Контрольная работа: Проектирование плоского поверхностного стального затвора

"Проектирование плоского поверхностного стального затвора"

Задание

Требуется проектирование основного затвора с колесными опорами. Dastlabki berilgan ma'lumotlar quyidagicha:

Ширина отверстия в свету: lo=12м;

Напор воды на пороге в верхнем бъефе: H=7м;

Материал затвора: сталь марки Вст 3 сп 5;

Тип электрода: вручную электродами Э 46А.

Расчетные сопротивления стали:

Ry(ос) =162 МПа при толщине листа 6-20 mm;

Ry(ос) =155 МПа при толщине листа 21-40 mm;

Ry(из) =170 МПа при толщине листа 6-20 mm;

Ry(из) =163 МПа при толщине листа 21-40 mm;

Ry(ос) =169 МПа при толщине фасонки 6-20 mm;

Ry(из) =178 МПа при толщине фасонки 6-20 mm;

Rs =94 МПа при толщине листа 6-20 mm;

Rs =90 МПа при толщине листа 21-40 mm;

Rs =98 МПа при толщине листа 6-20 mm;

Ry =225 МПа при толщине листа 6-20 mm;

Ry =215 МПа при толщине листа 21-40 mm;

Ry =235 МПа при толщине фасонки 6-20 mm;

Rwf =145 МПа для сварных соединений

Rwz =142 МПа с уклонными швами;

Допустимый относительный прогиб ригеля основного затвора:

Допустимый относительный прогиб элементов балочной клетки:

Проектирование

Определяем:

Нагруженный пролет затвора (рис.):

Расчётный пролет затвора:

Где C=0,26м для колесного затвора, так как

Удельный вес воды:

Назначаем предварительную высоту ригеля в середине пролета:

т.е. ригель должен быть составного сечения высота составного сечения ригеля на опоре:

Для определения расстояния между стойками, равного расстоянию между ребрами жесткости, разбиваем ригель на 6 панелей длиной lm:

При этом проверяем условие:

Полная высота затвора:

Где запас над водой до верхней кромки затвора:

конструирование поперечного сечения затвора

В двухригельном затворе ригели устанавливают на равном расстоянии от равнодействующей давления воды. Для этого строим эпюру гидростатического давления и находим положение равнодействующей z (рис....) по формуле:

Назначаем расстояние a2 от нижней точки затвора до оси нижнего ригеля, которое для колесного затвора зависит отгрузоподъемности, определяемой по формуле (…). Так как , принимаем

Расстояние между ригелями из условия равнонагруженности можно получить по следующей формуле:

Вылет верхней консоли:

Толщину обшивки принимаем

Теперь переходим к расстановке вспомогательных балок, расстояние между которыми определяется конструктивными требованиями.

На участке между ригелями расстояние между вспомогательными балками не должно быть более

.

Значит между ригелями расположим 4 второстепенных балок.

На верхнем консольном участке расстояние между второстепенными балками не должно быть более

.

Расстояние между верхней второстепенной балкой и верхней обвязкой не должно ревышать

.

Значит в консольной части располагаем 3 второстепенные балки.

При расчете обшивки достаточность принятых расстояний между второстепенными балками проверяется дополнительно.

Ширину напорного пояса предварительно принимаем

расчет обшивки затвора

Задавшись толщиной обшивки , проверяем достаточность ранее принятых расстояний между второстепенными балками.

Равнодействующие усилий от давления воды на обшивку на участках между вспомогательными балками рассматриваем как расположенные в центрах этих участков (рис….). вычисляем расстояние от горизонта верхнего бъефа до точек положения этих сил:

Соответственно этим расстояниям гидростатические давления, считанные по формуле

,

будут иметь следующие величины

()

Интенсивность давления в этих точках показана на рис. ….

Достаточность принятых расстояний между вспомогательными балками проверяется по формуле:

где - давление воды по середине наиболее напряженного участка обшивки и для листа толщиной .

Для расчета выбираем наиболее нагруженный участок обшивки длиной

где ,

6,4 см - условно принятый размер полки швеллера нижней обвязки (N16).

Значит,

Так как условие ыполняется на самом нагруженном участке, то дальнейшей проверки не требуется.

Расчет второстепенной балки

Схема для расчета вспомогательных балок приводится на рис.….

Определяем средние гидростатические давления Pбi и соответствующие им величины пролетов lбi и давления qбi на обвязки, балки, ригели по формулам: сталь ригель затвор

Значит, гидростатические давления

Величины пролетов

Равномерно распределенные давления

Полученные значения lбi, Pбi и qбi сводим в таблицу.

Таблица …. Силы, действующие на вспомогательные балки, обвязки, ригели

Из таблицы видно, что наиболее нагруженной является вспомогательная балка№7, т.е. qб=0,390кН/см.

Максимальный изгибающий момент в самой нагруженной балке определяется следующим образом:

Требуемый момент сопротивления определяем по следующей формуле:

По сортаменту на прокатные швеллеры подбираем швеллер №16a (Wx=103см 3). Так как в расчетное сечение включается часть обшивки, то для вспомогательных балок предварительно принимается швеллер на 1 номер меньше, т.е. №16 имеющий следующие геометрические характеристики:

Проверяем условие:

Длина обшивки at, включаемая в расчетное сечение вспомогательных балок, определяется по следующей формуле:

Площадь обшивки

Площадь вспомогательной балки составного сечения

Положение центра тяжести составного сечения относительно оси xo-xo (рис….) определяем следующим образом:

где

S - статический момент полусечения;

hв.б. - высота швеллера (номер его в см).

Момент инерции составного сечения:

Минимальный момент сопротивления:

Т.е. условие выполнено.

Следовательно, все вспомогательные балки и верхнюю обвязку конструируем из швеллера №16.

Относительный прогиб вспомогательной балки:

где E=206000МПа=20600кН/см 2- модуль упругости стали.

Условие относительного прогиба тоже выполнено.

Расчет ригеля

1. Определение нагрузок на ригели.

Равномерно распределенная нагрузка на каждый ригель из условия равнонагруженности их гидростатическим давлением (рис….) определяем по следующей формуле:

Максимальный изгибающий момент в ригеле - по формуле:

Реакция ригеля определяется следующим образом (рис….):

Требуемый момнент сопротивления ригеля:

где K=1,1 - коэффициент, учитывающий влияние собственного веса на усилие в поясах ригеля. Ry(из) - расчетное сопротивление при изгибе листовой стали толщиной более 20мм (163МПа или 16,3кН/см 2).

2. Определение высоты ригеля.

Оптимальную высоту ригеля определяем по формуле:

где лw - гибкость стенки.

где E=206000МПа=20600kN/sm2 - модуль упругости стали и Ry=225МПа - расчетное сопротивление листовой стали толщиной менее 20мм (по СНиП П-23-81).

Значит,

Минимальная высота ригеля из условия обеспечения прогиба определяется по формуле:

где

K1=1,1 - коэффициент, учитывающие влияние собственного веса на усилие в поясах ригеля

K2=1,08 - коэффициент, учитывающий увеличение прогиба вследствии уменьшения высоты ригеля на опорах.

n=1,0 - коэффициент надежности по нагрузке.

- допустимый относительный прогиб ригеля.

Учитыая, что в счение напорного пояся ригеля вводят часть обшивки, к которой он приваривается, поная высота ригеля определяется по формуле:

Высота стенки назначается с учетом размеров листов по сортаменту на толстолистовую сталь, которая идет на изготовление стенки. В сортаменте есть листовая сталь шириной в 1500мм.

hef=1,5м - высота стенки ригеля;

tf - толщина безнапорного пояса, предварительно принимаемая tf =20мм.

t'f - толщина напорного пояся, из условияi tf = t'f + to принимаем: t'f = tf - to =20-10=10мм.

to =10мм - толщина обшивки.

Значит, полная высота ригеля:

высота ригеля на опоре:

Высота стенки на опоре: