Практические занятия по расчету плоского затвора

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №9

«Компоновка затвора. Выбор марок сталей для элементов пролетного строения»

Цель занятия: познакомиться с конструктивными элементами плоского затвора, освоить основы компоновки плоских затворов и выбора марок сталей для них, получить навыки инженерных расчетов.

Последовательность расчета плоского затвора

I Компоновка затвора

1. Определение генеральных размеров

2. Определение действующих на пролетное строение сил

3. Расстановка ригелей

4. Определение усилий в ригелях

II Выбор марки стали для элементов пролетного строения

III Расчет обшивки и стрингеров

1.Расчет обшивки и размещения стрингеров

2.Подбор сечения стрингеров

IV Расчет и конструирование ригеля

1.Подбор сечения

2.Проверка прочности и жесткости ригеля

3.Проверка местной устойчивости стальных элементов ригеля

4.Расчет отверстия для пропуска воды

5.Расчет поясных швов

V Расчет диафрагмы

1.Конструктивная и расчетная схема

2.Проверка прочности узлов диафрагмы

VI Расчет фермы продольных связей

VII Опорно–ходовые часть

Компоновка затвора

1.Генеральные размеры.

Генеральные размеры затвора определяются заданными шириной отверстия и величиной наивысшего подборного уровня , включающего также ветровой нагон воды (рис. 1).

Рис. 1.

2.Определение действующих на пролетное строение сил.

Сила давления воды на затвор на погонный метр ширины отверстия со стороны верхнего бьефа определяется горизонтальной равнодействующей

приложенной на расстоянии Н / 3 от порога отверстия.

, ,

3.Расстановка ригелей.

В затворах чаще всего пользуют два основных несущих элемента – ригеля, располагаемых обычно симметрично относительно линии действия равнодействующей (рис. 2). При этом длина консоли от верхнего ригеля до расчетного горизонта не должна превышать значения 0,45 Н, а длина консоли от нижнего ригеля до порога не должна быть менее 0,4 м, чтобы была возможность размещения донного уплотнения. Тогда, принимая , получаем

При симметричном расположении ригелей относительно равнодействующей каждый ригель воспринимает одинаковую погонную нагрузку

Рис.2.

Определяем равномерно распределенную нагрузку на каждый ригель

Ригели опираются по концам на стойки, передающие нагрузку на ходовые части затвора (рис. 1).

Опорно–концевые стойки размещаются в нишах боковых стенок отверстия, где располагаются опорные направляющие рельсы. Расстояние по осям рельсов

определяет пролет ригелей. Для затворов средних размеров ширина уступа принимают равной 300 мм.

4.Определение усилий в ригеле.

Расчетная схема ригеля представляет собой статически определимую балку на двух опорах (рис. 3).

рис.3.

Максимальный изгибающий момент в ригеле:

Максимальная поперечная сила:

Определим и в одной четверти пролёта:

Принимаем толщину обшивки , равную 10 мм.

Выбор марки стали для элементов пролетного строения.

Марки стали для пролетного строения выбирают в зависимости от условий эксплуатации затвора и экономических соображений. Применение более прочных и более дорогих сталей должно быть экономически оправдано.

Марку стали назначаем исходя из температурного режима из соотношения:

При температуре эксплуатации .

Выбираем марку стали для несущих элементов затвора.

Отношение , в этом случае возможно использование стали С 285, которая охватывает весь необходимый диапазон толщин проката от 4 до 40 мм с соответствующим расчетным сопротивлением.

Практическое задание №10

Цель занятия: освоить основы расчета стальных настилов и обшивок и стрингеров плоских затворов, получит навык их конструирования

Расчет обшивки и стрингеров

1.Расчет обшивки и размещения стрингеров

Обшивка I (рис.4) непосредственно воспринимает гидростатическое давление и передает его на ригель 2 через систему подкрепляющих её элементов – стрингеров 3. Стрингеры располагаются параллельно ригелям и опираются на поперечные балки – диафрагмы 4, которые, в свою очередь, крепятся к ригелям 2.

Рис. 4.

Таким образом, обшивка непосредственно опирается на стрингеры и ригели и работает на местный изгиб в пролете между точками опирания. Расчетную схему обшивки можно представить в виде балки – полоски единичной ширины, упруго закрепленной на опорах и загруженной усредненной погонной нагрузкой.

Рис.5.

Изгибающий момент по нормам треста «Гидромонтаж» принимается равным

Момент воспринимается прямоугольным сечением балки – полоски.

Момент сопротивления сечения

Из условия прочности обшивки

находим допустимый пролет обшивки , соответствующий принятой толщине , расчетному сопротивлению материала и нагрузке

где - коэффициент надёжности по назначению, принимаемый для поверхностных оснований затворов равным 1,4; ; -удельный вес воды( );

; ;

Поскольку обшивку удобнее делать одинаковой толщины по всему сегменту, то шаг стрингеров по высоте отверстия должен изменяться. Верхний стрингер располагается на 200 мм выше расчетного горизонта во избежание перелива воды, нижний стрингер устанавливается на расстоянии 200 мм от порога для размещения донного уплотнения.

В целом, общее количество стрингеров зависит от несущей способности обшивки. При малых толщинах обшивки требуется большое количество стрингеров. В затворах пролетом более 10 м толщина обшивки принимается не менее 10 мм [1,2]; толщина листов менее 6 мм в затворах не допускается.

Принимаем из опыта проектирования толщину обшивки = 10 мм. Зная, что = 10 мм, выбираем = 285 МПа.

Располагаем верхние и нижние стрингеры, разбиваем часть обшивки на 3 участка, а между ригелями на 4 участка (рис. 6).

Рис.6.

Расстояние между стрингерами по мере погружения уменьшается, чтобы была обеспечена прочность .

При заданном пролете 13,0 м минимальная допустимая толщина обшивки – 1,0 см. Принимая эту толщину и марку стали С 285 с её расчетным сопротивлением = 285МПа получим предельно допустимые величины пролета обшивки в зависимости от глубины погружения участка , м; где - глубина, м.

Таким образом, принятая схема разбивки стрингеров удовлетворяет условию прочности обшивки.