Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. МАКАРОВА»

Кафедра гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики

Курсовой проект

Бетонный шлюз и судоходный канал

Дисциплина " Судоходные ГТС "

Выполнил: ст. гр. ГТ-43

Юрин А.

Проверила: Жигновская Д.В.

Санкт-Петербург

2017



Содержание

1. Определение полезных размеров камеры шлюзов

2. Выбор системы питания шлюза

3. Расчёт системы питания

3.1 Определение размеров элементов системы питания и верхней головы шлюза

3.2 Определение размеров элементов системы питания и нижней головы шлюза

4. Гидравлический расчет шлюза

5. Выбор класса сооружения

6. Расчёт прочности бетонных стен

7. Статический расчёт неразрезного днища камеры

Список литературы

1. Определение полезных размеров камеры шлюза

Основными габаритами шлюза являются полезные размеры ее камеры: длина L_пк, ширина В_пк и глубина на порогах верхней и нижней голов h_п. Полезные размеры камеры шлюза определяются согласно СНиП 2.06.07-87 по зависимостям.

1) 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

2) Полезная ширина камеры шлюза определяется по следующей формуле:

шлюз питание размер бетонный

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

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

=0,4 м при

По сетке СНиП принимаю .

3) 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:

.

- глубина воды в камере, отсчитываемая от расчетного наинизшего уровня:

, м

где а_п = 0,5 м-- возвышение порога нижней головы над днищем камеры;

м.

- высота стены:



,

где а -- возвышение верха стен над расчетным наивысшим уровнем воды: а = 2,0 м -- при глубине выше 3,2 м;

м.

2. Выбор системы питания шлюза

В соответствии со СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стенки, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» при напоре Н_к 15 м и при не выполнении условия, требуется сопоставление технико-экономических показателей (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;

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

1,15L_пк B _пк =1,15*300*20=6900 м ² -- площадь зеркала однокамерного шлюза;

- относительное время открытия затворов;

- площадь живого сечения камеры при уровне нижнего бьефа;

- допустимая величина продольной составляющей гидродинамической силы;

-- площадь погруженной части судна по миделю.

W =-- водоизмещение одиночного расчетного судна или толкаемого состава, кН;

где д=0,60-0,65 - коэффициент полноты водоизмещения.

Площадь поперечного сечения погружённой части наибольшего судна в расчётном составе при последовательном расположении судов (в кильватер).

Если величина минимально допустимого времени наполнения окажется 15 мин, то в этом случае допускается принять головную систему наполнения как наиболее простую и экономичную

При принимаем сосредоточенную (головную) систему питания при наполнении из-под плоского подъёмно-отпускного затвора. Наиболее распространенной разновидностью системы опорожнения в шлюзах с головным наполнением камер считается система опорожнения через короткие обходные галереи, расположенные в устоях нижней головы.

3. Расчет системы питания

3.1 Определение размеров элементов системы питания и верхней головы шлюза

Максимально допустимая площадь водопропускного отверстия определяется из условия обеспечения нормативных величин гидродинамических сил при наполнении:

где м_о=0,6- коэффициент расхода системы питания при подъеме затвора на полную высоту;

- напор на пороге верхней головы, м;

Определяется полный размер водопропускного отверстия:

Определяется полная высота подъёма затвора по вертикали:

где - угол при нижней кромке плоского затвора.

Находим длину ниши для рабочих и аварийно-ремонтных ворот выполненных в виде плоских затворов:

Определяем длину входной части для плоских аварийно-ремонтных воротах:

Для плавного направления потока воды в камеру гашения рекомендуется устраивать наклонный неразрезной порог с высотой скоса около 1,00 м и уклоном 1:3,0.

Определяется высота водопропускного отверстия под экраном:

где ,- коэффициенты, учитывающие потери энергии в водопропускных отверстиях верхней головы: для водопропускного отверстия, образуемого при подъёме ворот; - для отверстия под экраном;

- ширина водопропускного отверстия под экраном без учёта толщины опорных бычков (

- наибольшее значение угла направления потока на балочную решётку;

- допустимая по условиям стоянки расчётного судна величина постоянной скорости подъёма затвора при наполнении камеры:



- продолжительность наполнения камеры в первом промежутке времени, определяется по формуле:

Определяется длина участка камеры гашения от стенки падения до экрана:

где - коэффициент, учитывающий качество гасительных устройств;

- высота стенки падения на верхней голове от порога до дна гасительного колодца,

=3м- глубина гасительного колодца, не более 4,0м.

Определяем длину участка распределения потока от внутренней грани экрана до балочной решётки:

Определяем суммарную высоту отверстий между балками распределительной решётки в момент пропуска максимального расхода воды:



где - среднее значение коэффициента, учитывающего потери энергии в отверстиях балочной решётки.

- суммарная высота балок распределительной решетки:

.

- число отверстий, равное числу балок решетки:

где =2,0 м - установленная толщина балки на входе потока.

- средняя высота отверстий при расположении балок с равномерным шагом:

Определяем угол направления потока от дна колодца до дна камеры шлюза:

Находится высота первого отверстия балочной решетки:

;



здесь , коэффициент учитывающий потери в первом от днища камеры отверстии балочной решетки;

- приращение коэффициента, равное для любого отверстия

,

где - значения коэффициентов соответственно у дна камеры и над плитой перекрытия: ; .

От днища камеры откладываются высота первого отверстия h₁ и толщина первой балки распределительной решетки . По условиям незасорения первого отверстия топляками и мусором h₁ должна быть принята не менее 0,4 м. Толщину балок трапецеидального сечения рекомендуется принимать: на входе потока : 0,75; 1,0; 1,5; 2,0 м; соответственно на выходе потока : 0,5; 0,75; 1,0; 1,5 м. Длину балок ?_б рекомендуется принимать соответственно равной; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 - 3,0 м, толщину и длину верхней плиты перекрытия можно принять несколько больше толщины и длины балки.

Определяются угол направления потока на второе отверстие:

и высота второго отверстия

,

где .

Аналогичным образом определяются угол направления потока и высота последующих отверстий:

,

где .

1) Определяется высота i-го отверстия балочной решетки при неравномерном расположении балок:

.

Принимаем толщину первого отверстия =0,41 м.

2)

Принимаем толщину второго отверстия =0,56 м.

3) 

Принимаем толщину третьего отверстия =0,79 м.

4)

Принимаем толщину четвёртого отверстия =1,13 м.

Суммарная толщина отверстий равна:

Принимаем: 3 балки2,0=6 ,0 м;

.

Длина успокоительного участка камеры от низовой грани балок решётки до створа начала полезной длины камеры определяется по формуле:



Длина упорной части верхней головы от низовой грани рабочих ворот до низовой грани нижней головы: рекомендуется принимать

Определяется длина верхней головы с учётом условия её устойчивости на сдвиг:

Ширину устоя верхней головы принимаю равной

Высота устоев верхней головы определяется по формуле:

где - высота стен, равная

где а -- возвышение верха стен над расчетным наивысшим уровнем воды: а = 2,0 м -- при глубине выше 3,2 м;

-толщина днища верхней головы, принимаемая равной:

Толщина днища камеры предварительно принимается равной:

3.2 Определение размеров элементов системы питания и нижней головы шлюза

Максимально допустимая площадь водопроводных галерей определяется из условия обеспечения нормативных гидродинамических сил при опорожнении:

где - коэффициент расхода системы питания через водопроводные галереи при подъеме затворов на полную высоту.

Сечение двух водопроводных галерей принимается прямоугольным, каждая площадью . Соотношение высоты и ширины галереи равно:

Таким образом, ширина галереи:

.

А высота:

.

Для уменьшения потерь напора на входе и выходе потока из галерей, площади входных отверстий и площади выходных отверстий сделаны больше расчетной площади щ:

;

.

С той же целью на правом и левом устоях нижней головы сделаны по 2 входных и 2 выходных отверстия галерей прямоугольного сечения.

Размеры отверстий

входного

ширина ;

высота ;

выходного

ширина ;

высота ;

Радиусы закруглений осей галерей на поворотах принимаются равными:

на входе

на выходе

Длина входной части нижней головы принимается равной:

Длина упорной части нижней головы определяется из условия:

,

где - расстояние от ниши двустворчатых ворот до конца выходных отверстий галерей:

;

- расстояние от выходных отверстий галерей до конца нижней головы:

;

где:

где d - глубина ниши для двухстворчатых ворот, принимаемая равной ;

- угол между направлением створки ворот и нормалью к оси шлюза, принимаемый в пределах 18-22⁰.

>.

Общая длина нижней головы равна:

где - длина ниши для двустворчатых ворот нижней головы:

Ширина бетонного устоя нижней головы определяется:



Определяется полная длина камеры:

Общая длина шлюза равна:

Продольный разрез по оси и план шлюза на рис.1-2 .

4. Гидравлический расчет шлюза

Т.к. водопропускное отверстие находится выше уровня нижнего бьефа, то весь процесс наполнения разбивается на 3 промежутка:

От начала наполнения до момента времени, когда уровень воды в камере поднимется до центра тяжести отверстия.

Этот процесс называется истечением через незатопленное отверстие.

От момента достижения уровня воды в камере центра тяжести отверстия до подъема затвора на полную высоту и его остановки.

Здесь отверстие переменной площади.

От момента остановки затвора до полного наполнения камеры до уровня верхнего бьефа.

Здесь отверстие затоплено и оно постоянной площади.

Расчет первого промежутка

Задаемся шагом времени:

.

Высота подъема затвора равна:

где =0,003 м/с - скорость подъема затвора.

Определяются такие величины, как:

расчетный размер отверстия

где б - угол наклона нижней грани затвора, равный 40°

высота центра тяжести отверстия над порогом верхней головы



напор над центром тяжести отверстия

Вычисляется площадь отверстия:

Расход

Приращение уровня воды в камере за время :

где - средний расход в промежутке , м³/с

, м³/с

Высота подъема уровня воды в камере над уровнем нижнего бьефа равна:

Напор:

Расчет продолжается до того момента времени, когда

Расчет сведен в табл. 1.

Таблица 1. Таблица расчёта гидравлических характеристик в первом промежутке.

t, с	хз, м/с	Дhз, м	hз, м	sinб	hо, м	Нп, м	Нц.т., м	щ, м2	мо	Q, м3/с	Qср, м3/с	?y, м	y, м	h, м
0	0,003	0,00	0,00	0,64278761	0,00	5	5,00	0,00	0,6	0,00			0,00	10,00
											6,85	0,06
60		0,18	0,18		0,12		4,96	2,31		13,70			0,06	9,94
											20,50	0,18
120		0,18	0,36		0,23		4,93	4,63		27,30			0,24	9,76
											34,05	0,30
180		0,18	0,54		0,35		4,89	6,94		40,79			0,53	9,47
											47,49	0,41
240		0,18	0,72		0,46		4,85	9,26		54,18			0,95	9,05
											60,83	0,53
300		0,18	0,90		0,58		4,81	11,57		67,47			1,48	8,52
											74,06	0,64
360		0,18	1,08		0,69		4,78	13,88		80,65			2,12	7,88
											87,19	0,76
420		0,18	1,26		0,81		4,74	16,20		93,72			2,88	7,12
											100,21	0,87
480		0,18	1,44		0,93		4,70	18,51		106,69			3,75	6,25
											113,12	0,98
540		0,18	1,62		1,04		4,67	20,83		119,55			4,73	5,27
											123,28	0,63
575		0,11	1,73		1,11		4,64	22,18		127,00			5,36	4,64
											63,50	0,55

Продолжительность первого промежутка:

.

В конце первого промежутка:

площадь отверстия ;

высота подъема уровня воды в камере над уровнем нижнего бьефа ;

напор в камере, равный напору под центром тяжести отверстия .

Расчет второго промежутка.

Площадь водопропускного отверстия во втором промежутке при полной высоте подъема затвора:

где - размер отверстия при полной высоте подъема затвора, м

;

.

Продолжительность второго промежутка равна:

где - время подъема затвора, с

;

.

1. Задаемся шагом времени:

.

2. Высота подъема затвора равна:

где =0,003 м/с - скорость подъема затвора.

3. Определяются такие величины, как:

расчетный размер отверстия

где б - угол наклона нижней грани затвора, равный 40°

высота центра тяжести отверстия над порогом верхней головы

напор над центром тяжести отверстия

4. Время от начала наполнения камеры:

5. Напор:

, м^1/2

6. Расход:

7. Площадь водопропускного отверстия:

8. Подъём уровня воды в камере:

Расчет выполняется до момента полной остановки затвора.

Расчет сведен в табл. 2.

Таблица 2

Таблица расчета гидравлических характеристик во втором промежутке.

tн,с	(vз)доп	Дhз	hз	sinб	h0	м0	Щ	щ	h1	t,с	vh	h	y	щ02	Q
575	0,003	0,00	0,00	0,642516449	0,00	0,6	6900	42,80	4,64	0	2,15	4,64	5,36	22,18	126,98
605		0,09	0,09		0,06					30	2,02	4,09	5,91	23,38	125,67
635		0,09	0,18		0,12					60	1,88	3,55	6,45	24,58	123,08
665		0,09	0,27		0,17					90	1,74	3,02	6,98	25,78	119,12
695		0,09	0,36		0,23					120	1,59	2,52	7,48	26,98	113,74
725		0,09	0,45		0,29					150	1,43	2,04	7,96	28,19	106,86
755		0,09	0,54		0,35					180	1,26	1,59	8,41	29,39	98,43
785		0,09	0,63		0,40					210	1,09	1,18	8,82	30,59	88,37
815		0,09	0,72		0,46					240	0,91	0,82	9,18	31,79	76,61
845		0,09	0,81		0,52					270	0,72	0,52	9,48	32,99	63,10
875		0,09	0,90		0,58					300	0,53	0,28	9,72	34,19	47,76
905		0,09	0,99		0,64					330	0,32	0,11	9,89	35,39	30,53
935		0,09	1,08		0,69					360	0,12	0,01	9,99	36,59	11,34
951		0,05	1,13		0,72					376	0,00	0,00	10,00	37,23	0,00

Наполнение камеры закончилось раньше подъема затвора на полную высоту, следовательно, отсутствует третий промежуток.

Т₂=376 с.

Полное время наполнения:

Проверка условий стоянки расчетного судна в процессе наполнения камеры:

где Р₁ - величина первого пика волновой составляющей гидродинамической силы, кН

где - приращение расхода воды по времени при первом пробеге волны наполнения в

камере (примерно равно за первые 60 с наполнения).

График гидравлических характеристик приведен на рис.3.

5. Выбор класса сооружения

Прежде всего, необходимо определить класс сооружения, определяемый в зависимости от последствий аварии шлюза (от высоты сооружения) и последствий, сопровождающих нарушение эксплуатации. Из полученных значений классов принимаем наибольшее.

Высота стены равняется:

,

где - напор в камере;

- глубина на пороге;

- возвышение верха стены над уровнем верхнего бьефа.

Толщина днища камеры определяется по формуле:

.

Высота сооружения будет равна:

.

Класс сооружения в зависимости от высоты - III

Коэф. надежности - 1,15.

6. Расчёт прочности бетонных стен

Перед выполнением статических расчетов предварительно устанавливают размеры стен и днища камеры при устройстве головной системы питания. Стены камер принимают треугольного профиля с шириной верха h₁ = 1,0 м и низа:

h₄ = (0,18 ч 0,22)H_ст=0,2*17= 3,4 м,

где H_ст -- высота стены, м.

Н₁=0 м;

Н₂=7 м;

Н₃= 12 м;

Н₄= 17 м;

Н₅= 21,25 м.

Лицевая грань стены принимается вертикальной, а тыловая грань -- с постоянным уклоном, характеризуемым углом в, определяемым выражением:

В расчетном отношении стена рассматривается как балка переменного сечения, защемленная одним концом к днищу камеры и работающая как внецентренно сжатый элемент. При определении усилий стена по высоте разбивается на несколько характерных сечений, для которых определяют значения действующих моментов (M), перерезывающих (Q) и сжимающих (N) сил.

1-1- уровень верха стены;

2-2- уровень грунтовых вод (максимальный) - 0,5;

3-3 - уровень воды нижнего бьефа;

4-4 - уровень днища камеры.

Поперечный разрез камеры шлюза представлен на рис.4.

Нормальные сжимающие и растягивающие напряжения в сечениях находим при расчетах на 1 п.м длины:

G_1,2=-, кН/.

Поперечное сечение стены и эпюры нагрузок, представленные на рис.5, вычерчиваются в выбранном масштабе с целью установления положений сосредоточенных сил и их плеч относительно центра тяжести сечений.

При определении вертикального давления от веса стены учитывается площадь рассматриваемого сечения щ_бi (при умножении на 1 пог. м длины щ_бi • 1 = V_бi -- равносильно объему) и плотность бетона сб, кН

N_бi=w_бiс_бgг_f.

Здесь с_б = 2,5 т/м3;

г_f = 1,0

5 -- коэффициент надежности по нагрузке.

Определение собственного веса стены сведены в таблицу 3.

Таблица 3

Усилия в расчётных сечениях от собственного веса

№ i-го сечения	Hi, м	Nбi=wбiсбgгf, кН	ni,м	Mбi=Nбini, кНм	Qбi,кН	Nбi,кН
I	0	0	0	0	0	0
II	7	321,8	0,22	70,8	0	321,80
III	12	703,97	0,36	253,4	0	703,97
VI	17	1213	0,48	582,3	0	1213,04

Аналогичным образом определяют силу вертикального давления от веса грунта на тыловую грань стены, кН

Р_гi=w_гiс_гgг_f,

где щ_гi -- площадь грунта в пределах рассматриваемого сечения (щ_гi Ч1 пог. м = V_гi -- объем грунта);

с_г -- плотность грунта, принимаемая для сечений выше уровня грунтовых вод равной с_г = 1,8 т/м³ (песок средней крупности) и с_г = 1,0 т/м³ -- ниже уровня грунтовых вод;

г_f = 0,9 -- коэффициент надежности по нагрузке.

Результаты расчетов усилий от вертикального давления грунта представлены в таблице 4.

Таблица 4

Усилия в расчетных сечениях от вертикального давления грунта

№ i-го сечения	Hi, м	Ргi=wriсгgyf, кН	рi, м	Мгi=Ргiрi, кН*м	Qгi, кН	Nгi, кН
I	0	0	0	0	0	0
II	7	54,29	0,66	-35,83	0	54,29
III	12	148,72	0,78	-116	0	148,72
VI	17	274,33	0,9	-246,89	0	274,33

Равнодействующие бокового давления грунта E_ai с учетом временной нагрузки определяются по площадям частей эпюр горизонтального давления, располагаемых в пределах рассматриваемых сечений. Построение эпюры бокового давления грунта производится по значениям расчетных интенсивностей горизонтального давления eai, кН/м² , действующих на условную вертикальную плоскость в пределах рассматриваемых сечений

е_аi=(+H_iс_гg)л_аг_fl₁,



где л_a -- коэффициент бокового давления, определяемый по зависимости;

l₁ -- длина выделенного участка, равная 1 пог. м.

л_а=,

где -- коэффициент Пуассона, учитывающий боковое расширение грунта; если принять 0,30 для обратных засыпок из песка средней крупности, коэффициент л_a окажется равным:

л_а==0,43;

q^н = 20 кН/м -- нормативная величина вертикальной нагрузки на поверхности засыпки;

г_f = 1,15

с_г = 1,8 т/м³ -- плотность грунта естественной влажности.

Интенсивность бокового давления ниже уровня грунтовых вод должна учитывать взвешивающее давление слоя грунта и давление вышележащего сухого слоя грунта, кН/м2

e_ai=[q^н+Н_гс_гg+Н^вс'_гg]л_аг_fl₁,

где H_г и H_в -- толщина слоя, соответственно, сухого и взвешенного грунта;

l₁ -- длина выделенного участка, равная 1 пог. м.

Результаты расчетов усилий от бокового давления грунта с учетом временной нагрузки на поверхности засыпки записываются в таблицу 5.



Таблица 5

Усилия в расчетных сечениях от бокового давления грунта

№ i-го сечения	Hi, м	eai, кН/м2	Eai, кН	ei, м	Мггi=Еаiei, кН/м	Qггi, кН	Nггi, кН
1	0	10,32	0	0	0	0	0
2	7	74,10	295,47	3,30068	975,26	295,47	0
3	12	99,41	433,78	3,31386	3890,1	729,25	0
4	17	124,72	560,33	2,1886	8762,69	1289,58	0

Дополнительное реактивное давление грунта, обусловленное перепадами температуры окружающей среды, определяется специальными расчетами. При отсутствии расчетов допускается это влияние учитывать приближенно увеличением моментов от действия бокового давления грунта на 15 - 30 % [15], кН м

Мг.рi=(0,15-0,30)М_ггi.

Расчеты реактивного давления будут представлены в сводной таблице 7.

Гидростатическое давление грунтовых вод на стену определяют с учетом уровня воды в засыпке на вертикальную E_вi и наклонную E_вi плоскости стены (рис.6).

Интенсивность давления зависит от глубины воды yi в расчетных сечениях, кН/м²

е_вi=у_iсg г_f;

Здесь г_f = 1,0 -- коэффициент надежности по нагрузке.

Результаты расчета усилий от давления грунтовых вод в засыпке представлены в таблице 6.



Таблица 6

Усилия в расчётных сечениях от давления грунтовых вод

№ i-го сечения	Hi, м	Eвi, кН	E'вi, кН	eвi,м	e'вi,м	Mвi,кН/м	Qвi,кН	Nвi,кН
III	12	122,63	17,17	2,33	1,52	260,16	122,63	17,17
VI	17	490,50	68,67	2,07	1,65	900,99	490,50	68,67

Расчетные усилия от рассмотренных нагрузок (табл. 3-6), действующие в одних и тех же сечениях, заносятся в сводную таблицу (табл. 7) и по их значениям выполняют построение эпюр расчетных усилий: моментов M, перерезывающих Q и сжимающих N сил.

По полученным значениям расчетных усилий M_i, Q_i и N_i, приведенных в таблице 7, можно проверить прочность поперечных сечений и произвести подбор продольной арматуры.

Таблица 7

Сводная таблица расчётных усилий в поперечных сечениях стены

№ i-го сечения	От собственного веса	От вертикального давления грунта	От бокового давления грунта	От реактивного давления грунта	От давления грунтовых вод	суммарные усилия
	Mбi, кНм	Qбi, кН	Nбi, кН	Mгi, кНм	Qгi, кН	Nгi, кН	Mггi, кНм	Qггi,кН	Nггi, кН	Mгрi=0.15Mггi, кНм	Mвi, кНм	Qвi, кН	Nвi, кН	Mi, кНм	Qi, кН	Ni, кН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	1	12	13	14	15	16
I	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
II	70,79	0	321,80	-35,83	0	54,29	975,25	295,47	0	146,29	0	0	0	1156,5	295,47	376,09
III	253,4	0	703,97	-116,0	0	148,7	3890,1	729,25	0	583,52	260,16	122,63	17,17	4871,2	851,88	869,85
VI	582,2	0	1213,0	-246,8	0	274,3	8762,6	1289,5	0	1314,40	900,99	490,50	68,67	11313	1780,0	1556,0

№ i-го сечения	Напряжения в сечениях
	G1, кН/м2	G2, кН/м2
1	18	19
I	0	0
II	195,34	-195,34
III	1343,06	-1343,06
VI	3026,43	-3026,43

Эпюра суммарных усилий (M, Q, N) представлена на рис.5.

Учитывая то, что современные шлюзы выполняются из железобетона, а подбор арматуры подробно рассматривается при изучении курса «Железобетонные конструкции», ограничимся при выполнении курсового проекта только проверкой прочности в сечениях.

При расчетах по первой группе предельных состояний прочность в сечениях должна удовлетворять условию:

,

где Q_i -- расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении, кН;

г_в3 -- коэффициент условий работы для плитных конструкций, при толщине плиты 60 см и более г_в3 = 1,15;

b -- минимальная ширина элемента в сечении, 1 м (100 см);

h₀ -- рабочая высота рассматриваемого сечения, м (см);

г_1с=0,95- в период ремонта;

г_n=1,20;

г_с=1,20.

R_в =8,5 (8 500)-- расчетное сопротивление бетона, МПа (кН/м²) (класс В15).

где а - расстояние от внешней грани стены до центра тяжести продольной растянутой арматуры, см

где толщина защитного слоя продольной арматуры, см

и , см

d - диаметр стержня рабочей продольной растянутой арматуры, предварительно равный 4,0см

Принимаем

Задаемся а=80 мм.

Q₂ = 295,5 кН,

h₀₂ = 1,88 м

0,95•1,15•295,5 0,25•1,15•1,15•8 500•1•1,88

322,8< 5283,5 - условие выполняется;

Q₃ = 869,85 кН,

h₀₃ = 2,6 м

0,95•1,15•869,85< 0,25•1,15•1,15•8500•1•2,6

950,3< 7306,8- условие выполняется;

Q₄ = 1780,08 кН,

h₀₄ = 3,31 м

0,95•1,15•1780,08 < 0,25•1,15•1,15•8500•1•3,31

1944,65 <9302,1- условие выполняется.

7. Статический расчёт неразрезного днища камеры

В расчетном отношении неразрезное днище камеры судоходного шлюза работает как многопролетная неразрезная балка, лежащая на упругом основании.

При расчете днища необходимо учитывать все внешние силы, в том числе и силы, действующие на стены камеры (рис.7).

На днище в ремонтном случае действуют следующие нагрузки (на 1 пог. м длины):

- равномерно распределенная нагрузка от веса бетона днища, кН/м

q_дн=с_бgh_д г_f=2,59,8*4,25*0,95=98,9 кН/м,

где г_f = 0,95 -- коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый с учетом взвешивания;

- взвешивающее давление вдоль подошвы камеры, кН/м

q_взв=сg (Н₅-Н₂)г_f=19,81 (21,25-7)1= 142,3кН/м;

- давление грунта засыпки (пригрузка) на основание сооружения, кН/м

q_пр= [с_гgН₂+с'_гg (Н₅-Н₂)]г_f = [1,8 9,817+19,81 (21,25-7)]0,9=59,8 кН/м;

- контактные напряжения в грунте основания G_гр, кН/м² (построение эпюры давления в дальнейшем будет выполнено приближенно по методу Б. Н. Жемочкина);

- P -- сумма вертикальных сил, кН (вес бетона, грунта засыпки на наклонную грань стены и взвешивающего давления воды в пределах сечения h₄);

- E -- расчетная сжимающая сила, кН, приложенная к торцам днища (боковое давление грунта и грунтовой воды со стороны засыпки);

- M -- момент действующих сил (кН•м) относительно оси симметрии днища (h_d/2);

- боковое (дополнительное) реактивное давление грунта.

Расчетная схема представлена на рис.8. Все силы, действующие на стену камеры, приводятся в точку «О» на оси днища в пределах полезной ширины камеры B_пк.

Перенос сил P и E возможен при определении момента всех сил относительно этой точки. Внешние силы на рис.8 показаны на полной высоте камеры (до подошвы основания), поэтому в отличие от расчета стены, необходимо дополнительно определить вес части бетона в пределах ширины стены h₄, действующее на эту часть стены взвешивающее давление W_взв, боковое давление грунта E_аб и грунтовой воды, действующих в пределах толщины днища h_d. Для упрощения расчетов вес бетона представлен составляющими: N_б, N_б и N_б. Сосредоточенную силу P в точке О определяют как сумму вертикальных сил, кН:

Р=N_б+ N_б + N_б+P_г4+E_в4-W_взв, кН,

где N_б

N_б = 0,5с_бgН₄ ²tgв1г_f = 0,52,59,8117²0,140,9=466,5 кН;

N_б =с_бgH₄ tgв(Н₅-Н₄)1г_f = 2,59,81 17 0.14 (21,25-17)0,9=223,3 кН;

W_взв=сg (Н₅-Н₂) h₄1г_f=19,81 (21,25-7)3,410,9 = 427,7 кН.

Значения сил P_г4 и E_в4 определены ранее при расчете стены:

Р_г4= 214,33 кН;

Е_в4=68,67 кН.

Р=474,6+466,5+223,3+214,33+68,67-427,7=1019,7 кН.

Расчетную сжимающую силу E определяют как сумму горизонтальных сил:

Е=Е_а2+Е_а3+Е_а4+Е_а5+Е_в, кН,

где E_a2, E_a3, E_a4 -- боковое давление грунта в сечениях стены (таблица 5);

E_a5 -- боковое давление грунта на торец днища, кН:

Е_а5=0,5(е_a4+е_a5)(Н₅-Н₄)1м= 0,5( 124,7+148,6)*(21,25-17)= 580,8 кН.

Здесь e_a4 (таблица 5) и e_a5 -- интенсивности бокового давления грунта в сечениях IV и V.

е_а5=[q^н+с_гgH₂+(H₅-H₄)с'_гg]л_аг_f =[20+1,89,81+(21,25-17)19,81]0,431,2=148,6 кН/;

E_в -- сила давления грунтовой воды со стороны засыпки:

Е_в=0,5сg1г_f=0,59,8111,2=1195,2 кН.

Е=295,5+433,8+560,33+580,8+1195,2=3065,6 кН.

Момент внешних сил относительно точки О определяется равным:

М=Е_ве_вг+1,15 (Е_а2е_г2+Е_а3е_г3+Е_а4е_г4+Е_а5е_г5)+W_взве_взв-(N`<sub>б</sub> n`+ N``<sub>б</sub> n``⁺ N```<sub>б</sub> n```)-Р_г4p₄-Е`<sub>в4</sub>е`=1195,22,38+1,15(295,515,455+433,810,435+560,34,315+580,80,23)+427,71,7-(474,60,5+466,51,24+223,31,33)-214,332,46-68,672,99=23 874,53 кН*м.

Коэффициент 1,15 перед суммой моментов от бокового давления грунта введен для учета бокового (дополнительного) реактивного давления грунта на стену.

Плечи сил находятся по рис.8.

Распределение контактных напряжений G_гр в пределах ширины днища B_пк = 2 l (рис. 9) определяют по методу Б. Н. Жемочкина с использованием готовых таблиц. При расчетах по этому методу рассматривается опирание днища на шестнадцать фиктивных стержней (опор), симметрично по восемь, считая днище с заделкой по оси камеры (рис. 7), при толщине сжимаемого слоя H = l.

Сосредоточенную нагрузку в узлах опирания стержней 1 - 8 находят по выражению:

Р₁=(q_дн-q_взв)*с=(98,9-142,3)*1,25= -54,25 кН

где с=В_пк/16=20/16= 1,25.

Днище считается абсолютно жестким или конечной жесткости, поэтому перед выполнением дальнейших расчетов необходимо установить показатель гибкости:

t?10** =10**=0,14.

где E₀ -- модуль деформации грунта основания (E0 = 40 МПа -- среднее значение для песчаных грунтов);

E_б -- модуль упругости бетона (Еб=38,5* Мпа);

? - полупролет балки, равный В_ПК/2 = 10,0 м.

При t ? 1 расчеты выполняют как для абсолютно жесткой балки, учитывая нагрузку q, действующую непосредственно на днище камеры и пригрузку от грунта засыпки q_пр. Влияние изгибающего момента M в этом случае не учитывается.

q=q_дн-q_взв+=98,9-142,3+= 58,57 кН/.

Таблица 8

Расчет от q= 58,57 кН/ и q_пр=59,8 кН/

x/l	1/16	3/16	5/16	7/16	9/16	11/16	13/16	15/16
, кН/м2	8.28	8.29	8.36	8.37	8.57	8.99	9.87	19.27
Gqi, кН/м2	484,96	485,55	489,65	490,23	501,94	526,54	578,09	1128,64
, кН/м2	1,72	1,7	1,64	1,56	1,4	0,99	0,15	-9,16
Gqпрi, кН/м2	102,86	101,66	98,07	93,29	83,72	59,20	8,97	-547,77
Gгрi, кН/м2	587,82	587,21	587,72	583,52	585,66	585,75	587,06	580,88

Таблица 9

Рассчитываем правую часть эпюры М (левая часть симметрична правой)

i	1	2	3	4	5	6	7	8
M, кНм	23 874,53
P, кН	1019,7
с, м	1,25
Р1, кН	-54,25
хi, кН	734,8	734,0	734,6	729,4	732,1	732,2	733,8	726,1
Mi, кНм	13587,8	14959,3	16330,9	17702,7	19074	20445,6	21751,4	23188,7

Таблица 10

Рассчитаем эпюру Q - она будет кососимметричной

i	1	2	3	4	5	6	7	8
хi, кН	734,8	734,0	734,6	729,4	732,1	732,2	733,8	726,1
Р, кН	1019,7
Р1, кН	-54,25
Qi, кН	-140,39	-819,96	-1497,9	-2175,7	-2850,8	-3531,2	-4211,0	-4891,5



Эпюра N-const

N = - E = -3065,6 кН.

Эпюры М, Q, N представлены на рис.10.



Список литературы

1. Гапеев А. М. Судоходные гидротехнические сооружения. Ч. 2. Судоходный шлюз: учеб.-метод. пособие / А. М. Гапеев, К. П. Моргунов. -- СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016.

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

3. Конспект лекций

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

Размещено на Allbest.ru