Конструирование плоского металлического затвора

Содержание

Введение

1. Компоновка ригельного затвора
1. Конструктивная схема двухригельного затвора
2. Расположение ригелей по высоте затвора
3. Компоновка весовой продольной связевой фермы
4. Геометрическая схема поперечной фермы диафрагмы
2. Расчёты  стальной обшивки и профильных стрингеров
1. Расчётная схема работы обшивки
2. Определение расчётного пролёта обшивки
3. Подбор поперечного сечения стрингеров
3. Проектирование ригеля сплошного сечения
1. Расчётная схема ригеля-балки
2. Назначение размеров поперечного сечения ригеля
3. Расчет сварных поясных швов
4. Конструкция ригеля
4. Расчет и конструирование поперечной фермы-диафрагмы
1. Расчётная схема фермы-диафрагмы
5. Опорно-ходовое устройство затвора
1. Подбор сечения вертикальной опорной стойки
2. Выбор типа ходовых колёс и их расчёт
3. Контурное уплотнение плоского затвора

Выводы и рекомендации

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Основная  задача курсовой работы сводится к  расчету основных параметров затвора.

Затвор  является составной частью каждого  гидротехнического сооружения. Затвор  - это конструкция, перекрывающая  отверстие в ГТС, позволяющая  регулировать величину расхода воды через них.

Одной из первой задач в  расчетах является определение расположения ригелей  по высоте затвора и построение конструктивной схемы ригеля. Также в курсовой работе необходимо спроектировать стальную обшивку и стрингер. Стальная обшивка  располагается с напорной стороны  затвора, она опирается на систему, состоящую из горизонтальных и вертикальных балок. Обшивка жестко, при помощи сварки, соединена с поддерживающими  ее балками.

Ригели  – главные горизонтальные балки, в зависимости от их количества затворы  бывают двух ригельные и   многоригельные.

Стрингеры – балки параллельные ригелям, поддерживающие обшивку.

Следующие задачи курсовой работы состоят в  проектировании ригеля сплошного сечения  и в расчете и конструировании  поперечной диафрагмы.

Диафрагмы (поперечные балки, поперечные фермы) –  элементы балочной клетки перпендикулярные ригелям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Компоновка ригельного затвора

 

1. Конструктивная схема двухригельного затвора

 

Составляем  геометрическую схему несущего ригеля, для чего предварительно определяем расчетный пролет L ригеля, его высоту h и размер b панели по длине (Рис. 1.1, поперечное сечение В–В):

 

 

 

Принимаем среднее значение

 

 

Высота ригеля в пролете из условия допустимого (минимального) относительного прогиба :

 

 

где – обратная величина допустимого прогиба ригеля,

               принимаем по таблице 1.1 Методических указаний ,

        R_y – расчетное сопротивление прокатной стали марки 09Г2С по пределу

               текучести, принимаем по таблице 1.2 [5], R_y = 315 МПа;

       γ_с – коэффициент условия работы конструкции ригеля и его элементов,

              принимаем по таблице 1.3 [5], γ_с = 1,0;

       Е – модуль упругости стали, Е = 2,06 *10⁵ МПа.

 

_{Принимаем: h = 2,1м.}

 

 

2. Расположение ригелей по высоте затвора

 

Плоский стальной затвор перекрывает прямоугольное  отверстие водозаборного (водосбросного) сооружения. Затвор проектируем двухригельным; размеры отверстия по заданию: расчетный напор пролет в свету .

По высоте затвора ригели располагаем так, чтобы они были равнонагруженными от основной нагрузки (давления воды). В противном случае возникает крутящий момент, который потребует дополнительный расчет и расход материала. Составляем расчетную схему (Рис. 1.2).

Положение равнонагруженных ригелей по высоте затвора можно определить: графическим способом (по А.В. Полонскому «Механическое оборудование гидротехнических сооружений». – М.: 1986) или аналитическим методом (по Б.Ю. Калиновичу «Шлюзование водных путей». – М.: Росиздат, 1948; а также А.И. Отрешко Инженерные конструкции.- М.: Колос, 1968).

Положение ригелей по высоте затвора будем определять по Б.Ю.Калиновичу с уточнением размеров по А.И. Отрешко.

Полная  высота затвора

 

Н = Н_з = Н₀ + 0,2 = 9 + 0,2 = 9.2 м.

 

Б.Ю. Калинович (стр. 346 [6]) рекомендует расстояние между ригелями определять из условия, чтобы наибольший изгибающий момент консоли м был равен наибольшему изгибающему моменту для балки между ригелями. Отсюда получают, что ригели будут равно нагруженными, если полная высота затвора будет равна

 

 

где – длина верхней консоли:

 

 

      – длина нижней консоли:

 

Тогда

 

 

Откуда

 м.

 

 м,

 м,

 м,

 

 

 

Уточняем  рекомендуемые размеры  , по А. И. Отрешко [3]:

 

принято – условие выполнено.

Окончательно принимаем 

 

рекомендуется принимать: ;

Принимаем

 

Принято ;

 что допустимо.

Точность  расчёта усилий Р₁ и Р₂ для верхнего и нижнего ригелей можно установить из треугольника давления воды с основанием х:

м

и трапеции со сторонами х = 6,6 м, Н₀ = 9 м и высотой h_тр = Н₀ – х.

 м;

 

Вычисляем фактические  величины усилий Р₁ и Р₂, действующие на верхний и нижний ригели при их расположении по Б.Ю. Калиновичу:

;

.

По выполненному расчету суммарное давление воды на затвор

 тс.

По эпюре  суммарное давление воды на затвор

тс – результаты расчетов совпадают.

Условие равнонагруженности ригелей

 тс.

Отклонение  фактических численных значений усилий от их равного нагружения

 

 

 отклонение допустимое.

 

Вывод:

1. Равно нагруженные ригели установлены по высоте затвора с точностью 2,4%, что в расчётах допустимо.
2. Расположение ригелей по способу Б.Ю. Калиновича является рациональным приёмом расчета.

 

 

Геометрические размеры ригеля

 

Определяем  высоту сечения ригеля на опорах и ширину b панелей между ребрами жесткости на опорных и средних участках (Рис. 1.3).

 

Высота  сечения ригеля на опорах

м.

 

Принимаем: h₁ = 1 м.

Намечаем расположение в ригеле поперечных ребер жесткости с шагом между ними для чего предварительно принимаем нечетное число панелей ригеля: n_п = 5 шт.

 м;

Ширина b панели должна быть:

,

 – условие выполнено.

Переломы  безнапорной полки ригеля располагаем  на расстоянии х от осей опор:

 м

Фактически  пролеты крайних панелей ригеля составляют:

.

Принятые  вписываются в допустимые пределы.

На основании  выполненных расчетов разрабатываем конструктивную схему продольной связевой фермы двухригельного затвора.

 

3. Компоновка весовой продольной связевой фермы

 

Продольная  связевая ферма расположена на безнапорной стороне затвора между ригелями. Верхними и нижними поясами связевой фермы являются безнапорные полки ригелей. Решетки фермы состоят из стоек и раскосов. Стойками решетки служат безнапорные пояса диафрагмы с низовой стороны затвора. Раскосы представлены восходящими тяжами, расположенными в направлении от основного узла ригеля к верхнему узлу. Составим конструктивную схему продольной связевой фермы (Рис. 1.4).

Составим схему продольной связевой фермы

         2*a

 

        b                         b                        b                         b                         b

                                                      L=16.5

Рис. 1.4. Конструктивная схема продольной связевой фермы

 

Продольная  связевая ферма совместно с напорной стальной обшивкой, ригелями и другими  элементами в вертикальной плоскости  затвора образует неизменяемый пространственный блок. Жесткость из плоскости затвора обеспечивается ригелями, фермой-диафрагмой совместно со стрингерами, поддерживающими стальную обшивку. Учитывая возможный (нежелательный) прогиб ригелей под действием собственного веса, их деформации ограничиваются диагональными связями. Диагональные связи соединяют средний участок верхнего ригеля с крайними опорными стойками и верхней обвязкой. Усилия в раскосах продольной связевой фермы определяют от действия крутящего момента на затвор и от совместного перемещения (деформации) фермы с низовыми поясами ригелей.

Общая высота равна 2а = 3,6 м. Пролет фермы равен пролету затвора L= 14,5 м. Наклонные связи размещаем влево и вправо от соединенных узлов.

 

4. Геометрическая схема поперечной фермы диафрагмы

 

Тип и  конструкция фермы-диафрагмы принимается  в зависимости от ее ширины, определяемой высотой h ригелей. Составим геометрическую схему поперечной фермы-диафрагмы и наметим примерное расположение стрингеров по высоте затвора (Рис. 1.5). Пояса и элементы решетки фермы-диафрагмы проектируют из прокатных уголков, если расчетный напор на затвор Н₀ = Н_d = 720 м.

 

 

 

 

 

 

2. Проектирование стальной обшивки и стрингера

 

Стальная  обшивка затвора воспринимает давление воды и передаёт его на стрингеры (горизонтальные балки) и стойки (вертикальные элементы затвора). Стрингеры и стойки расположены в одной плоскости и образуют балочную клетку. Целью расчётов является определение толщины обшивки и расстояния между стрингерами (в вертикальном направлении), а также подбор поперечного сечения стрингеров.

 

1. Расчётная схема работы обшивки

 

Стальная  обшивка с напорной стороны затвора рассчитывается на прочность и устойчивость (жесткость). В верхней части затвора ее опорами служат стрингеры, в средней и нижней частях – полки ригелей и стрингеры.

Обшивка жестко соединена сваркой с полками ригелей, стрингерами и стойками, ее расчетный пролет зависит от высотного расположения стрингеров. В определении высотного положения стрингеров необходимо исходить из принципа равнонагруженности обшивки на отдельных участках С_i.

На каждом участке по высоте затвора пролетом С_i стальной обшивки является расстояние между стрингерами и полками ригелей и стрингерами (Рис. 2.1), где С_i – осевой размер или размер между полкой и стрингером:

Рис. 2.1. Расчетная схема работы стальной обшивки, загруженной давлением воды

 

 

 

 

При назначении размеров C_i принимают следующие упрощения (в запас прочности):

1. Стальная обшивка «жестко» соединена со стрингерами, полками ригелей и элементами фермы–диафрагмы;
2. Величина внешней нагрузки принимается по ее наибольшему значению на данном участке, т.е. q₀ = q_i;
3. Пролет обшивки C_i определяют из двух условий: прочности (1-е предельное состояние) и жесткости (2-е предельное состояние), сравнивают расчетные величины и принимают наименьшее значение.

Выписываем  расчетные зависимости для определения  пролета C_i из условия прочности и жесткости стальной обшивки, работающей на местный изгиб (Рис. 2.2).