Островерхов В.И. Лекции - Металлические конструкции. ГТ (часть 2) - файл n1.doc

Островерхов В.И. Лекции - Металлические конструкции. ГТ (часть 2)
скачать (1310 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1310kb.06.11.2012 10:06скачать

n1.doc



Министерство образования Российской Федерации
Кубанский Государственный Технологический

Университет
Кафедра: строительных конструкций и гидротехнических сооружений
Кандидат технических наук, доцент Островерхов В.И.


Лекции
по курсу «Металлические конструкции»

для студентов, обучающихся по специальности 270104 –
«Гидротехническое строительство»
Часть 2


Краснодар 2003

Содержание


1 Характерные особенности гидротехнических конструкций 4

1.1 Номенклатура конструкций в гидротехнике 4

1.2 Нагрузки и воздействия 4

1.3 Условия работы 5

2 Затворы гидротехнических сооружений 5

2.1 Общие сведения. 5

2.2 Нагрузки, действующие на затвор 8

2.3 Элементы плоских затворов 10

2.3.1 Подвижная часть плоского затвора 10

2.3.2 Неподвижные части затвора 12

2.4 Расчет и конструирование обшивки и стрингеров. 12

2.5 Расчет и конструирование ригеля 14

2.6 Расчет и компоновка сечение диафрагм 17

2.7 Продольные связи 18

2.8 Опорно-концевые стойки 19

2.9 Опорно-ходовые и направляющие устройства 19

2.10 Опорно-ходовые колеса 21

2.11 Уплотнения 23

2.12 Обогрев затворов 24

2.13 Сегментные затворы 24

2.13.1 Компоновочная схема сегментного затвора 25

2.13.2 Расчет главного портала, подбор сечения ригеля и ног главного портала 26

2.13.3 Расчет обшивки, расстановка стрингеров, компоновка и расчет диафрагмы 27

3 Шлюзные ворота 28

3.1 Расчет элементов створки ригельного типа 29



1Характерные особенности гидротехнических конструкций

1.1Номенклатура конструкций в гидротехнике


Гидротехнические конструкции подразделяют на две группы: стационарные и подвижные.

К стационарным относят несущие каркасы машинных залов гидроэлектростанций и каркасы вспомогательных зданий гидроузла, напорные трубопроводы, дюкеры (напорный водопровод под руслами реки или канала) и уравнительные резервуары, балки крановых путей, а также мосты, эстакады, пешеходные мостики и т.п. Сюда же входит особый класс стационарных конструкций на континентальном шельфе (отмель, примыкающая к суше), включающий обустройство всего комплекса разведки, добычи и хранения полезных ископаемых морского дна.

Стационарные конструкции отличаются от общестроительных конструкций лишь отдельными особенностями, поэтому их проектируют в соответствии со строительными нормами.

К подвижным конструкциям относят затворы водозаборных, водопропускных и судоходных отверстий, шлюзные ворота, судоподъемники, сороудерживающие решетки, рыбоподъемники, краны.

При проектировании машиностроительных узлов таких конструкций должны учитываться машиностроительные нормативы.

Отличительной особенностью гидротехнических сооружений являются разные требования по надежности к различным элементам одной и той же конструкции. В соответствии с этим различными будут коэффициенты надежности по назначению (п) и коэффициенты условий работы (с), поэтому во всех формулах расчетное сопротивление стали следует умножать на отношение .

1.2Нагрузки и воздействия


На большинство гидротехнических сооружений действуют следующие нагрузки и воздействия:

  1. Гидростатическое давление, определяемое по заданному наивысшему подпорному уровню (НПУ);

  2. Гидродинамические нагрузки

    1. осредненное во времени постоянное гидростатическое давление;

    2. пульсационное давление, возникающее из-за образования вихрей при движении жидкости;

  3. Фильтрационное давление в уплотнениях, в облицовках водопроводов и т.п.;

  4. Атмосферное давление, возникающее в зоне разряжения в обтекающем потоке;

  5. Воздействие волн, определяемое по СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов);

  6. Давление наносов;

  7. Собственная масса подвижных конструкций;

  8. Тяговые усилия от приводов подвижных конструкций;

  9. Силы трения в ходовых частях и уплотнениях при маневрировании перемещаемой конструкции;

  10. От сплошного ледяного покрова при температурном расширении, навала судна, от натяжения швартов, регламентируемых СНиП 2.06.04-82 (п.5);

  11. Временная нагрузка от транспорта, людей, определяемая по СНиП 2.01.07-87*. Нагрузки и воздействия;

  12. Ветровые, снеговые, гололедные, определяемые по СНиП 2.01.07-87*. Нагрузки и воздействия;

  13. Температурные воздействия, вызывающие нарушения в работе приводов механизмов;

  14. Сейсмические нагрузки, создающие дополнительное гидросейсмическое давление;

  15. Нагрузки, возникающие в процессе монтажа, испытаний, ремонта и т.п.

1.3Условия работы


Характеризуя условия работы гидротехнических конструкций, прежде всего следует обратить внимание на коррозионное поражение металла. Процесс коррозии наиболее эффективно протекает в местах периодического смачивания. Скорость поражения наиболее велика в морской воде.

Поскольку в практике проектирования не учитывается потеря рабочего сечения из-за коррозии, особое значение приобретает защита конструкций. Наиболее эффективна защита покрытиями на основе перхлорвиниловых, этинолевых, сополимерновинилхлоридных, масляно-битумных материалов, эпоксидных и других синтетических смол.

В местах контакта подвижных конструкций со стационарными элементами сооружения (в подшипниках скольжения, шарнирах, уплотнениях ) применяют нержавеющую сталь. Кроме того, используют конструктивную форму элементов, имеющую наименьшую открытую поверхность. Нежелательны конструкции с полостями, недоступными для очистки и окраски.

Элементы, работающие в скоростном потоке, подвергаются кавитационно коррозии.

Кавитация возникает уже при напоре 10 м. И связана с возникновением в деформированном потоке локальных вакуумных зон – пузырьков. При переходе в зону наиболее высокого давления происходит их схлопывание с высокой скоростью. Сила микроудара в этом случае сопровождается давлением на поверхность конструкции более 20 МПа, что постепенно приводит к усталостному разрушению материала. Процесс коррозии ускоряется при наличии в воде абразивных частиц.

Борьбу с кавитацией ведут различными путями, например, использованием конфузорности (сужения) водовода при переходе к сливному отверстию, созданием порогов, удаляющих струю от конструкции, а так же устройством аэрационных каналов в потоке водовода.

В зимний период на металлических элементах образуются наледи, при которых затруднено или становится невозможным маневрирование подвижной конструкцией.

Кроме ледяного покрова образуется донный лед в виде губчатой массы; при всплытии он забивает отверстия водоприемников.

При переохлаждении водоемов и водотоков в воде появляется шуга в виде взвешенных частиц льда. Для поддержания механического оборудования гидроузла в рабочем состоянии в зимний период используют различные антиобледенительные установки и системы обогрева частей металлоконструкций: электромаслообогрев, непосредственный обогрев током, шинный или индукционный электрообогрев.

2Затворы гидротехнических сооружений

2.1Общие сведения.


Затвором называют конструкции; закрывающие и открывающие в гидротехнических сооружениях отверстия для пропуска воды, а также судов, плотов, льда и других плавающих тел. В зависимости от положения по отношению к горизонту воды в верхнем бьефе затворы подразделяют на поверхностные, которые расположены на пороге плотины и возвышаются верхней кромкой над уровнем воды, и глубинные полностью погруженные в воду. По эксплутационному назначению затворы делят на постоянно действующие (рабочие, основные) и временно действующие (ремонтные, аварийные и строительные). В зависимости от степени ответственности гидросооружения отверстие оборудуют иногда несколькими затворами из состава перечисленных.

По направлению движения при маневрировании затворы подразделяют на подъемные, отпускные, поперечно-отодвижные, продольно-отодвижные.

По конструктивному признаку различают следующие основные типы затворов:



Плоские, сегментные и клапанные затворы используют как для поверхностных отверстий, так и для глубинных при малых и средних напорах. Затворы игольчатого и конусного типов применяют для высоконапорных глубинных отверстий при напорах свыше 50 м.

По материалу затворы бывают: деревянные, железобетонные, тканевые в виде оболочек, металлические (стальные, из алюминиевых сплавов).

Выбор типа затвора – сложная комплексная задача гидротехнического строительства. Например, для поверхностного водосливного затвора этот выбор связан с очертанием и размерами гребня водослива, с расположением, размерами и количеством промежуточных опор (быков), с типами мостов, с режимом работы и с многими другими факторами.

В современном строительстве наиболее часто применяют плоские и сегментные затворы. При этом затворы должны удовлетворять следующим требованиям:

- безотказной работе;

- водонепроницаемости контактов с гидросооружением;

- быстроте маневрирования;

- минимальным энергозатратам привода;

- удобству монтажа и ремонта.

Основным требованием к аварийным затворам является постоянная готовность к немедленному перекрытию отверстия.

Ремонтные затворы должны допускать возможность их перестановки из одного отверстия в другое, что позволяет свести до минимума комплект этих затворов.



Отверстия могут быть перекрыты одиночными, 2- или 3-секционными плоскими затворами, обслуживаемыми козловым краном или стационарными подъемными механизмами. Перед затворами расположены сороудерживающие решетки. Пазы решеток используют для установки в случае необходимости ремонтных шандорных (из балок, уложенных горизонтально одна на другую) заграждений. Перед решетками устроены пазы для направляющей балки грейфера, который удаляет мусор, накапливающийся перед решетками.

Плоские затворы применяют как в качестве основных, так и в качестве аварийных, ремонтных и строительных затворов; они могут обслуживать как поверхностные, так и глубинные отверстия.

Пролетное строение затвора перемещается в боковых пазах быков или устоев, легко может переставляться из одного отверстия в другое, доступно для ремонта.

Конструктивно поверхностные затворы могут выполняться в виде одиночных пролетных строений, секционных или одиночных с клапанами.



Секционные затворы позволяют снизить грузоподъемность привода, сдвоенные и затворы с клапаном допускают перелив воды через верх и сброс льда, а также пропуск воды из-под затвора. Глубинные затворы обычно конструируют по типу одиночного пролетного строения с расположением в отверстии либо перед забральной стенкой, либо после неё.



По типу опорно-ходовых частей плоские затворы разделяют на скользящие на полозьях, колесные, гусеничные.



Скользящие ходовые части обладают преимуществом по сравнению с прочими в простоте конструкции, однако они имеют повышенный коэффициент трения в момент трогания с места.

Пролеты поверхностных затворов достигают 110 м, высоты 20 м. (Россия)

Максимальный напор глубинных затворов, известных в мировой практике, составляет 226,5 м (США). Плоские затворы получили широкое распространение, благодаря простоте конструкции и удобству их обслуживания и ремонту. Стоимость их изготовления на 10-15 % ниже стоимости сегментных, а монтаж дешевле на 30 %. Однако они требует более мощных приводных механизмов для преодоления собственного веса и сил трения в ходовых частях при подъеме.

2.2Нагрузки, действующие на затвор


На затворы могут действовать следующие нагрузки:

1.Собственный вес затвора;

2.Давление воды:

а) гидростатическое; б) гидродинамическое; в) фильтрационное; г) волновое

3.Давление наносов;

4.Давление льда;

5.Давление ветра;

6.Реактивные силы (трение, сцепление и т.п.), силы инерции и др.;

7.Сейсмические нагрузки;

8.Нагрузки, возникающие в процессе испытаний, монтажа, ремонта и т.п.
При расчетах затворов учитывают два сочетания нагрузок: основное и особое.

В основных сочетаниях рассматривают несколько положений затвора:

- при закрытом отверстии (затвор опирается на порог), когда превалирует гидростатическая расчетная нагрузка, а остальные не оказывают существенного влияния;

- при открытом отверстии (затвор полностью поднят), когда действует кроме собственного веса силы трения и усилия привода;

- в поднятом положении затвора в открытом пространстве, когда действует ветровые нагрузки.

В промежуточном положении при частично открытом отверстии затвора помимо отмеченных нагрузок испытывает сильное гидродинамическое воздействие деформированного потока, сопровождаемое значительной вибрацией.

Таким образом, в основных сочетаниях учитываются все те нагрузки, которые возникают при нормальной эксплуатации затвора.

Нагрузки и воздействия, появляющиеся при отклонениях от нормальной эксплуатации, входят в состав особых сочетаний. К ним относят:

- усилия от заклинивания подвижной части затвора;

- удары льдин и плавающих тел;

- навал судна (Р=1000 кН);

- монтажные и ремонтные нагрузки;

- сейсмические нагрузки;

- напор при форсированном подпорном уровне (ФПУ);

- испытательная нагрузка на гидравлический удар и гидродинамический резонанс.

Собственный вес затвора (кН) в расчетах учитывают по опыту проектирования путем сопоставления с весом аналогичных ранее запроектированных конструкций, по графикам или по приближенным формулам, например

кН,

где g=9,81 м/сек2 – ускорение свободного падения;

Q – равнодействующая гидростатической нагрузки на затвор, кН;

L – ширина отверстия в свету, м;

, - коэффициенты, приведенные в таблице.

Гидростатическое давление на единицу площади в любой точке водоудерживающей поверхности затвора

, кгс/см2,

где =1 тс/м3 – объемный вес воды;

Н – глубина погружения, м.

Гидродинамические нагрузки вычисляют на основании общих приемов гидромеханики. Для вычисления этих нагрузок в сложных случаях или для особо ответственных конструкций следует пользоваться результатами лабораторных исследований, проведенных для данной конструкции. Возможно также использовать результаты лабораторных или натурных исследований аналогичных конструкций.

Гидродинамическое давление возникает при истечении воды из-под затвора или при переливе через него. Давление движущейся воды (без учета вакуума) несколько меньше гидростатического давления (за счет потерь напора на обтекание затвора). Поэтому горизонтальное давление движущейся воды на плоский затвор в практических расчетах определяют как гидростатическое, за исключением особо ответственных случаев, изучаемых в лабораториях на моделях.

Очертание низа затвора не соответствует очертанию верхней поверхности струи, вытекающей из-под него. Если струя не отклоняется от нижней поверхности затвора, то она создает только выпор – гидродинамическое давление, направленное вверх. По величине оно немного меньше соответствующего гидростатического давления (из-за потери напора). Если вытекающая струя отклоняется от нижней поверхности затвора, то в пространстве, изолированном от атмосферы, возникает вакуум. Последний создает эффект «присоса» затвора к порогу и увеличивает подъемное усилие.

При обтекании верхнего края затвора возникает аналогичное явление, но с обратным направлением усилий. Кроме того, если пространство под переливающейся струей непосредственно за затвором не сообщается с наружным воздухом, то может появиться дополнительная горизонтальная нагрузка на верх затвора, направленная также, как давление верхнего бьефа.

Вредные гидродинамические воздействия на затвор весьма сложны. Количественная оценка их (без специальных лабораторных исследований на моделях) очень трудна и не точна. При проектировании затворов необходимо принимать специальные меры, устраняющие возможность появления вакуума.

Водосливному гребню затвора придают плавно обтекаемое очертание, сводящее к минимуму вертикальное давление переливающейся воды и исключающее отрыв струи; под струю подводят воздух; донному уплотнению придают относительно плавное очертание и располагают его возможно ближе к обшивке; порогу водослива непосредственно за кромкой затвора придают уклон в сторону нижнего бьефа; в стенке сплошного нижнего ригеля устраивают отверстия. В затворах водоспусков в зону вакуума (за затвором) впускают воздух для восстановления атмосферного давления. Давление вакуума, при отсутствии специальных исследований, принимают не более 0,6 кгс/см2 . Коэффициент надежности по нагрузке f=1,0.



Фильтрационное давление воды в уплотнениях затворов выполняют по формуле:

, тс/м,

где =1 тс/м3 – объемный вес воды;

Нц – напор под центром тяжести площадки касания уплотнения, м;

– ширина площадки касания уплотнения;

f= 1,2 – коэффициент надежности по нагрузке.

Волновые нагрузки. Горизонтальную нагрузку от нагона волны учитывают некоторым увеличением высоты расчетного напора. (СНиП 2.06.04.-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)).

Давление наносов на затвор в случае отложения их перед затвором должно быть учтено независимо от гидростатического давления по формуле:

, тс,

где hн – высота слоя наносов, м;

 – угол естественного откоса взвешенных наносов;

– ширина нагруженной площади затвора, м;

н – объемный вес грунтового скелета в воде тс/м3.

Последний определяется по формуле:

,

где 0 – удельный вес материала частиц грунта, колеблющийся от 2.5 до 2.8 тс/м3;

р – порозность в долях единицы объема.

Давление льда на затвор определяется требованиями СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения ( волновые, ледовые и от судов ).

Давление ветра учитывают при поднятом над водой положении затвора по СНиП 2.01.07-87*. Нагрузки и воздействия.

Сейсмические нагрузки на затвор определяют по специальным указаниям в тех случаях, когда все сооружение рассчитано на действие этих сил.

2.3Элементы плоских затворов


Плоский затвор состоит из подвижной части (щита) и неподвижных (закладных) частей. Перемещают затвор подъемными механизмами. Над затворами для их обслуживания устраивают подкрановые и служебные мосты.

2.3.1Подвижная часть плоского затвора


состоит из следующих элементов:

Обшивка, располагаемая обычно с напорной стороны затвора, препятствует течению воды, воспринимает ее давление и передает последнее на стрингеры (вспомогательные балки), диафраг­мы (стойки) и ригели. Обшивку делают из листовой стали; в редких случаях деревянной или арктелитовой.

Балочная клетка состоит из диафрагм (стоек) и стрингеров (вспомогательных балок), расположенных горизонтально. Балочная клетка передает давление воды от обшивки на ригели.

Ригели затвора передают давление воды на опорно-концевые стойки. В зависимости от величины пролета затвора и высоты напора воды ригели изготавливают из прокатных или составных балок или ферм.

Опорно-концевые стойки передают горизонтальные и вертикальные давления от ригелей и продольных связевых ферм на опорно-ходовые части и подвесные устройства. Опорно-концевые стойки обеспечивают неизменное взаимное расположение концов ригелей и служат для закрепления всех опорно-ходовых и подъемных устройств. Подъемные устройства иногда крепят к промежуточным диафрагмам.

Продольные связи между ригелями, расположенные в плоскостях их сжатых и растянутых поясов, образуют совместно с этими поясами вертикальные фермы. Они воспринимают собственный вес затвора и другие вертикально действующие нагрузки, передавая их на опорно-концевые стойки. Поэтому продольные связевые фермы иногда называют весовыми или подъемными. Благодаря им сохраняется неизменное взаимное расположение ригелей и устойчивость сжатых поясов; они также уменьшают вертикальные деформации (провисание) горизонтальных ригелей.

Стальная обшивка совместно с диафрагмами и стрингерами образует жесткий диск, который обеспечивает неизменное положение главных ригелей по вертикали, устойчивость их сжатых поясов и совместную работу на восприятие вертикальных сил. По этой причине в затворах со стальной обшивкой, приваренной к поясам ригелей, со стороны расположения последней продольных связей между ригелями не устраивают.




1 – обшивка; 2 – диафрагмы (стойки); 3 – стрингеры (вспомогательные балки); 4 – ригели;
5 – опорно-концевые стойки; 6 – продольные связи; 7 – опорно-ходовые колеса; 8 – боковые направляющие колеса; 9 – обратные колеса; 10 – боковое уплотнение; 11 – донное уплотнение; 12 – опорно-ходовой путь; 13 – подвесные устройства.

Диафрагмы сохраняют пространственную неизменяемость параллелепипеда, образованного ригелями и продольными связями, и препятствовать его скручиванию. Диафрагмы и продольные связи обеспечивают работу затвора как пространственной конструкции.

В случаях неравномерного загружения отдельных ригелей диафрагмы выравнивают нагрузки между ними. Это выравнивание происходит тем интенсивнее, чем больше жесткость диафрагм. При средних и больших напорах диафрагмы принимают на себя нагрузку стрингеров и передают ее на ригели.

Опорно-ходовые и направляющие устройства служат для передачи давления воды на неподвижные (закладные) части затвора и далее на массу бетона сооружения, а также для передвижения затвора.

Чаще применяют колесные опоры и скользящие опоры из древестно-слоистого пластика (ДСП-Б), реже, скользящие в виде деревянных брусьев или металлических полос, расположенных по всей высоте затвора. Катковые и гусеничные опоры в нашем строительстве почти не используют. Для ограничения боковых перемещений и перекосов щита в процессе маневрирования им, а также для уменьшения вибрации при неполном открытии затвора служат направляющие устройства в виде боковых и обратных колес.

Уплотнения перекрывают зазоры между обшивкой и закладными частями затвора, препятствуя утечке воды в обход обшивки. В зависимости от расположения уплотнений различают вертикальные (боковые) и горизонтальные уплотнения. Горизонтальные уплотнения, расположенные в низу подвижной части затвора, называют донными; расположенные между секциями или между клапанами и основной частью щита, промежуточными, а уплотнения между забральной балкой и верхом глубинного затвора, верхним.

Подвесные устройства соединяют подвижную часть затвора с тягачами подъемных механизмов, а также с подхватами в период ее временной подвески.

2.3.2Неподвижные части затвора


состоят из следующих элементов:

Подъемные механизмы могут быть подвижными – тельферы, козловые, портальные, мостовые и другие краны или неподвижными – лебедки и винтовые подъемники. Неподвижные механизмы целесообразны при малом числе затворов, при быстродействующих затворах и в ряде других случаев. Подвижную часть затвора с подъемным механизмом соединяют посредством канатов, штанг, цепей и т. п.

2.4Расчет и конструирование обшивки и стрингеров.




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.

Расстановка стрингеров выполняется по равнопрочности обшивки во всех случаях при одной и той же ее толщине. Толщину обшивки принимают не менее 4 мм в затворах с пролетами не более 2 м и при напорах не более 6 м; в полетах с затворами более 10 м – не менее 6 мм, а в остальных случаях не менее 6 мм.

Верхняя обвязка ставится конструктивно на расстоянии СВ= 120-300 мм, а для аварийных затворов СВ= 500 мм. Под действием гидростатического давления обшивка испытывает цилиндрический изгиб и ее расчетную схему можно рассматривать как многопролетную балку –  полоску единичной ширины равной 1 см. Для упрощения расчета переменную нагрузку в каждом пролете с некоторым запасом можно заменить на максимальную равномерную и считать опирание полоски защемленным.



Максимальный расчетный изгибающий момент в обшивке возникает на опоре

,

где – размер рассматриваемого участка (пролет).

Нормальные напряжения от изгиба

,

где , здесь t0 – толщина обшивки.

Условие прочности обшивки на местный изгиб с учетом коэффициента надежности по назначению n и коэффициента условий работы с в общем случае записывается в виде:

,

где – расчетное сопротивление материала;

n = 1.4 – коэффициент надежности по назначению.

Предельно допустимый пролет обшивки равен

.

Полученное выражение позволяет разместить все промежуточные стрингеры при предварительно выбранной толщине обшивки t0 см, по критерию ее равной прочности во всех участках.

Полученная расстановка стрингеров определяет глубину их погружения и нагрузку на каждый стрингер. Ширина грузовой площадки соответствует шагу стрингеров. От нее и от давления на уровне рассматриваемого стрингера зависит расчетная погонная нагрузка

.

Стрингер, опираясь на диафрагмы, представляет собой по расчетной схеме неразрезную многопролетную балку. Для нижней обвязки

,

где .

Принятый принцип размещения стрингеров приводит к различной их загруженности. В целях упрощения конструкции затвора все срингеры подбирают одинакового сечения по наиболее нагруженному. Чаще всего используют прокатные профили в виде швеллера или двутавра. Во избежание скопления влаги швеллеры устанавливают корытом в низ, а в двутаврах делают дренажные отверстия. Сечение стрингера подбирают из условия прочности при изгибе. Выбрав номер профиля, необходимо проверить относительный прогиб в крайних пролетах:

, ,

где f – абсолютный прогиб стрингера;

d – пролет стрингера;

E – модуль упругости;

J – момент инерции сечения;

2.5Расчет и конструирование ригеля




Расчетный пролет ригеля равен расстоянию между осями рельсовых путей.

,

где L – ширина отверстия;

а – расстояние от кромки паза до оси рельса, обычно его принимают не менее 250 мм.

Расстояние «a» уточняют для удобства размещения закладных частей опорно-ходовых и направляющих устройств, а также прочности бетона под опорными путями.

В поверхностных затворах расстояния 2а составляют около (0,05-0,03)L. В сдвоенных затворах величину 2а увеличивают до (0,06-0,07)L. В погруженных растворах с возрастанием напора величина «а» также возрастает и доходит до (0,1-0,15)L.




Размещение ригелей Размещение ригелей

в глубинном в поверхностном

плоском затворе плоском затворе.

Ригели следует располагать по высоте затвора так, чтобы они были одинаково нагружены при полностью закрытом отверстии. Для этого их расставляют на равном расстоянии от линии действия равнодействующей Т гидростатического давления

Т = 0,5H2; = Н/3,

где  = 9,81 кН/м3 – удельный вес воды.

При этом желательно, чтобы межригельное расстояние p было как можно больше, что увеличивает крутильную жесткость пролетного строения затвора. Однако для размещения нижнего стрингера и данного уплотнения длина консоли n должна быть не менее 400 мм. Верхняя консоль ограничивается по длине  0,4 Н.

Максимально возможное расстояние между ригелями .

Компоновка глубинного затвора при малых напорах (до 25м) принципиально не отличается от поверхностного. Так же расставляются ригели соответственно положению равнодействующей

,

где – нагруженная высота затвора – расстояние от флютбета до верхнего уплотнения.

При средних напорах (до 50 м) из-за большего давления затвора проектируют многоригельными с частым расположением ригелей; в этом случае отпадает необходимость в стрингерах. Толщина обшивки здесь может достигать 40 мм.

Обычно ригель представляет собой сварную балку двутаврового сечения. Сквозную конструкцию применяют при пролетах более 20 м, однако такие ригели весьма трудоемки в изготовлении, более уязвимы от коррозийного поражения и требуют повышенных эксплуатационных издержек. В глубинных затворах сквозные ригели (фермы) не применяются.

При симметричном расположении ригелей относительно равнодействующей Т в двухригельном затворе каждый из них воспринимает нагрузку

q = 0,5T тс/м.

В многоригельном затворе ригели располагают аналогично расстановке стрингеров, сохраняя на всех участках равнопрочность обшивки при её постоянной толщине.

Расчетная схема ригеля представляется статически определимой балкой на двух опорах пролетом Lp.

Подбор сечения ригеля производится по общим правилам изгибаемых элементов.

Если прокатный двутавр подобрать не удается, то компонуют сварной. Чаще всего с напорной стороны в качестве пояса используют некоторые участок обшивки по 15t0 (t0 – толщина обшивки) с каждой стороны, но не более естественных величин: n – с нижней стороны, 0,5– в промежутке между ригелями.



Сечение стрингеров, установленных в зоне присоединенной обшивки, в состав рабочей площади ригеле не включается. Таким образом, сечение ригеля представляет собой асимметричный двутавр.

Расчет такого двутавра можно выполнить по рекомендациям, изложенным в курсе «Металлические конструкции» (под общей редакцией Е.И. Беленя) и СНиП II-23-81 Стальные конструкции. При этом в опорных частях в целях уменьшения паза в бычках высоту ригеля следует уменьшить, приняв её равной h’ = 0,6h.

Общая устойчивость ригеля обеспечивается обшивкой. Однако участок обшивки, включенный в состав сечения ригеля, может потерять местную устойчивость от действия нормальных напряжений

.

Условие устойчивости пластинки записывается в виде

,

где с – коэффициент условий работы;

n-коэффициент надёжности по назначению;

–критические напряжения.

Предельно допустимая ширина обшивки по критерию устойчивости

.

Устойчивость стенки ригеля рассматривается как устойчивость прямоугольной пластинки, ограниченной диафрагмами, безнапорным поясом и обшивкой. Проверку устойчивости стенки ригеля следует производить в соответствии с рекомендациями СНиП II-23-81 Стальные конструкции. При этом, однако, проще использовать следующие практически приемы: нормальные критические напряжения можно вычислить в зависимости от вида эпюры  по формуле

,

где – коэффициент асимметрии эпюры ;

hw – высота стенки ригеля;

tw – толщина стенки ригеля.

Критические касательные напряжения определяются по соотношению размеров отсека стенки ригеля dmax и dmin

,

где .

В момент открытия отверстия при подъеме затвора вблизи порога создается вакуум, область которого определяется углом  от границы порога до нижней грани безнапорного пояса ригеля.





При 30 становится практически невозможным маневрирование затворами из-за сильного подсоса. В этом случае 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.

Если высота сечения ригеля недостаточна для размещения круглого отверстия, то его выполняют овальным.

В приопорном отсеке площадь отверстия может составлять 15 % от площади отсека.

2.6Расчет и компоновка сечение диафрагм


Диафрагма представляет собой поперечную балку, опирающуюся на ригели и предназначенную для восприятия опорных реакций стрингеров.




Конструктивная схема упрощенная расчетная

диафрагмы схема диафрагмы

Упрощенную расчетную схему диафрагмы можно изобразить в виде двухконсольной балки на двух опорах, нагруженной неравномерно-распределенной нагрузки qd, которая определяется гидростатическим давлением Р

qd = pd,

где d – ширина площади загружения (расстояние между диафрагмами).

Высоту сечения диафрагмы hd принимают конструктивно равной высоте ригеля за вычетом толщины обшивки t0 и высоты сечения стрингера hc. Толщину стенки и пояса диафрагмы принимают равной толщине стенки ригеля tw, а ширину поясов – около 15tw.

Принятое конструктивное сечение диафрагмы, как правило, обладает большим запасом прочности. Однако в узле примыкания верхней консоли к ригелю действуют большой изгибающий момент

; ,

что влечет за собой необходимость проверки на прочность монтажных сварных швов крепления стенки диафрагмы к стенке ригеля.

2.7Продольные связи


Продольные связи (фермы) обеспечивают неизменное расположение ригелей, принимают на себя вертикальные нагрузки, препятствуют скручиванию затвора и т.п.

Поясами связевых ферм служат пояса ригелей, а роль стоек выполняют пояса диафрагм.



Продольные связевые фермы нагружены:

Опорная реакция фермы от собственного веса затвора Ј

Q/ = 0,2Ј?f,

где t = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке;

Ј собственный вес затвора.

Усилие в приопорном раскосе

,

где - - угол между раскосом и опорно-ходовой стойкой.

Обычно сечение раскоса подбирают из одиночного уголка по условию прочности, но с соблюдением предельно допустимой гибкости  300.

2.8Опорно-концевые стойки


Опорно-концевые стойки представляют собой вертикально расположенные сплошстенчатые элементы, к которым примыкают торцы ригелей и стрингеров, обшивка, крайние раскосы продольных связевых ферм, опорно-ходовые и направляющие устройства, тяговые устройства, подхваты и крюки временного подвеса. Опорно-концевые стойки принимают от ригелей давление воды, а от продольных связевых ферм и обшивки собственный вес затвора и другие вертикальные нагрузки. Горизонтальные давления концевые стойки передают на ходовые устройства, а вертикальные силы осям подъемно-тяговых устройств, подхватам или крюкам временного подвеса. При этом в концевых стойках возникают дополнительные растягивающие усилия от трения в опорно-ходовых и направляющих устройствах и в уплотнениях, а также дополнительные моменты от несовпадения линий действия активных и реактивных сил.

Опирать затвор на ходовые части (колеса, тележки, полозья) лучше так, чтобы их реакций располагались в плоскостях симметрии ригелей и не вызывали изгибающих моментов в опорно-концевых стойках. Опорно-концевые стойки обычно выполняют в форме одностенчатых или двустенчатых сплошных балок. Одностенчатые стойки применяют преимущественно в затворах с опорно-ходовыми частями скользящего типа, с балансирными тележками, примыкающими в опорных узлах главных ригелей, и с катковыми опорами.




Силы, действующие на опорно-концевую стойку

P1, P2 – горизонтальные давления ригелей; P3, P4 – горизонтальные давления обвязок, стрингеров и обшивки, если последняя опирается непосредственно на стойку; R1, R2 – реакции ходовых устройств-колес, тележек, полозьев; Ј – вес затвора; V1 – силы трения в опорно-ходовых частях; V2 – вес столба воды над затвором (если он есть); V3 – подсос в начале подъема или выпор (если он есть); R3 – подъемное усилие или реакция подхвата; R4, R5 – реактивные воздействия направляющих устройств (обратных и боковых), трения в уплотнениях (на схеме не показаны).
В последнее время наиболее часто применяют одностенчатые стойки. Высоту сечения опорных стоек назначают равной высоте концевой части ригелей. Сечение стоек следует проверять на одновременное действие растягивающих сил и изгибающих моментов.

2.9Опорно-ходовые и направляющие устройства


Для передачи давления воды на устои (быки) и перемещения подвижной части затвора служат опорно-ходовые устройства.

Различают подвижные опорно-ходовые части, перемещающиеся во время подъема затвора, и неподвижные (закладные) части наглухо заделанные в бетоне быков или устоев.

Различают также основные опорно-ходовые устройства, которые служат для передачи давления воды и перемещения затворов, и так называемые направляющие устройства (обратные и боковые).

Основные опорно-ходовые части принимают на себя и передают закладным частям и далее на устои (быки) давление воды. При этом они должны фиксировать положение и направление опорных реакций, обеспечивая возможность поворота опорных сечений главных ригелей и продольного смещения их концов. Эти смещения могут происходить при повороте опорных сечений из-за прогиба ригелей и при колебаниях температуры.


а) б)



Скользящие опорно-ходовые устройства

а) стальные тангенциальные; б) деревянные
Опорно-ходовые устройства должны обеспечить возможность вертикального плавного перемещения подвижной части затвора с наименьшими сопротивлениями.




Опорно-ходовые устройства

1 – закладная часть; 2 – обратное колесо; 3 – опорно-ходовое (основное) колесо;
4 –опорно-ходовые закладные части; 5 –боковое колесо
Подвижные опорно-ходовые части устраивают трех типов: скользящие, колесные и катковые.
Скользящие опоры очень просты в изготовлении и эксплуатации, дешевы, надежны. Сплошные опорные части, по которым скользит щит затвора, обычно используют как боковые уплотнения, что упрощает и удешевляет конструкцию затвора. Сами уплотнения при этом оказываются весьма надежными. Однако при движении затвора на скользящих опорах, за исключением полозьев из деревопластика, развиваются очень большие силы трения, которые создают необходимость в значительном увеличении грузоподъемности тяг и обслуживающих механизмов. Поэтому металлические и деревянные скользящие опорно-ходовые части применяют в затворах с малыми отверстиями при небольших давлениях воды и в затворах, которые перемещаются в безнапорном состоянии (при выровненных бьефах).

Скользящие опорно-ходовые части затворов с малой нагрузкой обычно выполняют из прокатных профилей или из антисептированных сосновых или дубовых брусьев, прикрепленных болтами к опорно-концевым стойкам. Последние в этом случае делают одностенчатыми. Опорные брусья обычно служат и боковыми уплотнениями. Брус плотно входит в швеллер, закрепленный по всей высоте опорно-концевой стойки. Между брусом и швеллером помещают прокладку из просмоленного войлока или брезента. Болты, крепящие брус к швеллеру, располагают в шахматном порядке по двум рискам с шагом 25-50 см. головки болтов устанавливают в специальных гнездах, сделанных в брусе. Заглубление головок болтов назначают с запасом на полное обжатие бруса под нагрузкой и износ его в процессе эксплуатации.

Ширина сминаемой части бруса должна удовлетворять требованиям прочности его на сжатие (смятие) поперек волокон и допускать размещение болтов в два ряда. Допускаемое напряжение на сжатие поперек волокон сосны 20 кгс/см2 и дуба 40 кгс/см2

При больших давлениях опоры устраивают стальными из прокатных полос, рельсов или стальных отливок. Ширину этих опор нужно проверять по условию прочности на смятие.

Для уменьшения сил трения в скользящих опорах устраивают полозья из древестно-слоистого пластика ДСП-Б, скользящие по нержавеющей поверхности закладных частей. В этом случае коэффициент трения скольжения снижается примерно в 2-4 раза по сравнению с коэффициентом трения между обычным деревянным брусом и сталью.

Допускаемое напряжение на сжатие затвора и путями определяется по формуле

,

где Р – полное гидростатическое давление на весь затвор;

f- коэффициент трения скольжения.

Значение коэффициента трения скольжения в покое принимают: для стали по стали – 0,5, для дерева поперек волокон по стали– 0,55, для древестно-слоистого пластика по стали – 0,5.

С целью уменьшения сил трения при движении затворов применяют колесные и катковые опоры, в которых трение скольжения заменяют трением качения.

Сопротивление движению затвора на колесных опорах уменьшается в несколько раз по сравнению с обычными скользящими опорами.


а) б)



а) – отдельные б) – тележки.
Для улучшения работы опорных устройств желательно, чтобы затвор (или его отдельная секция) имел всего четыре равнонагруженные опорные точки. С каждой стороны затвора ставят по два колеса или по две колесных тележки на равном расстоянии их от равнодействующей гидростатического давления.

2.10Опорно-ходовые колеса


В многоригельных затворах без жестких диафрагм целесообразно ставить отдельные колеса под концом каждого ригеля.



Соединение колесных опор с опорно-концевыми стойками должно давать возможность поворота и горизонтального смещения концов ригелей.

Для лучшего центрирования опорного давления и для облегчения перемещения концов ригелей между затворами и тележкой помещают цилиндрический каток.

Тележки с такими устройствами называют балансирными. Колеса в этом случае следует делать с ребордами.



Затворы небольших пролетов (до 10 м) опирают непосредственно на оси колес, наглухо закрепленные в опорно-концевых стойках.

Недостаток опирания затвора непосредственно на оси колес или тележек заключается в том, что при прогибе ригелей и повороте их опорных сечений поворачиваются и колеса. Кроме того, при изменении длины затвора возникает трение скольжение между колесом и рельсом, что ведет к неравномерности в их работе и перегрузке опорно-ходовых устройств.

Для нормального положения подвижной части затвора (щита) в пазах при подъемах и опусканиях, для устранения перекосов и резких толчков, а также для устранения вибрации устанавливают обратные и боковые колеса или другие устройства, а в устоях (быках) – соответствующие им закладные направляющие части.



Обратное колесо может быть установлено или на неподвижной оси, наглухо закрепленной на щите, или на подвижной оси. Установка обратных колес на подвижной оси обеспечивает постоянное соприкосновение их с закладными частями и упругое, плотное зажатие щита в пазах быков. Последнее устраняет резкие удары щита о закладные части и уменьшает его колебания.

Упругое зажатие подвижной части затвора в пазах достигается постановкой рессор, пружинных или резиновых буферов.

Для плотного прижатия к закладным частям как ходовых, так и обратных колес необходимо, чтобы сила, действующая на каждое обратное колесо, развиваемая рессорами или буферами, была не меньше горизонтальных сил, возникающая при перекосах и качении щита, а также при его вибрации.

Обратные колеса (по 4 штуки на затвор или секцию) располагают со стороны, противоположной основным (ходовым) колесам, и вблизи последних.

Для предупреждения схода щита с ходовых путей, касания его торцов с бетоном опор и заклинивания его в пазах, устанавливают боковые направляющие устройства, а в бетоне опор – соответствующие им закладные части.



Боковые направляющие устройства могут быть скользящими или колесными.

Направляющие устройства (4 штуки на щит) устанавливают или на торцах щита, или по его бокам. Расстояние по вертикали между боковыми направляющими устройствами следует назначать возможно большими.

2.11Уплотнения


Для закрытия зазоров между подвижной частью затвора и опорами устанавливают вертикальные (боковые) и горизонтальные уплотнения. В зависимости от места расположения и назначения горизонтальных уплотнений различают донные (нижние) уплотнения, верхние – в глубинных затворах и промежуточные – в затворах с клапаном, в сдвоенных и секционных. Работа донных уплотнений обеспечивается силой тяжести (весом) щита; в редких случаях добавляется балласт или давление воды. Боковые и верхние уплотнения, как правило, прижимает к закладным частям давление воды верхнего бьефа. Значительно реже применяют уплотнения, которые к закладным частям прижимаются внешними силами (механический привод).




Фигурные резиновые уплотнения



1 – трехслойная матерчатая
армировка; 2 – резина

Для уплотнения наиболее часто применяют износоустойчивую и морозоустойчивую резину: полосовую, брусковую и фасонную. Резиновые уплотнения обеспечивают наибольшую плотность и соответственно наименьшую фильтрацию воды.

Р – образный профиль применяют для боковых и верхних уплотнений. К недостаткам Р – образного профиля относится его большая жесткость и относительно малая ширина. Уголковый профиль применяют преимущественно для боковых уплотнений. Значительная ширина этого профиля, относительно малая жесткость и легкая деформируемость его обеспечивают надежность работы уплотнения.

Донные уплотнения обычно осуществляют из полосовой резины, зажатой с трех сторон в обойме, образованной обшивкой, обвязкой и специальным уголком.



Донное уплотнение часто делают из деревянного бруса, неподвижно закрепленного в нижней обвязке затвора. Деревянные донные уплотнения не разрешается применять в затворах, перемещаемых под напором, если высота последнего превышает 15 м. над порогом.

2.12Обогрев затворов


В зимнее время у затворов может образоваться лед, который создает большие препятствия для маневрирования подвижными частями. Наиболее интенсивно наледи образуются около уплотнения и по наружным граням пазов, где протекает просачивающаяся через уплотнения вода. При стальной обшивке лед иногда образуется по всей напорной поверхности затвора. Пропуск шуги также сопровождается образованием значительной наледи на стальных закладных частях. Поэтому для обогрева закладных частей и поверхностей пазов в холодное время устанавливают обогревающие устройства.

В случае опасности образования чрезмерно мощной наледи у переохлажденной стальной обшивки устраивают обогрев всей подвижной части затвора. Для этого последнюю обшивают со всех свободных сторон досками, бакелитовой фанерой или тонкой листовой сталью. Образованное таким образом внутреннее пространство обогревают.

Закладные части можно обогревать непрерывно, препятствуя самому образованию льда, или периодически, растапливая перед маневрированием затвором небольшой слой льда, примыкающий к закладным частям.

Обогрев производится электрическим током, горячим маслом, горячей водой или воздухом. Масло и воду обычно нагревают электрическим током в бойлерах, установленных на быках или устоях. Закладные части в случае обогрева их маслом проектируют полыми или со специальными трубами маслопровода. Циркуляция горячего масла или воды обеспечивается насосами.

2.13Сегментные затворы


В отличие от плоских затворов пролетное строение сегментных затворов выполняют в виде изогнутого сегмента, опирающегося на ноги, через которые давление передается на шарниры. Водоудерживающая поверхность имеет цилиндрическое очертание относительно центра опорного шарнира. Опорные шарниры закрепляют на боковых стенках или быках.




а – поверхностный подъемный; б – поверхностный опускной; в – сдвоенный; г – с клапаном; д – глубинный.

По видам сегментные затворы подразделяют на подъемные, опускные, сдвоенные, с клапаном. Чаще всего сегментные затворы проектируют двухригельными, используя их как в поверхностных, так и в глубинных отверстиях. Преимуществом сегментных затворов перед плоскими является потребность в меньшем подъемном усилии, в большей скорости маневрирования, в высокой надежности их работы в зимних условиях.

2.13.1Компоновочная схема сегментного затвора


Принципиально пролетное строение сегментного затвора по компоновке не отличается от конструкции плоского. Однако особенность заключается в том, что здесь ригели опирается не на опорно-концевые стойки, а непосредственно на ноги, соединенные с опорными шарнирами.

Узел примыкания ног к ригелю выполняется жестким, поэтому ригель с ногами по статической схеме образует П-образную раму с шарнирными опорами главного портала. Ноги верхнего и нижнего порталов соединяют раскосной решеткой для обеспечения устойчивости ног в вертикальной плоскости. Чаще всего ноги портала делают наклонными, поскольку консоли ригеля снижают изгибающий момент в середине ригеля.




1-обшивка; 2-стрингер; 3-диафрагма; 4-ригель; 5-нога;
6-опорный шарнир; 7- боковое уплотнение

Узлы примыкания ног к ригелю располагают не далее С=0,2L от его концов, L – ширина отверстия в свету. Выносные консоли опорных шарниров стараются делать как можно меньше (а  400 мм), что, впрочем, зависит от сложности устройства шарнира и его типа – цилиндрический, шаровой или конический. Высота расположения шарниров h относительно расчетного горизонта и выбор радиуса напорной поверхности r0 в общем случае зависит от функционального назначения отверстия в гидросооружении.

Во избежание засорения шарниров наносами и обмерзания в поверхностных затворах ось вращения часто располагают выше горизонта и радиус r0 выбирают довольно большим r0 = 2-2,5H, где Н – высота отверстия. В других случаях r0 = 1,2-1,5 H. Расстановка ригелей в сегментных затворах принципиально не отличается от их расстановки в плоских затворах, т.е. здесь ригели также располагают на равных расстояниях от равнодействующей гидростатического давления

,

где Т = 0,5Н2 – горизонтальная составляющая;

W – архимедова сила – вертикальная составляющая, определяемая по площади сегмента вытесненного объема жидкости.




Гидростатическое давление Силы, действующие на затвор

на затвор при подъеме

Положение силы W находится из условия равновесия относительно шарнира

.

Как и в плоском затворе нижнюю консоль обычно назначают размером

Верхняя консоль ограничивается по длине lв  0,4H.

Максимально возможное расстояние между ригелями

.

Равнодействующая V направлена по нормали к обшивке в центр вращения. Архимедова сила W уменьшает требуемое усилие привода при подъеме затвора.

2.13.2Расчет главного портала, подбор сечения ригеля и ног главного портала


При выбранных генеральных параметрах портала расчетная схема принимает вид:



Расчетная схема главного портала.

Нагрузка на каждый портал определяется равнодействующей V

.

Моменты и поперечные силы определяются по правилам строительной механики.

В состав сечения ригеля, как и в плоском затворе, включается участок обшивки длиной до 15t0 с каждой стороны стенки ригеля (t0 – толщина обшивки).

Минимальная высота ригеля определяется по формуле:

,

где – расчетное сопротивление стали;

E – 2,1106 кгс/см2 – модуль упругости стали.

Далее подбор сечения, проверка прочности и местной устойчивости стенки и пояса ригеля производится как в плоских затворах.

В ногах кроме усилия от гидростатического давления возникает и дополнительное усилие в момент трогания с места при подъеме затвора. Величина тягового усилия P на каждую сторону затвора определяется весом затвора  и силой трения в боковом уплотнении F

P = (Fr0 + 0.5a),

где а = 0,8а.

Полное расчетное усилие сжатия в ноге складывается из усилия Nq от гидростатической нагрузки (из расчета рамы) и дополнительного Np от составляющей тягового усилия P

.

Подбор сечений и проверку прочности и устойчивости ригеля и ног портала производят по курсу «Металлические конструкции» (под общей редакцией Е.И. Беленя) и СНиП 2-23-81* Стальные конструкции.

2.13.3Расчет обшивки, расстановка стрингеров, компоновка и расчет диафрагмы


Ввиду малой кривизны обшивки предполагается, что ее работа на местный изгиб не отличается от таковой в плоском затворе, т.е. ее расчетную схему можно принять спрямленной.

Расчет, а также расстановку стрингеров выполняют по методике, аналогичной той, которая используется для случая плоского затвора.

Поскольку высота сечения ригеля в сегментном затворе меньше, чем в плоском, диафрагму принимают высотой, равной высоте ригеля. Стенку диафрагмы непосредственно приваривают к обшивке, а для пропуска неразрезных стрингеров в ней делают вырезы.

Шаг диафрагм d выбирают с тем расчетом, чтобы калибр сечения стрингеров не был слишком большим. Для обеспечения большей жесткости конструкции в обязательном порядке ставят диафрагму в месте примыкания ноги к ригелю, там же предусматривают захватные устройства подъемного механизма. Например, в качестве захватного устройства может быть использована цепь – так называемый подвес, которую крепят в проушине на уровне нижнего ригеля. В этом случае диафрагма кроме гидростатической нагрузки испытывает давление подвеса при его натяжении силой подъема Р. Давление равномерно распределено по длине диафрагмы и вычисляется по известной формуле Эйлера

.

Ввиду малой кривизны сегмента расчетную схему диафрагмы представляют в виде спрямленной двухконсольной балки как и для случая плоского затвора.

Сечение диафрагмы состоит из стенки, пояса с безнапорной стороны и части обшивки. Ширину обшивки в0 , включенной в состав сечения, берут

,

где – длина верхней консоли.

Высоту сечения диафрагмы и толщину стенки принимают конструктивно такими же, как и у ригеля. Пояс диафрагмы часто проектируют равным по сечению поясу ригеля.

3


Компоновочная схема ворот ригельного типа.

1 - ригель; 2 – диафрагма: 3 - стрингер;
4 - створный столб; 5 – вереяльный столб;
6 – гальсбант; 7 – опорная пята; 8 – связи;
9 – вереяльная подушка; 10 – створная подушка
.
Шлюзные ворота


Шлюзные ворота, в сущности, представляют собой поверхностный затвор судопропускного отверстия. Устанавливают ворота как в головной, так и в хвостовой частях шлюзовой камеры.

В шлюзах применяют различные типы ворот: двустворчатые, плоские, плоские опускные, подъемные, сегментные, сегментные створчатые с вертикальной осью вращения, клапанные, плавучие.

По назначению ворота подразделяют на основные, ремонтные и аварийные.

Наибольшее распространение получили двустворчатые ворота с плоской обшивкой. Размеры перекрываемых ими отверстий достигают по высоте более 20 м. по ширине 30 м. Несущий каркас створок часто применяют двух типов: ригельного и стоечно-ригельного. Створка ригельного типа состоит из горизонтальных ригелей, располагаемых с переменным шагом по высоте. Концы ригелей окаймляют вертикальными элементами: в створе – створными столбами, в вереях – вереяльными столбами. В промежутках ригели объединяют вертикальными диафрагмами. Кроме того, для поддержания обшивки между ригелями могут устанавливаться стрингеры. Для придания жесткости створки раскрепляют диагональными связями. Вес створки воспринимается опрной пятой, от опрокидывания створка удерживается верхним шарниром – гальсбантом.

В закрытом положении ригели смежных створок образуют в плане трехшарнирную арку с углом подъема , где роль опорных шарниров выполняют вереяльные подушки, а роль ключевого шарнира – створные упорные подушки. Следовательно, устройство опорной пяты и гальсбанта должно допускать некоторое перемещение створок под гидростатической нагрузкой с тем, чтобы последняя не передавалась на шарниры, поскольку шарниры предназначены только для восприятия собственного веса створки.




Компоновочная схема ворот стоечно-ригельного типа.

1 – ригель; 2 – стойка; 3- диафрагма;
4 – промежуточная стойка.

В отличии от ворот ригельного типа стоечно-ригельные ворота имеют лишь одну несущую арку, составляемую верхними ригелями.

К ригелям верхним концом крепят вертикальные стойки, которые внизу опирают на порог отверстия. Стойки между собой раскрепляют диафрагмами, на которые могут быть установлены промежуточные стойки. В таких створках опорную пяту располагают сверху. В основном стоечно-ригельные ворота применяют в качестве ремонтных.

3.1Расчет элементов створки ригельного типа


Методика расчета обшивки и стрингеров створки не отличается от расчета плоских затворов. Однако расчет ригеля имеет некоторые особенности, поскольку ригель кроме изгибающего момента воспринимает весьма значительную осевую силу из-за распора Н.



Расчетная схема ригеля.

Для снижения момента нейтральную ось ригеля смещают в сторону напорной стороны на некоторое расстояние от линии действия осевой силы N.

В двустворчатых воротах угол  имеет регламентированное значение  = 200. Тогда

; N = 0,7qLp; ; .

Помимо гидростатической нагрузки верхние три пары ригелей расчитывают на сосредоточенную силу Р, приложенную к какому-либо из них, от навала судна. Условно принимается Р = 1000 кН. Кроме того, на верхний ригель воздействует тяговое усилие приводного механизма. Величина усилия определяется типом приводного устройства, угловой скоростью створки, ее массой и габаритами, а также высотой погруженного участка.

Высота сечения ригелей по опыту проектирования находится в пределах 1/7  1/9 ширины створки. В состав сечения кроме обшивки включают и близлежащие стрингеры.

Расстановку ригелей по высоте стараются делать по принципу их равнонагруженности. Нижний ригель устанавливают конструктивно в зависимости от донного уплотнения на расстоянии 100  300 мм. от порога. Шаг ригелей рекомендуется принимать не менее 1100 мм. Прочность и устойчивость элементов створки проверяют в трех положениях: при закрытых воротах при полной гидростатической нагрузке, в момент открытия или закрытия, в период монтажа. Кроме этого, принимают во внимание и ветровое давление.



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