Расчет металлоконструкций пролетного строения

Разработка подвижной части плоского двухригельного затвора для поверхностного водосливного отверстия: компоновка пролетного строения затвора, расчет его основных элементов и соединений, определение массы подвижной части; эскизы узлов пролетного строения.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Расчет металлоконструкций пролетного строения



Содержание:

1. Общие указания и сведения

1.1 Состав проекта

2. Компоновка затвора

2.1 Генеральные размеры

2.2 Определение действующих на пролетное строение сил

2.3 Расстановка ригелей

2.4 Определение усилий в ригелях

3. Выбор марки стали для элементов пролетного строения

4. Расчет обшивки и стрингеров

4.1 Расчет обшивки и размещение стрингеров

4.2 Подбор сечения стрингеров

5. Расчет и конструирование ригеля

5.1 Подбор сечения

5.2 Проверка прочности и жесткости ригеля

5.3 Проверка поясных швов

5.4 Аэрация транзитной струи

6. Расчет диафрагмы

6.1 Компоновка сечения диафрагм

6.2 Проверка прочности узлов диафрагмы

7. Ферма продольных связей

8. Опорно-ходовые части



1. Общие указания и сведения

1.1 Состав проекта

В курсовом проекте разрабатывается подвижная часть плоского двухригельного затвора для поверхностного водосливного отверстия.

Содержание проекта: компоновка пролетного строения затвора, расчет его основных элементов и соединений, определение массы подвижной части, чертеж пролетного строения.

Проект представляется к защите в виде одного чертежа и пояснительной записки с расчетами и обоснованиями. Расчеты сопровождаются схемами и эскизами конструктивных элементов и их узлов.



2. Компоновка затвора

2.1 Генеральные размеры

Генеральные размеры затвора определяются заданными шириной отверстия L=12м и величиной наивысшего подпорного уровня H=6.5м, включающего так же ветровой нагон волны (рис. 1).

Рис. 1

2.2 Определение действующих на пролетное строение сил

Сила давления воды на затвор на погонный метр ширины отверстия со стороны верхнего бьефа определяется горизонтальной равнодействующей, приложенной на расстоянии H/3 от порога отверстия.

кН/м·

Нагрузка на ригель:

2.3 Расстановка ригелей

Ригели опираются по концам на стойки, передающие нагрузку на ходовые части затвора (см. рис. 1).

Расположение боковых уплотнений определяет нагруженный пролет затвора L. Рабочий пролет ригелей Lр равен расстоянию между осями рельсовых путей - колеи затвора:

Lр= L + 2 а,

где L - ширина отверстия; а - расстояние от кромки паза до оси рельса.

,

если принять а=300мм

Задаваясь предварительно длиной нижней консоли получаем межригельное расстояние

, принимаем ;

уточняем

;



длина верхней консоли принимает значение

2.4 Определение усилий в ригелях

Расчетная схема ригеля представляет собой статически определимую балку на двух опорах.

Максимальный изгибающий момент в ригеле:

Mmax = кНм;

Максимальная поперечная сила:

кН



3. Выбор марки стали для элементов пролетного строения

Марки стали для пролётного строения выбирают в зависимости от условий эксплуатации затвора и экономических соображений. Применение более прочных, но более дорогих марок стали должно быть экономически оправдано.

Температура эксплуатации

Отношение

;

Можно использовать сталь С255, которая охватывает весь необходимый диапазон толщин проката от 11 до 20 мм с соответствующими расчетными сопротивлениями



4. Расчет обшивки и стрингеров

4.1 Расчет обшивки и размещение стрингеров

Обшивка (рис. 2) непосредственно воспринимает гидростатическое давление и передает его на ригели 2 через систему подкрепляющих ее элементов - стрингеров 3. Стрингеры располагаются параллельно ригелям и опираются на поперечные балки - диафрагмы 4, которые, в свою очередь, крепятся к ригелям 2.

Таким образом, обшивка непосредственно опирается на стрингеры и ригели и работает на местный изгиб в пролете между точками опирания. Расчетную схему обшивки можно представить в виде балки-полоски единичной ширины, упруго закрепленной на опорах (рис. 2) и нагруженной усредненной погонной нагрузкой

Рис. 2

Максимальный расчётный изгибающий момент в обшивке возникает в опоре, принимается равным:



,

где - размер рассматриваемого участка.

Момент сопротивления сечения

, - толщина обшивки

Из условия прочности обшивки

, где

- расчетное сопротивление материала; - коэффициент надежности

Находим допустимый пролет обшивки b, соответствующий принятой толщине , расчетному сопротивлению материала и нагрузке

, см,

где - коэффициент надежности по назначению, принимаемый для поверхностных основных затворов равным 1,4.

- коэффициент условий работы.

Поскольку обшивку удобнее делать одинаковой толщины по всему сегменту, то шаг стрингеров по высоте должен изменяться. Верхний стрингер располагается на 200 мм выше расчетного горизонта во избежании перелива воды, нижний стрингер располагается на расстоянии 200 мм от порога для размещения донного уплотнения.

В целом, общее количество стрингеров зависит от несущей способности обшивки. При малых толщинах обшивки потребуется большее количество стрингеров. В затворах пролетом более 10 м толщина обшивки принимается не менее 10 мм; толщина листов менее 6 мм в затворах не допускается.

Рис. 3

Нижнюю обвязку конструктивно размещаем на расстоянии от порога.

Участок обшивки между нижней обвязкой и близлежащим ригелем имеет размер

,

что меньше предельно - допустимого по прочности



В межригельном пространстве максимальные пролеты составляет:

;

;

;

;

;

Вносим корректировку:

Аналогично расставляем стрингеры на верхней консоли:

;

;

;

;

Принимаем:

Принятая схема разбивки стрингеров удовлетворяет условию прочности обшивки. Излишний запас прочности в первом участке объясняется неполной его загрузкой.

4.2 Подбор сечения стрингеров

Опорами стрингеров служат поперечные поддерживающие элементы пролетного строения- диафрагмы, располагающиеся по длине ригеля с шагом (рис.4).

Рис. 4

Стрингер - многопролетная балка, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой по длине qc (рис.5).

Рис. 5

Нагрузка qc на стрингер определяется шириной его участка загружения гидростатическим давлением (рис. 6).

Рис. 6

Из условия прочности на изгиб

определяем требуемый момент сопротивления прокатного профиля



Для всех стрингеров выбирается один номер профиля по наиболее загруженному стрингеру.

Наиболее нагруженный стрингер на третьем уровне:

при шаге диафрагм имеем изгибающий момент

кНм

Момент сопротивления:

Принимаем швеллер №16: ,



Принимаем этот профиль для всех стрингеров.

затвор водосливной пролетный строение



5. Расчет и конструирование ригеля

5.1 Подбор сечения

Поскольку обшивка затвора приваривается непосредственно к стенке ригеля, то некоторая ее часть включается в работу ригеля на общий изгиб. По нормам в сечение ригеля может быть включена ширина обшивки с каждой стороны стенки, не превышающая величины , где - пролет ригеля (см. рис. 7).

Однако эти предельно допустимые величины не всегда реально достижимы. Так, в межригельном участке ширина не может превосходить (см. рис. 8), а для нижнего ригеля включаемая часть обшивки со стороны порога ограничивается длиной консоли . С учетом этих замечаний определяется общая ширина , используемая в сечении ригеля.

Из условия прочности ригеля на изгиб

находим требуемый момент сопротивления

Предполагая ширину бе...