Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судоходный шлюз на нескальном основании. Методические рекомендации
.pdf
гидродинамической силы принимаются как для судна наибольшего водоизмещения,
входящего в состав.
3) воздействие потока на элементы шлюза, а также на русло и крепление
каналов при многократном наполнении и опорожнении камеры не должно вызывать
их повреждения. К таким воздействиям, подлежащим определению и учету в
проекте шлюза, относятся динамические нагрузки на конструкции голов стен, балок
перекрытия галерей, на механическое оборудование, ледовые нагрузки как в
процессе нормальных шлюзований, так и в аварийных ситуациях, а также при
транзитных попусках расходов воды через камеры шлюза. В каналах следует также
учитывать размывающее действие потока от движителей судов, начинающих
движение от причала.
4) конструкции элементов системы питания должны быть доступными для
осмотра и ремонта, а также должны обеспечивать быстрое прекращение наполнения
или опорожнения камеры, безопасное для судов, находящихся в камере и на
подходах.
Гидромеханическое оборудование - затворы галерей, аварийные ворота должны быть рассчитаны на перекрытие потока под напором в течение не более 2
мин.
5) проникание морской воды в пресноводный водоем, ограждаемый
напорным фронтом, в который входит судоходный шлюз, должно быть исключено.
Для этой цели могут быть рекомендованы мероприятия по промыву камеры
от соленой воды попусками пресноводного водоема, если он является верхним
бьефом, или откачка соленой воды из камеры, или наполнение ее пресной водой с
помощью насосов, если верхним бьефом является море (в условиях приливов).
Преимущество сосредоточенной системы питания перед распределительной,
как правило, - меньшие капиталовложения. Недостаток - большая зависимость
условий отстоя судов в камере от начального стеснения живого сечения камеры
судами, от скорости подъема затворов и, связанная с этим, большая, по сравнению с
распределительными системами, продолжительность процесса наполнения камеры.
32
Сосредоточенные (головные) системы питания по режиму потока делятся
на два типа: с затопленным режимом течения потока (затопленные обходные
галереи или подтопленное со стороны камеры отверстие под воротами), рис. 6, и с
истечением через незатопленное отверстие под воротами (высота стенки падения
больше начальной глубины в камере), рис.7. В последнем случае имеет место захват
воздуха потоком, падающим со стенки падения, и выделение его в камере, что
существенно ухудшает условия отстоя судов. Поэтому при высокой стенке падения
рекомендуется переходить к затопленной схеме наполнения через обходные галереи
в верхней голове.
рис.6 Головные системы питания с затопленным режимом наполнения
рис.7 Головная система наполнения с незатопленным режимом наполнения
33
Распределительные системы питания обеспечивают подвод воды к камере
в нескольких точках и равномерно распределяют ее по площади камеры. Они
создают значительно лучшие условия отстоя судов в камере при более быстром ее
наполнении, но стоимость их обычно выше, поскольку размещение галерой и
затворов требует увеличения объема бетона.
Распределительные системы питания могут быть простыми, когда по длине
водопроводных галерей в определенном порядке располагаются водовыпуски в
камеру, рис. 8а. Такие системы применяются при напорах до 20 м. При больших
напорах применяют сложные системы, обеспечивающие одновременный подвод
воды к нескольким участкам камеры и распределение ее на этих участках с
помощью выпусков (рис.8 б, в, г).
рис.8. Схемы распределительных систем питания
При высоких напорах для ускорения процессов наполнения и опорожнения
камер шлюзов могут применяться, кроме основных распределительных систем,
дополнительные системы питания распределительного или сосредоточенного типа.
Дополнительная система включается в работу после полного открытия затворов
основной системы и затопления галерей и затворов дополнительной.
34
При высоких напорах для сбережения объема воды, затрачиваемой на
шлюзование и снижение волновых колебаний и сил, действующих на суда в
подходных каналах, могут предусматриваться сберегательные бассейны.
Выбор системы питания следует производить с соблюдением следующих
условий.
При значениях и , а также м (где полезная длина камеры, м; - расчетный напор на камеру, м; - глубина на
пороге), следует принимать сосредоточенную систему питания шлюза. При больших
значениях указанных показателей и при м следует, как правило, применять
распределительную систему питания.
При напорах до 5 м целесообразно проектировать наполнение камер шлюзов
через клинкеты в воротах, через клапанные или сегментные ворота. Низконапорные
шлюзы при небольшой высоте стенки падения рекомендуется проектировать с
наполнением из-под плоских подъемно-опускных ворот, если конструктивное
решение верхней головы позволяет применение такого решения.
При более высокой стенке падения, а также при напорах свыше 10 м
рекомендуется применять обходные галереи в верхней голове.
В зависимости от напора и геологических условий решаются также вопросы о
типе камеры (с водопроницаемым или водонепроницаемым днищем) и о типе стен
(отдельно стоящие или объединенные со сплошным железобетонным днищем
камеры).
Обычно на несальных грунтах камеры с водопроницаемым днищем
проектируются при небольших напорах (6-8 м).
При большом напоре на шлюз (или камеру многокамерного шлюза) следует
принимать тип камеры со сплошным железобетонным днищем, жестко связанным с
камерными стенами.
При относительно небольших напорах на шлюзы с водопроницаемыми
днищами камер они всегда имеют головные системы питания. Поэтому стены их
камер свободны от водопроводных галерей.
35
Тип отдельно стоящих камерных стен (железобетонные массивные или
контрфорсные на фундаментных плитах, низком или высоком свайном ростверке, из
металлического или железобетонного заанкеренного шпунта и т.п) выбирают в
основном в зависимости .от их высоты и геологических условий основания — в
частности, по возможности забивки в основание свай и шпунтов.
При камерах со сплошными железобетонными днищами, в
первую очередь выбирается тип днища: неразрезной (доковый),
разрезной или временно разрезной (с предварительным напряжением).
При этом следует учитывать, что разрезные днища нецелесообразно
применять в камерах, расположенных в верхнем бьефе (по условиям
неравномерности давления на грунт при большом взвешивающем давлении), если
высота стен менее 2/3 от полезной ширины камеры, а также при расположении
камеры на мелкозернистом песке. Временно разрезное днище с
предварительным напряжением целесообразно применять при наличии донных
водопроводных галерей.
При принятом типе днища выбирается тип стен. При
неразрезных днищах докового типа как правило проектируют тонкие
камерные стены прямоугольного сечения без продольных галерей
в них, дающие наименьшую нагрузку от собственного веса стен и
обратной засыпки. При разрезных днищах камерные стены для выравнивания
давления на основание должны иметь тыловую консоль, позволяющую
использовать более экономичные контрфорсные или ячеистые стены, в том числе
из сборно-монолитного железобетона.
При высоте камерных стен более 15-20 м для облегчения
конструкции их можно засыпать не на полную, а примерно на 0,7-0,8 высоты с
устройством проходов вдоль камеры на консолях.
Дно и нижнюю часть камер, устраиваемых на скале или вырубленных в
ней, в пределах прочной ненарушенной скалы обрабатывают и покрывают
облицовкой на анкерах (тип и толщина облицовки зависят от качества скалы).
Выше кровли прочной невыветрелой скалы устраивают массивные бетонные и
36
железобетонные камерные стены уголковой, контрфорсной или ячеистой
конструкции.
Нижние головы на нескальных основаниях проектируют всегда в виде
устоев, жестко связанных с неразрезными днищами, верхнюю и среднюю головы —
с неразрезными (или временно разрезными на период строительства) стенками
падения. На прочной скале устои голов как правило отделяются от днищ температурными швами.
Конструкции голов шлюзов зависят в первую очередь от системы
питания и типа рабочих (эксплуатационных) ворот.
Так, на верхних головах с безгалерейным питанием применяются, как
правило, подъемно-опускные ворота, за которыми устраивается камера гашения.
Устои при этом свободны от галерей и поэтому могут иметь ширину, близкую
к толщине камерных стен.
На нижних и средних (на многокамерных шлюзах) головах в
большинстве случаев системы опорожнения имеют вид обходных
галерей в устоях, и здесь используются рабочие (эксплуатационные) двустворчатые
ворота.
При больших напорах на шлюз проектируются нижние головы шахтного
типа с забральной балкой и плоскими подъемными воротами за ней.
Выбранную систему питания и тип камер согласовывают с
руководителем курсового проекта, после чего переходят к гидравлическим и
статическим расчетам.
8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ВОДОПРОВОДНОЙ
СИСТЕМЫ ШЛЮЗА
8.1. Общие положения
Цель гидравлических расчетов — установить основные размеры элементов
водопроводной системы шлюза, при которых будут обеспечены требуемые
эксплуатационные параметры. Именно время наполнения и опорожнения камеры
должно обеспечивать пропуск через шлюз заданного грузооборота, а при этом условия
37
отстоя и маневрирования шлюзующихся судов должны быть удовлетворительными, а
работа конструкций и оборудования надежной. Кроме того, к гидравлическим расчетам
относят расчет расхода воды на шлюзование.
В отличие от водопропускных гидротехнических сооружений, которым
свойственны установившиеся режимы движения, наполнению и опорожнению
шлюза свойственны неустановившиеся режимы.
Для интегрирования уравнений неустановившегося движения
приняты дополнительные упрощающие гипотезы и разграничены
частные расчетные случаи. Исходными для гидравлических расчетов шлюза
являются:
а) формула пропускной способности отверстия в напорном
режиме в которой функциями времени являются протекающий расход Q,
напор h, площадь отверстия ω и коэффициент расхода μ;
б) уравнение неустановившегося движения воды в водопроводной системе
шлюза для наполнения камеры из большого бьефа (или опорожнения в большой
бьеф — изменением уровня бьефа пренебрегают) в виде
(33)
где Н — начальный напор, Ω принимаемая постоянной площадь зеркала воды в
камере, ht и μt соответственно напор и коэффициент расхода водопроводной системы
в текущий момент времени.
Гидравлические расчеты производятся отдельно для наполнения и
опорожнения камер.
В курсовом проекте следует принимать:
а) стены камер — вертикальные;
б) площадь зеркала воды в камере при ее наполнении (опорожнении) не
меняется и равна средней площади
(34)
где: l
п.к
и b
– полезные длина и ширина камеры соответственно (м).
п.к
38
в) водопроводные затворы открываются равномерно за время t3=k3t.
где t - время наполнения (опорожнения) камеры (см. выше, гл.6), а значения k3
(относительное время открывания затворов) соответствуют принятой системе
питания:
k3= 0,7…0,8 — при головном наполнении камер;
k3= 0,3…0,5 — при наполнении камер через продольные галереи;
k3= 0,6...0,7 — при опорожнении камер в нижние подходные каналы.
При головном безгалерейном наполнении камер коэффициент расхода
системы μ, полностью открытых водопроводных отверстий принимают в пределах μ
= 0,60...0,65, при коротких обходных галереях с плавным сужением к затворам
μ= 0,75...0,85.
В период открывания затворов допускается принимать
8.2 Сосредоточенные (головные) системы питания
Определяется скорость открытия (подъема) водопроводных затворов по
допустимому значению продольной гидродинамической силы:
(35)
где:
ω м — площадь смоченного миделя судна (
где bс и S —
cоответственно, ширина и осадка расчетного судна при полной загрузке,
β — коэффициент полноты миделевого сечения, β = 0,99…1,0);
hв — наибольший напор на верхние ворота (разность отметок НПУ и порога
верхней головы);
bв— ширина водопроводного отверстия;
g— ускорение силы тяжести;
μ — коэффициент расхода водопроводной системы (μ = 0,60 ... 0,65).
39
Площадь водопроводного отверстия при заполнении камеры по схеме «из-
под щита» (через водопроводную щель плоских или сегментных подъемно-опускных
ворот верхней головы) составит
(36)
Открывание водопроводных затворов может заканчиваться в разные
моменты времени, которые будут соответствовать разным гидравлическим условиям
в зависимости от напора, размеров элементов шлюза и их конструктивных
особенностей. Возможны следующие варианты.
1. Открывание затворов заканчивается в момент затопления водопроводных
отверстий. Тогда время открывания затвора t3 будет равно времени затопления
отверстий t
3.0
:
(37)
где h
отверстий, h
— напор, соответствующий моменту затопления водопроводных
3.о
≈ hв.
3.о
Если время наполнения камеры шлюза до отметки верхнего бьефа (НПУ)
после окончания открывания затвора обозначить t0, то полное время наполнения
камеры составит
(38)
2. Открывание затворов заканчивается когда водопроводные отверстия еще
не затоплены, т.е. t0 < t
и H-h3 >h
3/0
, где h3 — напор на незатоплѐнное водопроводное
3.о
отверстие при полностью открытом затворе (разность отметок уровня верхнего
бьефа и центра тяжести отверстия).
40
В этом случае, обозначив как t0' время, затраченное на затопление
водопроводных отверстий, а t0" время, затраченное на заполнение камеры до
уровня верхнего бьефа (НПУ) после затопления отверстий, имеем
(39)
(40)
(41)
3. Открывание затворов заканчивается после полного затопления
водопроводных отверстий (наиболее распространенный вариант), t3 > t
В этом
3.0.
случае
(42)
(43)
при h
1/2
< 0 принимать h0 = 0,1hв
0
Полученное время заполнения камеры t сравнивают с его значением,
определенным предварительно для оценки грузопропускной способности шлюза
(обратите внимание, что там t вычисляется в минутах). Если полученное в
гидравлическом расчете t окажется больше этого предварительного оценочного
значения, грузопропускную способность шлюза следует пересчитать. И если эта
последняя величина окажется меньше, чем заданный грузооборот, проектируют
вторую нитку шлюза, или же переходят на распределительную систему
питания.
41
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]