W, м/с

20

30

40

50

К_в

Конструкция крепления откоса

r/h1%

K

Kнп

Бетонные или железобетонные плиты

-

1.00

0.90

Гравийно-галечниковые, каменные или бетонные (железобетонные) блоки

Менее 0.002

1.00

0.90

0.005…0.010

0.95

0.85

0.02

0.90

0.80

0.05

0.80

0.70

0.10

0.75

0.60

Более 0.2

0.70

0.50

Скорость ветра, м/с

Заложение откоса

0.4

0.4…2

3…5

5

20

1.3

1.4

1.5

1.6

10

1.1

1.1

1.1

1.2

, град

0

10

20

30

40

50

60

К

1

0.98

0.96

0.92

0.87

0.82

0.75

j, %

0.1

1

2

5

10

30

50

К_HJ

1.1

1.0

0.96

0.91

0.86

0.76

0.68

1. Высота

3. 5

4. 5…10

5. 10…15

6. 15…50

7. 50

8. Верховой откос m₁

9. 2.0…2.5

10. 2.25…2.75

11. 2.5…3.0

12. 3.0…4.0

13. 4.0…5.0

14. Низовой откос m₂

15. 1.75…2.0

16. 1.75…2.25

17. 2.0…2.5

18. 2.5…4.0

19. 4.0…4.5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

9,52

9,02

8,49

7,92

7,31

6,64

5,90

5,05

4,03

2,64

kт

1.0

0.5

0.3

0.08

q

1.0

1.0

0.9

0.4

1. Xn

2. 5

3. 10

4. 20

5. 30

6. 40

7. 45

8. 50

9. Yn

10. 6,12

11. 4,52

12. 2,25

13. 0,51

14. -0,95

15. -1,16

16. -2,24

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

9,52

9,02

8,49

7,92

7,31

6,64

5,90

5,05

4,03

2,64

Грунт

Удельная плотность

частиц,

т/м³

Пористость

Удельное сцепление

грунта, кПа.

Угол внутреннего

трения грунта, град.

естествен-

ной

влажности

насыщен-

ного

водой

естествен-

ной

влажности

насыщен-

ного

водой

Глина

2,74

0,35…0,50

3,0…6,0

2,0…3,5

20…26

12…16

Супесь

2,70

Номер отсека

м

м

м

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

-1

-2

-3

-4

-5

-6

-7

1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

0

-0,10

-0,20

-0,30

-0,40

-0,50

-0,60

-0,70

0

0,44

0,50

0,71

0,80

0,86

0,92

0,95

0,98

0,99

1,00

0,99

0,98

0,95

0,92

0,86

0,80

0,71

3,0

5,0

6,5

7,5

6,6

5,4

4,3

3,1

2,9

2,2

2,0

1,5

1,3

0,8

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

5,0

6,5

7,5

8,0

8,3

8,6

9,5

9,7

10,5

10,0

9,5

9,0

8,4

7,0

5,5

3,2

2,5

3,0

5,0

7,3

9,5

10,5

11,3

11,0

10,9

9,6

9,2

9,0

8,4

7,5

6,2

4,2

2,9

1,7

1,3

(6) Устанавливаем силу трения, возникающую на подошве всего массива обрушения, по следующей формуле:

(35)

Угол внутреннего трения зависит от вида грунта и его влажности в зоне кривой сдвига, при отсутствии фактических данных его принимают по таблице 2.1. Значения угла указаны в таблице 2.2.

Величина рассчитана для каждого отсека также в таблице 2.2.

Рассчитаем силу трения :

.

(7) Подобным образом вычислим касательную составляющую веса массива обрушения:

. (36)

Величина рассчитана в табл. 2.2 (для каждого отсека).

Рассчитываем силу :

(8) Определим силу сцепления, возникающую на подошве массива обрушения по следующей зависимости:

(37)

где: с₁ - удельное сцепление грунта тела плотины при естественной влажности;

с₂ - удельное сцепление грунта тела плотины при насыщении водой;

с₃ - удельное сцепление грунта основания, насыщенного водой;

l₁ – длина дуги AB;

l₂ - длина дуги BC;

l₃ - длина дуги CD.

Длины дуг кривой сдвига вычисляются по общей формуле:

(38)

где – центральный угол круглоцилиндрической поверхности сдвига, опирающийся на дугу l.

Углы измеряются по чертежу (рис. 5):

, , .

Подставляем измеренные углы в формулу:

; ; .

Рассчитаем силу сцепления :

.

(9) Рассчитываем фильтрационную силу:

, (39)

где - площадь фигуры KBCDE:

. (40)

- средний градиент фильтрационного потока

, (41)

где - падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения;

- расстояние, на котором произошло падение депрессионной кривой на .

Определяем эти величины по рисунку 5.

, .

.

Подставим найденные величины в формулу

.

(10) Вычисляем значение коэффициента устойчивости откоса:

, (42)

где - плечо фильтрационной силы, равное расстоянию от центра кривой сдвига до центра тяжести площади , которое измеряют по чертежу. (рис. 5).

Вывод об устойчивости откоса: окончательно можно сделать вывод, что значение, найденное по формуле превышает нормативное, а, значит, обрушение откоса по рассматриваемой поверхности сдвига невозможно.

1.5 Окончательное проектное решение

При проектировании тела плотины в курсовом проекте были выполнены следующие расчёты: определение параметров плотины, фильтрационный расчёт, а также расчёт устойчивости низового откоса методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

На основании проведённых расчётов окончательно принимаем следующие размеры плотины: , , , . Кроме того, в основании плотины устраиваем зуб.

В ходе выполнения фильтрационного расчёта было определено положение депрессионной кривой, фильтрационный расход воды через тело плотины, высота выхода фильтрационного потока на низовой откос. По результатам этого расчёта проектируем наслонный дренаж. Эта конструкция наиболее проста, доступна для осмотра и ремонта. Наслонный дренаж выполняют после возведения плотины из 2–3 слоёв обратного фильтра, пригруженного слоем каменной наброски. Он не понижает депрессионную кривую, но, являясь пригрузкой, увеличивает устойчивость низового откоса против обрушения и оплывания.

Для того, чтобы защитить верховой откос земляной плотины от воздействия ветра, льда, течения воды, осадков и других факторов СНиП 2.06.05–84 рекомендует следующие крепления: каменное, бетонное, железобетонное, асфальтобетонное и биологическое.

Выполним крепление верхового откоса железобетонными плитами размером 1,51,5 м и толщиной 0,1 м. В нижней части крепления устраиваем упор в виде бетонного массива.

Низовой откос покрываем слоем растительного грунта толщиной 0,2 м с посевом трав.

2. Водосбросные сооружения при грунтовой плотине

Водосброс служит для пропуска в нижний бьеф паводковых расходов. Для гидроузлов с глухими плотинами можно привести основные типы водосбросов: открытые (с быстротоком или перепадом); закрытые (трубчатые, туннельные); комбинированные.

По конструкции входной части открытые водосбросы различают на фронтальные, траншейные, полигональные и др. Закрытые водосбросы бывают шахтные, трубчато-ковшовые, туннельные, башенные и др.

По условиям управления водосбросы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые.

2.1. Выбор варианта водосброса

Выбор варианта водосброса – это один из наиболее ответственных вопросов проектирования. Тип и конструкция водосброса должны основываться на учёте природных, гидрологических и инженерно-геологических условий района строительства, а также эксплуатации проектируемых сооружений.

На практике оптимальный вариант принимают на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. Около 75% построенных сооружений для наиболее вероятных условий низконапорных водохранилищных гидроузлов запроектированы по типовым проектам.

Однако целью данного курсового проекта является самостоятельный выбор типа и конструкции водосброса, а также расчёт его оптимальных размеров.

Исходя из особенностей рельефа (рис. 1), наиболее выгодно конструировать открытый береговой водосброс.

В расчёт берегового водосброса входит определение размеров входного оголовка на пропуск максимального расхода, а также определение размеров водопропускного тракта сооружения и устройств нижнего бьефа сооружения.

Этот расчёт мы будем рассматривать далее.

2.2 Гидравлический расчёт сооружения

2.2.1 Расчёт входного оголовка водослива

Проектируем береговой водосброс с полигональным входным оголовком.

Рассчитаем ширину каждой грани оголовка. Для этого определим его периметр:

(43)

где m – коэффициент расхода водослива, который определяется по формуле Ребока:

, (44)

где Н – напор над оголовком. Н = 0,4 м.

Р – высота входного оголовка. Р = 1,5 м.

Подставим эти значения в формулу (44):

.

В формуле (43) σ – коэффициент сжатия потока, который определяется для водосбросов с фронтальным входным оголовком по формуле Базена:

, (45)

где z – перепад уровней. z = Н₀

Однако в случае водосброса с полигональным входным оголовком значение σ принимается равным 1.

Н₀ – напор над оголовком водослива с учётом скорости подхода:

, (46)

В данной формуле величину для предварительных расчётов можно принять равной 2% от , т.е. .

.

Далее определяем периметр входного оголовка водослива:

.

Принимаем 5 граней: 4 шириной по 7 м, и одна – 3.5 м.

2.2.2 Расчёт водопропускной части водослива

1) Начнём расчёт водопропускной части водослива с определения ширины водопропускного тракта на пропуск расхода, который вошёл в оголовок водослива.

Задаём предварительно .

Перепад уровней во входном оголовке определяется по зависимости

, (47)

где - критическая глубина потока во входном оголовке

, (48)

где - коэффициент Кориолиса .

.

Подставляя значения в формулу (47), определяем перепад уровней

.

2) Рассчитаем глубину воды на входе в водопропускной тракт водосбросного сооружения:

, (49)

где - коэффициент бокового сжатия..

- коэффициент скорости. .

.

3) Рассчитаем вероятную глубину воды на водопропускном тракте:

, (50)

где - разность бьефов (51)

, (52)

– скорость движения воды на водопропускном тракте. .

.

.

4) Т. к. мы не можем утверждать, что найденная глубина – это действительная глубина на водопропускном тракте, то необходимо её проверить, рассчитав кривую спада. Уравнение кривой свободной поверхности определяется по формуле Ларькова

, (53)

Величина A определяется по следующей формуле:

, (54)

где - угол наклона водосброса к горизонтальной плоскости. .

- приведённый коэффициент расхода:

, (55)

- приведённый напор:

. (56)

Подставляем найденные величины и в формулу:

Далее определяем значение :

Таким образом, глубина воды в конце водопропускного тракта . Отсюда следует, что к концу водоспуска глубина уменьшается и образуется кривая спада.

Назначаем высоту стенок водопропускного тракта с учётом сухого запаса , т.е. глубина канала в начале , а в конце -. Или, округляя до стандартных величин, получим:

, .

Определим среднюю глубину воды на водопропускном тракте:

.

5) Рассчитаем расход, который может пропустить водопропускной тракт, по следующей зависимости

. (57)

.

Для проверки рассчитаем расход по формуле Шези:

, (58)

где - коэффициент Шези, определяемый по формуле

, (59)

где - коэффициент шероховатости бетона.

-гидравлический радиус:

Отсюда определяем коэффициент Шези:

ω – площадь поперечного сечения канала:

i – уклон дна водопропускного тракта

. (62)

Подставляем все найденные значения в формулу:

.

Рассчитанный расход превышает заданное значение, однако превышает на допустимую величину. Таким образом, окончательно принимаем ширину канала равной 2 м.

6) Рассчитаем скорость воды на водопропускном тракте:

, (63)

7) Т. к. полученное значение скорости превышает , то необходимо установить устойчивость потока. В случае если поток неустойчив, необходимо устраивать искусственную шероховатость для того, чтобы погасить энергию потока и стабилизировать его.

Поток устойчив в случае, когда , где - число Фруда:

, (64)

- критическое значение числа Фруда:

, (65)

Рассчитаем эти параметры для значения :

; .

, следовательно, поток неустойчив, и его необходимо стабилизировать с помощью искусственной шероховатости.

Теперь нужно рассчитать, в каком месте водопропускного тракта её устанавливать. Для этого определим и для разных глубин.

При

; .

При

; .

При

; .

Таким образом, искусственную шероховатость нужно начать устанавливать в том месте, где глубина воды превышает .

8) Рассчитаем высоту выступов искусственной шероховатости по следующей зависимости:

, (66)

где - глубина воды в том месте, где начинают устанавливать искусственную шероховатость. .

- гидравлический радиус

.

- скорость потока

. (67)

2.3 Окончательное проектное решение

Наиболее оптимальным водосбросным сооружением для данного проекта является береговой открытый водосброс. Проектируем его с полигональным входным оголовком.

В расчётах, приведённых выше, были определены размеры водосброса. Так, 5 граней входного оголовка равны: 4 шириной по 7 м, и одна – 3.5 м, ширина водопропускного тракта составляет 2 м. На самом водопропускном тракте установлена искусственная шероховатость для того, чтобы погасить энергию потока и стабилизировать его.

В нижнем бьефе устанавливается водобойная плита для предотвращения его размыва. За водобоем устанавливаем рисберму, после которой вода попадает в канал, соединяющий её с рекой.

3. Бетонная плотина

Одним из наиболее распространенных типов водосливных плотин являются бетонные, как наиболее простые по конструкции.

Основной отличительной особенностью водосливных бетонных плотин, возводимых на не скальных основаниях, является геометрическая форма, в основу которой положен рациональный треугольный профиль с наклонными гранями.

Бетонные водосливные плотины относятся к гравитационным гидротехническим сооружениям, устойчивость которых обеспечивается за счет их массы и сил трения. Материалом для плотин служит в основном бетон и железобетон.

Достоинства бетонных плотин заключается в простоте конструкции; возможности широкой механизации строительных работ; надежности конструкции в различных климатических условиях; возможности применения невысоких по прочности и стоимости марок бетона; недостатки – относительно большие удельные объемы бетона, неполное использование прочностных его свойств, неравномерное распределение напряжений в основании сооружения, неблагоприятное влияние внешних температурных колебаний и термического режима.

Для снижения указанных недостатков на низконапорных гидроузлах применяют плотины облегченной конструкции – с консолью, ячеистые, контрфорсные, решетчатые с вакуумно-безвакуумным профилем, плотины из мягких материалов и др. [4]

3.1 Проектирование тела бетонной плотины

Профиль водосливной плотины принимают с учетом её конструкции и высоты порога (высота напора воды 1 м). Плотины с порогом средней высоты имеют криволинейный профиль, которому придают очертания траектории свободного падения струи. Профили таких плотин строят по координатам Кригера – Офицерова [3]. Значение координат безвакуумного профиля вычисляют путем умножения координат, предложенных Кригером – Офицеровым на проектный напор: X=XH; Y=YH, значения Х и Y даны в таблице (2.3.).

Табл. 2.3. Значение координат х и у

Сопряжение сливной грани с водобоем осуществляется при помощи криволинейной вставки радиусом R = 0.5 *(Н + z),

R = 0.5 * (1 + 13) = 7,0 м.

uде Н – высота напора, равная 1 м,

z = 13 м (отметка НПУ).

3.2 Расчет пропускной способности

Пропускная способность водосливного фронта плотины должна быть такова, чтобы максимальный расчётный расход воды в реке прошёл через неё в другие сооружения при напоре , соответствующем этому расходу

.

Чтобы определить пропускную способность плотины, рассчитаем ширину водосливного фронта:

,

где – коэффициент, учитывающий форму водослива и скорость подхода.

Н – напор на гребне водослива равный 1 м.

Определяется по специальному графику в зависимости от коэффициентов и .

– коэффициент расхода. Величина изменяется в широких пределах и зависит от величины напора на водосливе, а также от очертания оголовка водослива. Для принятого расчётного профиля водосливной плотины коэффициент расхода принимается равным 0,48.

– коэффициент бокового сжатия. Его величина определяется по формуле Замарина:

,

где – коэффициент, зависящий от формы быков. Для кругового очертания оголовка быка =0,7.

– число боковых сжатий;

– ширина одного пролёта.

При 4 пролётах b = 2,7 м:

В_{акт. ср.} = (10,8 + 8,4) / 2 = 9,6 м. При 4 пролётах b = 2,4 м.

Водосливные отверстия отделены друг от друга быками, служащими опорами для затворов, перекрывающих отверстия. Примем ширину быка равной 0,7 м.

В_{строит.} = 2,4 * 4 + 3 * 0,7 = 11,7 м.

3.3 Устройства нижнего бьефа водосливной плотины

Устройства нижнего бьефа водосливной плотины состоят из: водобоя с гасителями энергии; рисбермы, на которой происходит успокоение потока.

Водобой чаще всего устраивается в виде горизонтальной (а иногда и слегка наклонной) бетонной плиты – плоской или, как в данном проекте, в форме водобойного колодца. Водобойный колодец представляет собой углубление в грунте основания за плотиной. Бетон водобоя должен хорошо сопротивляться истирающему действию потока, движущемуся здесь с большими скоростями.

Определим глубину и длину водобойного колодца. Для этого расчитаем удельный расход :

Определим глубину в сжатом сечении по зависимости:

.

1,9 = 0,95.

Решая это уравнение, определим сжатую глубину: .

Определим раздельную глубину по формуле:

.

Глубина воды в нижнем бьефе . Назначаем .

Зная, что

,

можем определить глубину колодца :

,

где – глубина воды на рисберме.

– перепад на выходе из колодца, который определяется по следующей зависимости:

.

.

Т.к. эта величина очень мала, то при расчёте ею можно пренебречь.

При глубине воды на рисберме t= 0,8 м:

.

Определим длину водобойного колодца по формуле:

.

3.4 Пространственный гидравлический прыжок за водосливной плотиной

Для плотины с решётчатым водосливом и камерой гасителем характерен смешанный поверхностно-донный устойчивый режим сопряжения потока с нижним бьефом. При этом образуется пространственный гидравлический прыжок. Для затопления бурного потока в пространственных условиях необходимо обеспечить в нижнем бьефе определённую глубину, равную или большую рассчитанной по формуле:

где h₀ – глубина воды на носке-трамплине водосливной плотины при выходе на водобой;

Fr – число Фруда:

β – относительная ширина русла на рисберме:

β = В_р / В,

где В-ширина водосливного фронта плотины;

В_р – ширина рисбермы: В_р = Q / q_р,

где q_р – удельный расход на рисберме: q_р = 1,7 * V * h^1,2_р,

V = 0,7 м/с – неразмывающая скорость,

h_р – глубина потока на рисберме (1…2 м)

В_р = 16 / (1,7 * 0,7 * 1^1,2) = 13,4 м;

Fr = 16² / (13,4² * 0,4³ * 9,81) = 2,27;

Fr > Fr_кр (Fr_кр = 12,71).

3.5 Устойчивость бетонной плотины

На практике расчёт устойчивости плотины ведут приближённым способом, предполагая, что грунт под плотиной перемещается вместе с ней, как бы сдвигаясь по некоторой криволинейной поверхности, принимаемой круговой.

Пусть на плотину и выделенный круговой сегмент грунта основания AОB действуют следующие силы.

1) Равнодействующая всех вертикальных сил , переносимая по линии её действия до встречи с дугой сегмента и раскладываемая на составляющие: радиальную и касательную

; ,

где - вес плотины

,

- площадь поперечного сечения плотины, которая определяется по рис.

.

– объёмный вес бетона. .

- угол между направлением силы и вертикальной прямой, замеряемый по чертежу.

Рассчитаем составляющие равнодействующей вертикальных сил

; .

2) Равнодействующая всех горизонтальных сил , перенесённая в плоскость подошвы, с составляющими

; ,

где - сила гидростатического давления

,

– объёмный вес воды..

– глубина воды перед плотиной. .

– угол между направлением силы и вертикальной прямой, замеряемый по чертежу.

Рассчитываем составляющие равнодействующей вертикальных сил

; .

3) Вес сегмента грунта

,

где – объёмный вес грунта (взвешенного в воде). .

– угол АОВ, замеряемый по чертежу. .

– радиус кругового сегмента грунта основания. .

.

4) Фильтрационное давление в основании

,

где - площадь сегмента AOB:

.

- градиент напора фильтрационного потока

,

где - падение напора.₁ = 2,7 м;_.2 = 1,5 м

- длина дуги. ₁ = 4 м; ₂ = 13 м

I₁ = 2,7 / 4 = 0,67 м; I₂ = 1,5 / 13 = 0,11 м

I₁ > I₂

₁ = 137,4 * 1 *0,67 = 92,05 т; ₂ = 137,4 * 1 * 0,11 = 15,11 т

5) Силы трения в грунте, действующие нормально к направлениям сил , и (по касательным к дуге сегмента) и равные соответственно:

, , .

где - угол внутреннего трения грунта. .

; ; .

6) Сила сцепления между частицами грунта

,

где - длина кривой АВ с радиусом R и центральным углом .

.

– удельное сцепление грунта. .

.

Далее рассчитываем коэффициент устойчивости , представляющий собой отношение моментов относительно центра кривой сегмента АОВ сил, сопротивляющихся сдвигу, к моменту сил, сдвигающих массив грунта:

.

.

Отсюда можно сделать вывод, что сдвиг плотины по рассматриваемой поверхности сдвига невозможен, т. к. значение превышает минимальное допустимое .

3.6 Окончательное проектное решение

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;

 – 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.