Сварной двухригельный плоский затвор

Содержание:

1. Исходные данные для проектирования, выбор схемы затвора и назначение основных его размеров.
1. Исходные данные, нагрузки, действующие на затвор;
2. Материалы для затворов и соединений, расчётные характеристики;
3. Основные конструктивные требования;
4. Назначение основных размеров затвора;
5. Конструирование поперечного разреза затвора;
2. Расчёт обшивки, вспомогательных балок и стоек.
1. Расчёт обшивки;
2. Расчёт вспомогательных балок;
3. Расчёт стойки;
3. Расчёт ригеля;
1. Определение нагрузок на ригель;
2. Назначение высоты сечения ригеля;
3. Назначение недостающих и уточнение ранее принятых размеров поперечного сечения ригеля;
4. Проверка подобранного сечения;
5. Проверка местной устойчивости стенки;
6. Назначение размеров поперечных рёбер жёсткости;
7. Расчёт поясных швов;
8. Назначение размеров опорно-концевой стойки и расчёт прикрепления к ней ригеля;
4. Расчёт поперечных и продольных связей;

4.1 определение усилий  в продольных связях.

 

1. Исходные данные для проектирования, выбор схемы затвора и назначение основных его размеров.
1. Исходные данные, нагрузки, действующие на затвор.

Исходными данными для  проектирования являются:

 -Ширина отверстия в свету .;

-Глубина воды над порогом в ВБ с учётом ветрового нагона (напор воды) – H= 5.8 м.;

 -Материал затвора (марка стали) – ВСт3пс6;

 -Материалы для автоматической и ручной сварки:

  а) марка сварочной проволоки – св-08А;

  б) тип электрода – Э42А.

 -Затвор ремонтный;

  Основной нагрузкой на затвор является гидростатическое давление. Эпюра гидростатического давления на поверхностный затвор показана на рис.1. Она показывает распределение нагрузки по высоте затвора. По длине затвора нагрузка принимается равномерно распределённой.

  Гидростатическое давление (P) на любом уровне водоудерживающей поверхности затвора прямо пропорционально глубине погружения (H) и направленно нормально к этой поверхности. Величину его определяют по формуле:

 

Где: 0,0001 – коэффициент согласующий размерности;

 – плотность воды ();

H – глубина погружения, м.;

;

2. Материалы для затворов и соединений, расчётные характеристики;

  Элементы подвижных частей затворов  рассчитывают на прочность и устойчивость по расчётным предельным состояниям.

  Расчётное сопротивления стали в элементах металлических конструкций подвижных частей затвора при расчёте на статическую прочность и устойчивость определяют по формуле:

 

Где: - нормативное сопротивление по пределу текучести стали;

-  коэффициент  (или произведение коэффициентов)  условий работы;

- коэффициент  надёжности по материалу, учитывающий  возможные отклонения сопротивлений  материала в неблагоприятную сторону;

 – коэффициент перехода  к производным сопротивлениям (при  осевом растяжении и сжатии  , при изгибе , при сдвиге ).

  Аналогично определяем расчётные сопротивления сварных соединений. Коэффициент условий работы учитывает возможные отступления действительной конструкции от спроектированной ( коэффициент ). Кроме того этот коэффициент учитывает возможность появления предусмотренных расчётом различных неблагоприятных условий работы конструкции и условность расчётной схемы (  коэффициент ).

  При наличии нескольких факторов условности расчёта при определении учитывается произведении коэффициентов условий работы, для затворов ГТС

Значения расчётных сопротивлений  и сварных соединений с угловыми швами выпишем в табличной  форме (табл.1, табл.2.)

Таблица 1. Расчётные сопротивления  стали, МПа.

Марка стали	Вид проката	Толщина проката, мм		Для затворов
				При осевом растяжении и  сжатии	При изгибе	При сдвиге
C245 ВСт3пс6	Лист	4-20	225	162	170,1	93,96
	фасон	4-20	235	169,2	177,7	98,14

Примечание:

 

 

 

Таблица 2. Расчётные сопротивления  сварных соединений с угловыми швами, МПа.

Сварочные материалы		Напряжённое состояние
Тип электрода	Марка проволоки	Срез по металлу шва	Срез по металлу границы  сплавления
Э42А	СВ-08А	130	118

Примечание:  
по СНиП; 

 

3. Основные конструктивные требования.

  Конструкции затворов должны быть надёжными и возможно более простыми. При проектировании следует принимать все возможные меры к уменьшению трудоёмкости и ускорению процессов изготовления и монтажа конструкций. При разбивке затворов на отправочные марки нужно учитывать габариты транспортных средств и удобство транспортирования. При этом следует стремится к тому, чтобы максимум работ был выполнен на заводе.

  Предельный относительный прогиб главного ригеля затвора от нагрузок, вычисленных без учёта коэффициент надёжности по нагрузке, принимается для поверхностных ремонтных затворов:

 

  Допускаемые относительные прогибы вспомогательных элементов балочной клетки принимаем равными:

 

 

 

 

 

4. Назначение основных размеров затвора;

Расчётный пролёт затвора  определяют по формуле:

,

Где: l - отверстие в свету ( расстояние между бычками);

с – расстояние от края бычка  до оси опорно-ходовых частей.

  Расстояние с должно обеспечить размещение в пазах неподвижных частей затвора. Для затвора со скользящими опорами принимаем с = 250 мм.

 

Величину нагрузки передаваемой на одну опору определим по формуле:

,

  Нагруженный пролёт ( расстояние между вертикальными боковыми уплотнениями) принимаем равным:

 мм,

 м.,

 

В поверхностных затворах высота нагруженной части равна  напору:

 

  Предварительно назначим высоту сечения ригеля. Высота зависит от типа и назначения затвора, а также от марки стали.

  В поверхностных затворах предварительно высоту ригеля принимаем ( для малоуглеродистых сталей):

 

Принимаем м.

В поверхностных затворах обычно высоту ригеля на опоре уменьшают, принимая равной

 

Принимаем

  Такое изменение высоты позволяет уменьшить ширину ниши низового устройства и длину бычков, а также несколько уменьшить общий вес ригеля. Изменяют высоту ригеля в крайних панелях. 
  Стенку ригеля разбиваем на 6 панелей поперечными рёбрами жёсткости, к которым прикрепляются элементы поперечных связей. Длину панели назначаем в пределах

 ;

Принимаем 6 панелей  Схема представлена на рис. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.

 

 

Полная высота поверхностного затвора определяется по формуле:

Где: - расстояние от уровня горизонта верхнего бьефа до верхней точки затвора (запас на УВБ), принимаем

 

1.5. Конструирование поперечного разреза затвора.

  Условием правильного размещения ригелей в плоских затворах являются равномерность их загружения давлением воды. При соблюдении этого условия ригеля получаются одинакового сечения. В двухригельном затворе их устанавливают на равнодействующей давления воды. 
  Для поверхностного затвора положение равнодействующей гидростатического давления определяется как:

 

  Затем назначаем расстояние от нижней точки затвора до оси нижнего ригеля. Это расстояние должно обеспечивать размещение опорно-ходовых частей.

Для затворов со скользящими  опорами:

 

Принимаем

Расстояние между ригелями получаем из выражения:

 

Вылет верхней консоли равен:

 

  Затем проверяют угол α между плоскостью водослива и нижней кромкой ригеля затвора. Если он меньше 30^о, то при поднятии затвора вытекающая из под него вода захлёстывает нижний ригель и создаёт под ним разрежение, увеличивающее подъёмное усилие. В этом случае возникает значительная и резко меняющаяся динамическая нагрузка, создающая вибрацию затвора.

  Для устранения этих явлений в стенке сплошного нижнего ригеля по линии нейтральной оси необходимо устраивать отверстия для прохода воздуха в зону возможного разрежения. Суммарная площадь этих отверстий должна быть не менее 0.2 всей площади стенки ригеля. Чтобы определить угол α, можно предварительно принять ширину безнапорного пояса, равную от высоты ригеля h.  

Расстояние между вспомогательными балками определяется конструктивными  требованиями, согласно которым должна быть обеспечена пространственная жёсткость  затвора и устойчивость обшивки  на участке между балками. Указанные  требования выполняются, если расстояние в свету между соседними балками  из двутавров или расстояние между наружными плоскостями стенок балок из швеллеров не более:

  (толщина обшивки) – на участке между ригелями;

  - в верхнем консольной участке поверхностного затвора.

  Поперечные связи располагаются в вертикальной плоскости перпендикулярно обшивке затвора, их выполняем сквозными, т.е. вертикальные фермы, расположенные друг от друга на расстояние, равном длине панели ригеля. На рис.3 представлена схема ферм поперечнфх связей поверхностного затвора.

  Выбор типа решётки ферм зависит от высоты затвора и высоты ригеля. Угол между направлениями раскосов и поясов следует назначать в пределах 30⁰ – 60⁰.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3 Схема ферм поперечных связей

 

2. Расчёт обшивки, вспомогательных балок и стоек

2.1.   Расчёт обшивки

  Стальная обшивка совместно с балочной клеткой образует жёсткий диск, который надёжно обеспечивает неизменное положение в пространстве сжатых поясов ригелей и их устойчивость в вертикальной плоскости. Поэтому со стороны стальной обшивки, приваренной непосредственно к поясам ригелей, можно не устраивать продольных связей – роль их выполняет она сама. Кроме того, мощная стальная обшивка с развитой в продольном направлении балочной клетки принимает большое участие в работе всего затвора на изгиб и позволяет рассчитывать его как пространственную конструкцию с включением обшивки в расчётное сечение.

  Затвор рассчитываем с разбивкой на плоские составляющие элементы. Часть стальной обшивки включают в расчётное сечение вспомогательных балок и напорных поясов ригелей, непосредственно примыкающих к обшивке.

Принимаем толщину обшивки 

  Листы, образующие обшивку, располагают так, чтобы кромки большей стороны листа были  параллельны ригелям, что даёт возможность транспортировать негабаритные затворы отдельными марками, не нарушая целостности ригелей.

  Расчётная схема обшивки представляет собой удлинённую пластинку, упруго защемлённую по длинным сторонам. Расчёт таких пластинок производим, выделяя из неё полоску единичной ширины (обычно 1 см). В результате получим вертикально расположенную упруго-защемлённую балку пролётом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4 Расчётная схема  обшивки

 

Из условия прочности 

Расчётный изгибающий моменты  в обшивке:

 

Момент сопротивления  полосы обшивки шириной 1 см:

 

 

Допустимый пролёт обшивки:

 

Где:

 – расчётное  сопротивление при изгибе листовой  стали толщиной 10 мм.

 

Полученную величину сравниваем с принятым при конструировании  поперечного сечения затвора  расстоянием между вспомогательными балками.

 

Вывод: Условие выполнено, дополнительных вспомогательных балок  не требуется.

 

2.1.   Расчёт вспомогательной балки.

  Вспомогательные балки являются горизонтальными элементами балочной клетки и служат опорами для обшивки.

  Вспомогательные балки рассчитывают на действие гидростатического давления передаваемого обшивкой. В качестве расчётной схемы горизонтально расположенных балок, опирающихся на стойки, принимают многопролётную неразрезную балку, нагруженную во всех пролётах равномерно-распределённой нагрузкой. Пролёты неразрезной балки равны длине панели 

Нагрузка на вспомогательную  балку q определяется по формуле:

 

Где:

  - среднее гидростатическое давление по высоте рассматриваемой грузовой площадки

 

 

 

Максимальный изгибающий момент в базе (у первой промежуточной  опоры) равен: