Стальные затворы гидротехнических сооружений

Затвор - подвижная конструкция, перекрывающая и частично или полностью открывающая водопропускное отверстие гидротехнического сооружения для регулирования уровня верхнего бьефа, пропуска определенных расходов воды, пропуска судов и т. д. К числу поверхностных затворов, передающих давление воды на быки (устои), относятся шандоры, плоские затворы, сегментные и вальцовые.

Плоский двухригельный затвор

конструкция с плоской обшивкой с напорной стороны, снабженная на концах колесными, Катковыми или скользящими опорами, перемещающимися в пазах быков (устоев) в вертикальном направлении. Для обеспечения перелива воды и сброса льда и др. плавающих тел поверху затворов и облегчения маневрирования ими плоские затворы иногда подразделяют по высоте на 2 части (сдвоенный затвор), перекрываемая площадь — 240 м2.

Определение усилий на элементы обшивки, отдельные стрингера, ригели затворов

Обшивка непосредственно воспринимает гидростатическое давление и передает его на ригели через систему подкрепляющих ее элементов – стрингеров . Стрингеры располагаются параллельно ригелям и опираются на поперечные балки – диафрагмы , которые, в свою очередь, крепятся к ригелям2.

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 и нагруженной усредненной погонной нагрузкой

• Определение усилий в ригелях

• Расчет обшивки.

Заранее расставим стрингеры и подберем обшивку такой толщины , чтобы выполнялось прочность на местный изгиб:

σ≤R_­y­/γ_­n­, где γ_­n­=1.25 коэффициент надежности по назначению.

σ=M/W; W= 1∙п.м∙t²/6 → W≥M×γ_­n­/R_­y ­ → t≥(6×M×γ_­n­­/R_­y)^1/2

При расстановке стрингеров желательно добиться того, чтобы площади эпюры давления приходящиеся на каждый стрингер, были близкими между собой по значению.

Прочность обшивки и стрингеров рассчитывают на гидростатическое давление при закрытом отверстии. Для восприятия ударов плавающих тел и льда в уровне верхнего бьефа, кроме верхней обвязки, ставят дополнительный стрингер. Обшивка непосредственно опирается на стрингеры и ригели и крепится к ним на сварке.

q_­­=γ_­в­×(h_­i­­­+h_i+1)/2 – берем среднее значение на участке закрепления.

M_оп=q×b²/16 – момент на опоре наибольший, ведем проверку прочности по нему.

Составим таблицу для M_i и t_i, для каждого участка закрепления.

M_i= γ_­в×( h_­i­­­+h_i+1)×b_i²/32.

Из таблицы найдем наибольшее значение толщины обшивки и примем его за расчетное.

• Подбор сечения стрингеров.

Примем их количество таким, чтобы расстояние между ними находилось в пределах (1.2-2)м. Шаг диафрагм d=1.65 → количество их n=11 шт.

В приведенной расчетной схеме максимальный изгибающий момент возникает в сечении на второй опоре: M_­c­=q_c×d²/10 где q_c= γ_в×0.5×(h_i+h_i+1).

Стрингер представляет собой многопролетную балку нагруженную равномерно распределенной по длине нагрузкой q_c , которая определяется шириной его участка загружения гидростатическим давление (см. формулу выше) .

Конструкции стрингеров, ригелей плоских затворов

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.

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

Расчет поясных швов ригелей затворов

Поясными сварными швами крепиться к стенке ригеля обшивка и безнапорный пояс. Катет К двухсторонних швов рассчитывается по условиям прочности металла шва

и металла на границе сплавления

, где

S- статический момент сечения прикрепляемого металла,

коэффициенты глубины проплавления, зависящие от вида сварки,

коэффициент условий работы шва, применяемый в зависимости от температуры эксплуатации затвора.

расчетные сопротивления угловых швов по металлу шва и границе сплавления.

Расчет ведется для сечения вблизи опоры, где поперечная сила максимальна. Принимается наибольшая величина катета из двух полученных, округленная до целых значений в мм. Применять толщину швов менее 4 мм не рекомендуется из-за возможных потерь на коррозию.

• Расчет поясных швов.

L_ш= 0.6h-t₀-t_п-8ммБудем рассматривать только один шов. Это шов крепления стенки ригеля к опорно-концевой стойке. Шов работает на срез.

Рассматривают два условия прочности:

1. По прочности металла шва материала: τ≤R_wfγ_wf/γ_n

2. По прочности контакта шва: τ≤R_wzγ_wz/γ_n

τ=Q/kL_ш2β ; где β –коэффициент глубины проплавления шва.

Для автоматической сварки β_wf=1.1; β_wz=1.15

1. k≥(Qγ_n)/(R_wfγ_wfL_ш2β)=0.38см ; R_wf=21.5 кн/см², сталь С345

2. k≥(Qγ_n)/(R_wzγ_wzL_ш2β)=0.39см ; R_wz=20 кН/см².