МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
По выполнению курсового проекта
"СВАРНОЙ ДВУХРИГЕЛЬНЫЙ ПЛОСКИЙ ЗАТВОР"
Москва 2018
Составители - проф. Дукарский Ю.М., доц. Бандин О. Л., доц. Варывдин А.В., доц. Азимбаев К.Г.
УДК 624.01.(075)
Методические указания по проектированию сварного двухригельного плоского затвора. Составители Ю.М.Дукарский, О.Л.Бандин, А.В.Варывдин, К.Г.Азимбаев
Методические указания предназначены для китайских студентов-бакалавров профиля гидротехническое строительство. Изложены основы расчёта и конструирования металлических конструкций на примере проектирования гидротехнического затвора, а также справочные материалы. Рекомендации основаны на современных нормативных документах (СП 53-102-2004 и т.п.) и могут быть использованы в реальном проектировании. природообустройства.
Методические указания могут быть полезны студентам-бакалаврам профиля природообустройство.
Компьютерная вёрстка (оригинал макет): Варывдин А.В.
Рецензенты: ____________________________________
____________________________________
Оглавление
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАТВОРАХ.. 6
Затвор ГТС как объект курсовой работы по дисциплине «Металлические конструкции" 6
Классификация затворов. 7
Конструкция затвора. 8
Исходные данные и нагрузки, действующие на затвор. 13
Материалы для затворов и соединений, их расчётные характеристики. 14
Основные конструктивные требования. 15
Методические указания по выполнению курсовой работы «Сварной двухригельный плоский поверхностный затвор». 17
1. Выбор конструктивной схемы и назначение основных размеров затвора.. 17
2. Назначение расчётных сопротивлений.. 21
3 Расчет обшивки и балочной клетки (вспомогательной балки и промежуточной стойки) 24
3.1 Назначение толщины обшивки. 24
3.2 Расчет вспомогательных балок. 24
3.3 Расчёт стойки. 27
4. расчет ригеля.. 30
4.1. Назначение высоты сечения ригеля. 30
4.2 Уточнение размеров поперечного сечения ригеля. 33
4.3 Расчётная проверка подобранного сечения. 36
4.4 Проверка местной устойчивости стенки и назначение размеров поперечных рёбер жёсткости 36
4.5 Расчет поясных швов. 39
5. НАЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПРНО-КОНЦЕВОЙ СТОЙКИ.. 42
6. Расчет поперечных и продольных связей.. 44
6.1 Определение усилий в поперечных связях. 44
6.2 Определение усилий в продольных связях. 45
6.3 Подбор сечений элементов связей. 47
Сжатые элементы.. 47
Растянутые элементы.. 49
6.4 Расчет сварных соединений. 50
Приложение 1. 52
Приложение 2. 53
Приложение 3. 54
Приложение 4. 56
Приложение 5. 57
Приложение 6. 60
Приложение 7. 61
Приложение 8. 62
Литература. 63
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАТВОРАХ
Затвор ГТС как объект курсовой работы по дисциплине «Металлические конструкции"
Для освоения раздела «Металлические конструкции» в качестве объекта курсовой работы выбран гидротехнический сварной двухригельный плоский поверхностный затвор. Затвор имеет в своей конструкции все изучаемые в этом разделе элементы металлических конструкций – от центрально нагруженных стержней в связевых фермах до изгибаемых элементов балочной клетки, которая состоит из прокатных стандартных однопролётных и многопролётных балок различной формы поперечного сечения и составных сварных ригелей.
Вид с нижнего бьефа на ремонтный затвор водосброса Иовской ГЭС
Проектирование таких элементов затвора, обеспечение прочности, устойчивости и жёсткости конструкций, а также расчет сварных соединений в процессе выполнения курсовой работы, позволит закрепить теоретические современных методов расчёта инженерных конструкций по предельным состояниям.
Классификация затворов
Гидротехническими затворами называются конструкции, закрывающие и открывающие в гидротехнических сооружениях отверстия для пропуска воды. Затворы всех типов и любого назначения вместе с их закладными и опорно-ходовыми частями относятся к механическому оборудованию гидротехнических сооружений.
По местоположению перекрываемых отверстий затворы подразделяют на поверхностные и погруженные (глубинные).
Поверхностные затворы располагают на пороге сооружения; верхняя кромка таких затворов находится выше уровня воды.
Глубинные затворы перекрывают отверстия, находящиеся целиком в воде; их верхняя кромка находится ниже уровня воды.
По эксплуатационному назначению различают затворы основные, ремонтные, аварийные, аварийно-ремонтные и строительные.
Основные (рабочие) затворы постоянно работают при эксплуатации сооружений и служат для поддержания требуемого горизонта воды в верхнем бьефе. Маневрирование основными затворами происходит в условиях текущей воды.
Ремонтные затворы используют для временного закрытия отверстия при ремонте основного затвора. Маневрирование ремонтными затворами производят в стоячей (неподвижной) воде.
Аварийные затворы применяют также для временного закрытия отверстий гидротехнических сооружений, но в случае аварии с основным затвором. Аварийные затворы спускают в поток, подъем их обычно осуществляют после выравнивания напоров по обе стороны затвора.
Аварийно-ремонтные затворы выполняют функции аварийных и ремонтных.
Строительные затворы используют для перекрытия водосбросных отверстий в период строительства.
По конструктивным признакам затворы делят на плоские, сегментные, секторные, вальцовые и др.
В зависимости от размеров перекрываемого отверстия, назначения гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации используют различные типы плоских затворов. Наиболее, часто применяют одиночные и секционные плоские затворы.
Пролётное строение одиночных затворов состоит из одного полотнища (рис. 1). Применяют их при высоте отверстия до 14м. Такие затворы не допускают перелива воды поверху.
Секционные плоские затворы состоят по высоте из нескольких частей - секций, совмещённых по высоте, перемещение которых можно производить поочерёдно или одновременно - в сцепке. Секционные затворы дают возможность перекрывать высокие отверстия без увеличения грузоподъёмности крана (при маневрировании каждой секции отдельно).
Секционные затворы удобны в изготовлении, при транспортировке и монтаже, но неудобны в эксплуатации.
Перемещают затворы подъёмными механизмами.
В настоящем пособии рассматривается плоский поверхностный двухригельный затвор.
Конструкция затвора
Плоский затвор состоит из подвижной части (собственно затвора) и неподвижных частей (пазового устройства). В настоящем пособии рассматривается проектирование только подвижной части затвора.
Подвижную часть плоского затвора составляют следующие элементы (см. рис. 1, 2):
Обшивка (1) располагаемая с напорной стороны затвора, препятствует течению воды, непосредственно воспринимает её давление и передаёт на вспомогательные балки, стойки и ригели. Обшивку делают из листовой стали.
Балочная клетка состоит из вспомогательных балок (2) и стоек (3) и передаёт давление воды от обшивки на ригели. Вспомогательные балки обычно располагают горизонтально. Элементы балочной клетки изготовляют из прокатных двутавров или швеллеров.
Ригели (4) - основные несущие элементы затвора - передают давление воды на опорно-концевые стойки. Часть ригеля, примыкающая непосредственно к обшивке, называется напорным поясом и работает на сжатие. Противоположная часть ригеля называется безнапорным поясом и работает на растяжение. В зависимости от величины пролёта затвора и высоты напора воды ригели изготавливают из прокатных или составных балок. В редких случаях ригели могут быть в виде ферм. В пособии рассматривается наиболее распространённый тип ригелей из составных балок.
а)
б)
Рис.1 Упрощённый вид плоского двухригельного затвора со стороны обшивки (а) и со стороны ригелей (б)
Рис.2 Поперечный разрез гидротехнического затвора
1 – обшивка затвора, 2 – вспомогательная балка, 3 – стойка, 4 – ригель, 5 – стержни поперечной фермы, 6 – ребра жёсткости ригеля
Поперечные связи (5) - вертикальные фермы, поясами которых служат с одной стороны стойки балочной клетки, а с другой - стойки продольной связевой фермы. Решётка ферм бывает самого разнообразного очертания. В настоящее время часто решётку поперечных связей заменяют сплошным листом - диафрагмой. Поперечные связи должны сохранять пространственную неизменяемость затвора и препятствовать его скручиванию. В случаях неравномерного загружения ригелей поперечные связи выравнивают нагрузки между ними.
Продольные связи (рис.3) между ригелями, расположенные в плоскости растянутых поясов, образуют совместно с этими поясами вертикальную ферму.
Со стороны сжатых поясов роль продольных связей выполняет обшивка, которая совместно с элементами балочной клетки образует жёсткий диск.
Продольные связи воспринимают собственный вес затвора и другие, вертикально действующие нагрузки, передавая их на опорно-концевые стойки. Благодаря им сохраняется неизменное взаимное расположение ригелей, они также уменьшают вертикальные деформации (провисание) горизонтально расположенных ригелей.
Поперечные и продольные связи обеспечивают работу затвора как пространственной конструкции.
Для ограничения боковых перемещений и перекосов затвора в процессе маневрирования им, а также для уменьшения вибрации при неполном открытии затвора, служат направляющие устройства в виде боковых и обратных колёс или упоров.
Опорно-концевые стойки (рис.3, б) передают горизонтальные и вертикальные нагрузки от ригелей и продольных связевых ферм на опорно-ходовые части и подвесные устройства. Опорно-концевые стойки обеспечивают проектное положение ригелей и служат для закрепления всех опорно-ходовых и подъёмных устройств. В качестве опорно-ходовых устройств обычно применяют колёсные опоры или скользящие опоры из материалов с низким коэффициентом трения и устойчивых к воздействию воды.
Для обеспечения равномерного перемещения затвора в пазах и
передачи давления на сооружение устанавливают закладные части (в данном пособии не рассматриваются):
· опорные пути для рабочих, обратных и боковых колёс, упоров и т.п. (обратные и боковые рабочие пути);
· закладные части вертикальных и горизонтальных уплотнений;
· арматура углов бетонной кладки и забральных стен;
· устройства для обогрева затвора.
Для исключения утечки воды в обход обшивки между затвором и бетонными частями водосброса устанавливают уплотнения. В зависимости от расположения уплотнений различают вертикальные (боковые) и горизонтальные уплотнения. Горизонтальные уплотнения, расположенные внизу затвора, называют донными.
Исходные данные и нагрузки, действующие на затвор
В курсовом проекте предусмотрена разработка сварного двухригельного плоского поверхностного затвора.
Исходными данными при проектировании поверхностного затвора являются:
· ширина отверстия в свету, м - L;
· глубина воды над порогом в верхнем бьефе (напор воды), м - Н;
· материал затвора (марка стали);
· материалы для автоматической и ручной сварки (тип электрода и марка сварочной проволоки);
· дополнительные данные, в которых указывается, является ли проектируемый затвор основным, ремонтным или аварийным.
На затвор действуют следующие основные силы, на устойчивость к которым производится расчет:
· гидростатическое давление Fhyd;
· собственный вес затвора G;
Основной нагрузкой на затвор является гидростатическое давление, определяемое по известным формулам гидравлики. Эпюра гидростатического давления на поверхностный затвор приведена на рис.4. Она показывает распределение нагрузки по высоте затвора. По длине затвора нагрузка принимается равномернораспределенной.
Гидростатическое давление (р) в любой точке водоудерживающей поверхности затвора прямо пропорционально глубине воды над этой точкой (Н) и направлено нормально к этой поверхности. Величину его определяют по формуле:
| p = 0,0001× γ × H (кН/см2) | (1) |
где
0,0001 - коэффициент, согласующий размерности:
γ – удельный вес воды (γ = 10 кН/м3);
Н – глубина воды в расчётной точке, м.
Рис.4 Эпюра гидростатического давления на поверхностный затвор
Размеры нагруженной гидростатическим давлением площади затвора lhyd и hhvd зависят от ширины L и высоты h отверстия в свету, а также от места расположения и конструкции вертикальных и горизонтальных уплотнений (определение lhyd и hhyd см. п.2.4).
Учёт собственного веса затвора рассмотрен в п.6.
Назначение толщины обшивки
Стальная обшивка совместно с балочной клеткой образует жёсткую конструкцию, которая надёжно обеспечивает неизменное положение в пространстве ригелей и их устойчивость в вертикальной плоскости. Поэтому со стороны обшивки продольные связи не устраиваются. Кроме того, стальная обшивка принимает участие в работе всего затвора и позволяет рассчитывать затвор как пространственную конструкцию с включением обшивки в расчётное сечение.
Обычно толщина обшивки t 0 колеблется от 8 до 20мм. В курсовом проекте (работе) толщину обшивки рекомендуется назначать:
· t 0 = 8мм для затворов пролётом до 10м
· t 0 = 10мм для затворов пролётом свыше 10м.
Более подробно о расчёте обшивки можно посмотреть [1].
Расчет ригеля
Расчет поясных швов
Соединение поясов со стенкой ригеля осуществляется сварными поясными швами. Это соединение предотвращает сдвиг поясов относительно стенки ригеля, превращая всё сечение в единое целое.
При расчёте поясных швов определяют сдвигающую силу Т, приходящуюся на 1 см длины ригеля на приопорном участке:
T = 
| (33) |
где
Qmax – из (21),
Sf - статический момент пояса относительно нейтральной оси сечения ригеля на опоре:
Sf ≈ Af · 0,5 h 1
J 1 – момент инерции сечения балки на опоре:
J 1 ≈2 · Af · 
Здесь h 1 – высота ригеля на опоре.
Так как поясные проходят по всей длине ригеля, расчет сводится к определению катета шва. Расчет (угловых) швов на срез ведут по двум условиям: по металлу шва (а) и по металлу на границе сплавления (б) (рис. 15)
Рис.15 Расположение расчётных сечений при расчёте швов.
При расчёте по металлу шва:
kf = 
| (34 а ) |
При расчёте по границе сплавления:
kf = 
| (34 б ) |
Rwf , Rwz – расчётные сопротивления по табл. 2;
Коэффициенты вида сварки:
автоматической: β f =1,1; β z = 1,15
ручной: β f =0,7; β z = 1.
Ввиду значительных усадочных напряжений при сварке поясов со стенкой поясные швы следует делать сплошными, одинаковой толщины по всей длине. Минимальные значения катета шва зависят от толщины наиболее толстого из свариваемых элементов (табл.3)
Таблица 3. Минимальные величины катета шва
| Толщина наиболее толстого элемента, мм | Минимальный катет шва kf при сварке | |
| ручной | автоматической | |
| 6…16 | 6 | 6 |
| 17…22 | 7 | 6 |
| 23…32 | 8 | 7 |
| 33…40 | 9 | 8 |
Расчет сварных соединений
Крепление стержней поперечных и продольных связей в узлах осуществляют сварными швами с помощью фасонок. Сварка применяется ручная.
Стенка сварного тавра (работающего на растяжение) крепится к фасонке с помощью стыкового шва, а полка – четырьмя фланговыми швами (рис. 20)
а)
б)
в)
Рис. 20
Приложение 1
СП 53-102-2004 ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Таблица В.5 - Нормативные и расчётные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе листового, широкополосного универсального и фасонного проката
| Сталь по ГОСТ 27772 | Толщина проката1), мм | Нормативное сопротивление2) проката, Н/мм2 | Расчетное сопротивление3) проката, Н/мм2 | ||
| Ryn | Run | Ry | Ru | ||
| С235 | От 2 до 8 | 235 | 360 | 230/225 | 350/345 |
| С245 | От 2 до 20 | 245 | 370 | 240/235 | 360/350 |
| Св. 20 до 30 | 235 | 370 | 230/225 | 360/350 | |
| С255 | От 2 до 20 | 245 | 370 | 240/235 | 360/350 |
| Св. 20 до 40 | 235 | 370 | 230/225 | 360/350 | |
| С285 | От 2 до 10 | 275 | 390 | 270/260 | 380/370 |
| Св. 10 до 20 | 265 | 380 | 260/250 | 370/360 | |
| С345 | От 2 до 20 | 325 | 470 | 315/310 | 460/450 |
| Св. 20 до 40 | 305 | 460 | 300/290 | 450/440 | |
| Св. 40 до 80 | 285 | 450 | 280/270 | 440/430 | |
| Св. 80 до 100 | 265 | 430 | 260/250 | 420/410 | |
| С345К | От 4 до 10 | 345 | 470 | 335/330 | 460/450 |
| С375 | От 2 до 20 | 355 | 490 | 345/340 | 480/465 |
| Св. 20 до 40 | 335 | 480 | 325/320 | 470/455 | |
| С390 | От 4 до 50 | 390 | 540 | 380/370 | 525/515 |
| С440 | От 4 до 30 | 440 | 590 | 430/420 | 575/560 |
| Св. 30 до 50 | 410 | 570 | 400/390 | 555/540 | |
| С590 С590К | От 10 до 40 | 590 | 685 | 575/560 | 670/650 |
| 1) За толщину фасонного проката принимают толщину полки. 2) За нормативное сопротивление приняты гарантированные значения предела текучести и временного сопротивления, приводимые в государственных стандартах или технических условиях. В тех случаях, когда эти значения приведены только в одной системе единиц (кгс/мм2), нормативные сопротивления (Н/мм2) вычисляют умножением соответствующих величин на 9,81 с округлением до 5 Н/мм2. Допускается применение значений нормативных сопротивлений, отличных от приведенных в таблице В.5. 3) Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, определенные в соответствии с таблицей 3, и округлением до 5 Н/мм2. В числителе представлены значения расчетных сопротивлений проката, поставляемого по ГОСТ 27772 (кроме стали С590К) или другой нормативной документации, в которой используется процедура контроля свойств проката по ГОСТ 27772 (γm = 1,025), в знаменателе - расчетное сопротивление остального проката при γm = 1,050. | |||||
Приложение 2
СП 53-102-2004 ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Таблица Г.2 - Нормативные и расчетные сопротивления металла угловых швов
| Сварочные материалы | Rwun, Н/мм2 | Rwf, Н/мм2 | |
| Тип электрода (по ГОСТ 9467) | Марка проволоки | ||
| Э42, Э42А | Св-08, Св-08А | 410 | 180 |
| Э46, Э46А | Св-08ГА, | 450 | 200 |
| Э50, Э50А | Св-08Г2С, Св-10ГА, ПП-АН-8, ПП-АН-3 | 490 | 215 |
| Э60 | Св-08Г2С1, Св-10НМА, Св-10Г2 | 590 | 240 |
| Э70 | Св-10ХГ2СМА, Св-08ХН2ГМЮ | 685 | 280 |
| Э85 | - | 835 | 340 |
| 1 Только для швов с катетом kf ≤ 8 мм в конструкциях из стали с пределом текучести 440 Н/мм2 и более. | |||
Приложение 3
ГОСТ 8240-97
Приложение 4
ГОСТ 8239-89
Приложение 5
ГОСТ 8509-93
Приложение 6
СП 53-102-2004 ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Таблица Ж.1 - Коэффициент устойчивости φ при центральном сжатии
| Условная гибкость | Коэффициент φ для типов кривых устойчивости | Условная гибкость | Коэффициент φ для типов кривых устойчивости | ||||
| a | b | c | a | b | c | ||
| 0,4 | 999 | 998 | 992 | 5,4 | 261 | 261 | 255 |
| 0,6 | 994 | 986 | 950 | 5,6 | 242 | 242 | 240 |
| 0,8 | 981 | 967 | 929 | 5,8 | 226 | 226 | 226 |
| 1,0 | 968 | 948 | 901 | 6,0 | 211 | ||
| 1,2 | 954 | 927 | 878 | 6,2 | 198 | ||
| 1,4 | 938 | 905 | 842 | 6,4 | 186 | ||
| 1,6 | 920 | 881 | 811 | 6,6 | 174 | ||
| 1,8 | 900 | 855 | 778 | 6,8 | 164 | ||
| 2,0 | 877 | 826 | 744 | 7,0 | 155 | ||
| 2,2 | 851 | 794 | 709 | 7,2 | 147 | ||
| 2,4 | 820 | 760 | 672 | 7,4 | 139 | ||
| 2,6 | 785 | 722 | 635 | 7,6 | 132 | ||
| 2,8 | 747 | 683 | 598 | 7,8 | 125 | ||
| 3,0 | 704 | 643 | 562 | 8,0 | 119 | ||
| 3,2 | 660 | 602 | 526 | 8,5 | 105 | ||
| 3,4 | 615 | 562 | 492 | 9,0 | 094 | ||
| 3,6 | 572 | 524 | 460 | 9,5 | 084 | ||
| 3,8 | 530 | 487 | 430 | 10,0 | 076 | ||
| 4,0 | 475 | 453 | 401 | 10,5 | 069 | ||
| 4,2 | 431 | 421 | 375 | 11,0 | 063 | ||
| 4,4 | 393 | 392 | 351 | 11,5 | 057 | ||
| 4,6 | 359 | 359 | 328 | 12,0 | 053 | ||
| 4,8 | 330 | 330 | 308 | 12,5 | 049 | ||
| 5,0 | 304 | 304 | 289 | 13,0 | 045 | ||
| 5,2 | 281 | 281 | 271 | 14,0 | 039 | ||
| Примечание - Значения коэффициента φ в таблице увеличены в 1000 раз. | |||||||
Таблица 6
| Тип сечения | Тип кривой устойчивости | Значения коэффициентов | |
| α | β | ||
| b | 0,04 | 0,09 |
| c | 0,04 | 0,14 |
Приложение 7
Приложение 8
Пример вычисления нагрузок на узлы поперечной фермы затвора
Литература
1. Сварной двухригельный плоский затвор. Методические указания по курсовому проектированию. Дукарский Ю.М., Бандин О.Л. – М., Изд.МГУП, 1996, с.66
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсового проекта
"СВАРНОЙ ДВУХРИГЕЛЬНЫЙ ПЛОСКИЙ ЗАТВОР"
Москва 2018
Составители - проф. Дукарский Ю.М., доц. Бандин О. Л., доц. Варывдин А.В., доц. Азимбаев К.Г.
УДК 624.01.(075)
Методические указания по проектированию сварного двухригельного плоского затвора. Составители Ю.М.Дукарский, О.Л.Бандин, А.В.Варывдин, К.Г.Азимбаев
Методические указания предназначены для китайских студентов-бакалавров профиля гидротехническое строительство. Изложены основы расчёта и конструирования металлических конструкций на примере проектирования гидротехнического затвора, а также справочные материалы. Рекомендации основаны на современных нормативных документах (СП 53-102-2004 и т.п.) и могут быть использованы в реальном проектировании. природообустройства.
Методические указания могут быть полезны студентам-бакалаврам профиля природообустройство.
Компьютерная вёрстка (оригинал макет): Варывдин А.В.
Рецензенты: ____________________________________
____________________________________
Оглавление
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАТВОРАХ.. 6
Затвор ГТС как объект курсовой работы по дисциплине «Металлические конструкции" 6
Классификация затворов. 7
Конструкция затвора. 8
Исходные данные и нагрузки, действующие на затвор. 13
Материалы для затворов и соединений, их расчётные характеристики. 14
Основные конструктивные требования. 15
Методические указания по выполнению курсовой работы «Сварной двухригельный плоский поверхностный затвор». 17
1. Выбор конструктивной схемы и назначение основных размеров затвора.. 17
2. Назначение расчётных сопротивлений.. 21
3 Расчет обшивки и балочной клетки (вспомогательной балки и промежуточной стойки) 24
3.1 Назначение толщины обшивки. 24
3.2 Расчет вспомогательных балок. 24
3.3 Расчёт стойки. 27
4. расчет ригеля.. 30
4.1. Назначение высоты сечения ригеля. 30
4.2 Уточнение размеров поперечного сечения ригеля. 33
4.3 Расчётная проверка подобранного сечения. 36
4.4 Проверка местной устойчивости стенки и назначение размеров поперечных рёбер жёсткости 36
4.5 Расчет поясных швов. 39
5. НАЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОПРНО-КОНЦЕВОЙ СТОЙКИ.. 42
6. Расчет поперечных и продольных связей.. 44
6.1 Определение усилий в поперечных связях. 44
6.2 Определение усилий в продольных связях. 45
6.3 Подбор сечений элементов связей. 47
Сжатые элементы.. 47
Растянутые элементы.. 49
6.4 Расчет сварных соединений. 50
Приложение 1. 52
Приложение 2. 53
Приложение 3. 54
Приложение 4. 56
Приложение 5. 57
Приложение 6. 60
Приложение 7. 61
Приложение 8. 62
Литература. 63
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАТВОРАХ
Затвор ГТС как объект курсовой работы по дисциплине «Металлические конструкции"
Для освоения раздела «Металлические конструкции» в качестве объекта курсовой работы выбран гидротехнический сварной двухригельный плоский поверхностный затвор. Затвор имеет в своей конструкции все изучаемые в этом разделе элементы металлических конструкций – от центрально нагруженных стержней в связевых фермах до изгибаемых элементов балочной клетки, которая состоит из прокатных стандартных однопролётных и многопролётных балок различной формы поперечного сечения и составных сварных ригелей.
Вид с нижнего бьефа на ремонтный затвор водосброса Иовской ГЭС
Проектирование таких элементов затвора, обеспечение прочности, устойчивости и жёсткости конструкций, а также расчет сварных соединений в процессе выполнения курсовой работы, позволит закрепить теоретические современных методов расчёта инженерных конструкций по предельным состояниям.
Классификация затворов
Гидротехническими затворами называются конструкции, закрывающие и открывающие в гидротехнических сооружениях отверстия для пропуска воды. Затворы всех типов и любого назначения вместе с их закладными и опорно-ходовыми частями относятся к механическому оборудованию гидротехнических сооружений.
По местоположению перекрываемых отверстий затворы подразделяют на поверхностные и погруженные (глубинные).
Поверхностные затворы располагают на пороге сооружения; верхняя кромка таких затворов находится выше уровня воды.
Глубинные затворы перекрывают отверстия, находящиеся целиком в воде; их верхняя кромка находится ниже уровня воды.
По эксплуатационному назначению различают затворы основные, ремонтные, аварийные, аварийно-ремонтные и строительные.
Основные (рабочие) затворы постоянно работают при эксплуатации сооружений и служат для поддержания требуемого горизонта воды в верхнем бьефе. Маневрирование основными затворами происходит в условиях текущей воды.
Ремонтные затворы используют для временного закрытия отверстия при ремонте основного затвора. Маневрирование ремонтными затворами производят в стоячей (неподвижной) воде.
Аварийные затворы применяют также для временного закрытия отверстий гидротехнических сооружений, но в случае аварии с основным затвором. Аварийные затворы спускают в поток, подъем их обычно осуществляют после выравнивания напоров по обе стороны затвора.
Аварийно-ремонтные затворы выполняют функции аварийных и ремонтных.
Строительные затворы используют для перекрытия водосбросных отверстий в период строительства.
По конструктивным признакам затворы делят на плоские, сегментные, секторные, вальцовые и др.
В зависимости от размеров перекрываемого отверстия, назначения гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации используют различные типы плоских затворов. Наиболее, часто применяют одиночные и секционные плоские затворы.
Пролётное строение одиночных затворов состоит из одного полотнища (рис. 1). Применяют их при высоте отверстия до 14м. Такие затворы не допускают перелива воды поверху.
Секционные плоские затворы состоят по высоте из нескольких частей - секций, совмещённых по высоте, перемещение которых можно производить поочерёдно или одновременно - в сцепке. Секционные затворы дают возможность перекрывать высокие отверстия без увеличения грузоподъёмности крана (при маневрировании каждой секции отдельно).
Секционные затворы удобны в изготовлении, при транспортировке и монтаже, но неудобны в эксплуатации.
Перемещают затворы подъёмными механизмами.
В настоящем пособии рассматривается плоский поверхностный двухригельный затвор.
Конструкция затвора
Плоский затвор состоит из подвижной части (собственно затвора) и неподвижных частей (пазового устройства). В настоящем пособии рассматривается проектирование только подвижной части затвора.
Подвижную часть плоского затвора составляют следующие элементы (см. рис. 1, 2):
Обшивка (1) располагаемая с напорной стороны затвора, препятствует течению воды, непосредственно воспринимает её давление и передаёт на вспомогательные балки, стойки и ригели. Обшивку делают из листовой стали.
Балочная клетка состоит из вспомогательных балок (2) и стоек (3) и передаёт давление воды от обшивки на ригели. Вспомогательные балки обычно располагают горизонтально. Элементы балочной клетки изготовляют из прокатных двутавров или швеллеров.
Ригели (4) - основные несущие элементы затвора - передают давление воды на опорно-концевые стойки. Часть ригеля, примыкающая непосредственно к обшивке, называется напорным поясом и работает на сжатие. Противоположная часть ригеля называется безнапорным поясом и работает на растяжение. В зависимости от величины пролёта затвора и высоты напора воды ригели изготавливают из прокатных или составных балок. В редких случаях ригели могут быть в виде ферм. В пособии рассматривается наиболее распространённый тип ригелей из составных балок.
а)
б)
Рис.1 Упрощённый вид плоского двухригельного затвора со стороны обшивки (а) и со стороны ригелей (б)
Рис.2 Поперечный разрез гидротехнического затвора
1 – обшивка затвора, 2 – вспомогательная балка, 3 – стойка, 4 – ригель, 5 – стержни поперечной фермы, 6 – ребра жёсткости ригеля
Поперечные связи (5) - вертикальные фермы, поясами которых служат с одной стороны стойки балочной клетки, а с другой - стойки продольной связевой фермы. Решётка ферм бывает самого разнообразного очертания. В настоящее время часто решётку поперечных связей заменяют сплошным листом - диафрагмой. Поперечные связи должны сохранять пространственную неизменяемость затвора и препятствовать его скручиванию. В случаях неравномерного загружения ригелей поперечные связи выравнивают нагрузки между ними.
Продольные связи (рис.3) между ригелями, расположенные в плоскости растянутых поясов, образуют совместно с этими поясами вертикальную ферму.
Со стороны сжатых поясов роль продольных связей выполняет обшивка, которая совместно с элементами балочной клетки образует жёсткий диск.
Продольные связи воспринимают собственный вес затвора и другие, вертикально действующие нагрузки, передавая их на опорно-концевые стойки. Благодаря им сохраняется неизменное взаимное расположение ригелей, они также уменьшают вертикальные деформации (провисание) горизонтально расположенных ригелей.
Поперечные и продольные связи обеспечивают работу затвора как пространственной конструкции.
Для ограничения боковых перемещений и перекосов затвора в процессе маневрирования им, а также для уменьшения вибрации при неполном открытии затвора, служат направляющие устройства в виде боковых и обратных колёс или упоров.
Опорно-концевые стойки (рис.3, б) передают горизонтальные и вертикальные нагрузки от ригелей и продольных связевых ферм на опорно-ходовые части и подвесные устройства. Опорно-концевые стойки обеспечивают проектное положение ригелей и служат для закрепления всех опорно-ходовых и подъёмных устройств. В качестве опорно-ходовых устройств обычно применяют колёсные опоры или скользящие опоры из материалов с низким коэффициентом трения и устойчивых к воздействию воды.
Для обеспечения равномерного перемещения затвора в пазах и
передачи давления на сооружение устанавливают закладные части (в данном пособии не рассматриваются):
· опорные пути для рабочих, обратных и боковых колёс, упоров и т.п. (обратные и боковые рабочие пути);
· закладные части вертикальных и горизонтальных уплотнений;
· арматура углов бетонной кладки и забральных стен;
· устройства для обогрева затвора.
Для исключения утечки воды в обход обшивки между затвором и бетонными частями водосброса устанавливают уплотнения. В зависимости от расположения уплотнений различают вертикальные (боковые) и горизонтальные уплотнения. Горизонтальные уплотнения, расположенные внизу затвора, называют донными.
Исходные данные и нагрузки, действующие на затвор
В курсовом проекте предусмотрена разработка сварного двухригельного плоского поверхностного затвора.
Исходными данными при проектировании поверхностного затвора являются:
· ширина отверстия в свету, м - L;
· глубина воды над порогом в верхнем бьефе (напор воды), м - Н;
· материал затвора (марка стали);
· материалы для автоматической и ручной сварки (тип электрода и марка сварочной проволоки);
· дополнительные данные, в которых указывается, является ли проектируемый затвор основным, ремонтным или аварийным.
На затвор действуют следующие основные силы, на устойчивость к которым производится расчет:
· гидростатическое давление Fhyd;
· собственный вес затвора G;
Основной нагрузкой на затвор является гидростатическое давление, определяемое по известным формулам гидравлики. Эпюра гидростатического давления на поверхностный затвор приведена на рис.4. Она показывает распределение нагрузки по высоте затвора. По длине затвора нагрузка принимается равномернораспределенной.
Гидростатическое давление (р) в любой точке водоудерживающей поверхности затвора прямо пропорционально глубине воды над этой точкой (Н) и направлено нормально к этой поверхности. Величину его определяют по формуле:
| p = 0,0001× γ × H (кН/см2) | (1) |
где
0,0001 - коэффициент, согласующий размерности:
γ – удельный вес воды (γ = 10 кН/м3);
Н – глубина воды в расчётной точке, м.
Рис.4 Эпюра гидростатического давления на поверхностный затвор
Размеры нагруженной гидростатическим давлением площади затвора lhyd и hhvd зависят от ширины L и высоты h отверстия в свету, а также от места расположения и конструкции вертикальных и горизонтальных уплотнений (определение lhyd и hhyd см. п.2.4).
Учёт собственного веса затвора рассмотрен в п.6.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 490.
