Нижегородский государственный
архитектурно-строительный университет
Кафедра гидравлики
Курсовая работа
Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружения
Выполнил студент гр. 0920 Газетов А.В.
Преподаватель Жизняков В.В.
Н. Новгород – 2011
Содержание
с.
Задание………………………………………………………………………………………...…….3
Исходные данные……………………………………………………………………….…….…….4
Введение…………………………………………………………………………......…...….............5
1 Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока ……………….6
Определение величины силы гидростатического давления для вертикальной поверхности………………………………………………………………….…………..7
Определение силы гидростатического давления на днище секции дока……………7
Расчёт гидростатической нагрузки на переходную и носовую секцию дока……………….8
Расчет на верхнюю часть боковой вертикальной прямоугольной поверхности……8
Расчет на нижнюю часть боковой вертикальной поверхности в виде треугольника8
Расчет на наклонную боковую поверхность днища………………………………….8
3 Расчет гидростатической нагрузки на носовую секцию дока……………………...................10
3.1 Расчет боковой поверхности…………………...…………………………….……….10
3.2 Расчет лобовой поверхности……..……………………………………….………… 12
4 Распределение ригелей на кормовой стенке дока……………………………………………..14
4.1 Графический способ………………………………………...……………………...….14
4.2 Аналитический способ………………………………………..………………………15
5 Определение грузоподъемности дока…………..……………………………………………. 17
Литература…………………………………………..…………………………………………… 18
Исходные данные:
Таблица 1 – Геометрические размеры и масса дока
№ варианта |
Геометрические размеры, м |
|
Число, шт. |
Масса дока, т |
||||||||||
a |
с |
L |
R |
T |
z1 |
z2 |
k |
секций m |
ригелей n |
|||||
12 |
6,0 |
3,5 |
50 |
2,0 |
5,0 |
0,5 |
0,4 |
3,0 |
5 |
4 |
920 |
Рисунок 1 - Схема дока №1.
Введение
Док – (англ., гол.) портовое сооружение для осмотра, ремонта и постройки судов. В состав доковых сооружений входят сухие и наливные сухие доки, плавучие доки и горизонтальные стапельные места.
Сухой док представляет собой камеру, обычно бетонную или железобетонную, отделенную от водоёма затвором, после ввода судна затвор закрывается, камера осушается и судно садится на опоры. В качестве сухих доков можно использовать шлюзы.
Плавучий док – прямоугольный понтон с опорами. Для ввода судна понтон притапливается.
Предлагаемые для расчёта схемы докового сооружения представляют собой модель плавучего дока в виде баржи для перевозки крупногабаритных грузов.
Задача курсовой работы состоит в следующем:
рассчитать гидростатические нагрузки на все конструктивные элементы дока и найти их центры давления;
распределение ригелей на задней торцевой стенке кормовой части дока;
рассчитать грузоподъёмность дока.
1 Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока.
Согласно варианту задания рабочей камеры дока состоят из m = 5 секций. В каждой секции рассмотрим поверхности (рис. 2): две боковые вертикальные и одна горизонтальная.
Рисунок 2 – Расчётная схема рабочей секции дока.
Определим длину рабочей секции дока
l = L/m, м, (1)
где L = 48 м – длина рабочей камеры дока; m = 8 – число секций.
l = 50/5 = 10 м
Гидростатическое давление действует на боковые стенки и днище дока.
P = ρgh, Па, (2)
где ρ = 1000 кг/м3 – плоскость воды; g = 9.81 м/с2 – ускорение свободного падения; h – заглубление рассматриваемой точки;
На рисунке 2 представлена расчётная схема рабочей секции дока, построена эпюра гидростатического давления для точек:
точка 1 h1 = 0 м p1 = 0
точка 2 h2 = a-z1=6,0-0,5=5,5 м p2 =53955 Па
1.1 Определяем величину силы гидростатического давления для вертикальной поверхности
P1 = Sэпb, H, (3)
b = l =6
S – площадь эпюры,
Центр давления определяется формулой:
м
1.2 Определяем силу гидростатического давления на днище секции дока:
P2 = p2Sдн, Н, (4)
Сила Р2 давит в центр тяжести днища.
2 Расчёт гидростатической нагрузки на переходную и носовую секцию дока.
Расчет ведется для трех поверхностей переходной секции: на верхнюю боковую вертикальную прямоугольную поверхность; на нижнюю часть боковой поверхности в виде треугольника и наклонную боковую поверхность днища.
2.1 Расчетная схема приводится на рисунке 3, силу Р3 можно определить по формуле:
где b = с=3.5 – это длина переходной секции.
h2=2R-z1=3,5м – определяется из геометрии дока,
h1=0
P3=105,15 kH
hd3=2,3м
2.2 Сила Р4 определяется формулой:
(7)
(8)
В этих формулах: из геометрии
Момент инерции относительно своей центральной оси:
где b=с, а h=x
2.3 Сила Р5 на наклонное днище рассчитывается по формуле:
где b=T=5.0м
Рисунок 3 – Расчетная схема переходной секции.
3 Гидравлический расчет носовой секции дока.
Носовая секция состоит из двух боковых и лобовой поверхности. Бокова плоская поверхность описана фигурой сложной формы и рассчитывается приближенным способом, лобовая поверхность представляет собой цилиндрическое тело и рассчитывается методом тела давления.
3.1 Расчет боковой поверхности дока.
Для решения вычерчиваем в строгом масштабе, расчетная схема представлена рисунке 4. Разбивается от уровня воды на 4 равных отрезка образующие площади неправильной формы апроксемируются т.е. заменяются равновеликими по площади прямоугольниками.
Для каждого из них вычисляются свои расстояния которые сводятся в таблицу 2 и ведутся по формулам (5) и (6).
в этих формулах
b=y – ширина рассматриваемого элемента, снимается в масштабе.
h1 , h2 - заглубление верхней и нижней кромок элемента.
Таблица 2 – К расчёту боковой поверхности приближенным способом.
№ элемента |
Ширина элемента b, м |
Заглубление элемента, м |
Сила Pi, кН |
Центр давления hДi,, м |
|
h2 |
h1 |
||||
1 |
y1 = 3,8 |
0,7 |
0 |
|
0,46 |
2 |
y2 = 3,22 |
1,4 |
0,7 |
|
1,09 |
3 |
y3 = 1,2 |
2,1 |
1,4 |
|
1,77 |
4 |
y4 = 0,3 |
2,8 |
2,1 |
|
2,46 |
5 |
y5 =0.05 |
3,5 |
2,8 |
1,081 |
3,16 |
P6 = Pi = 52,898 кН |
Результирующая сила гидростатического давления на боковую поверхность носовой части определяется суммированием :
Р6 = + + + +1,081= 52,898 кН
Точка приложения этой силы находится по теореме Вариньона. Для определения вертикальных координат, моменты сил крутятся относительно оси, выбранной по уровню воды; Для определения горизонтальных координат относительно АВ.
Рисунок 4 – К расчёту боковой поверхности носовой части дока.
3.2 Расчёт лобовой поверхности.
Расчёт проводится методом телодавления. При этом выясняются горизонтальная и вертикальная составляющая силы Р7.
Горизонтальная сила определяется по формуле (5):
Вертикальная составляющая:
где Sтд – площадь тела давления определяется по рисунку 4;
b =Т=5,0 м;
h2=2R-z1=4,0-0,5=3,5 м;
h1=0.
(14)
Угол наклона этой силы к горизонту определяется зависимостью:
Этому значению соответствует угол α =44 ° 37’
(15)
Сила Р7 изображена на рис. 5.
Рисунок 5 - К расчёту лобовой поверхности носовой части дока