Конструирование плоского металлического затвора

 

 

 

2. Определение расчётного пролёта обшивки

 

Задаемся  толщиной стальной обшивки плоского затвора:

 мм;

; принимаем t₀ = 10  мм. Ширину полок несущих ригелей предварительно принимаем 0,4 м.

Составляем  общую расчетную схему расположения стрингеров (Рис.2.3), так будут расставлены стрингеры после расчета пролетов обшивки по участкам №№ 1 – 9.

Расчёт  обшивки производим по отдельным  участкам снизу от порога вверх.

Участок №1 (от порога до нижнего ригеля).

Расчетное значение нагрузки на уровне Н₁ = 9 м.

;

(из условия прочности);

(из условия жесткости).

Первый стрингер принимаем на расстоянии С₀₁ = 0,6м от порога.

Участок №2 (от нижнего ригеля вверх).

Уровень расположения расчетной нагрузки (от НПУ):

Н₂ = 3,6 м + 4,4 м – 0,20 м = 7,8 м;

;

(по прочности);

(по жёсткости).

Принимаем С₀₂ = 1,1 м.

Участок №3 (от стрингера №2 вверх).

Уровень расположения расчетной нагрузки :

Н₃ = 3,6 + 4,4 – 1,1 =6,9 м;

 кН/м;

(по прочности),

(по жесткости).

Принимаем С₀₃ = 1,2 м.

Поскольку расчет по жесткости в нашем случае является определяющим, расчеты по прочности в дальнейшем опускаем.

Участок №4 (от стрингера №3 вверх).

Уровень расположения расчетной нагрузки от НПУ:

Н₄ = 3,6 + 4,4 – 1,1 – 1,2 = 5,7м;

 кН/м

.

Принимаем С₀₄ = 1,3 м.

Участок №5 (от верхнего ригеля вверх).

Н₅ = 4,4 м – 0,2 м = 4,2 м;

 кН/м;

.

Принимаем С₀₅= 1,3 м.

Участок №6 (от стрингера №5 вверх).

Н₆ = 4,4 – 1,3 = 3,1 м;

 кН/м;

.

Принимаем С₀₆ = 1,5 м.

Участок №7 (от стрингера №6 вверх).

Н₇ = 4,4 – 1,3 – 1,5 = 1,6 м;

Принимаем С₀₇=1,6 м (остаток длины).

Окончательно принятая расстановка  стрингеров приведена на рис. 2.1

`  

2.3. Подбор поперечного сечения стрингеров

 

Составляем  расчетную схему работы стрингеров (Рис. 2.4).

Статическая расчетная схема стрингеров представляет собой 7-ми пролетную неразрывную балку. Определяем равномерно распределенную нагрузку на стрингеры, используя схему высотного их расположения (Рис. 2.4). Для этого считаем ординаты середин участков:

 

 

Стрингер  № 0 (на уровне порога)

.

Стрингер  №1

.

Стрингер  №2

.

Стрингер  №3

.

Стрингер  №4

.

Стрингер  №5

.

Стрингер  №6

.

Стрингер  №7

.

 

Наибольшее  значение равномерно распределенной нагрузки на стрингеры – кН/м.

Производим  подбор сечения швеллера:

определяем  момент:

 кНм;

 

.

 

По сортаменту предварительно принимаем швеллер № 24:

с W_x  = 242 cм³ ; I_x  = 2900 cм⁴.

Проверяем подобранный стрингер швеллера №24 на относительный прогиб:

 

 

 

 

Окончательно  для стрингеров принимаем швеллер № 24.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Проектирование ригеля сплошного сечения

 

1. Расчётная схема ригеля-балки

 

Ригель  затвора  работает как свободно опертая балка на двух опорах, загруженная равномерно распределённой нагрузкой q, (Рис 3.1).

 

Рис. 3.1. Расчетная схема ригеля-балки

 

2. Назначение размеров поперечного сечения ригеля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.2. Поперечное сечение ригеля

 

 

 

 

В результате проработки компоновочной части  проекта имеем:

L = 16,5 м; h = 2,1м; h₁ = 1,0 м.

Определим расчетную погонную нагрузку на ригель:

 

 кН/м.

 

Выполним  статический расчет ригеля

 кН

Расчетный максимальный момент:

 

 кНм.

 

Требуемое значение момента сопротивления:

 

.

Конструируем  поперечное сечение ригеля в числах.

 

Принимаем прокатную  балку с учетом общей высоты h = 2,1 м.

 

Величину  h_w принимаем равной 2000 мм.

 

Ширину полок  b_f  примем в пределах (1/4 - 1/6) ∙ h_w.

 

Принимаем b_f  = 1/5,9  h_w = 340 мм.

 

Задаемся  t_f из расчета что h_w  = h – (10 50 мм), где t_f = 10 50 мм.

 

Принимаем t_f = 20 мм.

 

Определим приближенно  t_w из устойчивости против потери вертикальной плоскости

 

 ≈13 мм

Найдем фактический момент сопротивления  = 2I_x / h

Момент инерции поперечного  сечения ригеля равен сумме моментов инерции стенки и полок:

I_x = - момент инерции стенки

I_x =  = 866666 10^-8 м⁴

I_x = _f × - момент инерции  поперечного сечения ригеля, где _f – площадь полки: _f = b_f∙× t_f

_f  = 0,34× 0,020 = 0,0068 м².

I_x = 2 × 0,0068 × (2,04/2)² = 743058 + 1414944 =

= 2281610 ×10^-8 м⁴

Фактический момент сопротивления равен:

= 2 × 2281610 × 10^-8 /2,04  = 21368,7 × 10^-6 м³

Сравним требуемый и фактический момент сопротивления, разница не должна составлять более 10 %

 - 21340) /23561,62)) × 10^-6 × 100 % = 0,13 %, в пределах нормы.

 

Проверка  прочности балки:

 

Недонапряжение:

 

что допустимо.

Проверка  жесткости балки:

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, сечение ригеля в средней части  пролета окончательно принимаем согласно рисунку 3.3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет сварных поясных швов

 

Расчет сводится к определению размера катета сварного шва, прикрепляющего стенку к полкам ригеля, и производится по формуле

 

 

 

где R_wf = 200 МПа – расчетное сопротивление сварного шва, определяемое по

       табл. 4.1;

     β_f = 0,9 – коэффициент, выбираемый по табл. 4.2;

      γ_wf = 1;

      γ_c = 1 – коэффициенты условий работы сварного шва и конструкции;

      S_f – статический момент сдвигаемой части сечения-полки:

 

;

 

 мм.

 

Окончательно по табл. 4.3 принимаем  K_f = 14 мм.

 

4. Конструкция ригеля

 

По результатам расчётных данных пунктов 3.2 – 3.4 вычерчивается конструкция ригеля в трёх проекциях (см. формат А1) с указанием основных размеров составной балки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет и конструирование поперечной фермы-диафрагмы

 

1. Расчетная схема фермы-диафрагмы

 

Определим гидростатическое давление воды на ферму диафрагмы

Р_гд. = 0,5g××b

Р_гд. = 0,5 ² = 1311,11кН

 

Гидростатическая  нагрузка Р_гд. воспринимается опорами .

Р_гд. = ,

 

Р_гд.

Определим величину опорной реакции:

  
= Р_гд. / 2 = 1311,11/2 = 655,55 кН

 

По опыту  проектирования ферм диафрагм поверхностных  затворов, максимальное сжимающее усилие действует в стержне С_12.

С₁₂ Þ N_s,max = / 2 = 327,75 кН.

Максимальное  растягивающее усилие воспринимает стержень С_4.

С₄ Þ N_r,max = / 3 = 218,5 кН.

Найдем необходимые  площади поперечного сечения  сжатого и растянутого стержней.

Растянутый:

 

Сжатый

 

Требуемую площадь  принимаем равной А_тр = 19,2 см²

По = 19,2 см² подбираем по сортаменту два равнополочных уголка 2└ 125x8 площадью 19,69 см², z₀ = 3,36 см.

 Окончательно  принимаем 2└ 125×8 мм. В целях  унификации размеров стержни  поясов и решетки фермы устанавливаем  из одних и тех же элементов,  т.е. 2└ 125 × 8 мм, z₀=3,36 см.

 

 

 

Расчетная схема

5. Опорно-ходовое устройство затвора

 

1. Подбор сечения вертикальной опорной стойки

 

В рабочем  состоянии затвора опорно-концевые стойки воспринимают максимальную поперечную силу Q_max от опорного сечения ригеля, равную опорной реакции:

А_р = Q_A= Q_B;

А_р = Q_max.

Высота  стенки опорно-концевой стойки равна  высоте стенки ригеля h_w в опорном сечении:

h_w1 =h₁ – 2t_f;

h_w1 = 1000 – 2 * 20 = 960 мм.

 

В опорных  сечениях ригель прикрепляется к  опорно-концевой стойке сварными швами. Расчёт сварных швов приводится в  пункте 3.4. «Расчёт сварных поясных  швов».

Основные  размеры опорно-концевой стойки:

h_w1 = 960 мм; b_wf = b_f = 340 мм; t_w1 = t_w =13 мм; t_wf = t_f = 34 мм.

 

2. Выбор типа ходовых колёс и их расчёт

 

Колесные  опорные устройства применяют при  больших нагрузках на затвор с  целью уменьшения сил трения в  опорно-ходовых частях и, соответственно, снижения мощности подъёмных механизмов. Выбор  типа конструкции  основного  колёсного опорного устройства определяется пролётом затвора, гидростатической нагрузкой  на него, а также, особенностями и  частотой маневрирования затвором. Колесные опорные части затворов являются сложными в изготовлении и эксплуатации.

 

В проектировании плоского поверхностного затвора принимаем  колёсный тип опорно-ходового устройства. Суть расчёта опорно-ходовых колёс  состоит в определении расчётного давления на одно колесо, диаметра колеса, его диаметральной прочности  и поверочного расчёта на смятие поверхностей соприкосновения колеса и рельса.

Расчётное давление на одно колесо балансирной  тележки, расположенной с одной  стороны ригеля, определяем по формуле:

 

 

 

 

 

Диаметр опорно-ходового колеса двухколесной балансирной тележки определяют из формулы:

 

 

Откуда диаметр  рабочего колеса тележки:

 

 

 

 

 

3. Контурное уплотнение плоского затвора

 

Уплотнительные  устройства служат для плотного перекрытия зазоров между затвором и закладными частями. У поверхности затворов уплотнители устанавливают по трем сторонам (порог и боковые части).

Донное  уплотнение выполняется из деревянного  бруса  или резины, боковые из фасонной литой износо-и морозоустойчивой резины. Уплотнения крепятся к затвору с помощью пружинистого стального листа.

 

 

 

 

Список использованной литературы:

 

1. СНиП 2-23-81. Стальные конструкции. Госстрой СССР.М., ЦИТП Госстроя СССР, 1988.
2. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.  Госстрой СССР.М., ЦИТП Госстроя СССР, 1988.
3. Отрешко А.И. Инженерные конструкции. М., Колос, 1988.
4. Васильев А.А. Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1979.
5. Стальные поверхностные затворы гидротехнических сооружений. Методические указания. Сост. Ю.Н. Синицин, Г.К. Мицкевич. КуИСИ, Куйбышев, 1986.