2 Гидравлический расчет плоского металлического затвора

В данном разделе необходимо определить положение ригелей в затворе двумя способами (аналитическим и графоаналитическим). Расчет провести на 1 метр ширины затвора.

Последовательность аналитического расчета:

1. Определяем силу гидростатического давления воды на затвор:

P = ρ·g·h_c·ω, кН (2.1)

где ρ – плотность воды (1000 кг/м³); g – ускорение свободного падения (9,81 м/с²); h_c – глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности затвора, м; ω – площадь смоченной поверхности затвора, м².

2. Из условия равной нагруженности ригелей определяем нагрузку на один ригель:

P′ = P/n, кН (2.2)

где n – количество ригелей, шт.

3. Строим эпюру гидростатического давления на затвор (рисунок 2.1). После чего определяем расстояние от свободной поверхности воды до границ эпюр, делящих ее по числу ригелей на равновеликие по площади части:

h_i = H· , м (2.3)

где i – порядковый номер ригеля сверху; Н – действующий напор на сооружение, м.

Рисунок 2.1 – Расчетная схема затвора

4. Определяем расстояние от свободной поверхности воды до соответствующего размещения ригеля в каркасе затвора:

l_i = , м (2.4)

Последовательность графоаналитического расчета:

1. На миллиметровой бумаге (в масштабе) со стороны воды строим эпюру гидростатического давления на затвор, с другой стороны интегральную кривую изменения силы гидростатического давления по глубине (рисунок 2.2). Для построения интегральной кривой задаемся значениями h (не менее 4) в интервале от нуля до Н и вычисляем соответствующие им значения нагрузок:

P = ρ·g· , кН (2.5)

где b – ширина затвора, м.

Полученные результаты записываем в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Результаты вычислений силы гидростатического давления в зависимости от глубины погружения

h, м	0	h1	h2	h3	H
P, кН	0	P1	P2	P3	P4

2. Прямую ОВ (полной нагрузки на затвор) разделяем на равные отрезки, количество которых должно соответствовать количеству ригелей. От границ, полученных отрезков опускаем нормаль до пересечения с интегральной кривой. Таким образом, получим границы, делящие эпюру давления на равновеликие части.

3. Известным из геометрии способами определяем центры тяжести С₁, С₂, С_n, равновеликих площадей (треугольника abc, трапеции bced и др.), высотное положение которых соответствует положению ригелей. По масштабу расчетной схемы устанавливаем заглубление ригелей.

После проведения всех расчетов определяем расхождение l₁, l₂, l_n, полученных аналитическим и графоаналитическим способами:

δ = (2.6)

Процент расхождения должен быть в пределах точности гидравлического расчета (3 – 5%).