Расчет бетонной плотины. Расчет водонепроницаемой обшивки затвора. Расчет затвора

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Инженерно-строительный факультет

Кафедра гидравлики

            Расчетно-графическая работа № 1 по курсу гидравлики

Раздел: «Гидростатика»

(тип 1)

Выполнила:   Евдокимова Т.А.

группа 3013/2

Проверила:   Локтионова Е.А.

Санкт-Петербург

2011г

Оглавление

1.       Расчет бетонной плотины.. 3

1.1.Построение эпюры  избыточного гидростатического давления для  граней a-b, b-c, c-d и g-k плотины.. 3

1.2.Построение эпюры,  выражающей горизонтальную составляющую силы избыточного гидростатического давления, действующего на плотину. 6

1.3.Построение эпюры, выражающей вертикальную составляющую силы избыточного гидростатического давления, действующего на плотину. 8

1.4.Нахождение величины и линии действия силы избыточного гидростатического давления, действующего на поверхность плотины          a- b-c-d. 8

2.       Расчет водонепроницаемой обшивки затвора. 11

2.1.Построение эпюры,  выражающей горизонтальную составляющую силы избыточного гидростатического давления, действующего на обшивку затвора mn. 11

2.2.Построение эпюры, выражающей вертикальную составляющую силы избыточного гидростатического давления, действующего на плотину. 11

2.3.Нахождение величины и линии действия силы избыточного гидростатического давления, действующего обшивку затвора. 11

3.       Расчет затвора. 14

3.1.Определение величины силы избыточного гидростатического давления, действующего на затвор. 14

3.2.Определение положения горизонтальной оси О-О, при котором будет происходить автоматическое открытие затвора. 16

Литература. 17

1.  Расчет бетонной плотины

1.1.  Построение эпюры  избыточного гидростатического давления для  граней a-b, b-c, c-d и g-k плотины

Заглубление точек a, b, c, d, g и k под свободной поверхностью воды равны:

h_a=h_g=0 м;

h_b =3,2 м;

h_c =6,8 м;

h_d= 10,8 м;

h_k=4,0.

Для построения эпюр избыточного гидростатического давления (рис. 1.1.1) для граней a-b, b-c, c-d и g-k необходимо отложить в точках a, b, c, d, g и k, перпендикулярно граням отрезки, численно равные заглублениям этих точек. Например, рассмотрим грань b-c. От точки b перпендикулярно грани b-c откладываем отрезок h_b =3,2 м, а от точки d откладываем отрезок  h_d= 6,8 м, также перпендикулярно грани b-с. Данные операции проводим для каждой точки и грани  плотины.

Линия действия силы гидростатического давления на участок проходит через центр тяжести эпюры избыточного гидростатического давления. Центр тяжести треугольника лежит в точке пересечения его медиан (рис.1.1.2).

Рис. 1.1.2. Нахождение центра тяжести треугольника

Результаты измерения координат центров тяжести треугольников:

эпюра a-b : X_c = 2 м, Y_c = 1 м,

эпюра g-k : X_c = 3,2 м, Y_c = 1,6 м.

Центр тяжести трапеции лежит на линии, соединяющей середины параллельных сторон, а координата Y_c вычисляется с помощью формулы:

         Y_c = h₃ / 3 * ((2 h₂ + h₁) / (h₁ + h₂)) ,                                (1.1.8)

Рис. 1.1.3. Нахождение центра тяжести трапеции

Y_{c эп.2} = 3,8 / 3 * ((2 * 6,4 + 3) / (3 + 6,4)) = 2,13 м;

Y_{c эп.3} = 4,3 / 3 * ((2 * 10,2 + 6,4) / (6,4 + 10,2)) = 2,31 м.

1.2.  Построение эпюры,  выражающей горизонтальную составляющую силы избыточного гидростатического давления, действующего на плотину

Для построения эпюры, выражающей горизонтальную составляющую силы избыточного гидростатического давления (рис. 1.2.1), действующего на плотину, необходимо спроектировать крайние точки a, d и g, k смачиваемых жидкостью поверхностей a-b-c-d и g-k на вертикальную линию. От этой линии следует отложить горизонтальный отрезок, численно равный заглублению точки a h_a=0 м, и отрезок, численно равный заглублению точки d h_d=10,2 м, с другой стороны плотины отложить горизонтальный отрезок, численно равный заглублению точки g h_g=0 м и отрезок, численно равный заглублению k        h_k= 3,8 м.

1.3.  Построение эпюры, выражающей вертикальную составляющую силы избыточного гидростатического давления, действующего на плотину

Для построения эпюры, выражающей вертикальную составляющую силы избыточного гидростатического давления (рис. 1.2.1), действующего на плотину, из крайних точек смачиваемых поверхностей a-b-c-d и g-k проводим вертикальные линии до пересечения со свободной поверхностью жидкости. Фигуры, ограниченные данными вертикалями и самой поверхностью являются эпюрами вертикальной составляющей силы избыточного гидростатического давления. Эпюры положительны, так как эпюры и жидкость находятся по одну сторону от поверхностей, силы направлены вертикально вниз.

1.4.  Нахождение величины и линии действия силы избыточного гидростатического давления, действующего на поверхность плотины a-b-c-d 

Величина силы избыточного гидростатического давления, действующего на поверхность плотины a-b-c-d, представляет собой сумму вертикальной и горизонтальной составляющих, и определяется по формуле:

                                          ,                                                (1.4.1)

где F_x – горизонтальная составляющая силы избыточного гидростатического давления, численно равная площади эпюры горизонтальной составляющей силы избыточного давления,

F_z – вертикальная составляющая силы избыточного гидростатического давления,численно равная площади эпюры вертикальной составляющей силы избыточного давления.

Силы гидростатического давления F_x и F_z вычисляются по формуле:

F=A_ЭП*b* γ,                                                           (1.4.2)

где A_ЭП – площадь соответствующей эпюры,

b – ширина напорной грани,

γ – удельный вес жидкости, равный 10000 H/м³.

Площадь А_{эп x}  вычисляется по формуле (1.1.3), а площадь А_{эп z} по формуле :

А_{эп z} = S_{тр 1} + S_{тр 2} ,                                         (1.4.3)

где S_{тр 1} и S_{тр 2} – площади трапеций, вычисляемые по формуле (1.1.3),

Рис. 1.4.1 Вычисление площади А_{эп z}.

А_{эп x} = 0,5 * 10,2 * 10,2 = 52,00 м²,