Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружений

РГР Маврычев.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружений
(дата подпись) (№ группы) (Ф.И.О. студента)
(оценка дата подпись) (Ф.И.О. преподавателя)
Бланк исходных данных . . ..3
Расчёт рабочей секции дока . . 4
Расчёт носовой секции дока 6
1 Расчёт боковой поверхности дока . 6
2 Расчёт лобовой поверхности дока . 8
Распределение ригелей на кормовой стенке дока . ..9
Определение грузоподъёмности дока 12
Бланк исходных данных
Таблица 1 – Исходные данные
Гидравлический расчёт конструктивных элементов сооружения
Расчёт рабочей секции дока
Рабочая камера дока состоит из трёх секций. В каждой секции рассматриваются три поверхности рис. 2: две боковые вертикальные и одна донная горизонтальная причем две боковые поверхности равно загружены так как имеют одинаковые площади и заглубление под уровень воды.
Определяем длину рабочей секции дока l по зависимости:
где: L – длина дока;
z – число секций дока.
Гидростатическое давление p действующее на боковые поверхности и горизонтальное днище рабочей секции дока определяется по формуле:
где: ρ - плотность жидкости кгм3 для воды принимаем ρ = 1000кгм3;
g - ускорение свободного падения g=981 м
h - заглубление рассматриваемой точки под уровень воды м.
Для точки (1) h1 = 0 => p1 = 0 (рис. 2)
Для точки (2) h2 = a – c м
h2 = 420 - 105 = 315 м
p2 = 1000 · 981 · 315=31 кПа
Определение нагрузки и точки приложения силы на боковой поверхности дока.
где: hc - заглубление под уровень воды центра тяжести рассматриваемой поверхности;
S - площадь этой поверхности.
где: a – высота дока;
Площадь рассматриваемой поверхности находится по формуле:
S1=420-105·9=2835 м2
P1=1000·981·158·2835=4394 кН
Центр давления определяется по формуле:
где: Ic- момент инерции фигуры находится по формуле:
По условиям данной задачи b= l =9 м h =a – c=315 м тогда
hd1=158+2344158·2835=21 м
Сила гидростатического давления P2 действует на днище секции рабочей камеры дока. Ее величина также определяется по формуле (3). Здесь hc=h=3.15 м – заглубление днища; S=S2 – площадь днища которую можно определить по формуле:
где: b- ширина днища дока по заданию b=64 м;
P2=1000·981·315·576=17799 кH.
Расчётная схема рабочей секции дока предоставлена на рисунке 2. (местоположение сечения 3-3 имеется на общей схеме в бланке исходных данных) где показаны действующие на неё гидравлические нагрузки: эпюра гидростатического давления (p) гидростатические силы (Р) а также центры тяжести поверхностей (С) и центры давления (D).
Расчёт носовой секции дока
Носовая секция дока состоит из трёх нагруженных поверхностей: две боковые вертикальные равнозагруженные и одна лобовая криволинейная.
1 Расчёт боковой поверхности дока
Боковая поверхность представляет собой плоскую фигуру неправильной формы. Для решения задачи боковая поверхность вычерчивается с строгом масштабе рис. 3. Погруженная под уровень воды поверхность аппроксимируется т.е. заменяется на ряд более простых и известных фигур например прямоугольных. Для этого поверхность по глубине делится на ряд элементов например на 3 равных отрезка. В данном случае:
Образующиеся при таком деление 3 площадки боковой поверхности неправильной формы заменяются равновеликими по площади прямоугольниками. Для каждого из них вычисляются силы гидростатического давления Pi и точки их приложения hDi. Расчеты сводятся в табл. 1. Расчеты ведутся по следующим формулам.
P=ρgb·(h22-h12)2 кH (9)
hD=2(h23-h13)3(h22-h12) м (10)
где: b – длина прямоугольника;
a – угол наклона к боковой поверхности к горизонту;
h – заглубление от поверхности уровня воды до нижней и верхней граней прямоугольника.
hD1=2(1053-0)3(1052-0)=07 м
hD2=2(213-1053)3(212-1052)=2(926-116)3(441-11)=163 м
hD3=2(3153-213)3(3152-212)=2(3126-926)3(992-441)=266 м
P01=1000981378·1052-02=2044 кH
P02=1000981318·2212-10522=5159 кH
P03=1000981198·3152-2122=5354 кH
Таблица 1 – Расчёт сил гидростатического давления на элементы боковой поверхности
Заглубление под УВ м
На рис. 3 показаны найденные силы Pi и точки их приложения hDi буквами C1 обозначены центры тяжести каждого из трех прямоугольников.
Равнодействующая силы гидростатического давления P находится суммированием
P3=2044+5159+5354=12557 кН
Определение горизонтальной координаты центра давления xD
i=13(Pibi2)=P3xD3м (12)
xD3=i=13(Pibi2)P3 м (13)
xD3=2044189+5159159+535409912557=3863+8203+5312557=138м
Определение вертикальной координаты центра давления hD3
i=13(PihDi)=P3hD3м (14)
hD3=i=13(PihDi)P3м (15)
hD3=204407+5159163+535426612557=1431+8409+1424212557=192м
На рис. 3 показана найденная сила P3 и точка её приложения с координатами xD3 и hD3
2 Расчёт лобовой поверхности дока
Лобовая поверхность является цилиндрической и показана на рис. 4 линией АВ с образующей длиной b.
Расчет силы P4 на эту поверхность выполняется поиском двух ее составляющих сил: горизонтальной Px и вертикальной Py.
Горизонтальная сила находится по формуле (9).
b=64 м; h1=0; h2=315 м
Px=1000·981·64·31522=31149 кH
На рис. 4. Построена эпюра гидростатического давления на замененную плоскую поверхность; через центр тяжести этой треугольной эпюры проходит найденная сила Px которая приложена на расстоянии hDx от поверхности воды равном:
Вертикальная сила Py зависит от величины объема тела давления и определяется по формуле:
Py=ρgVт.д.=ρgbSт.д. H (16)
где: b-ширина днища дока по заданию b = 64 м;
Sт.д.=SAA'B-площадь тела давления (находится с помощью элементарных прямоугольников)
Sт.д.=105·378+105·318+105·198=939 м2
Py=1000·981·64·939=58954 кН
Результирующая сила P4от гидростатической нагрузки на цилиндрическую поверхность находится по формуле:
P4=311492+589542=66677 kH
Угол наклона этой силы к горизонту определяется зависимостью:
Центр тяжести тела давления определяется 2-мя координатами по направлению
оси Y и по оси X с помощью уравнения статического момента
(Si)=S·yцт=(Si·hci) (16**)
где: S – площадь сечения тела давления в плоскости ХОУ (S=S
hci – координата заглубления центра тяжести элементарного прямоугольника м.
Положение точки приложения силы Py по координате Y будет равно:
Y=yцт=(Si·hci)S (16***)
Положение точки приложения силы Py по координате X будет равно:
X=xцт=(Si·xci)S (16****)
где: xci – горизонтальная координата центра тяжести i- го элементарного прямоугольника. Расчеты сводятся в таблицу 2.
Таблица 2 – определение центра тяжести тела давления
Заглубление нижней грани
Глубина до центра тяжести
Горизонтальная координата ц.т.
Yцт=29061689=172м Xцт=2431689=144м
Распределение ригелей на кормовой стенке дока
Ригель – ребро жесткости (балка ферма) воспринимающий основную нагрузку. Ригель выполняется в виде двутавра или швеллера и рассчитывается исходя из условия равной загруженности. Положение ригеля определяется центром давления т.е. точкой приложения гидростатической силы с тем чтобы ригель принял на себя максимальную нагрузку от воды.
Общая нагрузка от воды на торцевую стенку P5 определяется по формуле (3). Величина hc определяется по формуле (4). Т.к. hc1= hc5=158 м.
Значение площади равно S=b·a-c=64·420-105=2016м2
P5=1000·981·158·2016=31248 кН
Нагрузка приходящаяся на один ригель (исходя из условий равной загруженности) определяется по формуле:
где: n-число ригелей по заданию n = 2.
Pриг=P52=312482=15624 кН
Такую нагрузку воспринимает на себя каждый из двух заданных ригелей.
Зоны действия каждого ригеля определяется по формуле:
h2=2Pригρgbsina+h12 м (20)
h2=2·15624·10001000·981·64+0=223 м
h2=2·15624·10001000·981·64+497=315м
Центры давления hD каждой грузовой площадке определяется по формуле (10).
hD1=2(1109-0)3(497-0)=149 м
hD2=2(3126-1109)3(992-497)=272 м
Таблица 3 – Таблица к определению положения ригелей
Определение грузоподъёмности дока
Грузоподъёмность дока q – это максимальная масса груза которую возможно в один приём поднять переместить.
Вес поднимаемого груза Pгр определяется по формуле
Pгр= Pарх – G Н (21)
где: Pарх – выталкивающая (архимедова) сила Н;
G – собственный вес дока т.
G=m·g=120·981=11772кН
V=a-c-d·b·L**м3 (23)
где: V-объём погруженной в воду части дока на заполненной водой (на рис. 6. не заштрихованная часть дока) м3;
L** - определяется из геометрии дока;
V=420-105-060·64·305=49776м3
Pарх=1000·9.81·49776=488303 кН
Pгр=488303-11772=370583 кН
q=Pгрg=3705839.81=37776 т
Максимальная масса груза которую может транслировать данный док 37776 тонны.
Агеева В.В. Расчёт нагрузок на элементы конструкции докового типа: метод. Указания к выполнению курсовой работы по дисциплине “Гидравлика” студентами II курса общетехнического факультета В.В. Агеева. – Н. Новгород: ННГАСУ 2001. – 14с.
СТП ННГАСУ 1-1-98 Основные надписи; 1-2-98 Титульный лист; 1-2-98 Титульный лист; 1-4-98 Пояснительная записка; 1-6-98 Расчёт.
) Что изучает наука гидравлика? В чём её значение для инженеров-строителей?
) Что называется гидростатическим давлением? Укажите его основные свойства.
) Основное уравнение гидростатики.
) Каковы условия плавания тел? Что такое остойчивость при надводном плавании тел?
) Гидравлика изучает законы движения и равновесия жидкости и даёт способы приложения этих законов к решению конкретных технических задач.
) Гидростатическим давлением называется давление столба жидкости находящегося в состоянии покоя.
) Основное уравнение гидростатики: pрg+z=H=const
P – гидростатическое давление в произвольной точке жидкости.
p - плотность жидкости
g - ускорение свободного падения
z - Высота точки над плоскостью сравнения
H - гидростатический напор
Уравнение показывает что гидростатический напор во всех точках покоящейся жидкости является постоянной величиной.
) Условия плавания тел: поведение тела находящегося в жидкости или газе зависит от соотношения между модулями силы тяжести Fт и архимедовой силы Fа которые действуют на это тело. Возможны следующие три случая:
а. Fт>Fа - тело тонет;
б. Fт=Fа – тело плавает в жидкости или газе;
в. FтFа – тело всплывает до тех пор пока не начнёт плавать.
) В отопительный котёл (рис. 1) поступает вода с расходом Q1 = 70 м3час при температуре t1 = 70°C. Сколько воды будет выходить из котла если нагрев производится до температуры t2 = 90°С.
Q1 = 70 м3час = 0.02 м3c
Из формула коэффициента температурного расширения имеем
Коэффициент температурного расширения берём из таблицы
W = 600 · 10-6 · 002 · 20 = 000024
) Определить тягу p через дымовую трубу (рис. 2) высотой H = 55м если плотность дымовых газов ргор = 06 кгм3 а температура наружного воздуха tхол = 15°С
Давление в топке на уровне 2 – 2
ратм – атмосферное давление на уровне 1 – 1
ррт –давление создаваемое дымовыми газами удаляемыми через трубу
Давление перед топкой на уровне 2 – 2
рвозд – давление создаваемое столбом воздуха высотой Н
рг – плотность газа на выходе из топки;
рвозд – плотность воздуха при t = 15о С;
Разность давлений в топке котла и перед топкой равна:
р= р – рт = р атм + рвозд g Н - р атм - рг g Н
р = g H (рвозд -рг )
р = 98 * 55 (123 – 06) = 33957 Па
) Прямоугольный понтон площадью дна 16 x 20 м плавает в воде. Определить подъёмную силу и осадку понтона если перевозимый груз составляет 8000 кH при собственном весе понтона 2000 кH
Подъёмная сила определяется по формуле:
общий вес груза и понтона
G = 8000+200098=10204т
Осадка понтона определяется по формуле:
Ответ: q=8155т h=32м

А3Д.cdw

кормовая стенка дока с ригелями
Масштаб эпюр давления 1 см = 10 кПа
Масштаб силы 1 см = 500 кН
Рисунок 2 - К определению нагрузок
на рабочей секции дока
Масштаб силы 1 см = 100 кН
Рисунок 3 - К определению нагрузок на боковой
поверхности носовой секции дока
Масштаб силы 1 см = 250 кН
Рисунок 4 - К определению нагрузок на лобовой
Рисунок 5 - К распределению ригелей
на кормовой стенке дока
Зона действия 1го ригеля
ая грузовая площадка
Рисунок 1 - схема дока
Рисунок 6 - К определению грузоподъёмности дока