اوقات دیوارهای جانبی حوضچه آرامش به شکل دیوارهای پایه می باشند . نظر به اینکه هیچ روش در دسترس عمومیت یافته ای جهت ارزیابی نیروها وجود ندارد محققین رفتار نیروها را توسط مدل بررسی می کنند . شاید یکی از دلایل اصلی طرح مدلهای هیدرولیکی پس از طراحی سرریزهای شوت عدم اطمینان کافی به معیارهای طراحی (هندسی و هیدرولیکی) می باشد ، لذا بر اساس تحقیق بعمل آمده به طراحان توصیه می شود در شرایط پروژه های خاص و بزرگ برای اطمینان از مدلهای آزمایشگاهی و ریاضی در کنار معیارهای طراحی استفاده کنند و تنها به معیار های تئوریک طراحی اکتفا نشود . از دیگر مطالعات بعمل آمده از سدهای اسنک و کلمبیا در کشور آمریکا ، بررسی مسائل زیست محیطی می باشد به طوریکه در نقاط ابتدایی حوضچه آرامش که جریان با سرعت زیاد وارد ناحیه عمیق از حوضچه آرامش می شود گازهای TDS (نیتروژن فوق اشباع) تشکیل می گردد و باعث کشتن آبزیان می شود و نشان دهنده این است که عوامل زیست محیطی می توانند در قسمت انتهای شوت وارد معیارهای طراحی گردد. فهرست مطالب فصل اول : مقدمه ، کلیات و تعاریف چکیده 1 1-1- مقدمه 4 1-2- گروههای مورد نیاز دفتر فنی سدسازی 4 1-3- گروههای مورد لزوم برای نظارت فنی کارگاهها 5 1-4- سرریزها 6 1-5- کلیات و تعاریف 7 1-5-1- سیلابهای استثنایی 7 1-5-2- اهمیت سازه سرریز 8 1-5-3- انتخاب نوع و ظرفیت سرریز 8 1-5-4- روشهای مستهلک کردن انرژی حاصل از جریان سرریز 8 1-5-5- طبقه بندی سرریزها 9 1-6- اجزاء سرریز 11 1-6-1- ورودی سرریز 12 1-6-1-1- پایه های روی سرریز 12 1-6-2- تأسیسات کنترل 12 1-6-2-1- دریچه ها 12 1-6-2-1-1- عوامل موثر در تصمیم گیری اینکه سرریز دریچه دار باشد یا بدون دریچه 13 1-6-2-2- انواع دریچه ها 14 1-6-3- تنداب یا شوت یا آبگذر سرریز 23 1-6-3-1- انواع انقباض 24 1-6-4- مستهلک کننده ها 25 1-6-4-1- حوضچه های آرامش 30 1-6-4-2- باکتها 35 فصل دوم : طراحی هیدرولیکی سرریز شوت 2-1- طراحی هیدرولیکی سرریز 42 2-1-1- اوجی سرریز 42 الف - مروری برتحقیقات دیگران 42 ب - معیارهای طراحی 42 2-1-1-1- محاسبه میزان جریان عبوری از روی سرریز 43 الف – معادله شماره یک 44 1- تعیین هد طراحی (H) 44 2- تعیین ضریب سرریز(C) 44 الف- عواملی که در ضریب (C) موثرند 44 ب – انتخاب ضریب سرریز باتوجه به شکل و گرافهای مربوطه 44 ب – معادله شماره دو 47 2-1-1-2- تعیین شكل اوجی سرریز 50 1 - معیار 1USBR 50 الف - رسم انحنای سرریز قبل ازمركزمختصات 54 ب - رسم انحنای سرریز بعد ازمركزمختصات 45 2 - معیار (1886-1888)Bazin 56 3 – معیار USBR 57 4 - معیار WES 57 5 - (1973)Murphy 58 6 - (1987) Hager 59 2-1-1-3- پایه ها ی روی سرریز 60 1- معیارهای طراحی 60 الف- معیار USCE 60 ب- معیار USBR 63 2- تاثیر پایه ها روی ضریب دبی 64 الف- ضریب دبی در مقابل فشارهای نوک 65 ب - محل فشار کف از محور اوجی 66 2-1-1-4- شیب جریان پایین دست 67 2-1-1-5- پرفیل سطح آب ........... 67 2-1-1-6- دریچه های روی اوجی 67 1 – دریچه های قطاعی .............. 67 الف- معیار USBR ..................................... 67 ب –معیار WES(1977) 68 2- دریچه های کشویی 68 الف – WES ................................ 68 2-1-2- تنداب شوت 69 الف - مروری بر تحقیقات دیگران 69 ب - معیارهای طراحی 69 2-1-2-1- محاسبه پروفیل سطح آب در كانال سرریز 70 الف – معیارهای طراحی 70 1 - USBR(1977) 73 2 - USACE(1990) 74 3 – Yen , Wenzel(1970) 75 2-1-2-2- انبساط و انقباض در شوت ها 76 1- انقباض 76 الف – انواع انقباض 76 1 - انقباض نوع قیفی 76 2- انقباض پنکه ای 78 2 – انبساط 80 2-1-2-3- انحنا در شوت ها 82 2-1-2-4- هواده تنداب 84 2-1-3-مستهلک کننده ها 95 2-1-3-1- حوضچه های آرامش 95 2-1-3-2- باکتها 98 1-1-3-1-حوضچه های آرامش 109 2-1-3-2- باکت ها 125 فصل سوم : مواد و روشها 3-1- مواد و روشهاو تجزیه وتحلیل 137 3-1-1- روش گردآوری اطلاعات 137 3-2-پروژه سد مخزنی میرزای شیرازی 137 3-2-1- معیارهای طراحی 137 3-2-2- معیارهای استفاده شده 138 3-2-3- مشخصات سد 138 3-2-4 - مشخصات سرریز 138 3-2-5- بررسی شرایط هیدرولیکی هر یک از پایه ها 138 3-2-5-1- هندسه پایه 138 3-2-5-2- شرایط جریان با پایه های مختلف 139 3-2-5-3- خلاصه نتایج 143 3-3- پروژه سد مخزنی گدار لندر 143 3-3-1- خسارت ناشی از کاویتاسیون در سرریز سد گدار لندر 143 3-3-2- معیارهای طراحی 143 3-3-3- معیارهای استفاده شده 144 3-3-4 - مشخصات سد گدار لندر 144 3-3-5- مشخصات سرریز سد گدار لندر 144 3-4- پروژه سدهای کشور هند و مقایسه چند پروفیل 148 3-4-1- معیارهای استفاده شده 148 3-5- پروژه های خسارت دیده از پدیده کاویتاسیون در جهان 150 3-5-1- بررسی محققین جهان در مورد خسارت کاویتاسیون 150 3-5-1-1- معیارهای طراحی 150 3-5-1-2- معیارهای استفاده شده 150 3-5-1-3- پروژه های خسارت دیده 150 3-6- پروژه های خسارت دیده سدهای کشور هند 151 3-6-1- خراش و کاویتاسیون 151 3-7- ملاحظات زیست محیطی در حوضچه های آرامش 154 3-8- دو مرحله اتلاف انرژی در سرریز سدهای جهان 155 فصل چهارم : بحث و نتیجه گیری 4-1- بحث ............................................................................. 168 4-2- نتایج 175 منابع و مآخذ 180