; 
.
6) Сила сцепления между частицами грунта
,
где 
- длина кривой АВ с радиусом R и центральным углом 
.
.
– удельное сцепление грунта. 
.
.
Далее рассчитываем коэффициент устойчивости 
, представляющий собой отношение моментов относительно центра кривой сегмента АОВ сил, сопротивляющихся сдвигу, к моменту сил, сдвигающих массив грунта:
.
.
Отсюда можно сделать вывод, что сдвиг плотины по рассматриваемой поверхности сдвига невозможен, т. к. значение превышает минимальное допустимое 
.
3.6 Окончательное проектное решение
При проектировании тела бетонной плотины были определены следующие её параметры: высота плотины 
, ширина каждого из четырёх пролётов водосливной грани 
, толщина быков 
.
Водосливная грань плотины сопрягается с нижним бьефом с помощью водобойного колодца, глубина которого 
и длина 
. За водобойным колодцем устанавливаем рисберму, после которой вода попадает в канал, соединяющий её с рекой.
Бетонная плотина смыкается с телом грунтовой плотины при помощи подпорных стенок. Для обеспечения устойчивости стенок на сдвиг устраиваем фундаментную подушку в сторону берега. Конструируем подпорные стенки из железобетона.
4. Конструирование плоского затвора
Из всего многообразия видов поверхностных затворов выбираем плоские затворы, которые представляют собой плоскую ригельную конструкцию, поступательно перемещающуюся в пазах на скользящих или колесных опорах и передающую давление воды на быки. Воду пропускают с одной стороны от подвижной конструкции – из – под затвора. Плоскими затворами перекрывают отверстия пролетом до 30 – 40 м при напоре до 12 –15 м.
4.1 Описание конструкций затвора
У небольших плоских затворов, устанавливаемых на сетевых сооружениях и в составе затворов мостовых и с поворотными фермами, пролетные строения выполняют по типовым проектам из стального 6‑мм листа с подкреплением уголками и полосами и из шпунтованных досок на шпонках. Специальных уплотнений и опорно-ходовых частей эти затворы не имеют. У крупных затворов пролетные строения содержат более или менее явно выраженные элементы: ригели, обшивку, балочную клетку, диафрагмы, опорно-концевые стойки, подъемно – весовые фермы.
Ригели работают как статически определимые двухопорные балки. Высота их определяется: 1) допустимым относительным прогибом в пролете (1/1000 для затворов с верхним горизонтальным уплотнением, 1/600 для прочих основных затворов, 1/500 для аварийных, 1/400 для ремонтных затворов); 2) допустимыми нормальными напряжениями от изгиба в поясах ригелей посередине пролета; 3) допустимыми касательными напряжениями от перерезывающих сил в стенках ригелей у опор. У большепролетных поверхностных затворов высота ригелей лимитируется чаще всего первым условием и составляет 1/7 – 1/9 пролета. У опор она может быть уменьшена на 40 – 60% с ориентацией на третье условие.
Ригели конструируют по общим правилам проектирования металлических конструкций. В последнее время предпочитают сплошноступенчатые ригели и ригели из прокатных профилей. Они технологичнее, обеспечивают высокую живучесть при случайных повреждениях, большую устойчивость и выносливость конструкции, их легче очищать и защищать от коррозии. Ригели – фермы применяют лишь для поверхностных затворов очень большого пролета (более 20 м). В сплошноступенчатых конструкциях обязательно устройство отверстий в стенках для стока воды.
Основное правило расположения ригелей по высоте – их равнонагруженность. В связи с этим у поверхностных затворов (имеющих обычно два ригеля) их располагают в нижней части на равном расстоянии от точки приложения равнодействующей сил давления воды. У низконапорных глубинных затворов неравномерность расстановки ригелей менее заметна. У средне- и высоконапорных глубинных затворов ригели расставляют равномерно. Расстояние между их растянутыми поясами принимают не менее 450 – 500 мм из условия возможности ведения сварки, очистки и окраски.
Обшивку поверхностных затворов выполняют из листовой стали толщиной 8 – 20 мм, глубинных – 10 – 60 мм. При шаге ригелей более 50 – 60 мм толщин обшивки ее подкрепляют балочной клеткой из стоек и обрешетин, передающих нагрузку на ригели и обеспечивающих устойчивость обшивки. Обычно необходимость в таком подкреплении возникает у поверхностных затворов. Стойки могут быть разрезными на ригелях или неразрезными.
4.2 Расчетно-графическая схема
Высота перекрываемого отверстия 
м, тогда высота затвора принимается с учетом сухого запаса 
м, 
м, а ширина перекрываемого отверстия ℓ = 3,0 м. Расчетный пролет затвора определяется как L= ℓ + (0,2…0,25) = 3,0+ 0,2 = 3,2 м.
Принимаем двухригельный колесный металлический затвор как наиболее экономичный и широко распространенный из-за простоты конструкции, точности передачи давления воды на опорно-ходовые части и легкости изготовления. В двухригельных затворах ригели располагаем на равных расстояниях от направления равнодействующей гидростатического давления. При соблюдении этого условия ригели получаются одинакового сечения.
Расчет ригелей ведём на равномерно распределённую нагрузку на 1 м длины при учете силы гидростатического давления воды и силы собственного веса ригеля по формуле:
, т
где Н – напор воды, Н = 1 м ;
– удельный вес воды принимаем равной 1т;
q1 – равномерно распределенная нагрузка на 1 м длины.
Для ригелей используем прокатные профили двутаврового сечения. Принимаем предварительно двутавр №12. По таблице сортамента прокатных профилей определяем параметры двутавра: площадь поперечного сечения 
; вес 1 п. м 
; момент сопротивления 
; момент инерции 
; толщина стенки 
.
Собственный вес 1 п. м ригеля 
.
Отсюда можно определить суммарную нагрузку:
.
Максимальный изгибающий момент:
,
где - расчётный пролёт затвора.
Высоту ригеля определим по формуле:
,
где
т/м2
– расчетное напряжение для стали.
Получаем высоту ригеля:
,
что соответствует предварительно принятой высоте ригеля из двутавра №12.
Далее подобранное сечение ригеля проверяем на прогиб. Прогиб ригеля определяем по формуле:
,
где 
- сопротивление прогибу. 
.
.
Рассчитаем относительный прогиб 
:
.
Полученная величина не должна превышать нормативного значения:
.
Условие выполнено, т. к. рассчитанное значение не превышает нормативное.
Таким образом, окончательно можно принять прокатный профиль двутаврового сечения №12.
4.3 Окончательное проектное решение
На основании проведённых выше расчётов окончательно проектируем колёсный металлический затвор.
Ригели выполнены из прокатных профилей двутаврового сечения. Поперечные и опорные балки также запроектированы из проката двутаврового сечения, но на два порядка меньше профиля ригелей.
Нижняя и верхняя обвязки выполнены из швеллера, поперечные и продольные связи – из уголка, на порядок меньше швеллера.
Кроме этого, поверх каркаса затвора выполнена обшивка из металлических листов толщиной 6 мм.
В результате расчётов были вычислены размеры затвора:
, 
.
Графическим способом определили положение ригелей в затворе (рис.).
Заключение
В данном проекте был последовательно решен комплекс вопросов по обоснованию необходимости, экономической и технической возможности сооружений. Разработано несколько вариантов конструкций и компоновок сооружений с последующей детальной разработкой.
При помощи справочно-методической литературы произведен расчет высоты гребня грунтовой плотины, устойчивости откоса грунтовой плотины, устойчивости бетонной плотины. Также выбран башенный водосброс для заданного рельефа и произведены соответствующие расчеты. Исходя из относительной дешевизны и простоты конструкции были выбраны плоские двухригельные затворы, произведены требуемые расчеты.
Список используемой литературы
1. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. В.С. Лапшенков, М. Агропромиздат.: 1989 г.
2. Гидротехнические сооружения. Под ред. Н.П. Розанова, М. Стройиздат.: 1978 г.
3. Справочник по гидравлическим расчетам. П.Г. Киселев, М. – Л.: Госэнергоиздат.: 1961 г.
4. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения. – М.: Энергия, 1968.-343 с.
5.Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К. Гидротехнические сооружения. – М.: Колос, 1968. – 465 с.
29-04-2015, 00:43