Бетонный шлюз и судоходный канал

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Построение двух вариантов трассы канала

2. Определение основных первоначальных размеров поперечного сечения канала и их уточнение

3. Разбивка шлюзов по трассам канала

4. Определение полезных размеров камеры шлюзов

5. Определение основных размеров подходных каналов к шлюзу, направляющих сооружений (пал) и длины причалов

6. Выбор системы питания шлюза

7. Проектирование голов и камеры шлюза

8. Гидравлический расчет шлюза

9. Пропускная способность шлюза

10. Расчет стены шлюза

11. Расчет днища камеры

12. Двустворчатые ворота

13. Список литературы

1. Построение двух вариантов трассы канала

На топографическом плане местности наносятся числовые значения отметок горизонталей, используя заданную отметку наиболее расположенной горизонтали и берг-штрихи (см. задание).

На плане местности наносятся два варианта трассы канала: трассу I - по кратчайшему расстоянию между озерами (А-Б), а трассу II - по низким отметкам водораздела (В-Г).

По намеченным трассам строится продольный профиль с указанием геологического строения на основании данных буровых скважин, расположив их примерно на равных расстояниях вдоль трассы (см. рис.1.1-1.3).

2. Определение основных первоначальных размеров поперечного сечения канала и их уточнение

Поперечное сечение канала принимаем полигонального очертания, т.к. оно создает меньшее, в сравнении с трапецеидальным и прямоугольным сечениями, сопротивление судов, идущих по оси канала и благоприятные условия для обеспечения устойчивости откосов.

Принимаем два значения заложения откосов при горизонтальном дне канала:

m1 = 6, m2 = 3.

Изменение заложения откосов делается на уровне низа крепления. Заглубление крепления под минимальный статический уровень воды принимается:

S1 = 2,0 м.

Размеры судового хода:

- глубина каналаSк

- ширина канала Вк

- радиус закругления Rзакр

Задаемся глубиной, равной

где -статическая осадка расчетного судна в полном грузу, м

Округляем по сетке в большую сторону

Ширина канала на уровне проектной глубины (по дну канала):

Ширина канала на уровне изменения откосов определяется, как:

Ширина по зеркалу канала:

Площадь живого сечения канала:

Площадь поперечного сечения погруженной части судна по середине его длины (миделю):

Ширина бечевника (дороги вдоль канала для проезда транспорта) равна 4,0м, а бермы - 2,0м.

Проверка судоходных требований.

1) Значение коэффициента стеснения должно быть:

< 0,20 - проверкавыполняется.

2) Ширина на уровне осадки судна, равная

должна удовлетворять следующему условию:

где - уширение канала при дрейфе судна под действием бокового ветра, м

где Вдр - ширина полосы, занимаемой судном при дрейфе, м

где Lc - длина расчетного судна, м, Lc=137,7м.

и - угол дрейфа между диаметральной плоскостью и равнодействующей двух скоростей:

- скорости судна от работы движителя, м/с;

- поперечной составляющей скорости судна от действия ветра, м/с.

Поперечная составляющая скорости судна от действия ветра определяется из равенства:

где - сила давления ветра на площадь надводной части корпуса судна с надстройками

- сила сопротивления воды движению судна лагом (бортом)

с - аэродинамический коэффициент, равный 1,4

- удельное давление ветра

м/с.

- скорость ветра, равная 12 м/с

щн - площадь надводной боковой поверхности судна, м2, щн=230 м2.

б - коэффициент сопротивления при неограниченной площади сечения канала, равный 0,5

- коэффициент, учитывающий стеснение сечения канала

с=1000 кг/м3-плотность воды

g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения

- площадь подводной боковой поверхности судна, м2

;

- проверкавыполняется.

3) Глубина канала должна удовлетворять следующему условию:

где днав - навигационный запас под днищем судна, равный 0,20 м

- запас на увеличение осадки кормы судна при движении, м

, м

где б0-коэффициент, приближенно учитывающий дифферент судна на корму;

зависит от соотношения длины к ширине судна

- понижение уровня воды в районе движения судна, наблюдаемое в натуре, м

где - скорость потока обтекания относительно судна, м/с

Скорость определяется графически в зависимости от Числа Фруда и коэффициента стеснения.

Для скорости судна от работы движителя число Фруда равно:

По графику при иК = 0,11, .



Тогда

zн - запас глубины на заносимость, равный 0,20 м

zв - запас на ветровую волну (пренебрегаем из-за малой величины), м

- запас на волновые колебания в канале при работе шлюза, равный 0,20 м

> - проверка выполняется.

4) Проверка скорости движения судна.

Вычисляется первая критическая скорость движения судна:

по графику определяется критическое значение числа Фруда приК=0,11

Критическая скорость равна:

Скорость судна от работы движителя должна удовлетворять следующему условию:

<

5) Проверка неразмываемости откосов.

Во избежание размывов дна и некрепленых откосов канала необходимо обеспечить соблюдение условия:

- скорость потока обтекания относительно берега, м/с

- неразмывающая скорость грунта для песка и для суглинка соответственно

< - проверка выполняется.

< - проверка выполняется.

Поперечное сечение канала представлено на рис. 4.

6)Определение границ крепления откосов канала.

Высота интерферированной судовой волны у берега:

где д - коэффициент полноты водоизмещения

д = 0,83 - для грузовых судов,

д = 0,75 - для пассажирских судов

Для грузового судна

Для пассажирского судна

Высота наката судовой волны на откос канала равна:

где - наибольшее из двух значений (для грузового теплохода и пассажирского судна)

=1,4 - коэффициент, принимаемый для откосов с креплением железобетонными плитами (крепление откоса изображено на рис. 5.);

Заглубление крепления под минимальный статический уровень воды должно быть:

где в- коэффициент, определяемый по графику в=f(К).

К=0,14в=0,19

>

Возвышение крепления откосов над высоким уровнем воды равно:

Крепление откосов показано на рис. 5.

3. Разбивка шлюзов по трассам канала

По заданной величине расчетного напора на камеру шлюза и вычисленной расчетной глубине канала на продольном профиле производится размещение судоходных шлюзов и участков канала между ними.

Для этого устанавливается положение бьефов отдельных участков канала, откладывая последовательно от НПУ напор . Затем определяется положение шлюзов, для чего от найденных уровней бьефов откладываем глубину . Пересечение горизонтальной линии дна канала с поверхностью земли дает положение шлюза.

На I трассе канала (см. рис. 1) получилось20типовых шлюзов с напором и 2 шлюза с напором . На II трассе канала (см. рис. 3-4) - 12 типовых шлюзов с напором , и 4 шлюза с напорами;;;.

4. Определение полезных размеров камеры шлюзов

Полезная длина камеры шлюза определяется по следующей формуле:

где - число одновременно шлюзуемых судов, устанавливаемых в камере шлюза по длине

- запас по длине камеры в каждую сторону и между судами, устанавливаемыми в камере шлюза по длине, м



По сетке СНиП принимаю

Полезная ширина камеры шлюза определяется по следующей формуле:

где - число одновременно шлюзуемых судов, устанавливаемых в камере шлюза по ширине

- запас по ширине камеры с каждой стороны от группы шлюзующих судов, м

при

.

По сетке СНиП принимаю

Глубина на порогах шлюза, отсчитываемая от расчетного низкого судоходного уровня определяется по следующей формуле:

где - статическая осадка расчетного судна в грузу, м

По сетке СНиП 2.06.07-87 принимаем полезные размеры камеры шлюзов:

при

5. Определение основных размеров подходных каналов к шлюзу, направляющих сооружений (пал) и длины причалов

Рассматривается симметричный подходной канал с прямолинейными палами. Подходной канал состоит из четырех участков по длине :

1) Выход судна из шлюза -;

2) Маневр судна по переходу с оси шлюза на ось участка расхождения - ;

3) Участок расхождения судов - ;

4) Переходный из подходного канала в магистральный - .

Участок принимается равным длине расчетного судна, т.е. .

Участок рассчитывается по формуле:

где - радиус поворота;

-смещение оси участка расхождения относительно оси шлюза;

- уширение подходного канала по сравнению с магистральным.

Участок :

Участок

Длина подходного канала:

Ширина подходного канала

где - ширина магистрального канала.

Расчет пал

Палы предназначены для обеспечения удобного и безопасного направления движения судна в шлюз при выходе из шлюза или входе в шлюз.

Принимаются прямолинейные палы с уклоном в плане 1:4.

Длина ходовой палы определяется из условия:

условие выполняется.

Длина неходовой палы:

.

с рис. 4

где: - расстояние от границы судового хода до бровки;

- расстояние от границы судового хода до уреза воды.

От причальной линии до бровки ходовая пала закругляется по дуге окружности с радиусом:

.

.

.

Неходовая пала от границы судового хода до уреза воды закругляется по дуге окружности с радиусом:

Причальные сооружения

Причалы предназначены для судов ожидающих шлюзования. Причалы устраивают вдоль границы судового хода.

Длина причальной линии при двухстороннем движении равна:

Радиус закругления причала

Подходной канал показан на рис.6.

6. Выбор система питания шлюза

В соответствии со СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стенки, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» при напоре Нк<15 м и при не выполнении условия

,

требуется сопоставление технико-экономических показателей сосредоточенной (головной) и распределительной систем питания.

С этой целью в предположении сосредоточенной системы питания, определяется минимально допустимое время наполнения камеры:

где - коэффициент, учитывающий тип системы питания. Он отражает степень уменьшения времени наполнения камеры с распределительной системой питания по сравнению с головной, при соблюдении нормальных условий стоянки судов;

- водоизмещение судна;

- коэффициент, учитывающий увеличение волновой составляющей гидродинамической силы при приближении судна к верхней голове;

- величина, равная площади зеркала камеры;

- относительное время открытия затворов;

- площадь живого сечения камеры при уровне нижнего бьефа;

- допустимая величина продольной составляющей гидродинамической силы;

Полученная величина сравнивается с временем наполнения существующих шлюзов с головной системой питания.превышает больше чем на 20%, следовательно, принимаем простую распределительную систему питания с расположением водопроводных галерей с стенах камеры, т.к. грунты основания нескальные и в камере шлюза по ширине располагается одно расчётное судно ( при этом струи воды, выходящие из выпусков навстречу друг другу, способствуют удержанию судна на месте).

7. Расчет системы питания

Определение размеров системы питания выполняется в следующей последовательности:

Определение размеров системы питания

1) Определяется минимально допустимое время наполнения камеры, при котором еще обеспечиваются нормативные условия стоянки в ней расчетного судна:

где - коэффициент, учитывающий тип системы питания. Он отражает степень уменьшения времени наполнения камеры с распределительной системой питания по сравнению с головной, при соблюдении нормальных условий стоянки судов;

- водоизмещение судна;

- коэффициент, учитывающий увеличение волновой составляющей гидродинамической силы при приближении судна к верхней голове;

- величина, равная площади зеркала камеры;

- относительное время открытия затворов;

- площадь живого сечения камеры при уровне нижнего бьефа;

- допустимая величина продольной составляющей гидродинамической силы;

2) Определяется время подъема затворов на полную высоту:

3) Определяется максимально допустимая площадь сечения водопроводных галерей, определенная из условия обеспечения нормативных гидродинамических сил при наполнении:

где - коэффициент расхода при полностью поднятых затворах водопроводных галерей.

4) Принимается две водопроводные галереи, определяется ширина и высота :

Конструирование выпусков из галерей

5) Суммарная площадь выпусков:

6) Ширина и высота выпусков:

1,5 м

7) Определяется длина выпусков:

где

8) Определяется площадь одного выпуска:

9) Общее число выпусков

Принимаю общее число выпусков .

Число выпусков из одной галереи равно n/2=50/2=25

10) Определяется длина участка, на котором располагаются выпуски:

11) 

12) Расстояние между выпусками будет равно:

что не превышает допустимого расстояния по условиям воздействия потока на судно .

Конструирование галерей

13) Радиус закругления галерей

14) Площадь сечения входного отверстия принимается равной:

15) Определяется ширина и высота входного отверстия:

Определение размеров верхней головы

16) Входная часть верхней головы принимается равной

17) Длина ниши для рабочих и ремонтных ворот

18) Длина упорной части верхней головы для обеспечения устойчивости верхней головы на сдвиг , т.е.

19) Ширина устоя верхней головы для возможности размещения механизмов ворот, затворов, а так же водопроводных галерей, принимается равной

Определение размеров элементов системы питания и нижней головы

1) Площадь выходного отверстия:

2) Определяется ширина и высота выходного отверстия:

3) Радиус выхода

4) Длина входной части нижней головы

5) Длина ниши для двухстворчатых ворот:

где - длина створки ворот.

- угол между направлением створки ворот и нормалью к оси шлюза.

- глубина ниши для двухстворчатых ворот.

6) Определяется расстояние от ниши двустворчатых ворот до конца выходных отверстий галерей:

7) Определяется расстояние от конца выходных отверстий галерей до конца нижней головы:

8) Длина упорной части нижней головы

9) Определяется общая длина нижней головы и проверяется нижняя голова на сдвиг:

условие выполняется.

Ширина устоя нижней головы:

Чертеж системы питания показан на рис. 7 и 8.

8.Гидравлический расчет шлюза

Гидравлический расчет шлюза (наполнение)

Наполнение камеры шлюза происходит через затопленные водопропускные отверстия, поэтому весь процесс наполнения состоит из двух промежутков времени: первый промежуток - от начала наполнения камеры до момента остановки затворов; в этом промежутке происходит подъем затворов и изменяются их коэффициенты сопротивления, а следовательно и коэффициент расхода системы питания . Второй промежуток - от момента остановки затворов до момента времени, когда уровень воды в камере сравнивается с уровнем воды в верхнем бьефе; в этом промежутке затворы водопроводных галерей подняты на полную высоту и неподвижны, следовательно коэффициент расхода системы питания постоянен и равен .

Особенность гидравлического расчета распределительной системы питания состоит в необходимости учета сил инерции массы воды, находящейся в длинных водопроводных галереях системы питания. Инерционные силы проявляются через инерционный напор :

где - приведенная к расчетной площади длина водопроводных галерей, м;

- ускорение потока воды в галереях системы питания, .

Гидравлический расчет выполняется в следующей последовательности:

1) Определяется коэффициент сопротивления системы питания :

где - сумма коэффициентов постоянных сопротивлений работающей части системы питания, начиная от входа потока в систему питания до его выхода в камеру через выпуски;

- коэффициент сопротивления частично открытых затворов.

Для системы питания, приведенной на рис.6 сумма коэффициентов постоянных сопротивлений будет равна:



где -коэффициент сопротивления на входе потока в систему питания. На входе со слегка закругленной кромкой .

- коэффициент сопротивления входной сороудерживающей решетки, который определяется по формуле:

где (для круглых стержней) - коэффициент, зависящий от формы стержней;

- толщина стержня решетки;

- расстояние между стержнями в свету;

- коэффициент сопротивления на повороте:

где - коэффициент сопротивления при повороте на.Для галереи прямоугольного сечения определяется по величине отношения и равен .

- угол поворота галереи в градусах;

- коэффициент сопротивления пазов ремонтных затворов, зависит от типа затворов и для плоского затвора равен .

- коэффициент сопротивления по длине, определяемый по всей длине галереи от входа до начала участка галерей с выпусками. Коэффициент определяется по формуле:

где - длина участка, имеющего одинаковые размеры поперечного сечения.

- коэффициент Шези;

- гидравлический радиус сечения галереи на рассматриваемом участке;

- смоченный периметр сечения галереи.

- коэффициент сопротивления участка галереи с выпусками. Определяется по формуле:

где - опытный коэффициент для прямоугольного сечения галереи;

- число выпусков;

- длина участка галереи с выпусками;



- коэффициент сопротивления при выходе потока из выпусков в камеры. Коэффициент принимается равным;

- коэффициент сопротивления последнего выпуска из галерей в камеру. Коэффициент определяется по формуле:

где - коэффициент сжатия струи при выходе.

Таким образом, сумма коэффициентов постоянных сопротивлений будет равна:

2) Определяется коэффициент сопротивления частично открытых рабочих затворов водопроводных галерей. Он зависит от типа затвора и степени его открытия

канал шлюз камера трасса

; здесь

- высота подъема затворов в данный момент; - полная высота подъема затворов.

Расчет и коэффициента расхода от степени открытия затворов и высоты их подъема сведен в таблицу №1.



Таблица №1

Расчет суммарного коэффициента сопротивления системы питания и коэффициента расхода

-степень открытия затворов
1	2	3	4	5	6
0,10	193,30	1,45	194,75	0,072	0,38
0,20	44,75		46,20	0,147	0,77
0,30	18,05		19,50	0,226	1,15
0,40	8,37		9,82	0,319	1,54
0,50	4,27		5,72	0,418	1,92
0,60	2,33		3,78	0,514	2,30
0,70	1,10		2,55	0,626	2,68
0,80	0,64		2,09	0,692	3,07
0,90	0,34		1,79	0,747	3,45
1,00	0,04		1,49	0,819	3,84

По данным таблицы №1 строится графики:

-

- и .

Графики представлены на рис. 9

3) Определяется приведенная длина водопроводных галерей по формуле:

где - соответственно площадь сечения и длина рассматриваемого участка;

- длина выпуска.

4) Определяется максимально допустимая постоянная скорость подъема затворов наполнения , при которой первый пик продольной составляющей гидродинамических сил не превысит допустимого значения силы:

где - производная коэффициента расхода по высоте подъема затворов в начальный период наполнения; приближенно она может быть определена по графику (рис. 8).

5) Определяется время подъема затворов на полную высоту , одновременно это продолжительность первого промежутка:

6) Расчет первого промежутка:

а) задается шаг по времени или 60 с и производится определение гидравлических характеристик. При этом инерционный напор не учитывается, так как он значительно меньше действующего напора .

б) высота подъема затворов:

в) напор:



г) расход:

д) подъем уровня воды в камере:

е) давление в галерее за затвором:

где В=1 - коэффициент, характеризующий наполнение и опорожнение однокамерного шлюза;

- расстояние от середины галереи до уровня нижнего бьефа (рис.7);

- сумма коэффициентом сопротивлений участка системы питания ниже рабочего затвора, которая будет равна:

Расчет гидравлических характеристик в первом промежутке сведен в таблицу №2.

Расчет гидравлических характеристик в первом промежутке Таблица №2

t,c
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
0	0	0	0.03	0.83	0	0	0	8	0	0	3.08	0	0	3.08
30	0.29	0.06			0.83	0.01	2.82	7.97	16.91	0.03	3.11	0.035	1.128	2.020
			0.08	2.49
60	0.58	0.11			3.32	0.03	2.80	7.84	33.85	0.16	3.24	0.097	1.883	1.453
			0.14	4.14
90	0.86	0.17			7.46	0.07	2.76	7.63	49.65	0.37	3.45	0.199	2.703	0.942
			0.20	5.87
120	1.15	0.23			13.32	0.12	2.71	7.34	66.71	0.66	3.74	0.354	3.582	0.508
			0.26	7.79
150	1.44	0.29			21.11	0.19	2.64	6.97	84.25	1.03	4.11	0.565	4.420	0.255
			0.33	9.93
180	1.73	0.37			31.04	0.28	2.55	6.51	102.52	1.49	4.57	0.826	5.150	0.250
			0.40	12.09
210	2.02	0.44			43.13	0.39	2.44	5.96	116.23	2.04	5.12	1.078	5.558	0.637
			0.48	14.27
240	2.30	0.51			57.39	0.52	2.31	5.35	129.52	2.65	5.73	1.324	5.681	1.371
			0.56	16.79
270	2.59	0.61			74.18	0.67	2.16	4.68	142.50	3.32	6.40	1.516	5.428	2.491
			0.63	19.01
300	2.88	0.66			93.18	0.84	1.99	3.97	143.59	4.03	7.11	1.621	4.996	3.740
			0.68	20.54
330	3.17	0.71			113.72	1.02	1.81	3.26	139.12	4.74	7.82	1.534	4.160	5.190
			0.73	21.87
360	3.46	0.75			135.59	1.22	1.61	2.59	131.67	5.41	8.49	1.353	3.017	6.825
			0.78	23.31
390	3.74	0.80			158.90	1.43	1.40	1.96	122.44	6.04	9.12	1.151	2.000	8.272
400	3.84	0.82	0.81	8.11	167.01	1.50	1.33	1.76	118.37	6.24	9.32	1.103	1.643	8.779

7) Расчет второго промежутка:

а) задается шаг по времени или 60 с и производится определение гидравлических характеристик с учетом инерционного напора , так как здесь он становится соизмеримым с действующим напором.Второй промежуток продолжается от момента остановки затвора до момента первого выравнивания уровней воды в камере и верхнем бьефе, когда .

Продолжительность второго промежутка определяется по формуле:

где - напор в конце первого промежутка.

- наибольшее значение инерционного напора, равное:

б) напор

в) расход

г) подъем уровня воды в камере

Полное время наполнения камеры до уровня верхнего бьефа, когда напор :

с

Однако после выравнивания уровней в камере и верхнем бьефе вода под действием сил инерции будет продолжать поступать в камеру, и расход не будет равен нулю. Он станет равным нулю в тот момент, когда в камере произойдет инерционное повышение уровня воды на величину и напор станет отрицательным: . Продолжительность промежутка времени от момента первого выравнивания уровней воды в камере и верхнем бьефе (когда ), до момента, когда расход станет равным нулю (когда ), определяется по формуле:

Расчет второго промежутка заканчивается при равенстве нулю расхода воды, т.е. до времени равного:

Расчет гидравлических характеристик второго промежутка сведен в таблицу №3



Таблица №3

Расчет гидравлических характеристик второго промежутка с учетом сил инерции

t, c				(4)-(3)	(5)2
1	2	3	4	5	6	7	8	9
400	0	0.00	1.49	1.49	2.22	1.76	132.91	6.24
430	30	0.22		1.27	1.61	1.15	113.11	6.85
460	60	0.44		1.05	1.09	0.63	93.31	7.37
490	90	0.67		0.82	0.68	0.22	73.50	7.78
520	120	0.89		0.60	0.36	-0.10	53.70	8.10
550	150	1.11		0.38	0.14	-0.32	33.90	8.32
580	180	1.33		0.16	0.02	-0.44	14.09	8.44
601	201	1.49		0.00	0.00	-0.46	0.00	8.46

По данным таблиц №2 и №3 строится графики изменения гидравлических характеристик

(рис. 10).

8) Определяется величина первого пика волновой составляющей гидродинамической силы по формуле:

условие выполняется.



9) Производится сравнение величины инерционного подъема уровня воды в камере , с нормативной величиной:

Рекомендуется применить предварительное закрытие затворов водопроводных галерей несколько раньше конца наполнения камеры.

9.Пропускная способность шлюза

Определение суточного судопотока через шлюз.

Объемы перевозок грузов на навигацию

Таблица 4

направление	виды грузов	объемы перевозок грузов Gi, млн.т.	коэффициент использования грузоподъемности судна дi
прямое	нефть	1,89	1,0
	нефтепродукты	0,87	1,0
	уголь	8,24	1,0
	минерально-строительные	3,46	1,0
	хлеб	1,65	0,8
	металл	0,79	1,0
	соль	1,59	1,0
	цемент	0,87	1,0
	экспортно-импортные	0,45	0,9
обратное	руда	1,37	1,0
	химические и удобрения	1,84	0,9
	лес в судах	1,35	0,7
	экспортно-импортные	1,78	0,9
	лес в плотах	1,04	-

Число пар шлюзований пассажирских судов:

Число пар шлюзований технических судов:

Объем груза i-ого вида, перевозимого в прямом и обратном направлении судном j-ого типа в течение навигации:

где Pj - доля участия судна j-ого типа в перевозке i-ого вида груза, %

Gi - объем груза i-ого вида, перевозимого в прямом и обратном направлении в течение навигации, млн.т.

Число судов j-ого типа, необходимое для перевозки груза i-ого вида в прямомNп и обратном направленииNo в течение навигации:

где Gcj - грузоподъемность судна j-ого типа, т

дi - коэффициент использования грузоподъемности судна при перевозке груза i-ого вида

Число порожних судов j-ого типа, перевозящих грузы i-ого вида в прямом и обратном направлении в течение навигации:

Общее количество судов j-ого типа, перевозящих грузы i-ого вида в течение навигации:

Если Njп>Njo,то

Наибольшее количество судов, которые должны пройти через шлюз в наиболее напряженные сутки навигации:

где Тнав=190- длительность навигации,сут

цс - коэффициент неравномерности подхода судов к шлюзу

цс=1,4 - для прямого направления

цс=1,3 - для обратного направления

Количество плотов за навигацию:

где qпл=1,71- объем перевозок древесины в плотах, млн.т.

Gпл - вес плота, т

где ?пл=240-длина плота, м

bпл=17,00 - ширина плота, м

Sпл=2,50- осадка плота, м

- объемный вес дерева, равный 0,8 т/м3

Кп - коэффициент полнодревности плота, равный 0,4

Количество плотов в сутки:



где Тнав пл - длительность навигации по проводке плотов, равная на 30 суток меньше Тнав, т.е. 180 сут

цпл - коэффициент неравномерности подхода плотов к шлюзу, равный 1,7

Общее количество суточного судопропуска через шлюз в наиболее напряженные сутки навигации:

Расчет выполнен в табличной форме (см. табл. 5)

Расчет судопотока через шлюз в наиболее напряженные сутки навигации

Таблица 5

№№	Тип и грузоподъемность судна	Грузо-подъем-ность судна Gс, т	Доля участия судна в перевозке грузов	Прямое направление	Обратное направление	Количе-ство порожних судов Nпор.j, судов/на-вигацию	Навигацион-ный судооборот nj, судов/навигацию	Количество судов в наиболее напряжен-ные сутки навигации nсj, судов/сутки
				Количество груза, перевозимого судном данного типа qiп, млн.т.	Количество судов, необходимых для перевозки грузов Njп, судов/нави-гацию	Количество груза, перевозимого судном данного типа qiо, млн.т.	Количество судов, необходимых для перевозки грузов Njо, судов/нави-гацию
Нефть
1	Волго-Нефть пр.558	5000	65	1.23	245.70	0	0	245.70	491.40	3.28
2	Танкер пр.587	3000	15	0.28	94.50	0	0	94.50	189.00	1.26
3	Танкер пр.Р77	2150	10	0.19	87.91	0	0	87.91	175.81	1.17
4	Баржа пр.403Б	3700	5	0.09	25.54	0	0	25.54	51.08	0.34
5	Баржа пр.458	2000	5	0.09	47.25	0	0	47.25	94.50	0.63
	Итого		100	1.89	500.90	0	0	500.90	1001.80	6.68
Нефтепродукты
1	Волго-Нефть пр.558	5000	65	0.57	113.10	0	0	113.10	226.20	1.51
2	Танкер пр.587	3000	15	0.13	43.50	0	0	43.50	87.00	0.58
3	Танкер пр.Р77	2150	10	0.09	40.47	0	0	40.47	80.93	0.54
4	Баржа пр.403Б	3700	5	0.04	11.76	0	0	11.76	23.51	0.16
5	Баржа пр.458	2000	5	0.04	21.75	0	0	21.75	43.50	0.29
	Итого		100	0.87	230.57	0	0	230.57	461.14	3.07
Уголь
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	2.06	355.17	0	0	355.17	710.34	4.74
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.41	152.59	0	0	152.59	305.19	2.03
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.82	412.00	0	0	412.00	824.00	5.49
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.82	183.11	0	0	183.11	366.22	2.44
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.82	274.67	0	0	274.67	549.33	3.66
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.41	137.33	0	0	137.33	274.67	1.83
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.41	196.19	0	0	196.19	392.38	2.62
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.41	206.00	0	0	206.00	412.00	2.75
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.41	213.47	0	0	213.47	426.94	2.85
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.41	343.33	0	0	343.33	686.67	4.58
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.82	72.28	0	0	72.28	144.56	0.96
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.41	108.42	0	0	108.42	216.84	1.45
	Итого		100	8.24	2654.57	0	0	2654.57	5309.15	35.39
Миниральностроительные грузы
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0.87	149.14	0	0	149.14	298.28	1.99
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.17	64.07	0	0	64.07	128.15	0.85
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.35	173.00	0	0	173.00	346.00	2.31
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.35	76.89	0	0	76.89	153.78	1.03
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.35	115.33	0	0	115.33	230.67	1.54
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.17	57.67	0	0	57.67	115.33	0.77
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.17	82.38	0	0	82.38	164.76	1.10
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.17	86.50	0	0	86.50	173.00	1.15
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.17	89.64	0	0	89.64	179.27	1.20
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.17	144.17	0	0	144.17	288.33	1.92
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.35	30.35	0	0	30.35	60.70	0.40
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.17	45.53	0	0	45.53	91.05	0.61
	Итого		100	3.46	1114.66	0	0	1114.66	2229.33	14.86
Хлеб
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0.41	88.90	0	0	88.90	177.80	1.19
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.08	38.19	0	0	38.19	76.39	0.51
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.17	103.13	0	0	103.13	206.25	1.38
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.17	45.83	0	0	45.83	91.67	0.61
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.17	68.75	0	0	68.75	137.50	0.92
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.08	34.38	0	0	34.38	68.75	0.46
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.08	49.11	0	0	49.11	98.21	0.65
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.08	51.56	0	0	51.56	103.13	0.69
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.08	53.43	0	0	53.43	106.87	0.71
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.08	85.94	0	0	85.94	171.88	1.15
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.17	18.09	0	0	18.09	36.18	0.24
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.08	27.14	0	0	27.14	54.28	0.36
	Итого		100	1.65	664.45	0	0	664.45	1328.90	8.86
Металл
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0.20	34.05	0	0	34.05	68.10	0.45
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.04	14.63	0	0	14.63	29.26	0.20
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.08	39.50	0	0	39.50	79.00	0.53
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.08	17.56	0	0	17.56	35.11	0.23
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.08	26.33	0	0	26.33	52.67	0.35
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.04	13.17	0	0	13.17	26.33	0.18
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.04	18.81	0	0	18.81	37.62	0.25
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.04	19.75	0	0	19.75	39.50	0.26
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.04	20.47	0	0	20.47	40.93	0.27
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.04	32.92	0	0	32.92	65.83	0.44
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.08	6.93	0	0	6.93	13.86	0.09
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.04	10.39	0	0	10.39	20.79	0.14
	Итого		100	0.79	254.50	0	0	254.50	509.01	3.39
Соль
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0.40	68.53	0	0	68.53	137.07	0.91
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.08	29.44	0	0	29.44	58.89	0.39
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.16	79.50	0	0	79.50	159.00	1.06
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.16	35.33	0	0	35.33	70.67	0.47
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.16	53.00	0	0	53.00	106.00	0.71
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.08	26.50	0	0	26.50	53.00	0.35
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.08	37.86	0	0	37.86	75.71	0.50
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.08	39.75	0	0	39.75	79.50	0.53
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.08	41.19	0	0	41.19	82.38	0.55
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.08	66.25	0	0	66.25	132.50	0.88
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.16	13.95	0	0	13.95	27.89	0.19
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.08	20.92	0	0	20.92	41.84	0.28
	Итого		100	1.59	512.23	0	0	512.23	1024.46	6.83
Цемент
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0.22	37.50	0	0	37.50	75.00	0.50
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.04	16.11	0	0	16.11	32.22	0.21
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.09	43.50	0	0	43.50	87.00	0.58
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.09	19.33	0	0	19.33	38.67	0.26
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.09	29.00	0	0	29.00	58.00	0.39
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.04	14.50	0	0	14.50	29.00	0.19
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.04	20.71	0	0	20.71	41.43	0.28
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.04	21.75	0	0	21.75	43.50	0.29
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.04	22.54	0	0	22.54	45.08	0.30
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.04	36.25	0	0	36.25	72.50	0.48
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.09	7.63	0	0	7.63	15.26	0.10
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.04	11.45	0	0	11.45	22.89	0.15
	Итого		100	0.87	280.28	0	0	280.28	560.55	3.74
Экспортно-импортные грузы;
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0.11	21.55	0.45	85	63.70	170.50	1.14
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0.02	9.26	0.09	37	27.37	73.25	0.49
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0.05	25.00	0.18	99	73.89	197.78	1.32
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0.05	11.11	0.18	44	32.84	87.90	0.59
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0.05	16.67	0.18	66	49.26	131.85	0.88
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0.02	8.33	0.09	33	24.63	65.93	0.44
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0.02	11.90	0.09	47	35.19	94.18	0.63
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0.02	12.50	0.09	49	36.94	98.89	0.66
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0.02	12.95	0.09	51	38.28	102.48	0.68
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0.02	20.83	0.09	82	61.57	164.81	1.10
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0.05	4.39	0.18	17	12.96	34.70	0.23
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0.02	6.58	0.09	26	19.44	52.05	0.35
	Итого		100	0.45	161.08	2	637	476.08	1274.31	8.50
Руда
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0	0	0.45	85	85.25	170.50	1.06
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0	0	0.09	37	36.63	73.25	0.45
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0	0	0.18	99	98.89	197.78	1.22
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0	0	0.18	44	43.95	87.90	0.54
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0	0	0.18	66	65.93	131.85	0.82
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0	0	0.09	33	32.96	65.93	0.41
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0	0	0.09	47	47.09	94.18	0.58
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0	0	0.09	49	49.44	98.89	0.61
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0	0	0.09	51	51.24	102.48	0.63
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0	0	0.09	82	82.41	164.81	1.02
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0	0	0.18	17	17.35	34.70	0.21
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0	0	0.09	26	26.02	52.05	0.32
	Итого		100	0	0	2	637	637.15	1274.31	7.89
Химические грузы и удобрения
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0	0	0.46	88	88.12	176.25	1.09
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0	0	0.09	38	37.86	75.72	0.47
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0	0	0.18	102	102.22	204.44	1.27
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0	0	0.18	45	45.43	90.86	0.56
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0	0	0.18	68	68.15	136.30	0.84
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0	0	0.09	34	34.07	68.15	0.42
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0	0	0.09	49	48.68	97.35	0.60
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0	0	0.09	51	51.11	102.22	0.63
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0	0	0.09	53	52.96	105.93	0.66
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0	0	0.09	85	85.19	170.37	1.05
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0	0	0.18	18	17.93	35.87	0.22
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0	0	0.09	27	26.90	53.80	0.33
	Итого		100	0	0	2	659	658.63	1317.26	8.15
Лес в судах
1	Волго-Дон пр.1565	5800	25	0	0	0.34	83	83.13	166.26	1.03
2	Волго-Балт пр.2-95А	2700	5	0	0	0.07	36	35.71	71.43	0.44
3	Большая волга пр.576,11	2000	10	0	0	0.14	96	96.43	192.86	1.19
4	Баржа пр.1787-у	4500	10	0	0	0.14	43	42.86	85.71	0.53
5	Баржа пр.461Б	3000	10	0	0	0.14	64	64.29	128.57	0.80
6	Сухогруз пр.488/А	3000	5	0	0	0.07	32	32.14	64.29	0.40
7	Сухогруз пр.1743	2100	5	0	0	0.07	46	45.92	91.84	0.57
8	Сухогруз пр.613	2000	5	0	0	0.07	48	48.21	96.43	0.60
9	Сухогруз пр.Р97	1930	5	0	0	0.07	50	49.96	99.93	0.62
10	Баржа-цементовоз пр.Р113	1200	5	0	0	0.07	80	80.36	160.71	0.99
11	Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой	11400	10	0	0	0.14	17	16.92	33.83	0.21
12	Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	3800	5	0	0	0.07	25	25.38	50.75	0.31
	Итого		100	0	0	1	621	621.30	1242.61	7.69
Лес в лотах
1	Плоты	3264	100	1.04	319	-	-	-	319	2.85
	Итого									2.85
1	Пассажирские суда	-	-	-	-	-	-	-	-	3
2	Технический флот	-	-	-	-	-	-	-	-	2
	Итого									116.23

По результатам расчета суммарное количество судов:

Таблица 6

Наименование судна	Длина судна, м	ДL	Расчетное количество судов	Принятое количество судов
Волго-Нефть пр.558	132,6	6.0	4.78	5
Танкер пр.587	110,3	5.3	1.84	2
Танкер пр. Р77	108,6	5.3	1.71	2
Баржа пр. 403Б	110,8	5.3	0.50	1
Баржа пр. 458	103,4	5.1	0.92	1
Волго-Дон пр.1565	140,8	6.2	14.09	15
Волго-Балт пр.2-95А	114,2	5.4	6.05	7
Большая Волга пр.576,II	93,9	4.8	16.34	17
Баржа пр.1787-У	114,5	5.4	7.26	8
Баржа пр.461Б	86,2	4.6	10.90	11
Сухогруз пр.488/А	118,8	5.6	5.45	6
Сухогруз пр.1743	108,4	5.3	7.78	8
Сухогруз пр.613	94,7	4.8	8.17	9
Сухогруз пр.Р97	93,3	4.8	8.47	9
Баржа-цементовоз пр.Р113	78,5	4.4	13.62	14
Состав пр.05074 типа «Волго- Дон» с приставкой	256,8	9.7	2.87	3
Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567	172,1	7.2	4.30	5
Плот	240	9.2	2,85	3

Составление групп судов и составов на шлюзование.

1-ая - 2-ая группа (2 группы):

2ЧВолго-Нефть пр.558

3-ая группа:

Волго-Нефть пр.558+Танкер пр.587

4-ая группа:

Танкер пр.587+Танкер пр.Р77

5-ая группа:

Танкер пр.Р77

6-ая группа:

Толкач пр.947+Баржа пр.403Б+Баржа пр.458

7-ая - 21-ая группа (15 групп):

Волго-Дон пр.1565+Большая Волга пр.576,II

22-ая - 23-ая группа (2 группы):

Большая Волга пр.576,II+Волго-Балт пр.2-95А

24-ая - 28-ая группа (5 групп):

Волго-Балт пр.2-95А+Сухогруз пр.488/А

29-ая - 36-ая группа (8 групп):

Толкач пр.947+Баржа пр.1787-У+Баржа пр.461Б

37-ая группа:

Толкач пр.947+2ЧБаржа пр.461Б

38-ая группа:

Толкач пр.947+Баржа пр.461Б+Сухогруз пр.488/А

39-ая - 42-ая группа (4 группы):

2ЧСухогруз пр.1743

43-ая - 51-ая группа (9 групп):

Сухогруз пр.613+Сухогруз пр.Р97

52-ая - 55-ая группа (4 группы):

Толкач пр.947+3ЧБаржа-цементовоз пр.Р113

56-ая группа:

Толкач пр.947+2ЧБаржа-цементовоз пр.Р113

57-ая - 59-ая группа (3 группы):

Состав пр.05074 типа «Волго- Дон» с приставкой

60-ая - 64-ая группа (5 группы):

Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567

65-ая - 67-ая группа (3 группы):

Толкач пр.947+Плот

68-ая - 70-ая группа (3 группы):

Пассажирское судно

71-ая - 72-ая группа (2 группы):

Техническое судно

Для получения высокой пропускной способности шлюза необходимо организовать работу шлюза так, чтобы 75% от общего количества групп совершали двустороннее шлюзование и 25% - одностороннее.

- количество двухсторонних шлюзований

- количество односторонних шлюзований

1-ая - 21-ая, 29-ая - 51-ая, 60-ая - 67-ая, 71-ая - 72-ая группы совершают двустороннее шлюзование

22-ая - 28-ая, 52-ая - 59-ая,68-ая - 70-ая группы совершают одностороннее шлюзование.

Определение времени шлюзования.

- время, затрачиваемое на одностороннее шлюзование:

где - время, затрачиваемое судном на вход в шлюз при одностороннем движении

,

где - длина пути входа судна в шлюз, м, рассчитываемый по формуле



- скорость входа судна в шлюз (принимается по таблицам);

- время открывания и закрывания ворот, принимаемое 150 сек;

=601 с. - время наполнения камеры, принимаемое по гидравлическому расчету;

- время, затрачиваемое судном на выход из шлюза при одностороннем движении

,

где - длина пути выхода судна из шлюза, рассчитываемая по формуле:

- скорость выхода судна из шлюза (принимается по таблицам)

- время, затрачиваемое на двухстороннее шлюзование:

где - время, затрачиваемое судном на вход в шлюз при одностороннем движении

,

где - длина пути входа судна в шлюз, м, рассчитываемый по формуле

- скорость входа судна в шлюз (принимается по таблицам);

- время, затрачиваемое судном на выход из шлюза при одностороннем движении

,

где - длина пути выхода судна из шлюза, рассчитываемая по формуле

- скорость выхода судна из шлюза (принимается по таблицам)

Расчет времени шлюзования сведен в таблицу 7.

Определение времени шлюзования различных судов.

Таблица 7

Тип судна	Lвх, м	Lвых, м	Vвх, м/с	Vвых, м/с	tвх, с	tвых, с	tворот, с	Tнаполн, с	Tшл, с
Односторонние шлюзования
Скоростные	420,00	330,00	2,0	3,0	210	110	150	601	2122
Самоходные			1,0	1,4	420	236			2458
Толкаемые			0,9	1,2	467	275			2544
Буксируемые			0,7	1,0	600	330			2732
Плоты			0,6	0,6	700	550			3052
Двухсторонние шлюзования
Скоростные	770,20	770,20	2,0	3,0	385	257	150	601	1415
Самоходные			1,0	1,4	770	550			1946
Толкаемые			0,9	1,2	856	642			2078
Буксируемые			0,7	1,0	1100	770			2386
Плоты			0,6	0,6	1283	1283			2825

Определение времени шлюзования.

Дополнительное время, необходимое для входа и выхода второго, третьего и т.д. судна (состава):

где п - количество судов (составов), стоящих в камере.

Время одностороннего шлюзования судов (составов):

Время двустороннего шлюзования судов (составов):

Определяем время шлюзования для всех сформированных групп.

1-ая - 2-я группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

3-я группа:

n=2 -2Чсамоходное судно



4-ая -группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

5-ая группа:

n=1- самоходное судно

6-ая группа:

n=1-толкаемый состав

7-ая - 21-я группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

22-ая - 23-ая группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

24-ая - 28-ая группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

29-ая - 36-ая группа:

n=1- толкаемый состав

37-ая группа:

n=1- толкаемый состав

38-ая - группа:

n=2- толкаемый состав и самоходное судно

39-ая - 42-ая группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

43-ая - 51-ая группа:

n=2 - 2Чсамоходное судно

52-ая - 55-ая группа:

n=1- толкаемый состав

56-ая группа:

n=1- толкаемый состав

57-ая - 59-ая группа:

n=1- буксируемый состав

60-ая - 64-ая группа:

n=2- толкаемый состав и самоходное

65-ая - 67-ая группа:

n=1- плот

68-ая - 70-ая группа:

n=1- пассажирское судно

71-ая - 72-ая группа:

n=1- техническое судно

Суммарное время работы шлюза, необходимое для пропуска через него всех вариантов групп судов (составов):

Т.к. >17 ч, то требуется 2-3 нитки шлюза.

10.Расчет стены шлюза

Определение класса сооружения.

1) В зависимости от последствий аварии шлюза класс сооружения выбирается по его высоте

Принимаем III класс

2) В зависимости от последствий, возникающих при нарушении эксплуатации сооружения, класс выбирается исходя из следующего:

судоходный шлюз относится к основному сооружению, и, т.к. осадка судов , оно расположено на сверхмагистральных водных путях. Следовательно, принимаем II класс. Кэффициент надежности Кн=1,2.

Окончательно принимаем II класс сооружения.

Поперечный профиль камеры шлюза.

Необходимо определить толщину стены камеры шлюза. Для этого на вертикали выбираем несколько расчетных сечений: 1-1 на уровне поверхности полной засыпки и сечение 4-4, которое располагается поверху вута.

В поперечных сечениях 1-1, 4-4 определяются теоретические значения толщины стены по формуле:

где - расстояние по вертикали от верха стены до рассматриваемого сечения.

Н4=15,0 м.

Практический профиль строят принимая .

где

Для предотвращения образования трещин принимаю

где ц - расчетная величина угла внутреннего трения песка средней крупности, равная 30°

сгр·g - осредненная расчетная величина объемного веса грунта засыпки, учитывающая насыщение водой ее части, расположенной ниже поверхности грунтовых вод, кН/м3

К - коэффициент, равный 0,15 для стали класса А-III

Rр - расчетное сопротивление арматурной стали растяжению, равное 340МПа для стали класса А-III

- коэффициент сочетания нагрузок, равный для основного сочетания 1

Kн- коэффициент надежности, равный для II класса сооружений 1,2

n- коэффициентотношение модулей упругости, равный 8,75.

Принятую величину h4 сравним с толщиной стен эксплуатируемых шлюзов, спроектированных с допущением трещин, ограниченной ширины:

- условие выполняется.

В курсовом проекте уклон тыловой грани принят постоянным:

Тогда

Поперечный профиль камеры шлюза показан на рис.11.

Нагрузки и воздействия

Учитываются следующие нагрузки:

1) Постоянные

- собственный вес сооружения, вертикальное давление от веса грунта и его боковое давление;

- давление фильтрационных вод по подземному контуру сооружения

2) Временные длительные

- боковое реактивное давление грунта

3) Кратковременные

-нагрузки от подъемных, перегрузочных и транспортных устройств

- нагрузки от веса ремонтных и временно складируемых на поверхности засыпки материалов.

Для основного сочетания нагрузок коэффициент

Вычисление собственного веса стены и вызываемых им усилий.

Расчетная схема приведена на рис.12

Производится в сечениях 2 - 2 и 3 - 3. Расчет выполняется для одного погонного метра длины стены.

Величины, входящие в расчетные формулы:

- объемный вес бетона;

- коэффициент перегрузки;

и - плечи сил и относительно середины i-i сечения;

- расчетный изгибающий момент в сечении стены, вызываемый ее собственным весом относительно центра тяжести сечения(точки и ), ;

- расчетная продольная сжимающая сила в сечении i-i, кН;

- расчетная поперечная сила в сечении i-i, кН;

Расчет сведен в таблицу №7.

Таблица №8

Усилия в расчетных сечениях стены от ее собственного веса

i
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	1,0	0	0,11	1,00	-	-	-	-	-	-	0,00
2		4,25		1,47	111,6	26,2	0,24	0,41	15,8	137,8
3		8,5		1,94	210,0	104,9	0,44	0,35	62,0	314,9

Где - толщина стены в сечении;

Вычисление бокового давления грунта.

Расчетная схема приведена на рисунке 13. Расчет приведен в таблице 9.

Данные для расчета:

- полезная нагрузка на поверхности засыпки;

- коэффициент перегрузки;

- расчетная величина вертикального напряжения в грунте на уровне сечения i-i;

- объемный вес грунта засыпки;

- объемный вес грунта засыпки во взвешенном состоянии;

- коэффициент горизонтальной составляющей давления покоя;

- коэффициент бокового расширения грунта, равный 0,3;

- расчетная интенсивность горизонтального давления грунта на условную вертикальную поверхность АВ, кН;

- равнодействующая соответствующей части эпюры горизонтального давления грунта;

- плечо силы относительно сечения i-i;

, , - усилия в расчетных сечениях, соответственно в кН•м, кН, кН.

Таблица №9

Усилия в расчетных сечениях от бокового давления грунта.

i
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	0	24,0	0,3	0,43	10,3	-	-	-	-	-
2	4,25	115,8			49,8	127,7	1,66	212,0	0	127,7
3	8,5	207,6			89,3	295,6	1,92	1322,2		423,3
4	15,0	285,6			122,8	689,3	3,08	-	-	-
5	18,0	321,6			138,3	391,6	1,47	-	-	-

Где ; ;

;

;



; ;

Вертикальное давление грунта на стенку.

Расчетная схема приведена на рисунке 14. Расчет сведен в таблицу 10.

Расчетное вертикальное напряжение зависит от веса соответствующего столба грунта и нагрузки на поверхности. В ремонтном случае временную нагрузку располагают правей условной вертикали АВ и не учитывают на участке СА, так как она уменьшает величины изгибающих моментов в расчетных сечениях.

Исходные данные для расчета:

- коэффициент перегрузки;

; ;

- плечи сил относительно середины сечений i-i;

, , - усилия в расчетных сечениях, соответственно в кН•м, кН, кН.

Таблица №10

Усилия в расчетных сечениях от вертикального давления грунта

1	1,00	0	0,11	-	-	-	-	0
2	1,47	4,25		19,7	0,58	-11,4	19,7
3	1,94	8,5		78,7	0,67	-52,7	78,8

Боковое реактивное давление грунта.

Величину давления принимаем равной 15% от величины . Считаем, что давление не влияет на величины продольных и поперечных сил.

Расчет показан в таблице 11.

Таблица №11

Боковое дополнительное реактивное давление грунта

i
1	-	0	0
2
3

Гидростатическое давление грунтовых вод на стенку.

Расчетная схема приведена на рисунке 15.

Расчет приведен в таблице 12.

Данные для расчета:

-интенсивность горизонтального давления воды на уровне воды в сечении 4-4;

- расчетная величина равнодействующей горизонтального давления воды на часть стены, расположенную выше сечения 4-4;

- расчетная величина равнодействующей вертикального давления воды на часть стены, расположенную выше сечения 4-4;

- коэффициент перегрузки;



Таблица №12

Нагрузки и усилия от г/ст. давления воды

i
4	65	211,3	23,2	2,17	1,11	432,8	23,2	211,3

Где;

;

;

;

Теперь можно построить суммарные эпюры М, N, Q, действующие в соответствующих сечениях (рис 17).

В таблице12 приведены необходимые данные для построения эпюрТаблица 13

i	Собственный вес стены	Боковое давление грунта	Вертикальное давление грунта	Дополнительное боковое давление грунта	Гидростатическое давление воды со стороны засыпки	Суммарные усилий в сечениях
	M, кН·м	N, кН	Q, кН	M, кН·м	N, кН	Q, кН	M, кН·м	N, кН	Q, кН	M, кН·м	N, кН	Q, кН	M, кН·м	N, кН	Q, кН	M, кН·м	N, кН	Q, кН
1	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
2	15,8	137,8	0	212,0	0	127,7	-11,4	19,7	0	31,8	0	0	-	-	-	216,4	157,5	127,7
3	62,0	314,9	0	1322,2	0	423,3	-52,7	78,8	0	198,3	0	0	-	-	-	1331,5	393,7	423,3

Эпюра суммарных усилий (M, Q, N) представлена на рис.16.

Подбор сечения арматуры.

Армирование стен шлюзов.

Производится расчет прочности поперечных сечений с подбором арматуры.

Предварительно необходимо проверить сечение на срез при действии поперечной нагрузки

,

где - коэффициент надежности;

- коэффициент сочетания нагрузки;

- расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении;

- коэффициент условий работы бетона для плитной конструкции;

- расчетная призменная прочность бетона на сжатие ;

;

- рабочая высота рассматриваемого поперечного сечения, определяемая по формуле:

, м

где - высота сечения.

- расстояние от внешней грани стены до центра тяжести продольной растянутой арматуры:

; м



где толщина защитного слоя, принимаемая ;

- диаметр рабочей продольной растянутой арматуры.

Эта проверка проводится для каждого сечения. Если условие не выполняется, то необходимо увеличить высоту сечения.

Также необходимо определить эксцентриситет расчетной силы относительно центра тяжести растянутой арматуры, м:

,

где - эксцентриситет расчетной силы относительно середины рассматриваемого сечения .

При этом необходимо, чтобы выполнялось условие , здесь - коэффициент, учитывающий прогиб внецентренно сжатого элемента, принимаемый равным 1,0.

Расчет арматуры проводится в следующем порядке:

- Определяется площадь поперечного сечения сжатой арматуры по формуле:

где - расчетная сжимающая сила в i-м сечении;

- коэффициент условий работы бетона и арматуры, принимаемые равными 1,0;

- коэффициент, определяемый по формуле:

- граничное значение высоты сжатой зоны, равное 0,65 (для бетона марки М250). - толщина защитного слоя от внутренней грани стены до центра тяжести сжатой арматуры;

и - расчетные сопротивления арматуры растяжению и сжатию. Для арматуры класса А-III.

- Вычисляется значение поперечного сечения растянутой арматуры (при):

;

Если величина или конструктивного минимума, то расчет производят так:

- принимается величину равной конструктивному минимуму.

( - процент армирования сечения, принимаемый для расчетов равным 0,1%).

- вычисляется величину :

.

Затем по таблицам находится значение относительной высоты сжатой зоны отвечающее значению .

- вычисляется площадь растянутой арматуры

; мІ.



- Подбираются значения площадей арматуры, расставляемые в сечении в 1-2 ряда. При этом расстояние в свету между стержнями должно быть не менее 2,5d, и не менее 5см. Используется арматура диаметром от 25 до 60 мм.

- вычисляется процент армирования

.

Данные расчет выполняться для сечений 2-2, 3-3.

Сечение 2-2

Проверка на срез:

- условие выполняется

- проверка выполняется

Вычисление площади арматуры:

Принимается по конструктивному минимуму:



Тогда в сечении необходимо установить стержни

1ст. Ш40 класса AIII принята меньше так, как точность инженерных расчетов составляет 5%.

1ст. Ш40 класса AIII

Процент армирования

Сечение 3-3

Проверка на срез:

- условие выполняется

- проверка выполняется

Вычисление площади арматуры:

Принимается по конструктивному минимуму:

Тогда (с учетом арматуры в сечении 2-2, проходящей по всей высоте стены) в сечении 3-3 необходимая площадь арматуры:

Принимается: 1Ш28, ,

1Ш28, ,

Процент армирования

Армирование стены показано на рис.17.

11. Статический расчет неразрезного железобетонного днища камеры

Расчет выполняется по методу Жемочкина для балки на упругом основании. Идея метода - замена грунта основания наусловных стержней. Тогда, усилия в стержнях и будут являться неизвестными реакциями грунта основания.

Определение сил, действующих на днище.

- расчетная нагрузка на днище от его собственного веса:

- давление грунтовых вод на днище

- силы, передаваемые от стены на днище (рис. 18)

а) горизонтальная сила

б) вертикальная сила

в) момент, приложенный к днищу из-за переноса сил в точку А

- пригрузка, действующая на основание:

Расчет днища

Расчетная схема - рис.19.

1) Вычисляется показатель гибкости днища t:

где - модуль деформации грунта.

- модуль упругости бетона.

- полупролет балки.

Так, как , то гибкостью днища можно пренебречь и расчет выполняется как для абсолютно жесткой балки.

При этом учитываются следующие нагрузки:

Изгибающие моменты, приложенные по концам днища не учитывают, так как при абсолютно жесткой балке они взаимно компенсируют друг друга и не вызывают реактивных давлений грунта на подошву днища.

Таблица №13

Расчет оти .

	0.625	1.875	3.125	4.375	5.625	6.875	8.125	9.375
	0.08280	0.08290	0.08360	0.08370	0.08570	0.08990	0.09870	0.19270
	0.14664	0.14682	0.14806	0.14823	0.15177	0.15921	0.17480	0.34127
	0.01720	0.01700	0.01640	0.01560	0.01400	0.00990	0.00150	-0.09160
	0.01280	0.01265	0.01220	0.01161	0.01042	0.00737	0.00112	-0.06815
	0.1594	0.1595	0.1603	0.1614	0.1622	0.1666	0.1759	0.2731



Вычисляются расчетные усилия M, N, Q в днище, рассматривая его половину как консольную балку, загруженную известными силами, моментом М и продольной сжимающей силой Е.

Узловые нагрузки Р1 и Х1 вычисляем по формулам:

где - шаг опор (рис 20).

2) Обобщённая узловая нагрузка:

3)Рассчитываем правую часть эпюры М (левая часть симметрична правой).

i	1	2	3	4	5	6	7	8
М, кН*м	3885.80
P, кН	1933.20
с, м	1.250
Р1, кН	-20.31
Xi, кН	199.29	199.33	200.32	201.75	202.74	208.22	219.89	341.40
Mi, кН*м	-5067.54	-4933.09	-4524.12	-3839.98	-2879.15	-1640.12	-118.86	1695.37

Мк = М

Рассчитаем эпюру Q -она будет кососимметричной.

i	1	2	3	4	5	6	7	8
Xi, кН	199.29	199.33	200.32	201.75	202.74	208.22	219.89	341.40
Р, кН	1933.20
Р1, кН	-20.31
Qi, кН	0.25	217.36	437.00	657.63	879.69	1102.75	1331.28	1571.49

Qк = Р

ЭпюраN-const

N = - E = -1504,2кН.

Эпюры показаны на рис.20.

12. Двустворчатые ворота

Высота створки ворот:

, м

где:

= 0,3 м - возвышение створки ворот над УВБ, связанное с волнением;

= 0,12 м - понижение оси нижнего ригеля относительно порога.

8,00 + 5,00+ 0,3 - 0,12 = 13,18м

Длина створки ворот:

>0,75 - ворота ригельные

Ригельные двухстворчатые ворота работают как трех шарнирная арка.

Высота поперечного сечения ригеля:

Определение положения ригелей. Расположение конструкций ригельных ворот.

Количество ригелей в одной створке:



, м

где=1,15 м - расстояние между ригелями, расположенными ниже УНБ.

Принимаем n = 9 ригелей

Для определения положения ригелей по высоте створки ворот строится эпюра расчетного гидростатического давления на 1 п. м. створки и интегральная кривая давления.

В камере принимаем УВБ, а с низовой стороны ворот - УНБ.

Построение интегральной кривой давления

у, м	0	1	2	3	4	5	6	7	Н = 8,00
Р, кН/п.м.	0.00	4.91	19.62	44.15	78.48	122.63	176.58	240.35	313.92

у, м	P, кН/п.м.
Н + 2 = 10
Н + Sп - ан = 12,88

Нижняя ордината разбивается на (n-1) равных отрезков:

и графически определяетсяположение равно загруженных ригелей. В верхней части ворот ставятся дополнительные ригели для уменьшения пролета обшивки.

Схема к определению положения ригелей представлена на рис.21.

Набором ворот называются ребра жесткости, на которые опирается обшивка. В набор входят сами ригели, стрингеры, диафрагмы, створный и вереяльные столбы.