Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сооружения речных гидроузлов. Техническое состояние и эксплуатация гидротехнических сооружений. Методические указания к практическим занятиям и самост.pdf
Из этого уравнения выводится основная формула пересчета численных значений из «старой» физической системы с индексом «1» в
«новую» систему с индексом «2»:
N
=N
(/
2
1
)
(/
)
(/
)
… (/
).
Для практического закрепления навыка пересчета физических величин студентам предлагается пересчитать 8–10 размерных величин
из одной системы единиц измерения в другую.
Пример 1.1
Задание. Ускорение свободного падения g
тать в дм/мин
Решение. Формула размерности величины [g]= L
2
.
g
= 9,81 (10/1)
2
= 353160 дм/мин
1
(1/60)-2 = 9,8136000 =
2
353000 = 35310
= 9,81 м/с2 пересчи-
1
1T-2
. Тогда
3
дм/мин2.
Пример 1.2
Задание. Призменную прочность бетона на сжатие
R
= 12,4 МПа = 12,4106 Па = 12,410
сж1
пересчитать в кГ/см
2
.
Решение. Формула размерности величины [R
сж
6
Н/м2
] = F
1L-2
. Тогда
N
= R
2
=12,4(/
сж2
= 12,410
)
(/
6
1/1010
)
= 12,410
4
= 124 кГ/см2.
6
(0,1/1)
1
(100/1)
–2
Отчет по этому практическому занятию представляет собой лист
бумаги А4 с решением выданных студенту задач.
Контрольные вопросы
1. Основные единицы измерений в системе СИ.
2. Основные единицы измерений в технической системе.
3. Чему равняется 1кГ в ньютонах?
4. Запишите уравнения размерности для работы и для энергии.
5. Запишите уравнения размерности для давления и для напря-
жения.
6. Запишите уравнение размерности для мощности.
7. Чем отличается один градус температуры по Цельсию и по
Фаренгейту?
11
=
1.2. Практическое занятие 2. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ГИДРОСООРУЖЕНИЯ И ВЛИЯНИЕ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Цель занятия — овладение навыками определения нагрузок и
воздействий на гидротехническое сооружение с учетом конкретной
окружающей среды.
1.2.1. Гидросооружения и окружающая среда
Гидротехнические сооружения и конструкции в процессе строительства и эксплуатации испытывают различные по природе, характеру
и продолжительности действия нагрузки и воздействия. При проектировании гидротехнических сооружений и конструкций, помимо нагрузок и воздействий, учитываемых при проектировании промышленных
и гражданских зданий и сооружений, необходимо учитывать множество дополнительных нагрузок и воздействий, обусловленных взаимодействием гидротехнических сооружений с водной средой [3].
1.2.2. Последовательность выполнения задания
Каждый студент получает задание с указанием конструкции гидросооружения (плотины, шлюза, водосброса, причала и т.п.), его
параметров и географического нахождения. Желательно в качестве
конструкции гидросооружения использовать конструкцию, которую
студент разрабатывает в текущем семестре или уже разрабатывал в
курсовых проектах.
Последовательность выполнения задания следующая:
1. На основе рис. 1.1 студент составляет природное и техногенное
окружение для своего гидросооружения.
Рис. 1.1. Полное окружение гидросооружения
12
2. С учетом материала, изложенного в § 5.2 [3], следует определить все нагрузки и воздействия на заданное гидросооружение от
каждой из сфер, а также при одновременном влиянии двух и более
сфер (например, отдельно со стороны атмосферы и гидросферы, а
затем от их взаимного влияния — ледовые и ветровые нагруз-
ки и т.п.).
3. Студент определяет воздействия гидросооружений на каждую
из природных сфер и на техносферу.
При выполнении этого практического занятия следует воспользоваться справочной литературой или данными, размещенными в Интернете.
Отчет по этому практическому занятию (прил. 1) представляет
собой два-три листа бумаги А4 с указанием:
• нагрузок и воздействий на заданное гидросооружение от каждой
из сфер, а также — при одновременном влиянии двух и более сфер;
• воздействий (влияний) гидросооружений на каждую из природ-
ных сфер, на техносферу и антропосистему (людей).
Контрольные вопросы
1. Перечислите нагрузки на бетонную плотину со стороны гид-
росферы.
2. Перечислите нагрузки на морское гидросооружение со сторо-
ны гидросферы.
3. Перечислите нагрузки на набережную со стороны литосферы.
4. Перечислите нагрузки на речное гидросооружение со стороны
атмосферы.
5. Как космос может оказывать влияние на эксплуатацию гидро-
сооружений?
1.3. Практическое занятие 3. ОБОСНОВАНИЕ КАЧЕСТВ
НАДЕЖНОСТИ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ
На основе результатов выполнения практического занятия 2 и
знаний, изложенных в гл. 5 [3], студент составляет перечень ка-
честв надежности для проектируемого гидросооружения с указанием восприятия нагрузок и воздействий, обеспечивающих каждое
из приведенных ниже качеств гидросооружения.
Качества функциональной надежности гидросооружений:
• геометрическое соответствие назначению (геометрические па-
раметры);
13
• водонепроницаемость;
• долговечность.
Качества конструктивной надежности гидросооружений:
• общая и местная устойчивость при воздействии статических и
динамических нагрузок и температурных воздействий;
• общая и местная прочность при действии статических и дина-
мических нагрузок и температурных воздействий;
• трещиностойкость;
• жесткость (деформативность) — ограничение по деформациям;
• выносливость — усталостная прочность при действии длитель-
ных динамических нагрузок;
• общая и местная фильтрационная прочность сооружений и их
оснований;
• морозостойкость;
• коррозионная стойкость к воздействию воздушной и водной
сред с учетом возможных антропогенных воздействий;
• износостойкость — стойкость к истирающему воздействию на-
носов, транспорта и т.п.;
• кавитационная стойкость;
• температурная стойкость к воздействию высоких и (или) низ-
ких температур, что особенно значимо для гидросооружений, построенных в районах с суровым климатом;
• биостойкость к воздействию живых организмов и продуктов их
жизнедеятельности.
Качества общей надежности гидросооружений:
• живучесть — свойство сооружения выполнять свои функции
при действии сверхнормативных нагрузок и воздействий;
• ремонтопригодность — приспособленность сооружения к ре-
монту;
• контролеспособность — приспособленность сооружения к кон-
тролю качеств и оценке состояния.
По итогам работы студент формулирует перечень расчетов, необходимых для обоснования надежности проектируемого гидросооружения.
Отчет по практическому занятию (прил. 2) представляет собой
два-три листа бумаги А4 с указанием:
• проектируемого сооружения, района строительства и исполь-
зуемых строительных материалов;
14
• качеств проектируемого гидросооружения и перечня нагрузок и
воздействий, надежное восприятие которых обеспечивает каждое
качество;
• необходимых расчетов и обоснований качеств проектируемого
гидросооружения.
В заключение необходимо проверить, учтены ли все нагрузки и
воздействия, определенные по результатам выполнения практического занятия 2.
Контрольные вопросы
1. Каким образом обеспечивается долговечность гидросооруже-
ний?
2. Какой срок службы должны иметь гидросооружения I и II
классов?
3. Запишите условие прочности бетонного гидросооружения на
сжатие при использовании метода теории предельных состояний.
4. Запишите условие фильтрационной прочности основания гидро-
сооружения при использовании метода теории предельных состояний.
5. Запишите условие прочности на сдвиг подпорной гравитаци-
онной стены на скальном основании.
6. Как обоснуются расчетами сейсмостойкость и живучесть гид-
росооружения?
1.4. Практическое занятие 4. ОБОСНОВАНИЕ
КОНТРОЛЕСПОСОБНОСТИ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ
Цель занятия — обоснование состава и количества средств изме-
рений, необходимых для контроля состояния конкретного гидросооружения, эксплуатируемого в заданных природно-климатических
условиях.
Студенту рекомендуется выбирать гидросооружение, которое он
спроектировал при выполнении курсового проекта.
На основе результатов практических занятий 2 и 3, а также лекционного материала и знаний, изложенных в гл. 32 [3], обучающийся определяет:
• состав необходимой контрольно-измерительной аппаратуры (КИА);
• количество измерительных створов и сечений;
• количество средств контроля.
15
Отчет по практическому занятию (прил. 3) представляет собой
два-три листа бумаги А4 с указанием:
• схемы поперечных и продольных измерительных створов;
• схемы размещения КИА в характерных створах;
• перечня необходимой контрольно-измерительной аппаратуры.
Контрольные вопросы
1. Где следует выбирать измерительные створы на грунтовых
плотинах?
2. Где следует выбирать измерительные точки для контроля
уровня грунтовых вод, осадок и смещений подпорных стен?
3. От чего зависит состав средств контроля эксплуатационного
состояния гидросооружений?
4. Что будет происходить с бетонной гравитационной плотиной,
с грунтовой однородной плотиной, с грунтовой плотиной с ядром
при повышении уровня воды в водохранилище выше ФПУ?
1.5. Практическое занятие 5. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ
И МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ
Цель занятия — овладение навыками определения метрологиче-
ских характеристик средств измерений на примере простых измерительных преобразователей.
1.5.1. Метрологические характеристики средств измерений
Во время эксплуатации и исследований гидросооружений, а также при проведении ремонтных работ применяется множество самых
разнообразных средств измерений: мер, датчиков, измерительных
преобразователей и приборов, измерительных установок и измерительных систем (гл. 32 [3]).
Метрологическими характеристиками средств измерений являются следующие:
• Диапазон значений — область между минимальным и макси-
мальным значениями шкалы (например, медицинский градусник
измеряет температуру в пределах +34 °С до +42 °С).
• Диапазон измерений — область значений измеряемой величины,
для которой нормированы допускаемые погрешности измерения.
16
• Цена деления — разность значений измеряемой величины меж-
ду двумя соседними делениями шкалы (например, у линейки — 1 мм,
у медицинского термометра — 0,1 °С, у штангенциркуля — 0,05 мм, у
манометра 5 кгс/см
2
).
• Вариация показаний — разность показаний средств измерения,
полученная при измерении одного и того же значения физической
величины при плавном подходе к этой величине со стороны меньших и больших значений измеряемой величины.
• Класс точности — обобщенная метрологическая характери-
стика средств измерения, которая определяет пределы изменения
основной и дополнительной погрешностей.
Возможны следующие способы выражения (указания) класса
точности:
– через абсолютную погрешность Δ = ±а (например, для дере-
вянной и металлической линейки а = ±0,5 мм, для пластмассовой
а = ±1 мм);
– через относительную погрешность δ — отношение абсо-
лютной погрешности измерения к действительному значению
измеряемой величины. Относительная погрешность является безразмерной величиной; ее численное значение может указываться,
например, в процентах. Относительная погрешность δ по стандарту представляется из следующего ряда чисел: 1·10n, 1,5·10n,
(1,6·10n)*, 2·10n, 2,5·10n, (3·10n)*, 4·10n, 5·10n, 6·10n (n = 1, 0, –1, –
2 и т.д.).
Если на приборе не указана абсолютная погрешность, то она
принимается равной половине цены наименьшего деления s.
• Чувствительность прибора Е — определяется по формуле
Е = ΔL/ΔX,
где ΔX — изменение измеряемой величины; ΔL — изменение сигнала измерения (показания прибора), вызванное ΔX. Чувствительность
прибора связана с ценой деления следующим соотношением: Е = 1/s.
1.5.2. Погрешности измерений
Погрешностями измерений являются следующие:
• Абсолютная погрешность Δ
ным X
и измеренным Xi значениями, т.е. Δi = Xc – Xi.
c
— разность между действитель-
i
17
• Относительная погрешность δ — отношение абсолютной по-
грешности Δ
• Систематическая погрешность X
к измеренной величине X
i
δ = (Δ
/ X
i
изм
), определяется по формуле
изм(Xi
) 100 %.
— составляющая абсолют-
c
ной погрешности, которая остается постоянной или закономерно
изменяется при проведении повторных измерений (связана с несовершенством прибора).
• Случайная погрешность X
— составляющая абсолютной по-
i
грешности, которая изменяется случайным образом при проведении
повторных измерений. Следовательно, абсолютная погрешность
Δ
= Xc + Xi.
i
1.5.3. Последовательность выполнения задания
Последовательность выполнения задания следующая:
1. Записать название средства измерения.
2. Определить, к какому типу относится данное средство измерения (мера, измерительный преобразователь, измерительный прибор
или измерительная установка).
3. Определить диапазон значений шкалы средств измерения.
4. Определить цену деления шкалы.
5. Вычислить чувствительность средств измерения.
6. Распознать, какой величиной погрешности (абсолютная, относительная или приведенная) охарактеризован класс точности средства измерения.
7. Определить величину абсолютной приборной погрешности
средства измерения исходя из его класса точности.
8. Путем сравнения с эталонным прибором или эталонным образцом определить действительную погрешность средства измерения.
Практическое занятие оформляется в виде небольшого отчета с
ответами на поставленные на бланке задания (см. прил. 4).
Контрольные вопросы
1. Что такое цена деления прибора и чему она равна у бытового
термометра для измерения температуры воздуха?
2. Что такое диапазон измерений прибора и чему он равен для
измерительного преобразователя давления воды на плотине высотой
60 м, имеющего отметки ФПУ = 58,50 и УСВ = 46,00? Укажите диапазон измерений в метрах водяного столба и в Па.
3. Что означает цифра 0,5 на циферблате измерительного прибора?
18
4. Чему равна абсолютная погрешность измерения давления при
использовании измерительного прибора с классом точности 0,2 и
измеренной величиной 5,8 МПа?
5. Приведите основной принцип работы измерительных преобразователей струнного типа.
6. В чем отличие в работе прямого и обратного отвесов?
7. Приведите основной принцип работы измерительных преобразователей давления гидравлического типа.
8. Чем отличается измерительный прибор от измерительного
преобразователя?
9. Чем отличается измерительная установка от измерительной
системы?
10. Приведите пример конструкции измерительной установки для
измерения напряжений в бетонных плотинах компенсационным методом.
1.6. Практическое занятие 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМАТИВНОЙ
И РАСЧЕТНОЙ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ
ОБРАЗЦОВ БЕТОНА СКЛЕРОМЕТРОМ
Цель занятия — освоение практических навыков работы со скле-
рометром и методов статистической обработки результатов испытания на прочность хрупких строительных материалов.
1.6.1. Работа со склерометром
Определение прочностных характеристик строительных материалов (цемента, гипса, бетона и др.) — один из основных и наиболее
распространенных видов испытания. Полученные характеристики
позволяют судить о прочности материала при статических нагрузках
и выбирать материал для проектируемой конструкции. Основными
прочностными характеристиками строительных материалов являются: предел прочности, предел упругости, модуль упругости и др. На
данном практическом занятии определяются значения нормативной и
расчетной призменной прочности (предел прочности) на сжатие бетонных образцов. Бетонные образцы размером 15×15 см испытываются неразрушаемым методом с помощью склерометра. Испытания
проводят 20 раз. Результатом испытаний является отскок после удара
бойка склерометра. 20 значений призменной прочности R
студент
i
получает в качестве исходных данных расчетно-графической работы.
19
Рис. 1.2. Ориентировочная зависимость прочности бетона на сжатие R
от величины упругого отскока H
Склерометр — измерительный инструмент, предназначенный
для определения прочности бетона на сжатие в бетонных и железобетонных конструкциях и изделиях методом упругого отскока по
ГОСТ 22690.
20