Бетонный шлюз и судоходный канал

Устройство ригельных двустворчатых ворот представлено на рис.22.

Статический расчет элементов створки ворот.

Обшивка.

Обшивка рассматривается, как панель, защемленная по двум сторонам.

Расчет выполняется под УНБ, где гидростатическое давление равно .

Плита работает на изгиб, поэтому толщина плиты определяется из условия прочности на изгиб и условия устойчивости плиты:

где = 0,75 - опытный коэффициент;

= 1,2- коэффициент надежности;

= 1 - коэффициент сочетания нагрузок;

а и с - соответственно длины короткой и длинной сторон панели, м

с =2,5м

= 220МПа- расчетное сопротивление стали при изгибе (лист)

= 1 - коэффициент условий работы обшивки;

q -интенсивность гидростатического давления воды, кН/м2

Принимаем = 7 мм по условиям проведения сварочных работ.

Стрингер.

Стрингеры являются дополнительными продольными ребрами жесткости. В расчетном отношении являются многопролетной неразрезной статически неопределимой балкой, опирающейся на диафрагмы.

Задаемся сечением стрингера в виде швеллера.

Высота стрингера:

Принимаем по ГОСТ 8278-83швеллер гнутый равнополочный 250х60х5.

= 60 мм - ширина полки швеллера;

= 5 мм - толщина полки;

= 250 мм - высота швеллера:

= 5мм - толщина стенки;

= 17,59 см - площадь сечения швеллера;

= 1414 см - момент инерции швеллера.

В расчетное сечение стрингера входит швеллер и часть обшивки.

Длина обшивки принимается наименьшей из следующих значений:

1) >2, тогда

2), м

3)0,575

Принимаем = 0,375м.

Площадь сечения стрингера:

Статический момент относительно оси x - x:

, см

где расстояние от оси обшивки до оси х - х, см



Положение нейтральной оси 0 - 0:

см

Равномерно распределенная нагрузка, приложенная к стрингеру:

кН/м

Сечение стрингера представлено на рис.23.

Момент инерции стрингера относительно оси 0 - 0:

где

расстояние от оси обшивки до нейтральной оси, м



Построение эпюр M и Q четырех пролетного стрингера.

Расчетная схемастрингера представлена на рис.23. Опорами стрингеров являются диафрагмы. Принимаем их количество 3 и рассматриваем стрингер, как четырехпролетную балку.

Изгибающий момент и поперечная сила равны:

, кН·м

, кН

гдерасстояние между опорами, м

и - коэффициенты построения эпюр M и Q

Расчет изгибающих моментов и поперечных сил приведен в таблицах 12.1 и 12.2

Таблица 12.1.

	qстр, кН/м	l, м	М, кН·м
0,077	45,14	2,50	М1 = 21,72
0,036			М2 = 10,15
0,036			М3 = 10,15
0,077			М4 = 21,72
-0,107			МВ = -30,18
-0,071			МС = -20,02
-0,107			МD = -30,18



Таблица 12.2

	qстр, кН/м	l, м	Q, кН
0,393	91,90	2,450	44,34
-0,607			-68,48
0,536			60,47
-0,464			-52,35
0,464			52,35
-0,536			-60,47
0,607			68,48
-0,393			-44,34

Эпюры четырехпролетного стрингера представлены на рис.23.

Проверка прочности стрингера.

Требование к нормальным напряжениям.

Сжатие в обшивке.

, кПа

где Mmax = 30,18кН·м

расстояние от внешней грани обшивки до нейтральной оси, м

<

52724<183333кПа

Условие выполнено.

Растяжение в полке.

, кПа

где расстояние от внешней грани полки стрингера до нейтральной оси, м

<

165540<183333кПа

Условие выполнено.

Требование к касательным напряжениям.

Проверка по поперечной силе Q.

,кН/м2

где - расчетное сопротивление стали при сдвиге, кН/м2

= кН/м

статический момент относительно нейтральной оси, см3

где Fп - площадь сечения полки стрингера, см2



<

85111< 106333кН/м2

Условие выполнено.

Ригель.

Ригель представляет собой балку на двух опорах. Для расчета выбираем ригели, расположенные ниже УНБ.

Ригель является балкой на двух опорах, один конец которой опирается на бетон устоя головы, а другой на ригель соседней створки.

В сечение ригеля входит обшивка, стенка и полка. Ширина обшивки выбирается наименьшей из трех величин:

1) >2, тогда

2), м

Принимаем = 0,35м.

Толщина стенки ригеля:

, мм

Принимаем мм

Толщина полки ригеля такая же, что и стенки:

Ширина задней полки:

, мм

Сечение ригеля представлено на рис.24.

Площадь сечения складывается из площади сечения обшивки, стенки и полки:

где

где высота стенки ригеля равна:

Статический момент ригеля:

, см3

где расстояние от оси обшивки до оси х - х, см

расстояние от оси полки до оси х - х, см

Смещение оси 0 - 0 относительно оси X - X:

, см



см

Момент инерции ригеля относительно оси 0 - 0:

где

расстояние от оси обшивки до нейтральной оси, cм

расстояние от оси полки ригеля до нейтральной оси, cм

Определение опорных реакций в ригеле.

Равномерно распределенную нагрузку, действующую на ригель, расположенный выше уровня НБ, вычисляем по следующей формуле:

, кН/м

Сосредоточенную силу, численно равную давлению воды на рассматриваемую полосу створки, найдем по формуле:

, кН/м

, кН

Из условий симметрии геометрических размеров ригелей и нагрузки на них относительно продольной оси шлюза и условия равновесия любого из ригелей находим направление опорных реакций Rа. По известным величине силы Р и ее направлению, а также направлению реакции Rа строим силовой треугольник, из которого определяем величину опорных реакций по формуле:

Величина опорных реакций:

, кН

На рис.27 показанарасчетная схема к определению опорных реакций в ригеле.

Величину продольной сжимающей силы в ригеле, вызванной опорными реакциями, определяют как проекцию силы Rа на продольную ось:

При установке бокового уплотнения ворот у их низовой грани на торец ворот действует гидростатическое давление воды. Часть этого давления, передаваемого на торец рассматриваемого ригеля, вычисляем по формуле:

Величина полного продольного сжимающего усилия в ригеле:

кН

Схема к определению опорных реакций представлена на рис.28.

Опоры ригелясмещены в сторону НБ, чтобы создать разгружающий момент ригеля и тем самым уменьшить расчетный общий момент.

Изгибающий момент, вызванный внецентренным приложением сил и , равен:

где эксцентриситеты приложения сил и относительно нейтральной оси ригеля 0 - 0

Изгибающий момент в середине пролета балки, вызванный поперечной нагрузкой :

, кН·м

Величина изгибающего момента в расчетном поперечном сечении ригеля определяется как:

, кН·м

, кН·м

Наибольшая величина поперечной силы:

, кН

, кН

Схема к определению величин M и Q в ригеле представлена на рис.25.

Проверка прочности ригеля.

Требование к нормальным напряжениям.

Сжатие в обшивке.



, кПа

где Mmax =Mрасч =847 Н·м

расстояние от внешней грани обшивки до нейтральной оси, м

= 400МПа- расчетное сопротивление стали при изгибе (лист)

<

|-60890|<333333кПа

Условие выполнено.

Растяжение в полке.

, кПа

где расстояние от внешней грани полки ригеля до нейтральной оси, м

<

57770<333333кПа

Условие выполнено.

Требование к касательным напряжениям.

Проверка по поперечной силе Q.

,кН/м2

где - расчетное сопротивление стали при сдвиге, кН/м2

= кН/м

статический момент относительно нейтральной оси, см3

где

<

5351<193333кН/м2

Условие выполнено.

Определение мощности двигателя.

где:

максимальный момент сил, действующих на ворота;

угловая скорость вращения створки ворот

время открывания ворот;

КПД привода двигателя.

1. момент сил трения:

где:

коэффициент трения: ;

диаметр шипа гальсбанта: ;

диаметр пяты ворот: ;

горизонтальная составляющая реакция пяты и реакции гальсбанта, тс.

где:

собственный вес створки ворот, тс

временная расчетная нагрузка на мостике створки, тс.

Таким образом:

2. Момент гидродинамических сил сопротивления воды движению створки:

где средняя скорость движения створки, численно равная скорости движения середины полотна;

3. Момент гидростатических сил, действующих на створку в связи с местным повышением уровня воды около створки при ее движении, инерционными колебаниями уровня воды в камере и волновыми колебаниями воды в канале:

где:

местный перепад уровней воды у створки, вызванный ее движением;

перепад воды у створки, вызванный инерционными колебаниями уровня воды в камере и волновыми колебаниями уровня воды в камере.

Таким образом:

4. Момент от давления ветра на подводную часть створки ворот:

где:

расчетное давление ветра на створку ворот;

угол, образованный направлением створки и нормалью к продольной оси шлюза.

Таким образом:

5. Момент сил инерции створки:

Следовательно, приближенная величина максимального момента перечисленных сил, действующих на ворота, равна:

Тяговое усилие, необходимое для движения створки при действии сил, вызывающих , равно:



где:

расстояние от точки приложения тягового усилия к створке до ее оси вращения, м.

Таким образом, искомая мощность двигателя будет равна:

Список литературы

1. «Расчет бетонного шлюза», методические указания по курсовому проекту ЛИВТ, Ленинград, 1982 год.

2. «Судоходные шлюзы», учебное пособие А.М. Гапеев, П.А. Гарибин, СПбГУВК, СПб, 2004 год.

3. «Шлюзованные водные пути и судоходные каналы», учебное пособие А.М. Гапеев, СПбГУВК, СПб, 2004 год.

4. Конспект лекций

5. СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на ГТС» Стройиздат, М, 1983 год.

Размещено на Allbest.ru