Расчет гидростатических нагрузок на переходную секцию дока

Курсовая работа

Расчет нагрузок на элементы конструкции докового типа

 

 

Выполнил студент гр.0620:

Шипов А.А.

Проверил: Сухов С.М.

 

 

Нижний Новгород 2008г.

Содержание

 

Введение

1. Цель работы

2. Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей

секции дока

4. Расчет гидростатических нагрузок на переходную секцию дока

5. Расчет гидростатической нагрузки на носовую секцию дока

6. Расчет гидростатических нагрузок и распределения ригелей на кормовую секцию дока

7. Расчет величины полезного груза, размещаемого в плавучем доке при частичном заполнении камеры водой

Литература

 

Исходные данные

 

Параметры конструкции:

№	Геометрические размеры, м								Масса дока, т	Число
вари- анта	a	c	L	R	T	Z1	Z2	k		секций, m	ригелей, n
2.7	5,8	3,5	55	1,3	5,8	0,6	0,4	2,5	900	4	3

 

Цель работы

 

Для заданной схемы плавучего дока выполняется определение гидростатических нагрузок на различные конструктивные элементы.

В заключение работы проверяется возможность транспортировки полезного груза внутри дока при частичном заполнении камеры водой.

 

Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока

 

Длина рабочей секции дока определяется по формуле:

 

L_С= L/m, м

 

где L – длина дока по днищу, м

m – число секций

L_С= 55/4 = 13,75 м

Рабочая секция дока имеет три поверхности: две боковые и одну донную.

Две боковые поверхности равнозагружены.

Гидростатическое давление p, действующее на две боковые поверхности днище рабочей секции дока определяются по формуле:

 

p = ρgh, Па

 

где ρ – плотность жидкости, кг/м ,

g – ускорение свободного падения, м/с

h – заглубление рассматриваемой точки, м

Силу гидростатического давления Р , действующую на боковые поверхности рабочей секции дока в виде прямоугольников, находим по формуле:

 

Р  = ρgh_С1 S₁, Н

 

где h_С1 – заглубление центра тяжести боковой поверхности, м

S₁ – площадь смоченной боковой поверхности, м

h_С1 = h/2 = (a-z₁)/2

S₁ = L_Сh = L_С1 (a-z₁)

Р₁ = ρgh_С1S₁ = [ρg(a-z )/2]·L_С·(a-z );

Р₁ = [1000·9,81·(5,8-0,6)/2]·13,75·(5,8-0,6) = 1823,68 кН

 

Центр давления силы Р  находится как

 

l_d1 = 2(l - l )/3(l - l ), м

 

где l₁ – координата заглубления верхней грани, м

l₂ – координата заглубления нижней грани, м

 

l₂ = h, l  = 0

l_d1 = 2(l - l )/3(l - l ) = 2(h³-0³)/3(h²-0²) = 2(a-z )³/3(a-z )²;

l_d1 = 2(5,8-0,6)³/3(5,8-0,6)² = 3,46 м

 

Сила гидростатического давления Р  действует на днище рабочей секции дока в виде прямоугольника: Р  = ρgh_C2S₂, Н

где h_C2 – заглубление центра тяжести днища, м

S  – площадь поверхности днища, м

 

h_C2 = h = a-z

S  = L_CТ

Р  = ρgh_C2 S  = ρg(a-z ) L_CТ;

Р  = 1000·9,81·(5,8-0,6)·13,75·5.8 = 4068.21 кН

 

Центр приложения силы Р :

 

l_d2 = h; l_d2 = 5,8-0,6 = 5,2 м

Масштаб схемы 1см = 1м

Масштаб эпюр давления 1см = 25,506 кПа

Масштаб силы 1см = 1000 кН

Рис.1 – Расчетная схема к определению нагрузки на элемент рабочей секции дока.

 

Расчет гидростатических нагрузок на переходную секцию дока

 

Две боковые стенки переходной секции представляют собой трапеции. Для определения сил, действующих на стенки, разобьем их на прямоугольник и треугольник.

Эпюру давления на боковые стенки и наклонное днище переходной секции строим по формуле: p = ρgh, Па

h  = 2R - z

h = a - z

p  = ρgh ,

гидростатическая нагрузка плавучий док

где h  – заглубление нижней точки прямоугольника, м

 

p  = ρgh  = ρg(2R- z );

p  = 1000·9,81·(2·1,3 - 0,6) = 19,62 кПа

p  = ρgh = ρg(a-z );

p  = 1000·9,81·(5,8-0,6) = 51,01 кПа

 

Сила давления на прямоугольный боковой элемент находится по формуле:

 

P  = W , Н

 

где W  – объем эпюры гидростатического давления, действующего на

прямоугольный боковой элемент.

 

W  = S b

 

где S  – площадь эпюры гидростатического давления, м

b – ширина переходной секции, м

 

P  = W  = S b = 0,5ρgh ·h ·c = 0,5ρg·(2R- z )²·c

P  = 0,5·1000·9,81·(2·1,3-0,6)²·3,5 = 68,67 кН

 

Центр приложения силы Р₃: l_d3= 2(l - l )/3(l - l ), м

где l – координата конца рассматриваемого участка, м

l  – координата начала рассматриваемого участка, м

 

l  = h  = 2R- z

l  = 0

l_d3= 2·((2R- z )³-0³)/3·((2R- z )²-0²)

l_d3= 2·(2·1,3-0,6)³/3·(2·1,3-0,6)² = 1,33 м

 

Сила Р₄ действует на вертикальный треугольный боковой элемент и определяется по формуле:

 

Р₄ = ρgh_C4·S₄, Н

 

где h_C4 – заглубление центра тяжести, м

S₄ – площадь треугольного бокового элемента, м

 

h₄ = h +x/3 = h +(a-2R)/3

S₄ = x·c/2 = (a-2R)·c/2

h₃ = 2R- z

h₃ = 2·1,3-0,6 = 2 м

Р  = ρg·( h +(a-2R)/3)·(a-2R)·c/2 ;

Р  = 1000·9,81·(2+(5,8-2,6)/3)·(5,8-2,6)·3,5/2 = 168,47 кН

Центр приложения силы

 

Р : l_d4 = l_C4+I /(l_C4·S₄), м

 

где I  – момент инерции треугольного бокового элемента, м

l_C4 = h_C4 = h +(a-2R)/3 = 2R-z +(a-2R)/3 ;

l_C4 = 2,6-0,6 + (5,8-2,6)/3 = 3,06 м

I  = bh³/36 = c·x³/36 = c·(a-2R)³/36 ;

I  = 3,5·(5,8-2,6)³/36 = 3,19 м

S  = (a-2R)·c/2 ;

S  = (5,8-2,6)·3,5/2 = 5,6 м

l_d4 = 3,06+3,19/(3,06·5,6) = 3,25 м

 

Определяем равнодействующую на всю боковую стенку переходной секции, как сумму сил Р₃ и Р₄ и точку ее приложения по теореме Вариньона:

 

R = P + Р                                                              

R = 68,67+ 168,47 = 237,14 кН

l  = (P ·l +Р ·l ) / (P +Р ) ;

l  = (68,67·1,33+168,47·3,25) / 237,14 = 2,7 м

а  = / R = (P ·c/2 + Р ·c/3) / R ;

а  = (68,67·1,75 + 168,47·1,17) / 237,14 = 1,34 м

 

Силу давления P  на наклонное прямоугольное днище будем искать по формуле:

 

P  = ρgT·sinα·(l - l )/2, Па

 

где l  – координата конца рассматриваемого участка, м

l  – координата начала рассматриваемого участка, м

Координаты l  и l  ищем по формулам:

l  = (a-z -x) / sinα ;

x=a-2R

x=5,8-2·1,3=3,2

α = arctg(x/c) = arctg((a-2R)/c) ;

α = arctg(3,2/3,5) = 42°

l  = (5,8-0,6-3,2) / sin42° = 2,99 м

l  = (a- z ) / sinα ;

l  = (5,8-0,6) / sin42° = 7,77 м

P  = ρgT·sinα·(l - l )/2 ;

P  = 1000·9,81·5,8·sin42°·(7,77² - 2,99²) / 2 = 979,08 кН

Центр приложения силы P : l  = 2(l - l )/3(l - l ), м

l  = 2(l - l ) / 3(l - l ) ;

l  = 2(7,77³ - 2,99³) / 3(7,77² - 2,99²) = 5,73 м

 

 

 

Масштаб схемы 1см = 1м

Масштаб эпюр давления 1см = 25,506 кПа

Масштаб силы 1см = 150 кН

Рис. 2 - Схема к расчету нагрузки на переходную секцию дока.