Разработка конструктивной схемы затвора

Вначале следует подробно изучить конструкцию затворов гидротехнических сооружений, функциональное назначение и взаимное расположение их элементов по литературным источникам, например по (I, с.267-294; 2, с. 53-74); после чего, руководствуясь исходными данными, разработать конструктивную схему затвора для своего варианта и вычислить основные размеры и нагрузки (рис.1).

Расчетный пролет затвора (расстояние между осями опорно-ходовых частей) определяют по формуле:

где ℓ0 - отверстие в свету, в м;

C - расстояние от края устоя до оси опорно-ходовых частей, в м.

Расстояние C должно быть таким, чтобы обеспечивалось размещение в пазах устоев неподвижных частей затвора. Для затвора со скользящими опорами C = 0,25…0,30 м.

Нагруженный пролет (расстояние между вертикальными боковыми уплотнениями) принимают равным:

Затем, назначают предварительную высоту ригеля (в дальнейших расчетах ее уточняют) в пределах:

Причем, большие значения высоты ригеля принимают для затворов из низколегированных сталей марок 09Г2С и 15ХСНД.

В поверхностных затворах высоту ригеля на опоре уменьшают до величины

Такое изменение высоты позволяет уменьшить ширину ниши пазового устройства и длину устоев, а также несколько снижает общий вес ригеля. Начало изменения высоты ригеля обычно принимают в крайних панелях.

Стенка ригеля разбивается по длине на 6 или 8 панелей поперечными диафрагмами, количество панелей делают четным, что обеспечивает симметричность продольной связевой фермы. Длина панели ℓm назначается в пределах h < ℓm<2 h; допускается длину крайних панелей принимать несколько отличающейся от длины средних.

Полная высота затвора определяется по формуле:

где ао = (0.3…0.4) м – расстояние от уровня горизонта верхнего бьефа (УВБ) для верхней точки затвора.

В двухригельном затворе ригели устанавливают на равном расстоянии от линии действия равнодействующей силы гидростатического давления Р; при соблюдении этого условия ригели получаются равнонагруженными. Положение линии действия равнодействующей гидростатического давления определяется как:

Затем, назначают расстояние а2 от нижней точки затвора до оси нижнего ригеля; это расстояние должно обеспечить размещение опорно-ходовых частей. Для затворов со скользящими опорами из древесно-слоистого пластика его принимают в пределах:

Расстояние между ригелями а может быть получено из выражения:

тогда вылет верхней консоли а1 равен:

Далее проверяют угол L между плоскостью водослива и нижней кромкой ригеля затвора. Для устранения вакуума (при угле L<30º) в стенке сплошного нижнего ригеля по линии нейтральной оси необходимо устраивать отверстия для прохода воздуха в зону возможного вакуума. Суммарная площадь этих отверстий должна быть не менее 20% площади стенки ригеля. Проверку угла L можно выполнить графически, для чего предварительно принять ширину безнапорного пояса 1/4…1/5 от высоты ригеля h.

Установив положение ригелей, переходят к расстановке вспомогательных балок, расстояния между которыми определяются конструктивными требованиями по обеспечению пространственной жесткости затвора и устойчивости обшивки на участках между смежными балками. При этом следует учитывать, что в затворах с шириной отверстия в свету ℓ0 >10 м толщина обшивки tоб принимается от 10 до 20 мм; что позволяет избежать получение вмятин при случайных ударах по обшивке.

В первом приближении эти требования можно считать выполненными, если расстояние между центрами тяжести смежных балок (или балки и ригеля) - ℓоб не более следующих значений, выраженных в долях толщины обшивки при tоб = 10 мм:

ℓ0 ≤ 70 tоб - на участках а 2 и а;

ℓ0 ≤ 90 tоб - на участке а 1;

ℓ0 ≤ 120 tоб - на участке между верхней обвязкой и ближайшей балкой.

В дальнейшем, при расчете обшивки, достаточность принятых расстояний ℓоб уточняется.

Стальная обшивка совместно с балочной клеткой образует жесткий диск, который надежно обеспечивает неизменное положение в пространстве сжатых поясов ригелей и их устойчивость в вертикальной плоскости. Геометрическая неизменяемость растянутых поясов ригелей обеспечивается введением в конструкцию затвора поперечных диафрагм и элементов фермы продольных связей (см. рис. 1). Поперечные диафрагмы из листовой стали располагают в вертикальных плоскостях перпендикулярно обшивке затвора, а продольные связи – в плоскости безнапорных поясов ригелей; при этом, в такой пространственной конструкции элементы поперечных диафрагм являются одновременно и стойками продольной связевой фермы. В курсовом проекте, в учебных целях, рекомендуется принять решетку продольной фермы с переменным направлением раскосов (см. рис.1).

Нагрузки от гидростатического давления и силы веса затвора определяют по §5,2 [2].