Лабораторная работа №6

Тема: «Изучение конструкций и расчетов по поперечной

и продольной запани»

Изучив назначение, принцип работы и конструкцию существующих лесозадерживающих сооружений (запаней), необходимо выполнить расчет поперечной запани по данным таблицы, пользуясь нижеследующей методикой.

Требуется выполнить:

1. Вычертить принципиальную схему поперечной и продольной запани.

2. Найти длину лесохранилища.

3. Определить силы, действующие на запань.

4. Определить натяжение в лежнях запани и подобрать трос по ГОСТу.

Исходные данные:

Ширина реки, м 140 м

Средняя ширина лесохранилища, м 70 м

Глубина реки, м 5,5 м

Тип запани лежнево-сетчатая

Расположение запани на прямом участке

Средняя скорость течения, м/сек 1,2

Расчетная скорость ветра, м/сек 16

Объем лесоматериалов, поступающих в запань,тыс 35

Угол сужения русла, град. 5

Конструкция плитки запани с наклонной лобовой

частью, трехрядные

Рис . 2 Схемы поперечных за­паней:

а — лежневая; / — лежни запани; 2 —плитки-понтоны; 3 — береговые опоры; 4 — ворота для пропуска леса; б —наклонная; в — шатровая

Поперечные запани устанавливают поперек реки, перпендикулярно к направлению речного потока(рис.2,а), наклонно под углом к потоку(б), в форме шатра в плане, с русловой опорой и разделением потока(в), поперек реки на многих русловых опорах нормально направлению течения.

По конструктивным особенностям поперечные запани бывают: лежневого типа- с расположением канатов запани (лежня) в одной связки над водой; лежнево- сетчатые- с расположением канатов запани в надводной части(верхняя ветвь лежня) и под водой(нижней ветви), удерживаемой на определенной глубине потока на подвесках из цепей или канатов.

рис. 3 Схема сил, действующих на запань: а- запань прямоугольном русле; б- схема сужения в створе запани; в- схема к расчету сил, действующих на лежень.

1. Расчет длины лесохранилища запани.

Длину бревенного пыжа в лесохранилище, образованном поперечной или продольной запанью, определяют по формуле:

где W - расчетная емкость лесохранилища, м³;

ρ₀ - относительная плотность древесины;

Z- полнодревесность пыжа;

- средняя ширина водохранилища в зоне запани, м;

t_c— средняя толщина запанного пыжа, зависящая от

Средняя толщина заданного пыжа в поперечной запани определяется по эмпирической формуле

=3,35*1=3,35м

Значение входящих коэффициентов см. в справочной литературе.

Длину пыжа определяют подбором, так как входящая в расчетную формулу средняя толщина запанного пыжа, в свою очередь, зависит от искомой величины L_п.

По этому сначала предварительно принимают осадку пыжа t° для эталонного пыжа длинной L_п = 700м, вычисляют по формуле (1) длину пыжа, определяют для этой длины пыжа значение поправочного коэффициента ϕ, вычисляют толщину пыжа по формуле (2), после чего по формуле (1) определяют действительную длину пыжа L_п .

м

Для =423;

м

2. Расчет поперечных запаней.

На поперечную запань действуют силы взаимодействия пыжа с потоком, ветром и берегами:

P_a - активная, влекущая сила;

P_д - действующая, передающая давление пыжа на запань.

где β- коэффициент, учитывающий взаимодействие пыжа с берегами, зависит

6; β=0,44 6*70=420 Н

Активную силу определяют по формуле

где b - средняя ширина реки в пределах расчетной длины пыжа, L_p ;

- среднее удельное давление потока на единицу площади пыжа, Па;

- среднее удельное давление ветра на единицу площади пыжа, Па.

Па

Па

7174188 Н = 7174кН

Силы, действующие на запань, определяются в зависимости от параметра П_к кинетичности потока, вычисляемого по формуле:

При расчете запани встречаются два значения Пк:

П_к ≤ 0,03, характерное для равнинных рек;

П_к > 0,03, характерное для полугорных и горных рек с большими скоростями течения.

h – средняя глубина реки на участке пыжа

2. 1 . Определение давления пыжа на запань.

При П_к >0,03 сила, действующая на запань, определяется по формуле:

L_p- расчетная длина пыжа,

L_p = L_n если L_n < 8b

L_p= 8b, если L_n > 8b

здесь: b = b₃ - средняя ширина реки в зоне запани, м.

Расчет поперечной части продольной запани выполняется аналогично расчету обычной поперечной запани: вначале определяют внешнюю силу воздействия пыжа на запань, а затем натяжение лежня, по которому подбирают число и диаметр канатов лежня и опоры для их крепления.

Давление пыжа на поперечную часть продольной запани определяют по формуле

P_д=0,44*70*420(120,36+1,65)=1578321,36 Па = 1578 кПа

2.2. Расчет гибких элементов запани.

Усилие (натяжение), возникающее в лежнях запаней определяется по формулам:

Для лежневой

где К- коэффициент в зависимости от параметров L и отношения h / b₃.

Для лежнево-сетчатой:

а ) верхняя ветвь лежня

;

б ) нижняя ветвь лежня

;

где α-возвышение верхней ветви лежня над водой;

t-подводная толщина пыжа у запани;

2.3. Определяем расчетное натяжение в подвесках (стропах). Расчетное натяжение в подвесках (стропах) определяют по эмпирической зависи-мости:

где q-равномерно-распределенная нагрузка на 1 пог. м. Запани

кг/м

l_n— расстояние между подвесками, принимает не более l_n = 0,5l_бр длины сплавляемых бревен.

Длину подвесок S_n определяют по формуле:

м

2.4. Определение разрывного усилия в лежнях запани.

R_b = m · T_b : R_H = m · T_H

где т - коэффициент запаса прочности, т = 2,5 - 3,0

R=2,5*4734,87= 11837шт.

Число канатов определяют по зависимости

где т- коэффициент запаса прочности, равный для лежней коренных и промежуточных запаней 3,0; для вспомогательных - 2,5.

R- разрывное усилие каната, шт.

канат

Для лежней запаней принимают остальные канаты диаметром 30-60мм (ГОСТ 30 70-35 и 3071-85), а для подвесок - более гибкие тросы (ГОСТ 3083-85).