Проектирование комлексного гидроузла

 

При проектировании тела бетонной плотины были определены следующие её параметры: высота плотины , ширина каждого из четырёх пролётов водосливной грани , толщина быков .

Водосливная грань плотины сопрягается с нижним бьефом с помощью водобойного колодца, глубина которого и длина . За водобойным колодцем устанавливаем рисберму, после которой вода попадает в канал, соединяющий её с рекой.

Бетонная плотина смыкается с телом грунтовой плотины при помощи подпорных стенок. Для обеспечения устойчивости стенок на сдвиг устраиваем фундаментную подушку в сторону берега. Конструируем подпорные стенки из железобетона.

 

 

 

4. Конструирование плоского затвора

 

Из всего многообразия видов поверхностных затворов выбираем плоские затворы, которые представляют собой плоскую ригельную конструкцию, поступательно перемещающуюся в пазах на скользящих или колесных опорах и передающую давление воды на быки. Воду пропускают с одной стороны от подвижной конструкции - из - под затвора. Плоскими затворами перекрывают отверстия пролетом до 30 - 40 м при напоре до 12 -15 м.

 

4.1 Описание конструкций затвора

 

У небольших плоских затворов, устанавливаемых на сетевых сооружениях и в составе затворов мостовых и с поворотными фермами, пролетные строения выполняют по типовым проектам из стального 6-мм листа с подкреплением уголками и полосами и из шпунтованных досок на шпонках. Специальных уплотнений и опорно-ходовых частей эти затворы не имеют. У крупных затворов пролетные строения содержат более или менее явно выраженные элементы: ригели, обшивку, балочную клетку, диафрагмы, опорно-концевые стойки, подъемно - весовые фермы.

Ригели работают как статически определимые двухопорные балки. Высота их определяется: 1) допустимым относительным прогибом в пролете (1/1000 для затворов с верхним горизонтальным уплотнением, 1/600 для прочих основных затворов, 1/500 для аварийных, 1/400 для ремонтных затворов); 2) допустимыми нормальными напряжениями от изгиба в поясах ригелей посередине пролета; 3) допустимыми касательными напряжениями от перерезывающих сил в стенках ригелей у опор. У большепролетных поверхностных затворов высота ригелей лимитируется чаще всего первым условием и составляет 1/7 - 1/9 пролета. У опор она может быть уменьшена на 40 - 60% с ориентацией на третье условие.

Ригели конструируют по общим правилам проектирования металлических конструкций. В последнее время предпочитают сплошноступенчатые ригели и ригели из прокатных профилей. Они технологичнее, обеспечивают высокую живучесть при случайных повреждениях, большую устойчивость и выносливость конструкции, их легче очищать и защищать от коррозии. Ригели - фермы применяют лишь для поверхностных затворов очень большого пролета (более 20 м). В сплошноступенчатых конструкциях обязательно устройство отверстий в стенках для стока воды.

Основное правило расположения ригелей по высоте - их равнонагруженность. В связи с этим у поверхностных затворов (имеющих обычно два ригеля) их располагают в нижней части на равном расстоянии от точки приложения равнодействующей сил давления воды. У низконапорных глубинных затворов неравномерность расстановки ригелей менее заметна. У средне- и высоконапорных глубинных затворов ригели расставляют равномерно. Расстояние между их растянутыми поясами принимают не менее 450 - 500 мм из условия возможности ведения сварки, очистки и окраски.

Обшивку поверхностных затворов выполняют из листовой стали толщиной 8 - 20 мм, глубинных - 10 - 60 мм. При шаге ригелей более 50 - 60 мм толщин обшивки ее подкрепляют балочной клеткой из стоек и обрешетин, передающих нагрузку на ригели и обеспечивающих устойчивость обшивки. Обычно необходимость в таком подкреплении возникает у поверхностных затворов. Стойки могут быть разрезными на ригелях или неразрезными.

 

4.2 Расчетно-графическая схема

 

Высота перекрываемого отверстия м, тогда высота затвора принимается с учетом сухого запаса м, м, а ширина перекрываемого отверстия ℓ = 3,0 м. Расчетный пролет затвора определяется как L= ℓ + (0,2…0,25) = 3,0+ 0,2 = 3,2 м.

Принимаем двухригельный колесный металлический затвор как наиболее экономичный и широко распространенный из-за простоты конструкции, точности передачи давления воды на опорно-ходовые части и легкости изготовления. В двухригельных затворах ригели располагаем на равных расстояниях от направления равнодействующей гидростатического давления. При соблюдении этого условия ригели получаются одинакового сечения.

Расчет ригелей ведём на равномерно распределённую нагрузку на 1 м длины при учете силы гидростатического давления воды и силы собственного веса ригеля по формуле:

 

, т

 

где Н - напор воды, Н = 1 м;

g - удельный вес воды принимаем равной 1т;

q₁ - равномерно распределенная нагрузка на 1 м длины.

 

 

Для ригелей используем прокатные профили двутаврового сечения. Принимаем предварительно двутавр №12. По таблице сортамента прокатных профилей определяем параметры двутавра: площадь поперечного сечения ; вес 1 п. м ; момент сопротивления ; момент инерции ; толщина стенки .

Собственный вес 1 п. м ригеля .

Отсюда можно определить суммарную нагрузку:

.

Максимальный изгибающий момент:

 

,

 

где - расчётный пролёт затвора.  

Высоту ригеля определим по формуле:

 

,

 

где т/м² - расчетное напряжение для стали.

Получаем высоту ригеля:

,

что соответствует предварительно принятой высоте ригеля из двутавра №12.

Далее подобранное сечение ригеля проверяем на прогиб. Прогиб ригеля определяем по формуле:

 

,

 

где - сопротивление прогибу. .

.

Рассчитаем относительный прогиб :

.

Полученная величина не должна превышать нормативного значения:

.

Условие выполнено, т. к. рассчитанное значение не превышает нормативное.

Таким образом, окончательно можно принять прокатный профиль двутаврового сечения №12.

 

4.3 Окончательное проектное решение

 

На основании проведённых выше расчётов окончательно проектируем колёсный металлический затвор.

Ригели выполнены из прокатных профилей двутаврового сечения. Поперечные и опорные балки также запроектированы из проката двутаврового сечения, но на два порядка меньше профиля ригелей.

Нижняя и верхняя обвязки выполнены из швеллера, поперечные и продольные связи - из уголка, на порядок меньше швеллера.

Кроме этого, поверх каркаса затвора выполнена обшивка из металлических листов толщиной 6 мм.

В результате расчётов были вычислены размеры затвора: , .

Графическим способом определили положение ригелей в затворе (рис.).

 

 

 

Заключение

 

В данном проекте был последовательно решен комплекс вопросов по обоснованию необходимости, экономической и технической возможности сооружений. Разработано несколько вариантов конструкций и компоновок сооружений с последующей детальной разработкой.

При помощи справочно-методической литературы произведен расчет высоты гребня грунтовой плотины, устойчивости откоса грунтовой плотины, устойчивости бетонной плотины. Также выбран башенный водосброс для заданного рельефа и произведены соответствующие расчеты. Исходя из относительной дешевизны и простоты конструкции были выбраны плоские двухригельные затворы, произведены требуемые расчеты.

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. В.С. Лапшенков, М. Агропромиздат.: 1989 г.

2. Гидротехнические сооружения. Под ред. Н.П. Розанова, М. Стройиздат.: 1978 г.

3. Справочник по гидравлическим расчетам. П.Г. Киселев, М. - Л.: Госэнергоиздат.: 1961 г.

4. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. - М.: Энергия, 1968.-343 с.

5. Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К. Гидротехнические сооружения. - М.: Колос, 1968. - 465 с.