Мелиорация лесосплавного пути и гидротехнических сооружений

в пролете.

Для принятых обозначений и выбранной схемы нагрузки верхняя и нижняя опорные реакции вертикальной стойки составляет:

- удельный вес воды (=1 т/м³ ).

Максимальный изгибающий момент возникает в сечении, отстоящем от центра верхней опорной балки на величину.

Значение максимального изгибающего момента находится по зависимости:

Требуемый момент сопротивления:

- расчетное сопротивление древесины при изгибе, кг/см²

=100 кг/см²

Типовое сечение деревянной промежуточной стойки выбирается по таблице 1[2]. При выбираем сечение W=2843 cм³

3.7.2. Расчет свайного флютбета на сдвиг.

Сдвигающей силой является гидростатическое давление воды при закрытой плотине и наивысшем уровне верхнего бьефа, т.е. при . Устойчивость против сдвига создается за счет круглых свай и шпунтов, забитых в грунт основания и работающих на горизонтальную нагрузку.

Задача расчета - проверка принятой при конструировании схемы забивки свай, их сечений и глубины забивки.

Расчет ведется на ширину отсека флютбета равной расстоянию между соседними продольными рядами свай, т.е. на один продольный ряд свай в пролете плотины.

Рис.18. Схема к расчету свайного флютбета на сдвиг.

принимаем

Расчетная сдвигающая сила при

В пределах расчетной схемы имеется 7 свай площадью F , м² каждая и шпунтовые ряды толщиной и , м, нагрузка приходящаяся на одну сваю или на каждый из шпунтовых рядов определяется по формулам:

Площадь сваи определяется по формуле:

Рис.19

Прочность грунта обеспечена при соблюдении следующих условий:

h - глубина забивки свай, м .

d - диаметр сваи, м

а - возвышение оси насадки над дном котлована. (а =0,5 м )

m - коэффициент зависящий от характера грунта.

- удельный вес грунта, кН/м³

- угол внутреннего трения грунта, град

При насыщении основания водой объемный вес грунта принимается во взвешенном состоянии.

0,26<1,7

2,5<2,8

1,66<1,7

Глубину забивки свай принимаем 4 м , понурного шпунта 2 м , королевского шпунта - 2,5 м.

Максимальный изгибающий момент для сваи или шпунта в тм :

Прочность сваи или шпунта проверим по зависимости:

- моменты сопротивления сваи и расчетные секции шпунта, см³

- расчетное сопротивление при изгибе, кг/см³

1000 т/м³

Таким образом условия выполняются.

3.7.3. Расчет ряжевого устоя на сдвиг.

Ряжевые устои рассчитываются на сдвиг в сторону отверстия плотины под действием распора грунта береговой засыпки. Плоскость сдвига - верх насадок при свайном флютбете.:

Расчет ведется на секцию устоя, расположенного в самой узкой части между открылками. Ширина расчетной секции, а принимается равной продольному размеру ящика устоя, то есть расстоянию в осях его поперечных стенок.

Высота устоя:

- отметка верха устоя, м

- отметка основания устоя, м

Рис.20 Расчетная схема ряжевого устоя и его основания.

Ширина ряжевого устоя в узкой его части берется в пределах В =(0,6¸1,0); а =1,5 м

В=0,6×4,8=2,88 м принимаем В=4 м.

Объем расчетной секции ряжа:

Объем деревянного каркаса ряжа:

Объем загрузки:

Вес деревянного каркаса ряжа и вес загрузки при водопроницаемых водобое и загрузке:

Сдвигающая сила - распор грунта засыпки со стороны берега или земляной дамбы:

************************************************************************

- высота устоя от плоскости сдвига, м.

а - ширина расчетной секции устоя, м.

, - удельный вес и угол внутреннего трения грунта засыпки за устоем.

Сила сопротивления сдвигу берутся из двух компонентов:

а) силы трения деревянного каркаса расчетной секции устоя по насадкам или по ряжу флютбета:

-действующий вес ряжа расчетного отсека.

i - коэффициент передачи веса нагрузки на каркас.

- коэффициент трения ряжа по насадкам или по ряжу флютбета с учетом врубок;

б) силы трения остальной части засыпки расчетного отсека по грунту основания:

- коэффициент трения засыпки ряжа по грунту основания;

Устойчивость ряжевого устоя обеспечивается если выполняется условие:

условие выполняется.

7.4. Расчет свайного основания ряжевого устоя.

Задача расчета - подбор глубины забивки свай, поддерживающих устой.

Опрокидывающий момент относительно оси А-А (рис. 20)

Удерживающий момент:

Расстояние от лицевой стенки ряжа до пересечения равнодействующей вертикальных и горизонтальных сил R с основание ряжа:

Эксцентриситет равнодействующей:

Нагрузка на новую сваю в расчетной секции при одинаковом диаметре и глубине забивки всех свай:

n - число свай в расчетной секции устоя; n=3

х - расстояние от центра тяжести свайного основания до соответствующей сваи;

Отсчитывается в сторону отверстия плотины со знаком «+», в сторону берега «-».

Глубина забивки свай h и их диаметр d подбираются так, чтобы выполнялось условие:

- допускаемая нагрузка на сваю;

, т

- допускаемое давление на грунт; 45т/м³

k - коэффициент зависящий от рода грунта; k=0,25

- удельный вес грунта; =1,9

h - глубина забивки свай; h=4м

F - площадь поперечного сечения сваи;

d - диаметр сваи; d=0,2 м

U - периметр сваи;

t - удельное сопротивление трения грунта 45т/м³

условие выполняется.

7.5. Расчет стоечного контрфорса.

Стоечные контрфорсы могут использоваться постоянные промежуточные опоры в пролете плотины.

При расчете контрфорса учитываются следующие силы:

1) Гидростатическое давление воды P₀ на контрфорсе и на щиты, непосредственно на него опирающиеся.

2) Горизонтальная сила, передаваемая на контрфорс верхними опорными балками, на которые в смежных с рассчитываемым контрфорсом пролетах опираются промежуточные стойки.

Гидростатическое давление воды (т)

В=

- удельный вес воды;

Н - расчетный напор на пороге плотины

- расстояние между осями контрфорса и промежуточных стоек, м.

Расстояние в свету

- ширина контрфорса; 0,5 м

L - ширина выбранной промежуточной стойки. L =0,25 м

Другая действующая на контрфорс горизонтальная сила:

- число промежуточных стоек в смежных с расчетным контрфорсом пролетах; n=3

- верхняя опорная реакция промежуточной стойки;

Контрфорс рассматривается как ферма, и поэтому все действующие силы считаются приложенными в узлах (рис.21)

С учетом этого, сила раскладывается на две составляющие. При треугольной форме эпюры нагрузка :

Рис. 21. Расчетная схема контрфорса с одиночными подкосами.

Вертикальные составляющие , действующие по осям первой и второй стоек контрфорса и растягивающие эти стойки:

- углы наклона к горизонту первого и второго подкосов контрфорса.

Стойки контрфорса проверяют на расстоянии усилиями :

F - площадь поперечного сечения стойки.

Силы, действующие в подкосах контрфорса:

Подкосы контрфорса проверяют на сжатие усилиями и на продольный изгиб, с учетом которого действительное напряжение определяется по формуле:

- расчетные усилия в подкосе, кг

F - площадь поперечного сечения подкоса;

W - момент сопротивления сечения подкоса, см³

М - изгибающий момент

Е - наибольший эксцентриситет силы S относительно оси подкоса, м

7.6. Расчет нижних упорных брусьев.

Нижние упорные брусья воспринимают через поперечный распределительный брус горизонтальное давление от нижних концов промежуточных стоек и передают его через прямые зубья на продольные брусья.

Необходимая площадь смятия:

- сила, равная нижней реакции промежуточной стойки.

- коэффициент смятия поперек волокон на части длины.

Высота упорного бруса по конструктивным соображениям берется в пределах: ; ширина его

Примем ,

В конструкции примем 1 брус, т.к.

Длина зуба находится по допускаемому напряжению на скалывании вдоль волокон:

- допускаемое напряжение на скалывании вдоль волокон

Принимаем

Приняв число зубьев n=2 и назначив высоту зуба проверяем напряжение на смятие зуба вдоль волокон:

- коэффициент смятия 100 кг/см²

условия выполняется.

7.7. Расчет щитов и выбор подъемников.

В качестве затворов низконапорных деревянных плотин используем скользящие щиты. (рис.22)

Рис. 22. Схема к расчету длины щита

Длина щита:

В - расстояние в осях промежуточных стоек;

Е - зазор между щитами и стойкой 0,01-0,02 м

Расчетная длина щита между условными точками опоры:

Расчет прочности производится для нижней доски нижнего щита, ширину доски принимаем .

Напор над центром этой доски:

Давление на один метр доски (Т/м)

Максимальный изгибающий момент ()

Необходимый момент сопротивления:

Толщина щита:

Принимаем толщину щита d =

Высота щитов назначается так, чтобы усилие для подъема каждого из них было примерно одинаковым. Высоту нижнего щита назначают:

Рис. 23. Схема к расчету высоты щитов.

Назначаем

Гидростатическое давление на нижний щит (Т) при расчетном напоре Н (м).

Необходимое усилие для подъема щита - подъемные усилия.

G - вес щита с поковками, т

F - коэффициент трения между щитами и стойкой с учетом возможности загрязнения поверхности (дерево по стали- )

G =

T =

При подъеме щитов воротом усилие (Т); приложенное к его рукоятке. (Рис. 24)

r - радиус вала ворота; 0,1 - 0,15 м; r = 0,1 м

с - длина рукоятки от оси вала; 0,5-0,75 м

n - число рукояток (1 или 2)

h - КПД ворота; 0,8

Рис.24. Схема к расчету ворота.

N =

Т.к. в расчете получилось , то ставятся двое рабочих.

7.8. Расчет верхней упорной балки и служебного моста.

При проектировании верхнего строения плотины выбираем схему, когда верхняя упорная балка служит для подпирания верхних концов промежуточных стоек и работает только на горизонтальную нагрузку; служебный мост имеет самостоятельные прогоны. (Рис.25)

Рис. 25. Расчетная схема верхнего строения плотины.

1- верхняя упорная балка.

2- Прогон

3- Промежуточная стойка.

Верхняя упорная балка опирается на лицевые стены устоев, в нашем же случае на верхнюю насадку контрфорса. Таким образом, расчетный пролет верхней упорной балки равен расстоянию в осях контрфорсов. Расчетная схема верхней упорной балки изображена на Рис.26.

Рис.26. Расчетная схема верхней упорной балки.

Находим максимальный изгибающий момент:

По максимальному изгибающему моменту устанавливаем необходимый момент сопротивления.

Число бревен, составляющих опорную балку находим из условия:

- число бревен в упорной балке.

- момент сопротивления одного бревна.

Для составления верхних упорных балок используем бревна , примем d = 0,28 м.

Число бревен возьмем

Условие выполняется.

Верхняя упорная балка будет иметь вид: Рис.27.

Рис.27. Составление верхней упорной балки.

Расчет служебного моста, схема которого приведена на рис.28 ведем в следующей последовательности:

Рис.28 Схема служебного моста.

Доску полового настила рассчитываем на изгиб, как балку на двух опорах, на которую действует нагрузка от разрешенной массы . На доску шириной на расстоянии между поперечинами удельная нагрузка (т/м)