Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружения

Размещено на http://allbest.ru/

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра гидравлики

Контрольная работа

”Гидравлические расчёты конструктивных элементов сооружения”

Н.Новгород 2009

Содержание

Цель работы

1. Расчёт гидростатических нагрузок

1.1 расчёт на рабочую стенку дока

1.2 расчёт на переходную секцию дока

1.3 расчёт нагрузок на носовую секцию дока

1.3.1 расчёт нагрузок на боковую стенку

1.3.2 расчёт нагрузок на лобовую часть

2. Расчёт на кормовую секцию дока

2.1 расчёт нагрузок на боковые стенки и днище

2.2 расчёт расстановки горизонтальных ригелей на торцевую стенку

3. Определение грузоподъёмности дока

Список литературы

Цель работы

Плавучий док это прямоугольный понтон с опорами. Для ввода судна понтон притапливается. В практике такие доки появились в конце девятнадцатого века.

Цель этой работы рассчитать схему докового сооружения, плавучего типа, для перевозки крупногабаритных грузов. Наша задача состоит в том чтобы:

- рассчитать гидростатические нагрузки на все конструктивные элементы дока и найти их центры давления;

- распределить ригели на задней торцевой стенке кормовой части дока;

- рассчитать грузоподъёмность дока.

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

1. Расчёт гидростатических нагрузок

1.1 Расчёт на рабочую стенку дока

Основная часть дока состоит из рабочих секций равной длины. Для расчёта рабочей части дока нам нужно рассчитать одну секцию дока. Рассчитаем её по формуле:

(1.1)

где L - длина всех рабочих секций дока, м; L=55м [по табл. 1.1]

m - число рабочих секций дока, m=8 [по табл. 1.1]

Гидростатическое давление на рабочую секцию дока действует на три стенки: днище и две боковые стенки, причём две боковые стенки имеют одинаковое гидростатическое давление. Гидростатическое давление P находится по формуле:

(1.2)

где p - плотность жидкости, кг/м ³; p =1000 кг/м ³

g - ускорение свободного падения, м/с ²; g =9,8 м/с ²

h - глубина погружения точки, м

Глубина погружения точки находится по формуле:

(1.3)

где a - высота секции дока, м; a =7,2м [по табл. 1.1]

- расстояние от уровня жидкости до вершины секции, м; =0,5м [по табл. 1.1]

Сила гидростатического давления P₁ и P₂ найдём по формуле:

(1.4)

где l₁ - координаты верхней кромки площадки, м; l₁ =0м

l₂ - координаты нижней кромки площадки, м

Координаты нижней кромки площадки определяем по формуле:

(1.5)

где h - глубина погружения точки, м; h =12,6м [по формуле 1.3]

б - угол наклона боковой стенки, определяем по формуле:

(1.6)

где a - высота секции дока, м; a =13м [по табл. 1.1]

T и T₀ - ширина верхней и нижней секции дока, м [по табл. 1.1]

^о

в - длина рабочей секции, м; в = L_c =8,28м [по формуле 1.1]

Точку приложения силы P₁ и P₂ находим по формуле:

(1.7)

(м)

Сила гидростатического давления, действующая на днище рабочей секции дока, определяем по формуле:

(1.8)

где p - плотность жидкости, кг/м ³; p =1000 кг/м ³

g - ускорение свободного падения, м/с ²; g =9,8 м/с ²

h_С1 =h - глубина погружения точки, м; h_С1 =12,6м [по формуле 1.3]

S₃ - площадь рассматриваемой поверхности, определяется по формуле:

(1.9)

где L_c- длина рабочей секции дока, м; L_c=8,28м [по формуле 1.1]

T₀ - ширина нижней части рабочей секции дока, м; T₀ =4,4м

Сила P₃ прикладывается в центре тяжести поверхности.

1.2 Расчёт на переходную секцию дока

Гидростатическое давление на переходную секцию дока. Действует на три стенки: днище и две боковые стенки, причём две боковые стенки равнозагруженны. Гидростатическое давление P определяем по формуле 1.2

где p - плотность жидкости, кг/м ³; p =1000 кг/м ³

g - ускорение свободного падения, м/с ²; g =9,8 м/с ²

h - глубина погружения точки, м;h=12,6(м) [по формуле 1.3]

Сила гидростатического давления P₄ и P₅ найдём по формуле 1.4

где l₁ - координаты верхней кромки площадки, м; l₁ =0м

l₂ - координаты нижней кромки площадки, м

Координаты нижней кромки площадки определяем по формуле 1.5

где h - глубина погружения точки, м; h =12,6м [по формуле 1.3]

б - угол наклона боковой стенки, определяем по формуле 1.6



где a - высота секции дока, м; a =7,2м [по табл. 1.1]

T и T₀ - ширина верхней и нижней секции дока, м

в - длина переходной секции, м; в = с =4,6м [по табл. 1.1]

Точку приложения силы P₄ и P₅ находим по формуле 1.7

Сила гидростатического давления, действующая на днище переходной секции дока, определяем по формуле 1.8

где p - плотность жидкости, кг/м ³; p =1000 кг/м ³

g - ускорение свободного падения, м/с ²; g =9,8 м/с ²

h_С2 =h - глубина погружения точки, м; h_С2 =12,6м [по формуле 1.3]

S₆ - площадь рассматриваемой поверхности, определяется по формуле:

 (1.10)

где с - длина переходной секции дока, м; с =4,6м [по табл. 1.1]

T₀ - ширина нижней части переходной секции дока, м T₀ =5,4м

Сила P₆ прикладывается в центре тяжести поверхности.

1.3 Расчёт нагрузок на носовую секцию дока

Носовая секция состоит из двух боковых поверхностей сложной геометрической формы, которая не разбивается на ряд простых фигур. Лобовая поверхность представляет цилиндрическую поверхность сложного геометрического сечения. Для решения поставленной задачи сложные фигуры будем разбивать на простые, и находить усилия, используя теорему Вариньона. Таким образом, расчёт нагрузок выполняется для указанных элементов пораздельно.

1.3.1 Расчёт нагрузок на боковую стенку

Так как боковая поверхность представляется фигурой сложной геометрической формы, то для облегчения расчёта используется графоаналитический метод. Расчёт выполняется в следующей последовательности:

а) В крупном масштабе вычерчивается боковая поверхность

б) По высоте боковая поверхность разбивается на 5 равных отрезков

в) Расчёт усилий на каждый элемент выполняется в табличной форме

Таблица 1.2 - Расчёт усилий на каждый элемент

№ Эл-та от УВ	Размер элемента, (м)	Площадь S, (м2)	Расстояние до Ц.Т. hсн , (м)	Сила гидрост. Давления P, (кН)	Центр давления LD , (м)
	а	в
1	2,52	8,0	20,16	1,26	248,94	1,42
2	2,52	6,35	16,0	3,78	592,704	3,87
3	2,52	6,0	15,12	6,3	933,51	6,49
4	2,52	5,4	13,61	8,82	1176,394	9,04
5	2,52	3,32	8,37	11.34	930,175	11,42

Сила гидростатического давления определяем по формуле:

(1.11)

плавучий док гидростатический грузоподъёмность

где h_сi^н - расстояние от уровня жидкости до центра тяжести элемента, м; [по табл. 1.2]

S_i - площадь элемента, м²; [по табл. 1.2]

Все полученные результаты записываются в таблицу 1.2

Центр давления гидростатических сил определяется по формуле:

(1.12)

где h_сi^н - расстояние от уровня жидкости до центра тяжести элемента, м; [по табл. 1.2]

I₀ - момент инерции элемента, который определяется по формуле:

(1.13)

S_i - площадь элемента, м²; [по табл. 1.2]

Все полученные результаты записываются в таблицу 1.2

Определяем результирующую силу всех элементов, как сумму всех сил элементов. [по табл. 1.2]

Используя данные таблицы, находится точка приложения результирующей силы, по теореме Вариньона.

Координаты результирующей определяем по формуле:

(1.14)

(1.15)

где - результатирующая нагрузка, кН; [по табл. 1.2]

L_DI - центр давления гидростатических сил, м [по формуле 1.12]

P_I - нагрузка на каждый элемент, кН [по табл. 1.2]

X_DR= 7,72 (м)

Y_DR= 2,68 (м)

1.3.2 Расчет нагрузок на лобовую часть

Лобовая поверхность представлена сложной поверхностью, для неё требуется определить нагрузку на эту плоскость со стороны воды от воздействия горизонтальных и вертикальных усилий.

Горизонтальная сила определяется по формуле 1.11



где S - площадь сечения, м; определяется по формуле:

(1.16)

где A = h - глубина погружения точки по формуле 1.3, м; A=12,6 м

T - ширина верхней секции дока, м; T=6,4 м [по табл. 1.1]

Расстояние до центра тяжести сечения определяется по формуле:

Тогда формула для определения горизонтальной силы принимает вид:

Центр давления горизонтальной силы определяется по формуле:

(1.17)

Вертикальная составляющая определяется по формуле:

 (1.18)

где S_т.д.- площадь тела давления, м; определяется по формуле:

(1.19)

где a - высота каждого элемента, м; a=2,52(м) [по табл. 1.2]

в_i - ширина каждого элемента, м; [по табл. 1.2]

Вертикальная составляющая приложена в центре тяжести тела давления и определяется по формуле:

(1.20)

Y_Ц.Т. = 3,104 (м)

Определяем равнодействующую силу P₈ по формуле:

(1.21)

где P_x и P_y - вертикальные и горизонтальные составляющие, кН

Угол наклона действия силы P₈ определяем по формуле:

 (1.22)

2. Расчёт на кормовую секцию дока

2.1 Расчёт нагрузок на боковые стенки и днище

Гидростатическое давление на кормовую секцию дока. Действует на три стенки: днище и две боковые стенки, причём две боковые стенки равнозагруженны. Гидростатическое давление на кормовую секцию дока будет одинаково как в рабочих и переходных частях, по формуле 1.3.

Гидростатическое давление P₁₀ и P₁₁ найдём по формуле 1.11

где h_c - заглубление центра тяжести боковой стенки дока определяем по формуле:

(2.1)

где a - высота секции дока, м; a =13м [по табл. 1.1]

- расстояние от уровня жидкости до вершины секции, м; =0,4м [по табл. 1.1]

h_c = 4,2 (м)

Площадь боковой поверхности найдём по формуле:

(2.2)

где k_L - длина кормовой части дока по уровню воды, определяем по формуле:

(2.3)

где tg в- найдём по формуле:

(2.4)

k_l = 2,72

S = 7,39 (м)

Точку приложения сил находим по формуле 1.12

где I_C - момент инерции плоской фигуры относительно центральной, в нашем случае для треугольника определяем по формуле:

(2.5)

Нагрузка на днище кормовой секции равна нулю, так как площадь днища равна нулю.

2.2 Расчёт расстановки горизонтальных ригелей на торцевую стенку

Для того чтобы рассчитать распределение горизонтальных ригелей, надо найти нагрузку на торцевую стенку дока.

Нагрузка на торцевую стенку дока определяется по формуле 1.4

где ;

l₁ и l₂ - координаты верхней и нижней кромки площадки, м; l₁ =0м

Центр давления силы P₁₂ определяется по формуле 1.7

L_D12 = 8,6 (м)

Ригель - ребро жёсткости, воспринимающие основную нагрузку. Выполняется в виде двутавра или швеллера. Рассчитывается, исходя из условий равной загруженности. Расчет ведём аналитическим способом.

Нагрузка, приходящаяся на один ригель (исходя из условия равнозагруженности) определяем по формуле:

 (2.6)

где n - количество ригелей, шт.; [по табл. 1.1]

Зона первой грузовой площадки, для первого ригеля определится из формулы 1.7 при =0:

(2.7)

Грузовая площадка второго ригеля находится ниже, поэтому для неё, а определяется аналогично из формулы 2.7. Так и для всех последующих ригелей.

(2.8)

Место установки ригеля определяется по формуле 1.7



Таблица 2.1 - Расстояние расположения ригелей

№ ригеля	L1	L2	LD , ригеля
1	0	6,45	4,3
2	6,45	9,12	7,86
3	9,12	11,17	10,18
4	11,17	12,9	12,06

3. Определение грузоподъёмности дока

Грузоподъёмность - максимальная масса груза, которую возможно в один приём поднять, переместить.

Вес поднимаемого груза определяем по формуле:

(3.1)

где P_арх.- сила Архимеда, которая определяется по формуле

(3.2)

где V - объём погружённой в воду каждой части дока, м ³

G - собственный вес дока, кН

(3.3)

где m - масса дока, кг; [по табл. 1.1]

Определяем объёмы каждой части отдельно:

1. Объём кормовой секции дока определяем по формуле:

(3.4)

2. Объём рабочей секции дока определяем по формуле:

(3.5)

3. Объём переходных секций определяем из формулы 3.5:

(3.6)

4. Объём носовой секции определяем по формуле:

(3.7)

где - сумма площадей из таблицы 1.2

Полный объём дока это объём всех частей

Список литературы

1. «Расчет нагрузок на элементы конструкции докового типа» метод. Указание, Н.Н., ННГАСУ

2. Р.Р. Чугаев «Гидравлика» - Л. Энергоиздательство 1982г. - 572стр.

Размещено на Allbest.ru