Курсовой проект - Расчет плоского затвора - файл n1.docx

Курсовой проект - Расчет плоского затвора
скачать (1101.4 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.docx1991kb.17.05.2011 14:24скачать
n2.dwg

n1.docx


  1. Генеральные размеры затвора

    1. Превышение затвора над У.В.Б. составляет 0.5м.

Hзатвора= 8.5+0.5=9м.

    1. Расчетная длина ригеля:

Lр =B+2a ; a=0.25м. B-ширина пролета.

Lр=16+0.5=16.5 м

  1. Расстановка ригелей для плоского затвора.

  1. Определение действующих на пролетное строение сил:

Сила давления воды на затвор на погонный метр ширины отверстия со стороны верхнего бьефа определяется горизонтальной равнодействующей:

T=?ЧH2/2,

приложенной на расстоянии H/3 от порога отверстия.

T=9.81 Ч 8.5^2 Ч0.5=354.38 кН/м.

  1. Расстановка ригелей:

lв=0.45Н

принимаем y=2/3Н; y1=y-0.45H; l=2∙y1=(4/3-0.9H)=0.433H

l=H-0.45H-0.433H=0.117H

При обычной расстановке нижний ригель оказывается более нагружен. Найдем силы приходящиеся на ригели при выбранном способе расстановки.

чертеж1-model.jpg

?M=TЧ(1/3-0.117)H-RЧ0.433H=0 ? R=TЧ0.499?0.5T

?M= TЧ(0.433 +0.117-1/3)H-RЧ0.433H=0 ?Rн?0.5Н

Вывод: ригели нагружены одинаково, расстановка данным способом

уместна.

l=0.45H=0.45Ч8.5=3.825м.

l=0.433H=0.433Ч8.5=3.68м.

l=0.117H=0.117Ч8.5=0.995м ? 0.4м(Выполняется);

l? 0.4м для того, чтобы была возможность разместить нижний стрингер и донное уплотнение.

чертеж2-model.jpg

  1. Определение усилий в ригелях.

q=0.5T ; Lр=16.5м

q= 7.088Ч102Ч0.5=177.2 кН/м

Mmax=qЧL2/8=177.2Ч16.52/8=6030 кН∙м

Qmax=qЧL/2=177.2Ч102Ч16.5/2=1462 кН

чертеж3-model.jpg

  1. Расчет обшивки.

Заранее расставим стрингеры и подберем обшивку такой толщины , чтобы выполнялось прочность на местный изгиб:

??Ry/?n, где ?n=1.25 коэффициент надежности по назначению.

Ry=24 кН/см2 для марки стали С255.

?=M/W; W= 1∙п.м∙t2/6 ? W?MЧ?n/Ry  ? t?(6ЧMЧ?n/Ry)1/2

При расстановке стрингеров желательно добиться того, чтобы площади эпюры давления приходящиеся на каждый стрингер, были близкими между собой по значению.
чертеж4-model.jpg


Прочность обшивки и стрингеров рассчитывают на гидростатическое давление при закрытом отверстии. Для восприятия ударов плавающих тел и льда в уровне верхнего бьефа, кроме верхней обвязки, ставят дополнительный стрингер. Обшивка непосредственно опирается на стрингеры и ригели и крепится к ним на сварке. Таким образом, обшивка работает на местный изгиб в пролете между точками опирания. Расчетную схему обшивки можно представить в виде балки-полоски единичной ширины.

q=?Ч(hi+hi+1)/2 – берем среднее значение на участке закрепления.

Mоп=qЧb2/16 – момент на опоре наибольший, ведем проверку прочности по нему.

Составим таблицу для Mi и ti, для каждого участка закрепления.

Mi= ?вЧ( hi+hi+1)Чbi2/32.

Из таблицы найдем наибольшее значение толщины обшивки и примем его за расчетное.

N

h(м)

b(м)

M(кН)

t(мм)

1

0

1,91

2,14

8,19

2

1,91

0,96

1,34

6,47

3

2,87

0,96

1,90

7,71

4

3,83

1,35

5,04

12,54

5

5,18

1,20

5,10

12,63

6

6,38

1,13

5,44

13,04

7

7,51

0,79

3,03

9,72

8

8,30

0,20

0,21

2,54




8,50










Наибольшее значение ti=13.04 ? t=14мм (принимаем обшивку данной толщины за расчетную).

чертеж5-model.jpg

  1. Подбор сечения стрингеров.

Примем их количество таким, чтобы расстояние между ними находилось в пределах (1.2-2)м. Шаг диафрагм d=1.65 ? количество их n=11 шт.

В приведенной расчетной схеме максимальный изгибающий момент возникает в сечении на второй опоре: Mc=qcЧd2/10 где qc= ?вЧ0.5Ч(hi+hi+1).

чертеж6-model.jpg

Стрингер представляет собой многопролетную балку нагруженную равномерно распределенной по длине нагрузкой qc , которая определяется шириной его участка загружения гидростатическим давление (см. формулу выше) .

чертеж7-model.jpg

N

h(м)

qc(кН/м)

М(кН*м)

1

0

11,71

2,66

2

2,3875

28,14

6,38

3

3,35

38,50

8,74

4

4,5

50,40

11,43

5

5,775

62,31

14,14

6

6,9275

72,74

16,50

7

7,9025

80,45

18,25

8

8,5

 

 

Шестой стрингер несет максимальный изгибающий момент :

Mc6=15.21 кН∙м=18.25кН∙см.

?=Mc6/W?Ry/?n ? W?Mc6Ч?n/Ry ; W=1825Ч1.25/24=95.1 см3

Ry=24МПА=24кН/см2 .

По полученному моменту сопротивления выбираем подходящий профиль швеллера по сортаменту: расчётный профиль №18 с W=121 см3.

  1. Расчет и подбор сечения ригеля.

Из условия устойчивости обшивки в сечении ригеля включается ширина обшивки не более 0.15ЧLр ; поперечное сечение будет меньше у нижнего ригеля поэтому ведем расчет по нему:

b=min(0.15Lр; lн) ; b’’=min(0.15Lр; lр/2)

0.15Lр=0.15Ч16.5м=2.475м

Lр/2=1.84м ; lн=0.995м. ?

чертеж8-model.jpg

Из условия прочности ригеля на изгиб: ?=M/W?Ry/?n ?W?MЧ?n/Ry

M= 6030кН∙м ? W?6030Ч102Ч1.25/24=314.1Ч102=0.0314м3..

Оптимальная по расходу материала высота сечения: h0=5.65Ч .

h0=5.65Ч0.315=1.78м.

чертеж9-model.jpg

Из условия жесткости hmin сечения определяется по формуле:

hmin=

Соотношение Lр/f берем по допустимому значению =600. В результате получаем

hmin=128см=1.28м. Дальше за высоту ригеля принимаем наибольшее значение из h0 и hmin.

h=max( 178;128)?h=178см.

Высота сечения на опоре в целях уменьшения паза, где размещаются ходовые части принимаем h=0.6h=106.8см.

чертеж11-model.jpg

Толщину стенки ригеля выбираем из условия прочности ригеля на срез.

Условие прочности на срез: ??Rs/?n ; Rs=0.58Ry ; ?=QS/Yt ; примем приближенно S/Y?1.2/h.

Rs=13.92кН/см2 ; t?(1.2Q?n)/(hRs)

Размеры безнапорного пояса выбираются таким образом, чтобы W = ранее посчитываемому .

; где

hc=h-t0-tп ; tп=2t

чертеж10-model.jpg

Толщина стенки ригеля t?(1.2Ч1462Ч1.25)/(106.8Ч13.92)=1.47см=15мм

tп=2t=30мм.

? µ= (2.835Ч1.4Ч10-2)/(1.78Ч1.5Ч10-2)=1.48

tпЧbп=287.2см2 ? bп=287.2/3=95.7см ?по приложению №1 выбираем сталь листовую при толщине пояса tп=30мм шириной bп=1000мм ? tпЧbп=300см2.

Сечение ригеля на опоре:

чертеж14.wmf
Сечение ригеля в пролете:

чертеж8.wmf

  1. Проверка прочности и жесткости ригеля.

Сечение ригеля должно удовлетворять следующем прочностям:

  1. ??Ry / ?n

  2. ?? Rs/ ?n

  3. ?ef ?Ry /?n

где ?- нормальные напряжения ?=.

?- касательные напряжения ?= .

?ef –приведенные напряжения

для того ,чтобы найти все напряжения, необходимо вычислить геометрические характеристики сечения ригеля в пролете и на опоре.

  1. Определение геометрических характеристик в пролете.

  1. A0=b0Чt0=2.835Ч0.014=0.03969 м2.

Ac=hcЧtc=1.736Ч0.015=0.0267м2.

Aп=bпЧtп=0.03м2. ?A?0.09635м2.

  1. Определение положения центра тяжести.

S=(0.86+0.007)Ч0.03969-(0.86+0.015)Ч0.03=0.011м3.

Расстояние до центра тяжести сечения от оси х=a

a=S/?A=0.011/0.09635=0.11м=11см=110мм.

Определение положения центра тяжести:

чертеж9.wmf

  1. Момент инерции сечения относительно оси х:

Y0=(b0Чt03/12)+ A0=0.032м4

Yc=(tЧhc3/12) =0.007м4

Yп=bпЧtп3/12+ Aп=0.0245м2.

.

Относительно оси x момент инерции равен: Yx=Yх’ a2A

Yx=0.064-0.112Ч0.096=0.063м4.

  1. Момент сопротивления для верховой и низовой грани.

Wвx= =0.08м3

Wнx= =0.062м3

  1. Определение геометрических характеристик на опоре.

  1. A0=b0Чt0=396.9cм2.

Ac=hcЧtc=153.6см2.

Aп=bпЧtп=300cм2. ?A?850.5cм2

  1. Определение положения центра тяжести.

S=4789.11см3

Расстояние до центра тяжести сечения от оси х=a

a=S/?A=5.63см=56.3мм.

Определение положения центра тяжести на опоре:

чертеж10.wmf

  1. Момент инерции сечения относительно оси x:

Y0=(b0Чt03/12)+ A0=1069 Ч103см4

Yc=(tЧhc3/12) =134.2Ч103 см4

Yп=bпЧtп3/12+ Aп=833.412Ч103см4.

.

Относительно оси x момент инерции равен: Yx=Yх’ a2A

Yx=200.9Ч104 см4.

  1. Определение внутренних усилий в расчетном сечении ригеля.

В сечении №1: Q1=0, М1=qLр/8

В сечении №2 : Q2 =0, Q2=qLр/2

В сечении №3 : Q3=qLр/4 , M3=3qLр/32

чертеж16-model.jpg

Проверка прочности в середине пролета:

??Ry / ?n ; ?n=1.15(коэффициент запаса для 3 класса сооружений)

?yв =M1/Wвx ; ?yн =M1/Wнx.

?yв=6030Ч102кНсм/800Ч102см3=7.53 кН/см2 ? 24/1.15=20.87кН/см2(выполняется).

?yн=6030Ч102кНсм/620Ч102см3 =9.72кН/см2 ? 24/1.15=20.87кН/см2(выполняется).

чертеж17-model.jpg

Проверка прочности на сдвиг в сечении при опоре:

?= ; Y=200.9Ч104см4; Q2=1462 кН ; S=S1/2=

S1/2=21479 см3(статический момент половины сечения).

?=(2.92Ч103Ч21479)/(200.9Ч104Ч1.5)=10.4кН/см2 ?0.58Ч24/1.15=12.1кН/см2(вып.)

чертеж18-model.jpg

Проверка прочности в ј пролета:

чертеж19-model.jpg

?п.с=(Q3Sп.с)/(Yt) ; Sп.с=Aпtп/2 ; ?п.с.=M3Чyп.с./Y ; где yп.с =hc /2-a.

?Ry/?n

?п.с=(Q3Sп.с)/(Y∙t)=(731Ч450)/(630Ч104Ч1.5)=0.034 кН/см2.



?п.с.=M3Чyп.с./Y=452250Ч(86.8-11)/630Ч104=5.35кН/см2.



=5.35 кН/см2 ?24/1.15=20.86кН/см2(выполняется)

Проверка прочности в точке В.В проверяется аналогично:

?ВВ=(Q3SВВ)/(Yt) ; ; SВВ=A0t0/2=277.83 см3 ; Y=630Ч104см4 ;Q3=731 кН ; t=1.5 см.

?ВВ=(Q3SВВ)/(Yt)=0.021кН/см2

?ВВ.=M3ЧyВВ./Y =6.48 кН/см2 ; где yВВ =hc /2+a=86.8+11=91.8см.

=6.48кН/см2 ?20.86кН/см2=Ry/?n (выполняется).

Проверка жесткости ригеля:

f/Lр=1/600 ; f/Lр== =7.83Ч10-4?1.66Ч10-3(вып.)

чертеж20-model.jpg

  1. Проверка местной устойчивости элементов ригеля.

  1. Проверка устойчивости обшивки:

Условие устойчивости: ; Eст=2.1Ч104кН/см2.

Часть обшивки включенная в состав ригеля, по середине пролета работает на сжатие:

Y=630Ч104см4 ; Mmax=6030Ч102кНсм ;y0=-a+t0+hc/2=77.2см.

?0=6030Ч102Ч77.2/(630Ч104)=7.27кН/см2.

bi?2Ч1.4(2.1Ч104/7.27)1/2=148см.

В принятой схеме расположения ригелей и стрингеров нет участка превышающего это значение.

  1. Проверка устойчивости части стенки ригеля, которая рассматривается как устойчивость прямоугольной пластинки, ограниченной диафрагмами, безнапорным поясом, обшивкой.

Условие устойчивости выглядит следующим образом при действии касательных и нормальных напряжений:



hcж'=hc/2+a –высота сжатой зоны стенки в приопорной части ригеля. µ=d/hc ; где hc-высота стенки в при опорной зоне.

hc'=0.5(1024+1780)=140.2см На крайней панели можно пренебречь нормальными напряжениями т.к. они очень малы. Поэтому достаточно проверить только по касательным напряжениям условие устойчивости стенки ригеля.

? ;для касательных напряжений берется их усредненное значение по высоте стенки.

Qi=7.425q=1315кН- получается из соотношения треугольников в эпюре поперечных сил : ; t=1.5см ??сред=1315/(140.2Ч1.5)=6.25кН/см2.

µ=1.17 ; µ2=1.38 ; =22.26кН/см2.

?/?crc=6.25/22.26=0.28?(1/1.15)=0.87(Выполняется).

чертеж21-model.jpg

  1. Расчет отверстий для пропуска воздуха.

В момент открытия отверстия вблизи порога создается вакуум, область которого определяется углом ? от границы порога до нижней грани безнапорного пояса ригеля. При ?<300 становится практически невозможно маневрировать затвором из-за сильного подсоса. В этом случаи необходимо гашение вакуума путем подачи воздуха в подригельное пространство. С этой целью в поверхностных затворах достаточно предусмотреть отверстия в стенке ригеля. Площадь отверстия должна составлять не менее 20% от площади отсека, т.е A0?0.2dh. Этим условием определяется радиус отверстия: r?(0.2dh/?)1/2. Потеря части рабочего сечения компенсируется воротником вокруг отверстия. Толщина кольца принимается не менее 1.5t, ширина кольца bk- не более 12t.

Для удобства наложения сварных швов расстояние между обшивкой и воротником менее u= 250мм не допускается. В этом случаи центр отверстия может оказаться смещенным с центральной оси сечения ригеля на некоторое расстояние с.

чертеж22-model.jpg

Из условия равнопрочности Y0=Yk ;где Y0 и Yk -моменты инерции вырезанной части стенки и сечения воротника, соответственно, вытекает необходимая рабочая площадь последнего:

bktk?[rt (1+2e2/(r2+e2) ]/3.

чертеж24-model.jpg

Если высота сечения ригеля недостаточна для размещения круглого отверстия, то его выполняют овальным. В приопорном отсеке переменой высоты отверстия делают меньше -15% от площади отсека. Усиление воротником здесь не обязательно ввиду незначительных величин нормальных напряжений.

Т.к угол ?=16 то отверстия в секциях необходимы.

r=(0.2Ч165Ч178/?)1/2=43.24см. тогда d=2r=86.48.см.

чертеж11.wmf

Расположим отверстие в так чтобы центр окружности лежал на центральной оси сечения ригеля, тогда c=0 ? bktk? rt/3=43.24Ч1.5/3=21.62см2

tk=1.5t=2.25см ?bk?9.44=10см.

  1. Расчет поясных швов.

Lш= 0.6h-t0-tп-8мм=102.4-1.4-3-0.8=97.2. Будем рассматривать только один шов. Это шов крепления стенки ригеля к опорно-концевой стойке. Шов работает на срез.

чертеж25-model.jpg

Рассматривают два условия прочности:

  1. По прочности металла шва материала: ??Rwf?wf/?n

  2. По прочности контакта шва: ??Rwz?wz/?n

?=Q/kLш2? ; где ? –коэффициент глубины проплавления шва.

Для автоматической сварки ?wf=1.1; ?wz=1.15

  1. k?(Q?n)/(Rwf?wfLш2?)=0.38см ; Rwf=21.5 кн/см2, сталь С345

  2. k?(Q?n)/(Rwz?wzLш2?)=0.39см ; Rwz=20 кН/см2.

Принимаем к=4мм.

  1. Расчет шва между стенкой и безнапорным поясом. (разрушение происходит из-за касательных напряжений)

; S=bпtп(hc/2+tп/2-a)=19110см3. ?=9.81кН/см2.

  1. По прочности материала шва получается его катет:

k?(??n)/(Rwf?wf2?)=(9.8Ч1.15)/(21.5Ч1.1Ч2Ч1)=0.23см.

  1. По прочности кантакта шва катет равен к=0.245см.

Принимаем допустимо минимальное значение катета к=0.4см=4мм.

  1. Расчет диафрагм. Расчетная схема диафрагмы:

чертеж26-model.jpg

Наибольший момент наблюдается у верхнего ригеля.

М=0.5dlв3?в/3 ; Q=0.5dlв2?в

Размеры сечения назначаются конструктивно.

hd=h-t0-tп-hстр=178-1.4-3-18=155.6см.

td=t=1.5см.

bd=15t=22.5см.

Диафрагма несет нагрузку меньше, чем ригель, а ее поперечное сечение не намного уступает сечению ригеля.? прочность диафрагмы заранее обеспечена.При конструирование диафрагмы проверяется только прочность сварных швов. Т.к на верхнем ригеле действует наибольший изгибающий момент и поперечная сила, а в этом месте диафрагма монтируется ручной сваркой, то возникает необходимость проверить прочность угловых швов крепления стенки диафрагмы к ригелю. Стенкой диаф. Воспринимается вся поперечная сила и часть момента: M0=MЧYc /Yd ; Yc- момент инерции стенки диафрагмы относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения диафрагмы.

Yc=bh3/12=44.4194Ч104 см4 ; Yd-момент инерции всего сечения.

Yd=45.31Ч104см4. Yc/Yd=0.98.

Сечение диафрагмы:

чертеж12.wmf

Швы крепления стенки испытывают скалывающие напряжения:

?Q=Q/Af ; ?M=M/Wf

Af=2?fkl- площадь среза двусторонних швов, ?f=0.7( ручная сварка).

Wf=?fkl2/6 – момент сопративления швов, к=7мм

L=(152.6-0.8)=151.8см.

Af=2Ч0.7Ч0.7Ч151.8=148.764см2.

Wf=1881.86 см3.

M=0.5Ч1.65Ч3.8253Ч9.81/3=150.9кНм.

Q=0.5Ч1.65Ч3.8252Ч9.81=118.41 кН.

M0= 0.98Ч150.9=147.882кНм.

?Q=Q/Af =118.41/148.7=0.79.кН/см2

?M=M/Wf=150.9/1881.86=0.08 кН/см2.

?= (?Q2+ ?M2)0.5?21.5/1.15=18.695 ; ?=0.79?18.695.( прочность монтажа шва обеспечена.)

  1. Проверка шва( монтажного) соединяющего опорно-концевую стойку и стенку ригеля.

Опорная реакция передаётся на стойку, через монтажный шов крепления стенки ригеля стенки стойки. Расчетная длина швов определяется высотой стенки ригеля на опоре с учетом вырезов 40Ч40мм.

L=1024-80-18-14=792=79.2см. ; Q=14.62кН ; ?f=0.7( ручная сварка).

Условие прочности шва: ?=Q/kLш2?? ?wf/?n?k?(Q?n)/(Rwf?wfLш2?)?0.705см=8мм.

Rwf=21.5кН/см2.

  1. Ферма продольных связей.

Расчетная погонная нагрузка, воспринимаемая фермой имеет величину:

q=0.4G?f / Lр. ?f-кэф. Надежности по нагрузки=1.1.

G=0.2(TL2)0.7=0.2(354.38Ч162)0.7=590.78кН. ; T-равнодействующая гидростатического давления.

Q=0.4Gз=0.4Ч590.780=236.312кН

опорная реакция фермы продольных связей равна:

Q/2=0.2G3=0.2Ч590.78=118.56кН-вызывает наибольшее растяжение в приопорном раскосе.

Угол ?=2409’. N=Q/cos?=236.312/0.912=259.114 кН.

Сечение раскоса подбирается из одиночного уголка по условию прочности.

N/A=Ry/?n ?A?N?n/Ry. ?A?259.114Ч1.15/24=12.41кНсм2.

Принимаем уголок 100Ч7 мм: i=1.98см ,µ=0.9 коэффициент приведенной длины.

Гибкость подобранного профиля должна быть не больше допустимой:

?=µЧl/i=0.9Ч403/1.98=183?(300) –выполняется.

Безнапорные пояса ригелей, являясь поясами связевой фермы одновременно, испытывают усилия N=M/lр –где M=qlр/8 изгибающий момент, действующий в сечении фермы по середине пролета;

lр- высота фермы- расстояние расстояние между ригелями.

В результате возникает дополнительное растягивающие нормальное напряжение: ?=N/bпtп ;

q'=Q/Lp=236.312/16.5=14.32- фиктивная равномерно распределенная-

- нагрузка от части веса затвора.

M=14.32 Ч16.52/8=484.26 кНм.

N=M/Lp=29.34 кН

?=29.34 /300=0.1 кН/см2

прочность безнапорного пояса проверяется на действие ??:

?+??Ry/?n=9.72+0.1?24/1.15=20.87 ?9.82?20.87 (выполняется).

Схема фермы продольных связей:

чертеж13.wmf

  1. Опорно- ходовые части.

Колесные: nk=LpT/2500=2.33кН<4 ; принимаем nk=4; T=354.38кН/м.

R=Pk/2b[?],

где Pk=LpЧT/nk=1461.87 кН.

в=1см=0.15м,

[?]=6МПА=6000кН/м2

R=1461.81/(2Ч0.15Ч6000)=0.81м=810см.




Московский государственный строительный университет.

Институт энергетического, водохозяйственного и природоохранного строительства.
кафедра гидротехнических сооружений


Курсовая работа по теме:

«РАСЧЁТ ПЛОСКОГО ЗАТВОРА»

по дисциплине

"Металлические конструкции"

Выполнил.

Студент ГСС-3-2

Проверил:


Москва

2010

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации