Проектирование комплексного гидроузла (стр. 9 из 10)

– 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

(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: