Статические расчеты основных элементов плотины.

3.7.1. Расчет промежуточной стойки без подкоса.

 

 

Рис. 16 Схема к расчету промежуточных стоек.

 

Так как , то выбираем расчетную схему на рис.16.

Превышение центра верхней балки над НПУ:

 

 

-превышение центра верхней опоры над :

 

 

 - превышение  над НПУ

 

 

Расчетная длина промежуточной стойки:

 

 

Н - напор на пороге плотины при в ее верхнем бьефе, м.

 

Для того, чтобы все щиты в пролете имели одинаковую ширину необходимо, чтобы расстояние в осях стоек соответствовали равенству:

 

 

L - пролет в осях лицевых стен постоянных опор, м.

k - расстояние от оси лицевой стены опоры до оси коренной стойки; k=0,2

n - число промежуточных стоек в пролете.

 

 

Для принятых обозначений и выбранной схемы нагрузки верхняя и нижняя опорные реакции вертикальной стойки составляет:

 

 

 

 

- удельный вес воды ( =1 т/м³).

 

Максимальный изгибающий момент возникает в сечении, отстоящем от центра верхней опорной балки на величину.

 

 

Значение максимального изгибающего момента находится по зависимости:

 

 

 

Требуемый момент сопротивления:

 

 

- расчетное сопротивление древесины при изгибе, кг/см²          

=100 кг/см²      

Типовое сечение деревянной промежуточной стойки выбирается по таблице 1[2]. При  выбираем сечение W=2843 cм³

 

              

 

 

3.7.2. Расчет свайного флютбета на сдвиг.

 Сдвигающей силой является гидростатическое давление воды при закрытой плотине и наивысшем уровне верхнего бьефа, т.е. при . Устойчивость против сдвига создается за счет круглых свай и шпунтов, забитых в грунт основания и работающих на горизонтальную нагрузку.

Задача расчета - проверка принятой при конструировании схемы забивки свай, их сечений и глубины забивки.

Расчет ведется на ширину отсека флютбета  равной расстоянию между соседними продольными рядами свай, т.е. на один продольный ряд свай в пролете плотины.

 

Рис.18. Схема к расчету свайного флютбета на сдвиг.

 

           принимаем

Расчетная сдвигающая сила при

 

 

В пределах расчетной схемы имеется 7 свай площадью F, м² каждая и шпунтовые ряды толщиной  и , м, нагрузка приходящаяся на одну сваю или на каждый из шпунтовых рядов определяется по формулам:

 

         

 

 

           

 

Площадь сваи определяется по формуле:

 

 

Рис.19

Прочность грунта обеспечена при соблюдении следующих условий:

 

 

 

h - глубина забивки свай, м.

d - диаметр сваи, м

а - возвышение оси насадки над дном котлована. (а=0,5 м)

m - коэффициент зависящий от характера грунта.

 

 

 - удельный вес грунта, кН/м³

 - угол внутреннего трения грунта, град

 

При насыщении основания водой объемный вес грунта принимается во взвешенном состоянии.

 

 

          0,26<1,7

 

                              2,5<2,8

 

                 1,66<1,7

 

Глубину забивки свай принимаем 4 м, понурного шпунта 2 м, королевского шпунта - 2,5 м.

Максимальный изгибающий момент для сваи или шпунта в тм:

 

 

 

 

Прочность сваи или шпунта проверим по зависимости:

 

      

 

 - моменты сопротивления сваи и расчетные секции шпунта, см³

 

 

 

 

- расчетное сопротивление при изгибе, кг/см³

1000 т/м³  

 

      

 

Таким образом условия выполняются.

 

3.7.3. Расчет ряжевого устоя на сдвиг.

Ряжевые устои рассчитываются на сдвиг в сторону отверстия плотины под действием распора грунта береговой засыпки. Плоскость сдвига - верх насадок при свайном флютбете.:

Расчет ведется на секцию устоя, расположенного в самой узкой части между открылками. Ширина расчетной секции, а принимается равной продольному размеру ящика устоя, то есть расстоянию в осях его поперечных стенок.

Высота устоя:

 

 

 - отметка верха устоя, м

- отметка основания устоя, м

 

      

 

 

Рис.20 Расчетная схема ряжевого устоя и его основания.

 

Ширина ряжевого устоя в узкой его части берется в пределах В=(0,6¸1,0);      а=1,5 м

В=0,6×4,8=2,88 м принимаем В=4 м.

Объем расчетной секции ряжа:

 

 

Объем деревянного каркаса ряжа:

 

          

 

Объем загрузки:

 

           

 

Вес деревянного каркаса ряжа и вес загрузки при водопроницаемых водобое и загрузке:

 

    

 

     

 

Сдвигающая сила - распор грунта засыпки со стороны берега или земляной дамбы:

************************************************************************

 

- высота устоя от плоскости сдвига, м.

а - ширина расчетной секции устоя, м.

,  - удельный вес и угол внутреннего трения грунта засыпки за устоем.

 

   

Сила сопротивления сдвигу берутся из двух компонентов:

а) силы трения деревянного каркаса расчетной секции устоя по насадкам или по ряжу флютбета:

 

 

-действующий вес ряжа расчетного отсека.

i - коэффициент передачи веса нагрузки на каркас.

- коэффициент трения ряжа по насадкам или по ряжу флютбета с учетом врубок;

б) силы трения остальной части засыпки расчетного отсека по грунту основания:

 

 

- коэффициент трения засыпки ряжа по грунту основания;

 

Устойчивость ряжевого устоя обеспечивается если выполняется условие:

 

 

 

условие выполняется.

 

7.4. Расчет свайного основания ряжевого устоя.

Задача расчета - подбор глубины забивки свай, поддерживающих устой.

Опрокидывающий момент относительно оси А-А (рис. 20) 

 

 

Удерживающий момент:

 

 

 

 

Расстояние от лицевой стенки ряжа до пересечения равнодействующей вертикальных и горизонтальных сил R с основание ряжа:

 

 

Эксцентриситет равнодействующей:

 

 

Нагрузка на новую сваю в расчетной секции при одинаковом диаметре и глубине забивки всех свай:

 

 

n - число свай в расчетной секции устоя; n=3

х - расстояние от центра тяжести свайного основания до соответствующей сваи;

Отсчитывается в сторону отверстия плотины со знаком «+», в сторону берега «-».

 

                  

 

 

 

 

Глубина забивки свай h и их диаметр d подбираются так, чтобы выполнялось условие:

 

 

 - допускаемая нагрузка на сваю;

 

, т

 

- допускаемое давление на грунт; 45т/м³

k - коэффициент зависящий от рода грунта; k=0,25

 

- удельный вес грунта; =1,9

 

h - глубина забивки свай; h=4м

 

F - площадь поперечного сечения сваи;

d - диаметр сваи; d=0,2 м

 

U - периметр сваи;

t - удельное сопротивление трения грунта 45т/м³

 

 

                            условие выполняется.

 

7.5. Расчет стоечного контрфорса.

 

Стоечные контрфорсы могут использоваться постоянные промежуточные опоры в пролете плотины.

При расчете контрфорса учитываются следующие силы:

 

1) Гидростатическое давление воды P_­0­ на контрфорсе и на щиты, непосредственно на него опирающиеся.

2) Горизонтальная сила, передаваемая на контрфорс верхними опорными балками, на которые в смежных с рассчитываемым контрфорсом пролетах опираются промежуточные стойки.

Гидростатическое давление воды (т)

 

В=

 

- удельный вес воды;

 

Н - расчетный напор на пороге плотины

 

- расстояние между осями контрфорса и промежуточных стоек, м.

 

 

Расстояние в свету

 

- ширина контрфорса; 0,5 м

 

L - ширина выбранной промежуточной стойки.     L =0,25 м

 

 

Другая действующая на контрфорс горизонтальная сила:

 

 

 - число промежуточных стоек в смежных с расчетным контрфорсом пролетах; n=3

 

 - верхняя опорная реакция промежуточной стойки;

 

 

Контрфорс рассматривается как ферма, и поэтому все действующие силы считаются приложенными в узлах (рис.21)

С учетом этого, сила  раскладывается на две составляющие. При треугольной форме эпюры нагрузка :

Рис. 21. Расчетная схема контрфорса с одиночными подкосами.

 

 

Вертикальные составляющие , действующие по осям первой и второй стоек контрфорса и растягивающие эти стойки:

 

 

 

 - углы наклона к горизонту первого и второго подкосов контрфорса.

 

Стойки контрфорса проверяют на расстоянии усилиями :

F - площадь поперечного сечения стойки.

 

 

 

 

Силы, действующие в подкосах контрфорса:

 

 

 

 

 

Подкосы контрфорса проверяют на сжатие усилиями  и на продольный изгиб, с учетом которого действительное напряжение определяется по формуле:

 

 

 

 - расчетные усилия в подкосе, кг

 

F - площадь поперечного сечения подкоса;

 

W - момент сопротивления сечения подкоса, см³

 

М - изгибающий момент

 

Е - наибольший эксцентриситет силы S относительно оси подкоса, м

 

 

 

W=

 

 

 

7.6. Расчет нижних упорных брусьев.

Нижние упорные брусья воспринимают через поперечный распределительный брус горизонтальное давление от нижних концов промежуточных стоек и передают его через прямые зубья на продольные брусья.

Необходимая площадь смятия:

 

 

 - сила, равная нижней реакции промежуточной стойки.

 

 - коэффициент смятия поперек волокон на части длины.

 

 

Высота упорного бруса по конструктивным соображениям берется в пределах: ;      ширина его

 

Примем ,

 

 

В конструкции примем 1 брус, т.к.

 

Длина зуба  находится по допускаемому напряжению на скалывании вдоль волокон:

 

 

- допускаемое напряжение на скалывании вдоль волокон

Принимаем

 

Приняв число зубьев n=2 и назначив высоту зуба  проверяем напряжение на смятие зуба вдоль волокон:

 

 

 - коэффициент смятия 100 кг/см²

 

 

условия выполняется.

 

7.7. Расчет щитов и выбор подъемников.

В качестве затворов низконапорных деревянных плотин используем скользящие щиты. (рис.22)

Рис. 22. Схема к расчету длины щита

 

Длина щита:

 

 

В - расстояние в осях промежуточных стоек;

 

Е - зазор между щитами и стойкой 0,01-0,02 м

 

 

Расчетная длина щита между условными точками опоры:

 

 

 

 

Расчет прочности производится для нижней доски нижнего щита, ширину доски принимаем .

Напор над центром этой доски:

 

 

Давление на один метр доски (Т/м)

 

 

Максимальный изгибающий момент ( )

 

 

Необходимый момент сопротивления:

 

Толщина щита:

 

 

Принимаем толщину щита d =

Высота щитов назначается так, чтобы усилие для подъема каждого из них было примерно одинаковым. Высоту нижнего щита назначают:      

 

Рис. 23. Схема к расчету высоты щитов.

 

Назначаем

 

Гидростатическое давление на нижний щит (Т) при расчетном напоре Н (м).

 

 

 

Необходимое усилие для подъема щита - подъемные усилия.

 

 

G - вес щита с поковками, т

 

F - коэффициент трения между щитами и стойкой с учетом возможности загрязнения поверхности (дерево по стали- )

 

 

 

G =

 

T =

 

При подъеме щитов воротом усилие (Т); приложенное к его рукоятке. (Рис. 24)

 

 

r - радиус вала ворота; 0,1 - 0,15 м; r = 0,1 м

 

с - длина рукоятки от оси вала; 0,5-0,75 м

 

n - число рукояток (1 или 2)

 

h - КПД ворота; 0,8

Рис.24. Схема к расчету ворота.

 

N =

 

Т.к. в расчете получилось                   , то ставятся двое рабочих.

 

7.8. Расчет верхней упорной балки и служебного моста.

 

 

При проектировании верхнего строения плотины выбираем схему, когда верхняя упорная балка служит для подпирания верхних концов промежуточных стоек и работает только на горизонтальную нагрузку; служебный мост имеет самостоятельные прогоны. (Рис.25)

 

Рис. 25. Расчетная схема верхнего строения плотины.

 

1- верхняя упорная балка.

2- Прогон

3- Промежуточная стойка.

 

Верхняя упорная балка опирается на лицевые стены устоев, в нашем же случае на верхнюю насадку контрфорса. Таким образом, расчетный пролет верхней упорной балки  равен расстоянию в осях контрфорсов. Расчетная схема верхней упорной балки изображена на Рис.26.

 

 

Рис.26. Расчетная схема верхней упорной балки.

 

Находим максимальный изгибающий момент:

 

 

По максимальному изгибающему моменту устанавливаем необходимый момент сопротивления.

 

 

Число бревен, составляющих опорную балку находим из условия:

 

 

 - число бревен в упорной балке.

 

 - момент сопротивления одного бревна.

 

Для составления верхних упорных балок используем бревна , примем d = 0,28 м.

 

=

 

Число бревен возьмем

 

 

Условие выполняется.

 

Верхняя упорная балка будет иметь вид: Рис.27.

Рис.27. Составление верхней упорной балки.

 

Расчет служебного моста, схема которого приведена на рис.28 ведем в следующей последовательности:

Рис.28 Схема служебного моста.

 

Доску полового настила рассчитываем на изгиб, как балку на двух опорах, на которую действует нагрузка от разрешенной массы . На доску шириной  на расстоянии между поперечинами  удельная нагрузка (т/м)

 

             т/м²

 

Максимальный изгибающий момент:

 

 

Момент сопротивления:

 

 

Толщина доски настила:

 

 

Конструктивно принимаем

 

Поперечину рассчитываем как балку на двух опорах с пролетом .Ее равномерно распределенная нагрузка, передаваемая от настила.

 

 т/м

 

 

Находим максимальный изгибающий момент:

 

 

Момент сопротивления:

 

 

По конструкционным соображениям поперечины из бревен должны иметь диаметр не менее 16 см. (d = 16 см)

Прогон служебного моста рассчитывается как балка на двух опорах с тем же пролетом , что и верхняя упорная балка.

 

 

Сосредоточенная нагрузка на прогон от одной поперечины при двухпрогонном мосте:

 

 

Приходящаяся на один прогон сосредоточенная нагрузка от подъемного усилия Т и веса подъемника  приложена в данном случае посередине пролета (Рис.29)

 

 

для расчетной схемы на рис 29 строим эпюру изгибающихся моментов и определяем .

Рис. 29. Расчетная схема прогона служебного моста.

 

Максимальный изгибающий момент:

 

 

Момент сопротивления:

 

 

Прогоны делаем из бревен  принимаем d=28 см.

 

 

Количество бревен n=1, остальные прогоны конструктивно принимаем таких же размеров

 

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе была получена гидрологическая характеристика лесосплавного пути в объеме, необходимом для проектирования мелиоративных мероприятий. Были рассмотрены возможные варианты улучшения реки регулированием ее стока., был выработан вариант сезонного регулирования стока. Была запроектирована плотина,. Которая в целом характеризуется как деревянная ряжевая плотина сквозной рубки на свайном основании с контрфорсами, отверстиями, перекрываемыми обыкновенными плоскими щитами по съемным стойкам со служебным мостом.

Запроектированная плотина обеспечивает создание водохранилища, что позволяет продлить сроки лесосплава.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. В.В.Савельев «Мелиорация лесосплавных путей и гидротехнические сооружения», М.:Лесная промышленность., 1982.

2. М.М.Овчинников «Мелиорация лесосплавных путей и гидротехнические сооружения». Методические указания. С-Петербург., ЛТА - 1996

3. П.Ф.Войтко «Мелиорация лесосплавных путей и гидротехнические сооружения». Методические указания к выполнению курсового проектирования, Йошкар-Ола, МарПИ, 1994

4. Савельев, Овчинников «Мелиорация лесосплавных путей и гидротехнические сооружения».Методические указания к курсовому проектированию., Л.: ЛТА, 1974.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................................................................................

1. Гидрологическая характеристика лесосплавного пути................................................

1.1. Определение режима расходов воды в расчетном маловодном году. ......................

1.2. Построение интегральной кривой стока в расчетных створах. .................................

1.3. Расчет максимальных расходов воды в створах проектируемых сооружений.........

1.4. Построение кривой расхода в лимитирующем створе. ..............................................

2. Выбор и обоснование схемы регулирования стока реки. ............................................

2.1. Определение сроков лесосплава на естественных уровнях и расчет необходимого его продления. .................................................................................................................

2.2. Выбор варианта схемы регулирования стока. .............................................................

2.3. Водохозяйственный расчет по принятому варианту схемы регулирования стока...

3. Проект лесосплавной плотины........................................................................................

3.1. Исходные данные............................................................................................................

3.2. Выбор створа плотины....................................................................................................

3.3. Выбор типа и конструкции плотины.............................................................................

3.4. Гидравлический расчет ширины отверстия плотины..................................................

3.5. Лесопропускные устройства плотины и разбивка ее отверстия на пролеты.............

3.6. Расчет подземного контура плотины и боковой фильтрации.....................................

3.7. Статические расчеты основных элементов плотины...................................................

Заключение.............................................................................................................................

Литература..............................................................................................................................

Содержание............................................................................................................................