Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружения

 

Нижегородский государственный

архитектурно-строительный университет

 

 

Кафедра гидравлики

 

 

 

 

Курсовая работа

Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружения

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр.    ПТ-08                                                                   Д.С. Албахтина

Принял доцент кафедры  гидравлики                                                           Н.Ю. Волкова

 

 

 

 

 

 

Н. Новгород – 2011

Содержание

                                                                                                                                                           с.

Задание………………………………………………………………………………………...…….3

Исходные данные……………………………………………………………………….…….…….4

Введение…………………………………………………………………………......…...….............5

1 Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока ……………….6

1. Определение величины силы гидростатического давления для вертикальной поверхности………………………………………………………………….…………..7
2. Определение силы гидростатического давления на днище секции дока……………7
2. Расчёт гидростатической нагрузки на переходную и носовую секцию дока……………….8
1. Расчет на верхнюю часть боковой вертикальной прямоугольной поверхности……8
2. Расчет на нижнюю часть боковой вертикальной поверхности в виде треугольника8
3. Расчет на  наклонную боковую поверхность днища………………………………….8

3 Расчет гидростатической нагрузки на носовую секцию дока……………………...................10

3.1 Расчет боковой поверхности…………………...…………………………….……….10

3.2 Расчет лобовой поверхности……..……………………………………….………… 12

4 Распределение ригелей на кормовой стенке дока……………………………………………..14

4.1 Графический способ………………………………………...……………………...….14

4.2 Аналитический способ………………………………………..………………………15

5 Определение грузоподъемности дока…………..……………………………………………. 18

Литература…………………………………………..…………………………………………… 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

Таблица 1 – Геометрические размеры и масса дока

№ варианта	Геометрические размеры, м								Число, шт.		Масса дока, т
	a	с	L	R	T	z1	z2	k	секций m	ригелей n
6	11,5	2,4	42	4,7	7,0	0,6	0,5	2,1	6	5	900

 

 

Рисунок 1 - Схема дока №1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Док – (англ., гол.) портовое сооружение для осмотра, ремонта и постройки судов. В состав доковых сооружений входят сухие и наливные сухие доки, плавучие доки и горизонтальные стапельные места.

Сухой док представляет собой  камеру, обычно бетонную или железобетонную, отделенную от водоёма затвором, после  ввода судна затвор закрывается, камера осушается и судно садится  на опоры. В качестве сухих доков  можно использовать шлюзы.

Плавучий док – прямоугольный  понтон с опорами. Для ввода судна  понтон притапливается.

Предлагаемые для расчёта  схемы докового сооружения представляют собой модель плавучего дока в  виде баржи для перевозки крупногабаритных грузов.

Задача курсовой работы состоит  в следующем:

• рассчитать гидростатические нагрузки на все конструктивные элементы дока и найти их центры давления;
• распределение ригелей на задней торцевой стенке кормовой части дока;
• рассчитать грузоподъёмность дока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока.

Согласно варианту задания рабочей камеры дока состоят из m = 6 секций. В каждой секции рассмотрим поверхности (рис. 2): две боковые вертикальные и одна горизонтальная.

Рисунок 2 – Расчётная  схема рабочей секции дока.

 

Определим длину рабочей  секции дока

l = L/m, м,                                                                    (1)

где L = 42 м – длина рабочей камеры дока;                                                                                                        m = 6 – число секций.

l = 42/6 = 7 м

Гидростатическое давление действует на боковые стенки и  днище дока.

P = ρgh, Па,                                                                     (2)

где  ρ = 1000 кг/м³ – плоскость воды;                                                                                                                                                                                                                                                                g = 9.81 м/с² – ускорение свободного падения;                                                                                                                                      h – заглубление рассматриваемой точки;            

 

На рисунке 2 представлена расчётная схема рабочей секции дока, построена эпюра гидростатического  давления для точек:

         точка 1            h₁ = 0 м             p₁ = 0

         точка 2            h₂ = a-z₁=11,5-0,6=10.9 м        p₂ = 106929 Па                                                                                                                                                                                                                                                                                    

1.1 Определяем величину силы гидростатического давления для вертикальной поверхности

P₁ = S_эпb, H,                                                                       (3)

b = l =7

S – площадь эпюры,

                                                                                      

Центр давления определяется формулой:

 м

1.2 Определяем силу гидростатического давления на днище секции дока:

P₂ = p₂S_дн, Н,                                                                    (4)

 

 

Сила Р₂ давит в центр тяжести днища.

 

 

 

 

 

 

2 Расчёт гидростатической  нагрузки на переходную и носовую секцию дока.

Расчет ведется для  трех поверхностей переходной секции: на верхнюю боковую вертикальную прямоугольную поверхность; на нижнюю часть боковой поверхности в виде треугольника и наклонную боковую поверхность днища.

2.1 Расчетная схема приводится на рисунке 3, силу Р₃ можно определить по формуле:

-

 

--

 

где b = с=2,4– это длина переходной секции.

 h₂=2R-z₁=28,8м – определяется из геометрии дока,

h₁=0

 

P₃=911,623 kH

 

h_d3=м

2.2 Сила Р₄ определяется формулой:

                                                                 (7)

 

                                                             (8)

 

 

 

 

 

В этих формулах:                            из геометрии

 

 

 

 

Момент инерции относительно своей центральной оси:

 

 

где b=с, а h=x

 

 

2.3 Сила Р₅ на наклонное днище рассчитывается по формуле:

 

 

 

где b=T=7,0м

 

 

 

 

 

 

 

--

 

 

 

Рисунок 3 – Расчетная схема переходной секции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Гидравлический расчет носовой секции дока.

Носовая секция состоит из двух боковых и лобовой поверхности. Бокова плоская поверхность описана фигурой сложной формы и рассчитывается приближенным способом, лобовая поверхность представляет собой цилиндрическое тело и рассчитывается методом тела давления.

3.1 Расчет боковой поверхности  дока.

Для решения вычерчиваем в строгом масштабе, расчетная  схема представлена рисунке 4. Разбивается от уровня воды на 4 равных отрезка образующие площади неправильной формы апроксемируются т.е. заменяются равновеликими по площади прямоугольниками.

Для каждого из них вычисляются  свои расстояния которые сводятся в таблицу 2 и ведутся по формулам (5) и (6).

-

 

--

в этих формулах

b=y – ширина рассматриваемого элемента, снимается в масштабе.

h₁ , h₂ -  заглубление верхней и нижней кромок элемента.

 

Таблица 2 – К расчёту  боковой поверхности приближенным способом.

 

№ элемента	Ширина элемента b, м	Заглубление элемента, м		Сила Pi, кН	Центр давления hДi,, м
		h2	h1
1	y1 = 9,23	1.1	0	54,781	0,73
2	y2 = 8,80	2,2	1.1	156,685	1,71
3	y3 = 7,95	3,3	2,2	235,918	2,79
4	y4 = 5,70	4,4	3,3	236,808	3,88
5	y5 =2,05	5,5	4,4	109,502	4,97
6	y5 =0.9	6,6	5,5	58,757	6,07
7	y5 =0.3	7,7	6,6	23,147	7,16
8	y5 =0.05	8,8	7,7	4,451	8,26
P6 = SPi = 880,049 кН

 

--

----

----

----

-

-

-

-

-

-

-

-

Результирующая сила гидростатического давления на боковую поверхность носовой части определяется суммированием :

Р₆ =54,781+156,685+235,918+236,808+109,502+58,757+23,147+4,451 = 880,049 кН

Точка приложения этой силы находится по теореме Вариньона. Для определения вертикальных координат, моменты сил крутятся относительно оси, выбранной по уровню воды; Для  определения горизонтальных координат  относительно АВ.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – К расчёту  боковой поверхности носовой части дока.

 

 

3.2 Расчёт лобовой поверхности.

Расчёт проводится методом  телодавления. При этом выясняются горизонтальная и вертикальная составляющая силы Р₇.

 

Горизонтальная сила определяется по формуле (5):

-

 

 

 

 

Вертикальная составляющая:

 

где S_тд – площадь тела давления определяется по рисунку 4;

      b =Т=7 м;

       h₂=2R-z₁=9.4-0,6=8.8 м;

         h₁=0.

(14)

 

 

 

-

 

 

 

Угол наклона этой силы к горизонту определяется зависимостью:

 

Этому значению соответствует  угол α =44 ° 49’

                                                        (15)

Сила Р₇ изображена на рис. 5.

Рисунок 5 - К расчёту лобовой поверхности носовой части дока

 

4 Распределение ригелей на кормовой стенке дока.

Ригель – это ребро  жесткости, воспринимаемое основную нагрузку. Выполняется в виде двутавра или швеллера. Рассчитывается исходя из условия равнозагруженности.

Положение ригеля определяется центром давления с тем, чтобы  ригель принял на себя максимальную нагрузку от воды.

Расчёт производится двумя  способами: аналитическим и графическим.

4.1 Графический способ:

Определяется гидростатическое давление у дна дока и строится эпюра на кормовую стенку, рис. 5.

Из условия равнозагруженности каждого ригеля, необходимо площадь полученной эпюры разделить на равновеликие части, центры тяжести которых определят положение ригеля.

Для этого строится интегральная кривая. Для чего определяется сила давления воды на стенку при разной глубине h по формуле (10).

 

При этом h₁ всегда равно 0.

b=T=7,0;

sinα=sinβ;

h₂=(a-z₁)/sinβ.

 

 

 

Нагрузка, приходящая на один ригель из условия полной загруженности  определяется:

 

Интегральная кривая строится по значениям силы давления воды на кормовую стенку дока.