Расчет устойчивости водобойной плиты

Водобойная плита предназначена для крепления русла в зоне гидравлического прыжка. Ее выполняют в виде массивной армированной бетонной плиты. Плита водобоя под действующими на нее силами может всплыть, опрокинуться в сторону нижнего бьефа или сдвинуться.

Конструирование и расчеты водобойной плиты проводим для случая, когда наблюдается гидравлический прыжок максимальной высоты (расчетный случай 6).

2.7.1 Назначение размеров водобойной плиты:

Длину водобойной плиты назначается в зависимости от длины гидравлического прыжка:

Толщину водобойной плиты назначаем в размере:

2.7.2 Определение нагрузок, действующих на водобойную плиту:

Водобойная плита, находящаяся в зоне гидравлического прыжка, испытывает большие гидромеханические нагрузки. Они вызывают дефицит давления, под действием которого плита может потерять устойчивость. Гидродинамическая нагрузка  раскладывается на осредненную (по времени)нагрузку  и пульсационную составляющую : . Помимо этого на водобойную плиту может действовать остаточное (после дренажа плотины) фильтрационное противодавление.

Определим вес водобойной плиты (с учетом взвешивающего действия воды):

где ,  - соответственно удельные веса бетона и воды.

Пульсационная нагрузка возникает из-за устройства дренажных отверстий в плиты водобоя.

Тогда значение силы вертикальной пульсационной составляющей гидродинамического давления равно:

При определении фильтрационного противодавления условно принимаем, что его максимальное значение составляет  от напора на сооружение:

Принимаем также, что максимальное значение фильтрационного противодавления действует на плиту до второго ряда дренажных отверстий.

Сила фильтрационного противодавления находиться по формуле:

В курсовом проекте проводим проверку устойчивости водобойной плиты:

1. на всплытие;

2. на опрокидывание;

3. на сдвиг.

Условие устойчивости плиты принимаем в виде:

где  - действительное значение коэффициента устойчивости плиты;

 - нормативное значение коэффициента устойчивости плиты.

2.7.3.Расчет устойчивости водобойной плиты на опрокидывание:

Расчет ведем в предположении, что опрокидывание произойдет относительно нижнего ребра низовой грани плиты.

В целях экономии, целесообразно уменьшите толщину водобойной плиты. Пусть , тогда:

Вывод: устойчивость водобойной плиты на опрокидывание обеспечена, экономические затраты будут минимальные.