Поверхностный стальной затвор

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное агентство  по образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра гидротехнических сооружений

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект на тему:

«ПОВЕРХНОСТНЫЙ  СТАЛЬНОЙ ЗАТВОР».

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Канарёв Е.А

группа :    ГСС-III-6

Руководитель проекта: Саинов М.П

 

 

 

 

 

Москва 2013

 

Оглавление:

1. КОМПАНОВКА ЗАТВОРА……………………………………………..3
1. Генеральные размеры……………………………………………..3
2. Компоновка и выбор размеров затвора………………………….4
3. Определение действующих на пролетное строение сил……….5
4. Расстановка ригелей………………………………………………5
5. Определение внутренних усилий в ригелях…………………….6

 

2. ВЫБОР СТАЛИ ДЛЯ ЗАТВОРА……………………………………….7
3. РАСЧЕТ ОБШИВКИ И СТРИНГЕРОВ………………………………..8
1. Размещение стрингеров…………………………………………..8
2. Подбор сечения стрингеров………………………………………11
4. КОНСТРУКЦИЯ РИГЕЛЯ………………………………………………13
1. Подбор сечения……………………………………………………13
2. Проверка прочности и жесткости ригеля……………………..…15
3. Расчет необходимых характеристик ригеля……………………..16
4. Прочность по приведенным напряжениям………………………18
5. Проверка прочности на срез ригеля в сечении на опоре………..20
6. Устойчивость элементов ригеля……………………………….….22
7. Проверка устойчивости стенки ригели………………………...…23
5. РАСЧЕТ ШВОВ В РИГЕЛЕ……………………………………….……..24

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Компоновка затвора.

1.1  Генеральные размеры.

Генеральные размеры затвора  определяются заданными шириной  отверстия L=19,0 м и величиной наивысшего подпорного уровня H=5,5 м, включающего так же ветровой нагон волны.

5,5 м

19,6

19,0 мм

 

0,3

   

 

 

1.2 Компоновка и выбор размеров затвора

1. Устанавливаем генеральные размеры затвора.

,

Где -расчетная ширина пролета между пролетами , L – ширина пролета .

- расстояние от кромки паза  до оси рельса, принимаем от 0,3 до 0,2 в зависимости от пролета.  В моем случае принимаем 0,3.

 

- расчетный пролет  между   осями колес. 

Далее считаем высоту затвора:

, высоту затвора  берем с запасом  .

.

1. В плане расчетная схема затвора  выглядит следующим образом:

 

5,5 м

148,37 кН/м

  

 

Рис.1

 

1.3 Определение действующих на пролетное строение сил.

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

 

приложенной на расстоянии H/3 от основания затвора.

 

 

1.4 Расстановка ригелей.

Ригели стремятся расположить  так, чтобы они испытывали одинаковую нагрузку.    

0,64 м.

1,83м.

2,38 м.

2,47 м.

Рис.2

             Нагрузка на ригель:

 

Ригели опираются по концам на стойки, передающие нагрузку на ходовые части затвора.

Рассчитаем длину верхней  консоли: 

          

Следовательно высоту  межригельной консоли рассчитаем по формуле:     

 

Длина нижней консоли принимает  значение: 

 

 

1.5  Определение  внутренних усилий в ригелях.

74.188 кH/м

Расчетная схема ригеля представляет собой статически определимую балку  на двух опорах

19,6 ммm

3562,5 kH/m

727,04 kH/m

Рис.3

Максимальный изгибающий момент в ригеле:

  кН*м;

Максимальная поперечная сила:

 кН

2. ВЫБОР СТАЛИ  ДЛЯ ЗАТВОРА.

Марки стали для пролётного строения выбирают в зависимости  от условий эксплуатации затвора  и экономических соображений. Применение более прочных, но более дорогих  марок стали должно быть экономически оправдано.

 

Сталь выбирается в зависимости  от :

- Температуры

-Размера

Т.к. , примем марку стали С255

В данной работе сталь принимаем С-255 с прочностью на изгиб

 

и  сдвигом  .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТ ОБШИВКИ И СТРИНГЕРОВ.

3.1 Размещение стрингеров.

Желательно расставить стрингеры  так, чтобы они несли одинаковую нагрузку и прочность обшивки не была нарушена.

Максимальный расчётный изгибающий момент в обшивке возникает в  опоре, принимается   равным: ,

где - размер рассматриваемого участка.

                            

Момент сопротивления  сечения

,  - толщина обшивки

Из условия прочности  обшивки

, где

  - расчетное сопротивление материала;

Т.к толщина обшивки нам дана в задании, то из этой формулы можно найти максимально возможное расстояние между стрингерами.

Используя эти формулы  можно найти максимально возможное  расстояние от ригелей до ближайшего стрингера.

   ,

где - коэффициент надежности по назначению, принимаемый для поверхностных основных затворов равным 1,15,

R_y=2,40*10⁵ кН/м²

 

Допустимый пролёт обшивки  у верхнего ригеля:

h=3,37м →

Допустимый пролёт обшивки  у нижнего ригеля:

h=6,52 м →

_{Правило расстановки стрингеров}

1. Верхний стрингер в самом верху затвора. Выше на 0.3м от уровня воды.
2. Нижний на высоте 0.1 м от порога.
3. Чем глубже стрингер, тем меньше должно быть расстояние между ними.
4. Расстояние между стрингерами не должно превышать 1.2 м (из условия жесткости)
5. Расстояние от верхнего ригеля до ближайшего стрингера должно быть меньше, чем . Расстояние от нижнего ригеля до ближайшего стрингера должно быть меньше, чем .

 

Расчет в табличной  форме

№	bi, м	hi, м	, м	, м	li , м	qi , кН/м
1	0,97	-0,3	-	-	-	-
2	0,9	0,67	0,185	1,57	1,38	12,15
3(вр)	0,9	2,47	1,57	2,89	1,32	29,44
4	0,85	3,32	2,89	3,72	0,83	27,43
5	0,8	4,12	3,72	4,48	0,76	31,16
6(нр)	0,73	4,85	4,48	5,12	0,64	30,72
7	0,1	5,39	5,12	5,39	0,27	14,18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимально нагруженным является 5-й ригель. На 1 погонный метр нагрузка на него будет равна:

 

 

2. Подбор сечения стрингеров.

Опорами стрингеров служат поперечные поддерживающие элементы пролетного строения- диафрагмы, располагающиеся по длине ригеля с шагом :

 

Стрингер - многопролетная балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой по длине q_c

 

Из условия прочности  на изгиб

 

Изгибающий момент в 8 стрингере

 

определяем требуемый  момент сопротивления прокатного профиля

                         

По сортаментам выбираем прокатный профиль (швеллер) №12 (W₁₂=50.5 см³ , J₁₂=304 см³)

Допустимый относительный  прогиб:

 

                                              4.КОНСТРУКЦИЯ РИГЕЛЯ.

4.1. Подбор сечения.

  Расчет ригеля

 

Поскольку обшивка затвора  приваривается непосредственно  к стенке ригеля, то некоторая ее часть включается в работу ригеля на общий изгиб. По нормам в сечение  ригеля может быть включена ширина обшивки с каждой стороны стенки, не превышающая величины , где - пролет ригеля

Однако эти предельно  допустимые величины не всегда реально достижимы. Так, в межригельном участке ширина не может превосходить (см. рис. 2), а для нижнего ригеля включаемая часть обшивки со стороны порога ограничивается длиной консоли . С учетом этих замечаний определяется общая ширина , используемая в сечении ригеля.

  ;  

 

;   ;  ; 

Принимаем  

 

Задача расчета: определить размеры элементов ригеля (стенки и безнапорного пояса)

Определим требуемый момент сопротивления ригеля.

 

 

Определим оптимальную высоту.

 

 

Из условий жесткости  определим минимальную высоту сечения  ригеля.

 

 

 

При высоте ригеля на опоре  , и толщина стенки по срезу равна:

Исходя из условий прочности  на срез, рассчитаем толщину стенки.

 

Принимаем толщину стенки ригеля

Толщина пояса:

 

Высота стенки в пролёте:

 

(из сортамента 

Ширину пояса находим  из требуемой площади безнапорного пояса:

 

 

(по сортаменту 40 см)

4.2 Проверка прочности и жесткости ригеля.

Сечение ригеля должно удовлетворять  следующим условиям прочности:

 

 

 

Нормальные напряжения зависят  от изгибающего момента

 

- момент инерции сечения  относительно оси x-x, проходящей через центр тяжести ригеля.

Касательные напряжения:

 

S – статический момент отсеченной части сечения, выше или ниже рассматриваемой точки в стенке относительно оси x-x.

Приведенные напряжения:

 

Жесткость ригеля определяется по относительному прогибу:

 

 

4.3 Расчет необходимых характеристик ригеля.

Сечение ригеля посередине пролета и эпюра нормальных напряжений:

900

232,9

 

2280

12

600

188,7 МПа

111 МПа

900

1800

24

14

 

 

Нахождение центра тяжести  ригеля.

Определение площади сечение:

 

Определение статических  моментов

 

 

 

 

Вспомогательную ось x’-x’ проводим через центр тяжести стенки ригеля.

Статический момент относительно вспомогательной оси x’-x’:

 

Координата центра тяжести  относительно вспомогательной оси  x’-x’:

 

Момент инерции относительно главной оси х-х

 

=

Моменты сопротивления:

 

 

 

Нормальные напряжения в обшивке:

 

 

Нормальные напряжение в опорном поясе:

 

 

4.4 Прочность по приведенным напряжениям.

 

Момент в заданном сечении:

    

Поперечная сила в заданном сечении:     

 

 

 

Наибольшие нормальные напряжения в заданном сечении:

 

Статический момент нижней части сечения ригеля относительно оси x-x.

 

Статический момент верхней  части сечения ригеля относительно оси x-x.

 

 

 

Наибольшее касательное  напряжение в заданном сечении:

 

(выполняется)

Приведенные напряжения:

  (выполняется)

Сечение ригеля на заданном участке пролета и эпюры нормальных и касательных напряжений:

 

2280

600

12

232,9

900

900

111 МПа

186,4 МПа

26