Бетонный шлюз и судоходный канал

ГТС ВП и КШ.dwg

Примечание: размеры указаны в метрах
Рис. 3. Поперечное сечение канала полигонального очертания
трехслойный обратный фильтр
Рис. 4. Крепление откосов (каменное мощение)
Рис. 5. Схема подходного канала
граница судового хода
верхний подходной канал
Рис. 6. Продольный разрез верхней головы шлюза
Рис. 7. План верхней головы шлюза
Рис. 8. План нижней головы шлюза
Рис. 10. Гидравлические характеристики наполнения камеры шлюза
Большая Волга пр. 576
Рис. 11. План-схемы расположения судов
Рис. 12. Поперечный профиль камеры шлюза докового типа
Рис. 13. Схема к определению веса стены
Рис. 14. Схема к вычислению бокового давления грунта
Рис. 15. Схема к вычислению вертикального давления грунта
Рис. 16. Схема к определению гидростатического давления воды
Рис. 17. Эпюры расчетных усилий в поперечных сечениях стены
Рис. 18. Армирование стены камеры
Рис. 19. Расчетная схема к определению величин P и M
Рис. 20. Расчетная схема нагрузок на днище
Рис. 21. Расчетная схема днища для построения эпюр M
Рис. 22. Схема к определению положения ригелей
Рис. 23. Схема набора створки
Рис. 24. Эпюры M и Q четырехпролетного стрингера
Определение величины No
Рис. 25. Расчетная схема к определению опорных реакций ригеля
Рис. 26. Расчетная схема к проверке прочности ригеля
Рис. 27. Расчетная схема к определению M и Q в ригеле
СУДОХОДНЫЙ КАНАЛ И БЕТОННЫЙ ШЛЮЗ
План подходного канала М 1:2000
Поперечный разрез камеры М 1:100
нижний подходной канал
Продольный разрез шлюза М 1:400
Отметки проектного дна канала
Отметки уровней воды в канале
Примечание: размеры даны в метрах
поверхность местности
Условные обозначения:
Рис.1 Продольный профиль по трассе 1-ого канала А-Б
Рис.2 Продольный профиль по трассе 2-ого канала В-Г

Курсовой проект ГТС ВП и КШ.docx

Министерство Транспорта Российской Федерации
Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования
Санкт-Петербургский Государственный Университет
Дисциплина: ГТС водных путей портов и континентального шельфа
Бетонный шлюз и судоходный канал
специальность 270104.65 «Гидротехническое строительство»
Построение двух вариантов трассы канала
Определение основных первоначальных размеров поперечного сечения канала и их уточнение ..
Разбивка шлюзов по трассам канала ..
Определение полезных размеров камеры шлюзов
Определение основных размеров подходных каналов к шлюзу направляющих сооружений (пал) и длины причалов .
Выбор системы питания шлюза ..
Проектирование голов и камеры шлюза
Гидравлический расчет шлюза
Пропускная способность шлюза .
Расчет стены шлюза .
Расчет днища камеры
Двустворчатые ворота ..
Построение двух вариантов трассы канала.
На топографическом плане местности наносятся числовые значения отметок горизонталей используя заданную отметку наиболее расположенной горизонтали и берг-штрихи.
На плане местности наносятся два варианта трассы канала: трассу I – по кратчайшему расстоянию между озерами (А-Б) а трассу II – по низким отметкам водораздела (В-Г).
По намеченным трассам строится продольный профиль с указанием геологического строения на основании данных буровых скважин расположив их примерно на равных расстояниях вдоль трассы (см. рис.1-3).
Определение основных первоначальных размеров поперечного сечения канала и их уточнение.
Поперечное сечение канала принимаем полигонального очертания т.к. оно создает меньшее в сравнении с трапецеидальным и прямоугольным сечениями сопротивление судов идущих по оси канала и благоприятные условия для обеспечения устойчивости откосов.
Принимаем два значения заложения откосов при горизонтальном дне канала:
Изменение заложения откосов делается на уровне низа крепления. Заглубление крепления под минимальный статический уровень воды принимается:
Размеры судового хода:
радиус закругления Rзакр
Задаемся глубиной равной
где – статическая осадка расчетного судна в полном грузу м
Округляем по сетке в большую сторону
Ширина канала на уровне проектной глубины (по дну канала):
Ширина канала на уровне изменения откосов определяется как:
Ширина по зеркалу канала:
Площадь живого сечения канала:
Площадь поперечного сечения погруженной части судна по середине его длины (миделю):
Ширина бечевника (дороги вдоль канала для проезда транспорта) равна 40м а бермы – 20м.
Проверка судоходных требований.
)Значение коэффициента стеснения должно быть:
0 – проверка выполняется.
)Ширина на уровне осадки судна равная
должна удовлетворять следующему условию:
где – уширение канала при дрейфе судна под действием бокового ветра м
где Вдр – ширина полосы занимаемой судном при дрейфе м
где Lc – длина расчетного толкаемого состава м Lc=1785 м.
– угол дрейфа между диаметральной плоскостью и равнодействующей двух скоростей:
скорости судна от работы движителя мс;
поперечной составляющей скорости судна от действия ветра мс.
Поперечная составляющая скорости судна от действия ветра определяется из равенства:
где – сила давления ветра на площадь надводной части корпуса судна с надстройками
– сила сопротивления воды движению судна лагом (бортом)
с – аэродинамический коэффициент равный 14
– удельное давление ветра
– скорость ветра равная 12 мс
н – площадь надводной боковой поверхности судна м2 н=250 м2.
α – коэффициент сопротивления при неограниченной площади сечения канала равный 05
– коэффициент учитывающий стеснение сечения канала
ρ=1000 кгм3 – плотность воды
g = 981 мс2 – ускорение свободного падения
– площадь подводной боковой поверхности судна м2
– проверка не выполняется.
-ширина канала на уровне изменения откосов:
-ширина по зеркалу канала:
-площадь живого сечения канала:
Проверка 1 :0.20 – проверка выполняется.
)Глубина канала должна удовлетворять следующему условию:
где нав – навигационный запас под днищем судна равный 020 м
– запас на увеличение осадки кормы судна при движении м
где α0 – коэффициент приближенно учитывающий дифферент судна на корму;
зависит от соотношения длины к ширине судна
– понижение уровня воды в районе движения судна наблюдаемое в натуре м
где – скорость потока обтекания относительно судна мс
Скорость определяется графически в зависимости от Числа Фруда и коэффициента стеснения.
Для скорости судна от работы движителя число Фруда равно:
По графику при и К = 017 .
zн – запас глубины на заносимость равный 020 м
zв – запас на ветровую волну (пренебрегаем из-за малой величины) м
– запас на волновые колебания в канале при работе шлюза равный 020 м
> – проверка выполняется.
)Проверка скорости движения судна.
Вычисляется первая критическая скорость движения судна :
по графику определяется критическое значение числа Фруда при К=017
Критическая скорость равна:
Скорость судна от работы движителя должна удовлетворять следующему условию:
) Проверка неразмываемости откосов.
Во избежание размывов дна и некрепленых откосов канала необходимо обеспечить соблюдение условия:
– скорость потока обтекания относительно берега мс
– неразмывающая скорость грунта для песка и для суглинка соответственно
> – проверка не выполняется.
В таком случае ложе канала следует укрепить слоем гравелистого грунта средний диаметр частиц которого (d) можно определить подбором по формуле:
- условие не выполняется
- условие выполняется
Средний диаметр частиц d=6мм.
– проверка выполняется.
Поперечное сечение канала представлено на рис. 4.
) Определение границ крепления откосов канала.
Высота интерферированной судовой волны у берега:
где – коэффициент полноты водоизмещения
= 083 – для грузовых судов
= 075 – для пассажирских судов
Для грузового судна
Для пассажирского судна
Высота наката судовой волны на откос канала равна:
где – наибольшее из двух значений (для грузового теплохода и пассажирского судна)
=08 – коэффициент принимаемый для откосов с креплением каменной наброской (крепление откоса изображено на рис. 5.);
Заглубление крепления под минимальный статический уровень воды должно быть:
где – коэффициент определяемый по графику =f(К).
Возвышение крепления откосов над высоким уровнем воды равно:
Крепление откосов показано на рис. 5.
Разбивка шлюзов по трассам канала.
По заданной величине расчетного напора на камеру шлюза и вычисленной расчетной глубине канала на продольном профиле производится размещение судоходных шлюзов и участков канала между ними.
Для этого устанавливается положение бьефов отдельных участков канала откладывая последовательно от НПУ напор . Затем определяется положение шлюзов для чего от найденных уровней бьефов откладываем глубину . Пересечение горизонтальной линии дна канала с поверхностью земли дает положение шлюза.
На I трассе канала (см. рис. 1) получилось 20 типовых шлюзов с напором и 2 шлюза с напором . На II трассе канала (см. рис. 3-4) – 12 типовых шлюзов с напором и 4 шлюза с напорами ;;;.
Определение полезных размеров камеры шлюзов.
Полезная длина камеры шлюза определяется по следующей формуле:
где – число одновременно шлюзуемых судов устанавливаемых в камере шлюза по длине
– запас по длине камеры в каждую сторону и между судами устанавливаемыми в камере шлюза по длине м
По сетке СНиП принимаю
Полезная ширина камеры шлюза определяется по следующей формуле:
где – число одновременно шлюзуемых судов устанавливаемых в камере шлюза по ширине
– запас по ширине камеры с каждой стороны от группы шлюзующих судов м
Глубина на порогах шлюза отсчитываемая от расчетного низкого судоходного уровня определяется по следующей формуле:
где – статическая осадка расчетного судна в грузу м
По сетке СНиП 2.06.07-87 принимаем полезные размеры камеры шлюзов:
Определение основных размеров подходных каналов к шлюзу направляющих сооружений (пал) и длины причалов.
Рассматривается симметричный подходной канал с прямолинейными палами. Подходной канал состоит из четырех участков по длине :
) Выход судна из шлюза -;
) Маневр судна по переходу с оси шлюза на ось участка расхождения - ;
) Участок расхождения судов - ;
) Переходный из подходного канала в магистральный - .
Участок принимается равным длине расчетного судна т.е. .
Участок рассчитывается по формуле:
где- радиус поворота;
-смещение оси участка расхождения относительно оси шлюза;
- уширение подходного канала по сравнению с магистральным.
Длина подходного канала:
Ширина подходного канала
где- ширина магистрального канала.
Палы предназначены для обеспечения удобного и безопасного направления движения судна в шлюз при выходе из шлюза или входе в шлюз.
Принимаются прямолинейные палы с уклоном в плане 1:4.
Длина ходовой палы определяется из условия:
условие выполняется.
Длина неходовой палы:
где: - расстояние от границы судового хода до бровки;
- расстояние от границы судового хода до уреза воды.
От причальной линии до бровки ходовая пала закругляется по дуге окружности с радиусом:
Неходовая пала от границы судового хода до уреза воды закругляется по дуге окружности с радиусом:
Причальные сооружения
Причалы предназначены для судов ожидающих шлюзования. Причалы устраивают вдоль границы судового хода.
Длина причальной линии при двухстороннем движении равна:
Радиус закругления причала
Подходной канал показан на рис. 6.
Выбор система питания шлюза.
В соответствии со СНиП 2.06.07-87 «Подпорные стенки судоходные шлюзы рыбопропускные и рыбозащитные сооружения» при напоре Нк 15 м и при не выполнении условия требуется сопоставление технико-экономических показателей сосредоточенной (головной) и распределительной систем питания.
С этой целью в предположении сосредоточенной системы питания определяется минимально допустимое время наполнения камеры:
где- коэффициент учитывающий тип системы питания. Он отражает степень уменьшения времени наполнения камеры с распределительной системой питания по сравнению с головной при соблюдении нормальных условий стоянки судов;
- водоизмещение состава;
- коэффициент учитывающий увеличение волновой составляющей гидродинамической силы при приближении судна к верхней голове;
- величина равная площади зеркала камеры;
- относительное время открытия затворов;
- площадь живого сечения камеры при уровне нижнего бьефа;
- допустимая величина продольной составляющей гидродинамической силы;
Полученная величина сравнивается с временем наполнения существующих шлюзов с головной системой питания. не превышает следовательно принимаем сосредоточенную (головную) систему питания.
Расчет системы питания
Определение размеров системы питания выполняется в следующей последовательности:
Определение размеров системы питания через затопленные водопропускные отверстия
)Определяется максимально допустимая площадь сечения водопроводных галерей определенная из условия обеспечения нормативных гидродинамических сил при наполнении:
где - коэффициент расхода при полностью поднятых затворах водопроводных галерей.
)Принимается две водопроводные галереи определяется ширина и высота :
)Площади входных и выходных отверстий:
)Размеры входных и выходных отверстий:
)Радиусы закругления осей водопроводных галерей:
)Определяется длина входной части верхней головы:
где - длина ниши для ремонтных ворот верхней головы равная:
)Определяется длина ниши для двухстворчатых ворот верхней головы:
где - длина створки рабочих ворот определяемая по формуле:
здесь - глубина ниши для двухстворчатых ворот принимаемая равной
- угол между направлением створки ворот и нормалью к оси шлюза принимаемый равным
)Определяется длина упорной части верхней головы:
)Определяется полная длина верхней головы:
) Находится ширина бетонного устоя верхней головы:
)Высота устоев верхней головы равна:
где- высота стен равная
=20 м - возвышением верха стен над уровнем верхнего бьефа
- толщина днища верхней головы принимаемая равной:
Толщина днища камеры предварительно принимается равной:
)Длина успокоительного участка:
где- коэффициент учитывающий качество гасительных устройств
- угол при нижней кромке плоского затвора равный 3540
- допустимая по условиям стоянки расчетного судна величина постоянной скорости подъема затвора при наполнении камеры:
где- приращение коэффициента расхода по высоте подъема затворов в начальный период наполнения; приближенно она может быть определена как:
- продолжительность наполнения камеры в первом промежутке времени:
Определение размеров элементов системы питания и нижней головы
)Площадь водопроводных галерей:
)Определяется длина ниши для двухстворчатых ворот нижней головы:
)Определяется длина упорной части нижней головы:
где- расстояние от ниши двухстворчатых ворот до конца выходных отверстий галерей
- расстояние от конца выходных отверстий галерей до конца нижней головы
)Определяется общая длина нижней головы и проверяется нижняя голова на сдвиг:
)Ширина устоя нижней головы :
Чертежи системы питания показаны на рис. 6 7 и 8.
Гидравлический расчет шлюза.
Гидравлический расчет шлюза (наполнение).
Наполнение камеры шлюза происходит через затопленные водопропускные галереи поэтому весь процесс наполнения состоит из двух промежутков времени: первый промежуток – от начала наполнения камеры до момента остановки затворов; в этом промежутке происходит подъем затворов и изменяются их коэффициенты сопротивления а следовательно и коэффициент расхода системы питания . Второй промежуток – от момента остановки затворов до момента времени когда уровень воды в камере сравнивается с уровнем воды в верхнем бьефе; в этом промежутке затворы водопроводных галерей подняты на полную высоту и неподвижны следовательно коэффициент расхода системы питания постоянен и равен .
) Определяется максимально допустимая постоянная скорость подъема затворов наполнения при которой первый пик продольной составляющей гидродинамических сил не превысит допустимого значения силы:
) Определяется время подъема затворов на полную высоту одновременно это продолжительность первого промежутка:
) Расчет первого промежутка:
а) задается шаг по времени с и производится определение гидравлических характеристик.
б) высота подъема затворов:
д) подъем уровня воды в камере:
гдеВ=1 – коэффициент характеризующий наполнение и опорожнение однокамерного шлюза;
- коэффициент расходы системы питания определяется по таблицам составленным из относительных величин:
где – относительная величина коэффициента расхода
– относительная высота подъема затворов.
для принятого значения
По полученным значениям строиться график
Расчет гидравлических характеристик в первом промежутке сведен в таблицу 2.
Расчет гидравлических характеристик в первом промежутке
) Расчет второго промежутка:
а) задается шаг по времени с и производится определение гидравлических характеристик. Второй промежуток продолжается от момента остановки затвора до момента первого выравнивания уровней воды в камере и верхнем бьефе когда .
Продолжительность второго промежутка определяется по формуле:
где- напор в конце первого промежутка.
Полное время наполнения камеры до уровня верхнего бьефа когда напор :
Расчет гидравлических характеристик второго промежутка сведен в таблицу 3
Расчет гидравлических характеристик во втором промежутке
По данным таблиц 2 и 3 строится графики изменения гидравлических характеристик
) Определяется величина первого пика волновой составляющей гидродинамической силы по формуле:
Пропускная способность шлюза.
Определение суточного судопотока через шлюз.
Объемы перевозок грузов на навигацию
объемы перевозок грузов Gi млн.т.
коэффициент использования грузоподъемности судна i
минерально-строительные
химические и удобрения
Число пар шлюзований пассажирских судов:
Число пар шлюзований технических судов:
Объем груза i-ого вида перевозимого в прямом и обратном направлении судном j-ого типа в течение навигации:
где Pj – доля участия судна j-ого типа в перевозке i-ого вида груза %
Gi – объем груза i-ого вида перевозимого в прямом и обратном направлении в течение навигации млн.т.
Число судов j-ого типа необходимое для перевозки груза i-ого вида в прямом Nп и обратном направлении No в течение навигации:
где Gcj – грузоподъемность судна j-ого типа т
i – коэффициент использования грузоподъемности судна при перевозке груза i-ого вида
Число порожних судов j-ого типа перевозящих грузы i-ого вида в прямом и обратном направлении в течение навигации:
Общее количество судов j-ого типа перевозящих грузы i-ого вида в течение навигации:
Наибольшее количество судов которые должны пройти через шлюз в наиболее напряженные сутки навигации:
где Тнав =200 – длительность навигации сут
φс – коэффициент неравномерности подхода судов к шлюзу
φс=14 – для прямого направления
φс=13 – для обратного направления
Количество плотов за навигацию:
где qпл =171 – объем перевозок древесины в плотах млн.т.
где пл =240 – длина плота м
bпл =1700 – ширина плота м
Sпл =250 – осадка плота м
– объемный вес дерева равный 08 тм3
Кп – коэффициент полнодревности плота равный 04
Количество плотов в сутки:
где Тнав пл – длительность навигации по проводке плотов равная на 30 суток меньше Тнав т.е.
φпл – коэффициент неравномерности подхода плотов к шлюзу равный 17
Общее количество суточного судопропуска через шлюз в наиболее напряженные сутки навигации:
Расчет выполнен в табличной форме (см. табл. 5)
Расчет судопотока через шлюз в наиболее напряженные сутки навигации
Тип и грузоподъемность судна
Грузо-подъем-ность судна Gс т
Доля участия судна в перевозке грузов
Обратное направление
Количе-ство порожних судов Nпор.j судовна-вигацию
Навигацион-ный судооборот nj судовнавигацию
Количество судов в наиболее напряжен-ные сутки навигации nсj судовсутки
Количество груза перевозимого судном данного типа
Количество судов необходимых для перевозки грузов Njп судовнави-гацию
Количество судов необходимых для перевозки грузов Njо судовнави-гацию
Большая волга пр.57611
Баржа-цементовоз пр.Р113
Состав пр.05074 типа «Волго-Дон» с приставкой
Состав из сухогруза пр.576 + баржа пр.567
Миниральностроительные грузы
Экспортно-импортные грузы ;
Химические грузы и удобрения
По результатам расчета суммарное количество судов:
Расчетное количество судов
Принятое количество судов
Большая Волга пр.576II
Состав пр.05074 типа «Волго- Дон» с приставкой
Составление групп судов и составов на шлюзование.
-ая – 2-ая группа (2 группы):
Волго-Нефть пр.558+Танкер пр.587
Танкер пр.587+Танкер пр.Р77
Толкач пр.947+Баржа пр.403Б+Баржа пр.458
-ая – 21-ая группа (15 групп):
Волго-Дон пр.1565+ Большая Волга пр.576II
-ая – 23-ая группа (2 группы):
Большая Волга пр.576II+Волго-Балт пр.2-95А
-ая – 28-ая группа (5 групп):
Волго-Балт пр.2-95А+ Сухогруз пр.488А
-ая – 36-ая группа (8 групп):
Толкач пр.947+Баржа пр.1787-У+Баржа пр.461Б
Толкач пр.947+2×Баржа пр.461Б
Толкач пр.947+Баржа пр.461Б+ Сухогруз пр.488А
-ая – 42-ая группа (4 группы):
-ая – 51-ая группа (9 групп):
Сухогруз пр.613+Сухогруз пр.Р97
-ая – 55-ая группа (4 группы):
Толкач пр.947+3×Баржа-цементовоз пр.Р113
Толкач пр.947+2×Баржа-цементовоз пр.Р113
-ая – 59-ая группа (3 группы):
-ая – 64-ая группа (5 группы):
-ая – 67-ая группа (3 группы):
-ая – 70-ая группа (3 группы):
-ая – 72-ая группа (2 группы):
Для получения высокой пропускной способности шлюза необходимо организовать работу шлюза так чтобы 75% от общего количества групп совершали двустороннее шлюзование и 25% – одностороннее.
– количество двухсторонних шлюзований
– количество односторонних шлюзований
-ая – 21-ая 29-ая – 51-ая 60-ая – 67-ая 71-ая – 72-ая группы совершают двустороннее шлюзование
-ая – 28-ая 52-ая – 59-ая 68-ая – 70-ая группы совершают одностороннее шлюзование.
Определение времени шлюзования.
- время затрачиваемое на одностороннее шлюзование:
где - время затрачиваемое судном на вход в шлюз при одностороннем движении
где - длина пути входа судна в шлюз м рассчитываемый по формуле
- скорость входа судна в шлюз (принимается по таблицам);
- время открывания и закрывания ворот принимаемое 150 сек;
=840 с. - время наполнения камеры принимаемое по гидравлическому расчету;
- время затрачиваемое судном на выход из шлюза при одностороннем движении
где - длина пути выхода судна из шлюза рассчитываемая по формуле:
- скорость выхода судна из шлюза (принимается по таблицам)
- время затрачиваемое на двухстороннее шлюзование:
где - длина пути выхода судна из шлюза рассчитываемая по формуле
Расчет времени шлюзования сведен в таблицу 7.
Определение времени шлюзования различных судов.
Односторонние шлюзования
Двухсторонние шлюзования
Дополнительное время необходимое для входа и выхода второго третьего и т.д. судна (состава):
где п – количество судов (составов) стоящих в камере.
Время одностороннего шлюзования судов (составов):
Время двустороннего шлюзования судов (составов):
Определяем время шлюзования для всех сформированных групп.
n=2 – 2×самоходное судно
n=1 – самоходное судно
n=1 – толкаемый состав
n=2 – толкаемый состав и самоходное судно
n=1 – буксируемый состав
n=2 – толкаемый состав и самоходное
n=1 – пассажирское судно
n=1 – техническое судно
Суммарное время работы шлюза необходимое для пропуска через него всех вариантов групп судов (составов):
Т.к. >17 ч то требуется 2-3 нитки шлюза.
Определение класса сооружения.
)В зависимости от последствий аварии шлюза класс сооружения выбирается по его высоте
)В зависимости от последствий возникающих при нарушении эксплуатации сооружения класс выбирается исходя из следующего:
судоходный шлюз относится к основному сооружению и т.к. осадка судов оно расположено на сверхмагистральных водных путях. Следовательно принимаем II класс. Кэффициент надежности Кн=12.
Окончательно принимаем II класс сооружения.
Поперечный профиль камеры шлюза.
Необходимо определить толщину стены камеры шлюза. Для этого на вертикали выбираем несколько расчетных сечений: 1-1 на уровне поверхности полной засыпки и сечение 4-4 которое располагается поверху вута.
В поперечных сечениях 1-1 4-4 определяются теоретические значения толщины стены по формуле:
где - расстояние по вертикали от верха стены до рассматриваемого сечения.
Практический профиль строят принимая .
Для предотвращения образования трещин принимаю
где φ – расчетная величина угла внутреннего трения песка средней крупности равная 30°
ρгр·g – осредненная расчетная величина объемного веса грунта засыпки учитывающая насыщение водой ее части расположенной ниже поверхности грунтовых вод кНм3
К – коэффициент равный 015 для стали класса А-III
Rр – расчетное сопротивление арматурной стали растяжению равное 340МПа для стали класса А-III
– коэффициент сочетания нагрузок равный для основного сочетания 1
Kн– коэффициент надежности равный для II класса сооружений 12
n– коэффициент отношение модулей упругости равный 875.
Принятую величину h4 сравним с толщиной стен эксплуатируемых шлюзов спроектированных с допущением трещин ограниченной ширины:
- условие выполняется.
В курсовом проекте уклон тыловой грани принят постоянным:
Поперечный профиль камеры шлюза показан на рис.11.
Нагрузки и воздействия
Учитываются следующие нагрузки:
- собственный вес сооружения вертикальное давление от веса грунта и его боковое давление;
- давление фильтрационных вод по подземному контуру сооружения
)Временные длительные
- боковое реактивное давление грунта
-нагрузки от подъемных перегрузочных и транспортных устройств
- нагрузки от веса ремонтных и временно складируемых на поверхности засыпки материалов.
Для основного сочетания нагрузок коэффициент
Вычисление собственного веса стены и вызываемых им усилий.
Расчетная схема приведена на рис.12
Производится в сечениях 2 – 2 и 3 – 3. Расчет выполняется для одного погонного метра длины стены.
Величины входящие в расчетные формулы:
- объемный вес бетона;
- коэффициент перегрузки;
и - плечи сил и относительно середины
- расчетный изгибающий момент в сечении стены вызываемый ее собственным весом относительно центра тяжести сечения(точки и ) ;
- расчетная продольная сжимающая сила в сечении
- расчетная поперечная сила в сечении
Расчет сведен в таблицу №7.
Усилия в расчетных сечениях стены от ее собственного веса
Где- толщина стены в сечении;
Вычисление бокового давления грунта.
Расчетная схема приведена на рисунке 13. Расчет приведен в таблице 9.
- полезная нагрузка на поверхности засыпки;
- расчетная величина вертикального напряжения в грунте на уровне сечения
- объемный вес грунта засыпки;
- объемный вес грунта засыпки во взвешенном состоянии;
- коэффициент горизонтальной составляющей давления покоя;
- коэффициент бокового расширения грунта равный 03;
- расчетная интенсивность горизонтального давления грунта на условную вертикальную поверхность АВ кН;
- равнодействующая соответствующей части эпюры горизонтального давления грунта;
- плечо силы относительно сечения
- усилия в расчетных сечениях соответственно в кНм кН кН.
Усилия в расчетных сечениях от бокового давления грунта.
Вертикальное давление грунта на стенку.
Расчетная схема приведена на рисунке 14. Расчет сведен в таблицу 10.
Расчетное вертикальное напряжение зависит от веса соответствующего столба грунта и нагрузки на поверхности. В ремонтном случае временную нагрузку располагают правей условной вертикали АВ и не учитывают на участке СА так как она уменьшает величины изгибающих моментов в расчетных сечениях.
Исходные данные для расчета:
- плечи сил относительно середины сечений
Усилия в расчетных сечениях от вертикального давления грунта
Боковое реактивное давление грунта.
Величину давления принимаем равной 15% от величины . Считаем что давление не влияет на величины продольных и поперечных сил.
Расчет показан в таблице 11.
Боковое дополнительное реактивное давление грунта
Гидростатическое давление грунтовых вод на стенку.
Расчетная схема приведена на рисунке 15.
Расчет приведен в таблице 12.
-интенсивность горизонтального давления воды на уровне воды в сечении 4-4;
- расчетная величина равнодействующей горизонтального давления воды на часть стены расположенную выше сечения 4-4;
- расчетная величина равнодействующей вертикального давления воды на часть стены расположенную выше сечения 4-4;
Нагрузки и усилия от гст. давления воды
Теперь можно построить суммарные эпюры М N Q действующие в соответствующих сечениях (рис 17).
В таблице12 приведены необходимые данные для построения эпюр
Собственный вес стены
Боковое давление грунта
Вертикальное давление грунта
Дополнительное боковое давление грунта
Гидростатическое давление воды со стороны засыпки
Суммарные усилий в сечениях
Эпюра суммарных усилий (M Q N) представлена на рис.16.
Подбор сечения арматуры.
Армирование стен шлюзов.
Производится расчет прочности поперечных сечений с подбором арматуры.
Предварительно необходимо проверить сечение на срез при действии поперечной нагрузки
где - коэффициент надежности;
- коэффициент сочетания нагрузки;
- расчетная поперечная сила в рассматриваемом сечении;
- коэффициент условий работы бетона для плитной конструкции;
- расчетная призменная прочность бетона на сжатие ;
- рабочая высота рассматриваемого поперечного сечения определяемая по формуле:
где- высота сечения.
- расстояние от внешней грани стены до центра тяжести продольной растянутой арматуры:
где толщина защитного слоя принимаемая ;- диаметр рабочей продольной растянутой арматуры.
Эта проверка проводится для каждого сечения. Если условие не выполняется то необходимо увеличить высоту сечения.
Также необходимо определить эксцентриситет расчетной силы относительно центра тяжести растянутой арматуры м:
где - эксцентриситет расчетной силы относительно середины рассматриваемого сечения .
При этом необходимо чтобы выполнялось условие здесь - коэффициент учитывающий прогиб внецентренно сжатого элемента принимаемый равным 10.
Расчет арматуры проводится в следующем порядке:
- Определяется площадь поперечного сечения сжатой арматуры по формуле:
где - расчетная сжимающая сила в
- коэффициент условий работы бетона и арматуры принимаемые равными 10;
- коэффициент определяемый по формуле:
- граничное значение высоты сжатой зоны равное 065 (для бетона марки М250). - толщина защитного слоя от внутренней грани стены до центра тяжести сжатой арматуры;
и - расчетные сопротивления арматуры растяжению и сжатию. Для арматуры класса А-III .
- Вычисляется значение поперечного сечения растянутой арматуры (при ):
Если величина или конструктивного минимума то расчет производят так:
- принимается величину равной конструктивному минимуму.
( - процент армирования сечения принимаемый для расчетов равным 01%).
- вычисляется величину :
Затем по таблицам находится значение относительной высоты сжатой зоны отвечающее значению .
- вычисляется площадь растянутой арматуры
- Подбираются значения площадей арматуры расставляемые в сечении в 1-2 ряда. При этом расстояние в свету между стержнями должно быть не менее 25d и не менее 5см. Используется арматура диаметром от 25 до 60 мм.
- вычисляется процент армирования
Данные расчет выполняться для сечений 2-2 3-3.
- проверка выполняется
Вычисление площади арматуры:
Принимается по конструктивному минимуму:
Тогда в сечении необходимо установить стержни
ст. 40 класса AIII принята меньше так как точность инженерных расчетов составляет 5%.
Процент армирования
Тогда (с учетом арматуры в сечении 2-2 проходящей по всей высоте стены) в сечении 3-3 необходимая площадь арматуры:
Армирование стены показано на рис.17.
Статический расчет неразрезного железобетонного днища камеры.
Расчет выполняется по методу Жемочкина для балки на упругом основании. Идея метода – замена грунта основания на условных стержней. Тогда усилия в стержнях и будут являться неизвестными реакциями грунта основания.
Определение сил действующих на днище.
- расчетная нагрузка на днище от его собственного веса:
- давление грунтовых вод на днище
- силы передаваемые от стены на днище (рис. 18)
а) горизонтальная сила
б) вертикальная сила
в) момент приложенный к днищу из-за переноса сил в точку А
- пригрузка действующая на основание:
Расчетная схема - рис.19.
) Вычисляется показатель гибкости днища t:
где - модуль деформации грунта.
– модуль упругости бетона. - полупролет балки.
Так как то гибкостью днища можно пренебречь и расчет выполняется как для абсолютно жесткой балки.
При этом учитываются следующие нагрузки:
Изгибающие моменты приложенные по концам днища не учитывают так как при абсолютно жесткой балке они взаимно компенсируют друг друга и не вызывают реактивных давлений грунта на подошву днища.
Вычисляются расчетные усилия M N Q в днище рассматривая его половину как консольную балку загруженную известными силами моментом М и продольной сжимающей силой Е.
Узловые нагрузки Р1 и Х1 вычисляем по формулам:
где - шаг опор (рис 20).
) Обобщённая узловая нагрузка:
)Рассчитываем правую часть эпюры М (левая часть симметрична правой).
Рассчитаем эпюру Q – она будет кососимметричной.
Эпюры показаны на рис.20.
Двустворчатые ворота.
Высота створки ворот:
= 03 м – возвышение створки ворот над УВБ связанное с волнением;
= 012 м – понижение оси нижнего ригеля относительно порога.
0 + 500 + 03 – 012 = 1318м
Длина створки ворот:
>075 – ворота ригельные
Ригельные двухстворчатые ворота работают как трех шарнирная арка.
Высота поперечного сечения ригеля:
Определение положения ригелей. Расположение конструкций ригельных ворот.
Количество ригелей в одной створке:
где =115 м – расстояние между ригелями расположенными ниже УНБ.
Принимаем n = 9 ригелей
Для определения положения ригелей по высоте створки ворот строится эпюра расчетного гидростатического давления на 1 п. м. створки и интегральная кривая давления.
В камере принимаем УВБ а с низовой стороны ворот – УНБ.
Построение интегральной кривой давления
Нижняя ордината разбивается на (n-1) равных отрезков:
и графически определяется положение равно загруженных ригелей. В верхней части ворот ставятся дополнительные ригели для уменьшения пролета обшивки.
Схема к определению положения ригелей представлена на рис.21.
Набором ворот называются ребра жесткости на которые опирается обшивка. В набор входят сами ригели стрингеры диафрагмы створный и вереяльные столбы.
Устройство ригельных двустворчатых ворот представлено на рис.22.
Статический расчет элементов створки ворот.
Обшивка рассматривается как панель защемленная по двум сторонам.
Расчет выполняется под УНБ где гидростатическое давление равно .
Плита работает на изгиб поэтому толщина плиты определяется из условия прочности на изгиб и условия устойчивости плиты:
где = 075 – опытный коэффициент;
= 12 – коэффициент надежности;
= 1 – коэффициент сочетания нагрузок;
а и с – соответственно длины короткой и длинной сторон панели м
= 220МПа – расчетное сопротивление стали при изгибе (лист)
= 1 – коэффициент условий работы обшивки;
q – интенсивность гидростатического давления воды кНм2
Принимаем = 7 мм по условиям проведения сварочных работ.
Стрингеры являются дополнительными продольными ребрами жесткости. В расчетном отношении являются многопролетной неразрезной статически неопределимой балкой опирающейся на диафрагмы.
Задаемся сечением стрингера в виде швеллера.
Принимаем по ГОСТ 8278-83 швеллер гнутый равнополочный 250х60х5.
= 60 мм – ширина полки швеллера;
= 5 мм – толщина полки;
= 250 мм – высота швеллера:
= 5мм – толщина стенки;
= 1759 см - площадь сечения швеллера;
= 1414 см - момент инерции швеллера.
В расчетное сечение стрингера входит швеллер и часть обшивки.
Длина обшивки принимается наименьшей из следующих значений:
Принимаем = 0375 м.
Площадь сечения стрингера:
Статический момент относительно оси x – x:
где расстояние от оси обшивки до оси х – х см
Положение нейтральной оси 0 – 0:
Равномерно распределенная нагрузка приложенная к стрингеру:
Сечение стрингера представлено на рис.23.
Момент инерции стрингера относительно оси 0 – 0:
расстояние от оси обшивки до нейтральной оси м
Построение эпюр M и Q четырех пролетного стрингера.
Расчетная схема стрингера представлена на рис.23. Опорами стрингеров являются диафрагмы. Принимаем их количество 3 и рассматриваем стрингер как четырехпролетную балку.
Изгибающий момент и поперечная сила равны:
где расстояние между опорами м
и – коэффициенты построения эпюр M и Q
Расчет изгибающих моментов и поперечных сил приведен в таблицах 12.1 и 12.2
Эпюры четырехпролетного стрингера представлены на рис.23.
Проверка прочности стрингера.
Требование к нормальным напряжениям.
расстояние от внешней грани обшивки до нейтральной оси м
где расстояние от внешней грани полки стрингера до нейтральной оси м
Требование к касательным напряжениям.
Проверка по поперечной силе Q.
где – расчетное сопротивление стали при сдвиге кНм2
статический момент относительно нейтральной оси см3
где Fп – площадь сечения полки стрингера см2
Ригель представляет собой балку на двух опорах. Для расчета выбираем ригели расположенные ниже УНБ.
Ригель является балкой на двух опорах один конец которой опирается на бетон устоя головы а другой на ригель соседней створки.
В сечение ригеля входит обшивка стенка и полка. Ширина обшивки выбирается наименьшей из трех величин:
Толщина стенки ригеля:
Толщина полки ригеля такая же что и стенки:
Ширина задней полки:
Сечение ригеля представлено на рис.24.
Площадь сечения складывается из площади сечения обшивки стенки и полки:
где высота стенки ригеля равна:
Статический момент ригеля:
расстояние от оси полки до оси х – х см
Смещение оси 0 – 0 относительно оси X – X:
Момент инерции ригеля относительно оси 0 – 0:
расстояние от оси обшивки до нейтральной оси cм
расстояние от оси полки ригеля до нейтральной оси cм
Определение опорных реакций в ригеле.
Равномерно распределенную нагрузку действующую на ригель расположенный выше уровня НБ вычисляем по следующей формуле:
Сосредоточенную силу численно равную давлению воды на рассматриваемую полосу створки найдем по формуле:
Из условий симметрии геометрических размеров ригелей и нагрузки на них относительно продольной оси шлюза и условия равновесия любого из ригелей находим направление опорных реакций Rа. По известным величине силы Р и ее направлению а также направлению реакции Rа строим силовой треугольник из которого определяем величину опорных реакций по формуле:
Величина опорных реакций:
На рис.27 показана расчетная схема к определению опорных реакций в ригеле.
Величину продольной сжимающей силы в ригеле вызванной опорными реакциями определяют как проекцию силы Rа на продольную ось:
При установке бокового уплотнения ворот у их низовой грани на торец ворот действует гидростатическое давление воды. Часть этого давления передаваемого на торец рассматриваемого ригеля вычисляем по формуле:
Величина полного продольного сжимающего усилия в ригеле:
Схема к определению опорных реакций представлена на рис.28.
Опоры ригеля смещены в сторону НБ чтобы создать разгружающий момент ригеля и тем самым уменьшить расчетный общий момент.
Изгибающий момент вызванный внецентренным приложением сил и равен:
где эксцентриситеты приложения сил и относительно нейтральной оси
Изгибающий момент в середине пролета балки вызванный поперечной нагрузкой :
Величина изгибающего момента в расчетном поперечном сечении ригеля определяется как:
Наибольшая величина поперечной силы:
Схема к определению величин M и Q в ригеле представлена на рис.25.
Проверка прочности ригеля.
где Mmax = Mрасч = 847 Н·м
= 400МПа – расчетное сопротивление стали при изгибе (лист)
где расстояние от внешней грани полки ригеля до нейтральной оси м
Определение мощности двигателя.
максимальный момент сил действующих на ворота;
угловая скорость вращения створки ворот
время открывания ворот;
КПД привода двигателя.
коэффициент трения: ;
диаметр шипа гальсбанта: ;
диаметр пяты ворот: ;
горизонтальная составляющая реакция пяты и реакции гальсбанта тс.
собственный вес створки ворот тс
временная расчетная нагрузка на мостике створки тс.
Момент гидродинамических сил сопротивления воды движению створки:
где средняя скорость движения створки численно равная скорости движения середины полотна;
Момент гидростатических сил действующих на створку в связи с местным повышением уровня воды около створки при ее движении инерционными колебаниями уровня воды в камере и волновыми колебаниями воды в канале:
местный перепад уровней воды у створки вызванный ее движением;
перепад воды у створки вызванный инерционными колебаниями уровня воды в камере и волновыми колебаниями уровня воды в камере.
Момент от давления ветра на подводную часть створки ворот:
расчетное давление ветра на створку ворот;
угол образованный направлением створки и нормалью к продольной оси шлюза.
Момент сил инерции створки:
Следовательно приближенная величина максимального момента перечисленных сил действующих на ворота равна:
Тяговое усилие необходимое для движения створки при действии сил вызывающих равно:
расстояние от точки приложения тягового усилия к створке до ее оси вращения м.
Таким образом искомая мощность двигателя будет равна:
«Расчет бетонного шлюза» методические указания по курсовому проекту
ЛИВТ Ленинград 1982 год.
«Судоходные шлюзы» учебное пособие
А.М. Гапеев П.А. Гарибин СПбГУВК СПб 2004 год.
«Шлюзованные водные пути и судоходные каналы» учебное пособие
А.М. Гапеев СПбГУВК СПб 2004 год.
СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на ГТС»
Стройиздат М 1983 год.