Расчёт нагрузок на элементы конструкций докового типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт открытого дистанционного обучения

Кафедра гидравлики

Курсовая работа

По дисциплине: «Гидравлика»

На тему: «Расчет нагрузок на элементы конструкций докового типа»

Выполнил студент

гр. ПГС 600/1

Гузов С.В.

Проверил преподаватель

Волкова Н.Ю.

Нижний Новгород 2012 г.



Содержание

1. Цель работы

2. Определение нагрузок на рабочие секции дока

2.1 Определение длины рабочей секции дока

2.2 Определение гидростатического давления и построение эпюр в точках рабочей секции дока

2.3 Определение силы гидростатического давления и точек ее приложения на боковой стенке рабочей секции дока

2.4 Определение нагрузки и точки ее приложения на донной поверхности рабочей секции дока

3. Распределение ригелей на кормовую часть дока

3.1 Определение гидростатического давления и построение эпюр в точках кормовой части дока

3.2 Распределение ригелей и определение точек их приложения на кормовой части дока

4. Определение нагрузки и точки ее приложения носовой секции дока

4.1 Определение гидростатического давления и построение эпюр в точках носовой секции дока

4.2 Определение силы гидростатического давления и точек ее приложения на боковой стенке носовой секции дока

4.3 Определение нагрузки и точки ее приложения на цилиндрической поверхности носовой секции дока

5. Определение грузоподъемности дока при частичном заполнении камеры водой



1. Цель работы

Ш Определение нагрузок на конструктивные элементы дока и точек их приложения;

Ш Распределение ригелей на кормовой части дока;

Ш Определение грузоподъемности дока при частичном заполнении камеры водой.



2. Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока

Рабочая секция дока состоит из трех нагруженных стенок: две боковые вертикальные, прямоугольные, равно загруженные и одна донная, горизонтальная, прямоугольная.

2.1 Определение длины рабочей секции дока

По формуле:

, м

где L - длина дока по днищу, (м)

m - число секций.

35,6/4 = 8,9 м

2.2 Определение гидростатического давления и построение эпюр в точках рабочей секции дока

док гидростатический давление грузоподъёмность

Гидростатическое давление p, действующее на боковые поверхности рабочей секции дока определяется по формуле:

p=с·g·h, Па (1)

где с - плотность жидкости (воды равна 1000)

g - ускорение свободного падения (9,8)

h - вертикальное заглубление рассматриваемой точки, (м)

Для точки «1» -= 0, следовательно, p1= 0.

Для точки «2» - = a-c,

= 4,45-1,35 = 3,10 м.

следовательно, = с·g·(a-c), Па

=1000·9,8·3,10=30,38 кПа

Определяем точку приложения силы:

, м (2)

где - момент инерции рабочей секции дока (),

который определяется по формуле:

= 22,09

м

2.3 Определение силы гидростатического давления и точек ее приложения на боковой стенке рабочей секции дока

P₁= с·g·h_c1·S₁, H (3)

где h_c1 - вертикальное заглубление центра тяжести боковой поверхности рабочей секции дока, (м)

h_c1=,м

h_c1== 1,55 м

S₁ - площадь рассматриваемой поверхности, м²

S₁= (a-c) · L_c ,м²

S₁= (4,45-1,35) · 8,9 = 27,59м²

Полученные значения подставим в формулу (3), получим:

С₁ = 1000·9,8· 1,55·27,59 = 419,09кН

2.4 Определение нагрузки и точки ее приложения на донной поверхности рабочей секции дока

Сила гидростатического давления P₂ , действует на днище рабочей секции дока, которое имеет форму прямоугольника:

P₂= с·g·h_c2·S₂, H

где h_c2 - вертикальное заглубление центра тяжести днища рабочей секции дока, (м)

S₂- площадь поверхности днища, (м²)

h_c2 = h = (a-c), м

h_c2 = 4,45-1,35=3,10 м,

S₂ = L · b, м²

так как нагрузка распределена равномерно, то точки исовпадают.



3. Распределение ригелей на кормовую часть дока

Ригель - ребро жесткости воспринимающее основную нагрузку. Ригели распределяются, исходя из условия равно загруженности.

3.1 Определение гидростатического давления и построение эпюр в точках кормовой части дока

Общая нагрузка от воды на торцевую стенку определяется по формуле(3)

h_c=,м

h_c== 3,10 м

Значение площади равно:

S = b · (a-c), м²

S = 6,30 · (4,45-1,35) = 19,53 м²

Подставим полученные значения в формулу (3), получим:

P₂ = 1000·9,8 ·1,55 ·19,53 = 296,66 кН

3.2 Распределение ригелей и определение точек их приложения на кормовой части дока

Нагрузка, приходящаяся на один ригель (из условия равной загруженности) определяется:

P_риг= , Н

P_риг = = 98,88 кН

при h₁ = 0 и угле наклона стенки б = , sin=1, подставив в формулу

h₂ , м

получим:

h_2(Й) = 1,79м

h_2(II) , м

h_2(II) = 2,53 м

h_2(III) , м

h_2(III) = 3,58 м

Таблица 1 К определению точки приложения ригелей

№ ригеля	h1, м	h2, м	hD, м
Й	0	1,79	1,19
II	1,79	2,53	1,66
III	2,53	3,58	2,68

Центр давления h_D для каждой площадки определяется по формуле:

м

м

м

м



4. Определение нагрузки и точки ее приложения носовой секции дока

Носовая секция дока состоит из двух вертикальных сложных равно загруженных поверхностей и одной носовой, цилиндрической.

4.1 Определение гидростатического давления и построение эпюр в точках носовой секции дока

Гидростатическое давление р определяется по формуле (1):

при = 0, следовательно, p= 0.

=,м

= =1,55 м.

следовательно, = с·g·(a-c), Па

=1000·9,8·3,1=30,38 кПа

Значение площади равно:

S = b · (a-c), м²

S = 6,30 · (4,45-1,35) = 19,53 м²

Подставим полученные значения в формулу (3), получим:

P₂ = 1000·9,8 ·1,55 ·19,53 = 296,66 кН

4.2 Определение силы гидростатического давления и точек ее приложения на боковой стенке носовой секции дока

Боковая поверхность описывается фигурой состоящей из четверти круга радиусом R=4,10 м и части прямоугольника.

Расстояние от уровня воды до дна дока по вертикали разбиваем на пять равных частей получаем:

= == 0,86 м

Образующие площади боковой поверхности неправильной формы заменяются равновеликими по площади прямоугольниками.

Для каждого вычисляем силы гидростатического давления и точки их приложения. Расчет сводим в таблицу 2. Подсчеты ведутся по следующим формулам:

P_n = с·g·b·sinб·, кН (8)

h_Dn= · м (9)

где b - ширина расчетного прямоугольника из рисунка 3, (м)

, - вертикальное заглубление от поверхности уровня воды до верхней и нижней граней прямоугольника, (м)

Sinб - угол наклона боковой поверхности к горизонту,(б=, sin=1)

Таблица 2 Расчет сил гидростатического давления на элементы боковой поверхности

№ прямоугольника	bn, м	Заглубление, м	Pn , кН	hDn
1	3,9	0	0,62	7,35	0,76
2	3,6	0,62	1,24	20,29	0,95
3	3,2	1,24	1,86	30,10	1,57
4	2,6	1,86	2,48	34,27	2,18
5	1,5	2,48	3,1	50,86	2,80



P_n1 = 1000 · 9,8 · 3,9 · = 7,35 кН

P_n2 = 1000 · 9,8 · 3,6 · = 20,29 кН

P_n3 = 1000 · 9,8 · 3,2 · = 30,10 кН

P_n4 = 1000 · 9,8 · 2,6 · = 34,27 кН

P_n5 = 1000 · 9,8 · 1,5 · = 50,86 кН

Равнодействующая сила гидростатического давления находится суммированием:

P= , кН

P= 7,35+20,29+30,10+34,27+50,86=142,87 кН

Точка приложения этой силы относительно осей x и y на рис.3 находится по теореме Вариньона: сумма моментов составляющих элементарных сил равна моменту равнодействующей относительно одной и той же оси.

X_D= , м

X_D= = 1,27 м

h_D(I)= = = 0,76 м

h_D(II)= = = 0,95 м

h_D(III)= = = 1,57 м

h_D(IV)= = = 2,18 м

h_D(V)= = = 2,80 м

y_D= , м

y_D= = 2,02 м

4.3 Определение нагрузки и точки ее приложения на цилиндрической поверхности носовой секции дока

Для того чтобы определить действующую гидростатическую нагрузку криволинейную поверхность вертикально-плоской прямоугольной стенкой той же ширины. Горизонтальная сила P_r находится по формуле (3):

S = 7,0 ·4,3 = 30,1 м²

P_r= 1000 · 9,8 · 2,15 · 30,1 = 643,2 кН

Величина силы P_h находится по формуле:

P_h = с · g·V_т.д. ,Н (10)

где V_т.д.- объем тела давления, м³ , можно легко найти используя данные рисунка 3.

V_т.д. = (1,7+2,85+3,5+3,9+4,1) · 0,86 ·7,0 = 96,62 м³

P_h= 1000 · 9,8 · 96,62 = 947,84 кН

Так как силаP_hпроходит через центр тяжести тела давления и тело давления не заполнено водой, то эта сила выталкивающая и направлена вверх. Из рисунка 3 видно, что центр тяжести относительно оси х равен:

х_D = 1,5 м

Результирующая сила от гидростатической нагрузки на цилиндрическую поверхность находится по формуле:

P= , Н (11)



Угол наклона определяется зависимостью:

tgб =

tgб = = 1,4736

Этому значению соответствует угол б = 56⁰

P = = 1145,47 кН

Графически положение силы Р на рисунке 4 находится следующим образом:

· Строится в нужном масштабе треугольник сил;

· Линии действия сил P_r и P_hпроводится до их пересечения;

· Точка пересечения определит линию действия результирующей силы Р, а приложена эта сила к обшивке корпуса носовой секции дока (рисунок 4).



5. Определение грузоподъемности дока при частичном заполнении камеры водой

Грузоподъемность дока q - это максимальная масса груза которую возможно в один прием поднять и переместить, измеряется в кг., тоннах.

В расчете определяем вес поднимаемого груза Р_гр при частичном заполнении камеры водой.

Р_гр = Р_арх - G, кН

где Р_арх - выталкивающая (архимедова) сила

G -собственный вес дока, т (G = 120 т)

Р_арх = с·g·V, кН

где V - объем погруженной в воду части дока, не заполненной водой, м³

объем определяется по формуле:

V = S_общ·b, м³

Sобщ = S₁+S₂+S₃, м²

S₁ = 35·(4,40-1,40-0,8) = 77 м²

S₂ = 2·(-0,8) = 2,8м²

S₃ = = 4,56м²

Sобщ = 77+2,8+4,56 = 84,36м²

V = 84,36·6,10 = 514,6 м³

Р_арх = 1000·9,8·514,6 = 5043,1 кН

Р_гр = 5043,1 - 130 = 4913,1 кН

Массу груза можно определить так:

m_гр =, т

m_гр ==501,34 т

Максимальная масса груза, которую может транспортировать док равна 501,34 т.



Литература

1 «Расчет нагрузок на элементы конструкций докового типа» - методические указания, НН. ННГАСУ. - 2004 г.

2 ГОСТ 21.04-2006 ЕСКД «Основные надписи»

3 ГОСТ

Размещено на Allbest.ru