Реферат: Построение бетонной плотины
Реферат: Построение бетонной плотины
Курсовую работы выполнила Еронько Ирина 3016/I группы
МВ и ССО РФ
Санкт-Петербургский Государственный технический
университет
Гидротехнический факультет, кафедра гидравлики
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
1996
Cодержание
1. Расчет
бетонной плотины
1.1
Построение эпюр избыточного гидростатического давления для граней плотины
1.2
Построение эпюр горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического
давления , действующего на бетонное тело плотины
1.3
Построение эпюр вертикальной составляющей силы избыточного гидростатического
давления , действующего на грани плотины
1.4
Определение величины и линии действия силы избыточного гидростатического
давления
1.5
Построение эпюры горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического
давления , действующего на обшивку затвора
1.6
Построение поперечного сечения “ тела давления ” для обшивки затвора
1.7
Определение величины и линии действия силы избыточного гидростатического
давления , действующего на обшивку затвора
2. Расчет
автоматического затвора
2.1
Определение величины силы , действующей на затвор
2.2
Определение положения горизонтальной оси затвора
Примечание:
1. нахождение площади эпюры вертикальной составляющей силы избыточного
гидростатического давления , действующей на затвор плотины (Wэп)
Pz
Литература
1. Расчет бетонной плотины .
1.1 Построение эпюр избыточного гидростатического
давления для граней плотины .
Для
построение эпюр избыточного гидростатического давления отложим в точках 0, 1,
2, 3, 4 перпендикулярно граням отрезки , числено равные величинам давления в
них . Избыточное гидростатическое давление в каждой точке определяется
зависимостью :
pi
= g hi , (1.1)
где g - удельный вес жидкости , Н/м3 ; hi
- заглубление i-ой точки под свободной поверхностью воды , м
.
Давление в
выше указанных точках будет равно :
p0
= g h0 = 104 Н/м3. 3.2 м
= 3.2 .104 Н/м2;
p1
= g h1 =104 Н/м3. 8 м =
8 .104 Н/м2;
p2
= g h2 =104 Н/м3. 10.6 м
= 10.6 .104 Н/м2;
p3
= g h3 =104 Н/м3. 4.2 м
= 4.2 .104 Н/м2;
p4
= g h4 =104 Н/м3. 0 м =
0 Н/м2 .
Соединив
последовательно концы отложенных отрезков , получим эпюры давления на участки 0
- 1 , 1 - 2 и 3 - 4 плотины . ( рис. 1.1 )
1.2 Построение эпюр горизонтальной составляющей силы
избыточного гидростатического давления , действующего на бетонное тело плотины
.
Для
построения эпюры горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического
давления крайние точки 0 и 2 смачиваемой жидкостью поверхности 0
- 1 - 2 и крайние точки 3 и 4 смачиваемой жидкостью
поверхности 3 - 4 проектируются на вертикальные линии. Затем для
полученных проекций поверхностей 0’ - 2’ и 3’ - 4’ строятся эпюры
избыточного гидростатического давления площади которых числено равны величине Px(
0 - 1 - 2 ) и Px( 3 - 4 ) . Силы Px( 0 - 1 - 2 )
и Px( 3 - 4 ) проходят через центры тяжести этих эпюр . ( рис
1.2 )
1.3 Построение эпюр вертикальной составляющей силы
избыточного гидростатического давления , действующего на грани плотины .
Эпюрами,
выражающими вертикальную составляющую силы избыточного гидростатического
давления , являются поперечные сечения “ тел давления ”. Чтобы построить
поперечные сечения “ тел давления “ через крайние точки 0 и 2
смачиваемой жидкостью поверхности 0 - 1 - 2 и крайние точки 3 и 4
смачиваемой жидкостью поверхности 3 - 4 проводятся вертикальные линии до
пересечения с горизонтом жидкости ( или его продолжением ) . Фигуры ,
ограниченные этими вертикалями , горизонтом жидкости ( или его продолжением ) и
самими поверхностями , представляют собой поперечные сечения “ тел давления “ .
Площади этих фигур числено равны величине Pz( 0 - 1 - 2 ) и Pz(
3 - 4 ) . Силы Pz( 0 - 1 - 2 ) и Pz( 3 - 4
) проходят через центры тяжести этих эпюр . ( рис. 1.2 )
1.4 Определение величины и линии действия силы
избыточного гидростатического давления на поверхность 0 - 1 - 2 и 3 -
4 плотины .
Величина
горизонтальной составляющей силы гидростатического давления будет равна :
Pxi
= (Wэп) Pxi . b . g , (
1.2 )
где (Wэп)
Pxi - площадь i-ой эпюры
горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического давления , м2
; b - ширина плотины , м ( b=1м ).
Площадь эпюры
горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического давления для
грани 0 - 1 - 2 будет равна площади трапеции 0’0’’2’’2’ :
(Wэп)
Px( 0 - 1 - 2 ) = (0’0’’ + 2’2’’)(h1 - H)/2 = (3.2+10.6)(10.6
- 3.2)/2 = 51.06 м2 ;
Px( 0
- 1 - 2 ) = 51.06 .1 .104 = 51.06 .104
Н .
Площадь эпюры
горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического давления
для грани 3
- 4 будет равна площади треугольника 3’3’’4’ :
(Wэп)
Px( 3 - 4 ) = h32/2 = 4.22/2 = 8.82 м2
;
Px( 3
- 4 ) = 8.82 .1 .104 = 8.82 .104
Н .
Величина
вертикальной составляющей силы гидростатического давления будет равна :
Pzi
= (Wэп) Pzi . b . g , ( 1.3 )
где (Wэп)
Pzi - площадь поперечного
сечения i-ого“ тела давления “.
Площадь эпюры
вертикальной составляющей силы избыточного гидростатического давления для грани
0 - 1 - 2 будет равна площади трапеции 12’’’0’’’0 :
(Wэп)
Pz( 0 - 1 - 2 ) = (0’’’0+2’’’1)2’’’0’’’/2 = (3.2+8.0) .3.2/2 =
17.92 м2 ;
Pz( 0
- 1 - 2 )= 17.92 .1 .104= 17.92 .104
Н .
Площадь эпюры
вертикальной составляющей силы избыточного гидростатического давления для грани
3 - 4 будет равна площади треугольника 43’’’3 :
(Wэп)
Pz( 3 - 4 ) = 3’’’4 . 3’’’3/2 = 4.2 . 8.4/2 = 17.64
м2 ;
Pz( 3
- 4 ) = 17.64 .1 .104 = 17.64 .104
Н .
Величина силы
гидростатического давления вычисляется по формуле :
Рi = ( Pxi 2 + Pzi 2)
½ . ( 1.4 )
Положение
линии действия силы избыточного гидростатического давления определяется углом
наклона линии действия силы к горазонтали , тангенс этого угла равен :
tgai = Pzi /Pxi, , ( 1.5 )
где ai - угол наклона линии действия силы избыточного
гидростатического давления , действующей на i-ую грань плотины.
Величина силы
избыточного гидростатического давления , действующей на грань 0 - 1 - 2
плотины будет равна :
Р( 0
- 1 - 2 ) =(( 51.06 .104)2+( 17.92 .104)2)½ =
54.11 .104 H .
Угол наклона
линии действия силы избыточного гидростатического давления , действующей на
грань 0 - 1 - 2 плотины будет равен :
tga( 0 - 1 - 2 ) = 17.92 .104/ 51.06 .104
= 0.35 ;
a( 0 - 1 - 2 ) » 19° .
Величина силы
избыточного гидростатического давления , действующей на грань 3 - 4
плотины будет равна :
Р( 3
- 4 ) =(( 8.82 .104)2+( 17.64 .104)2)½ =
19.72 .104 H .
Угол наклона
линии действия силы избыточного гидростатического давления , действующей на
грань 3 - 4 плотины будет равен :
tga( 3 - 4 ) = 17.64 .104/ 8.82 .104 =
2 ;
a( 3 - 4 ) » 63° .
1.5 Построение эпюры горизонтальной составляющей силы
избыточного гидростатического давления , действующего на обшивку затвора .
Для
построения эпюры горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического
давления крайние точки 0 и а смачиваемой жидкостью поверхности 0
- а и крайние точки проектируются на вертикальную линию . Затем для
полученной проекции поверхности 0’ - а’ строится эпюра избыточного
гидростатического давления . ( рис. 1.3 )
1.6 Построение поперечного сечения “ тела давления ”
для обшивки затвора .
Для
построения поперечного сечения “ тела давления ” через крайние точки 0 и
а смачиваемой жидкостью поверхности 0 - а проводятся вертикальные
линии до пересечения с горизонтом жидкости ( или его продолжением ) . Фигура ,
ограниченная этими вертикалями , горизонтом жидкости ( или его продолжением ) и
самой поверхностью , представляет собой поперечное сечение “тела давления“ . (
рис. 1.3 )
1.7 Определение величины и линии действия силы
избыточного гидростатического давления , действующего на обшивку затвора
.
Величину
горизонтальной составляющей силы избыточного гидростатического давления находим
по формуле ( 1.2 ) . Площадь эпюры равна площади треугольника 0’0’’a’ :
(Wэп)
Px = H2/2 = 3.22/2= 5.12 м2 ;
Px
= 5.12 .1 .104 = 5.12.104
Н .
Величину
вертикальной составляющей силы избыточного гидростатического давления находим
по формуле ( 1.3 ) .Площадь эпюры равна площади криволинейной трапеции 0’’’a0
:
(Wэп)
Pz = 2.07 м2 ; ( расчет см. в примечании )
Pz=
2.07 .1.104 = 2.07 .104
Н .
Величину силы
избыточного гидростатического давления находим по формуле ( 1.4 ) , а угол наклона
линии действия этой силы - по формуле ( 1.5 ) . Так как затвор представляет
собой круглоцилиндрическую поверхность , то результирующая сила избточного
гидростатического давления проходит через центр окружности , являющейся
направляющей линией поверхности .
Р=((5.12 .104)2+(
2.07 .104)2)½ = 5.52 .1 .104 H ;
tga = 2.07 .104/ 5.12 .104
= 0.4 ;
a » 22° .
2. Расчет автоматического затвора .
2.1 Определение величины силы , действующей на затвор
.
Сила
избыточного гидростатического давления , действующей на обшивку затвора
расчитвается по формуле :
P
= Pc . S , ( 2.1 )
где Pc
- абсолютное гидротатическое давление в точке , являющейся центром
тяжести затвора , Н/м2 ; S - площадь затвора , м2.
Площадь
затвора равна площади овала и определяется по формуле :
S
= p .ab
= 3.14 .1.2 .0.84 = 3.17 м2 .
Давление в
центре тяжести затвора находится по формуле :
Pc
= r .g .hc , ( 2.2 )
где r - плотность
жидкости , кг/м3 ; g - ускорение свободного
падения , м/с2; hc - - заглубление центра
тяжести затвора под свободной поверхностью воды , м .
Pc
= 1000 . 9.81 . 1.2 = 1.18 . 104 .
Сила ,
действующая на затвор будет равна :
P = 1.18
. 104 . 3.17 = 3.74 . 104 Н .
2.2 Определение положения горизонтальной оси затвора .
Для того ,
чтобы затвор был неподвижен при данном уровне воды ( горизонте жидкости ) ,
горизонтальная ось затвора должна проходить через центр давления . ( рис. 2.1 )
Центр
давления будет иметь координату :
yD
= yC + e , ( 2.3 )
где yD
- координата центра давления , м ; yC - координата
центра тяжести , м ; e - эксцентриситет , м .
Эксцентриситет
определяется по формуле :
e
= Ic / S . yC , ( 2.4 )
где Ic
- момент инерции затвора относительно горизонтальной оси , проходящей через
центр тяжес-ти , м4 .
Момент
инерции сечения будет равен моменту инерции овала и ищется по формуле :
Ic
= p . a3b / 4 = 3.14 . 1.23 .
0.84 / 4 = 1.14 м4 .
Указанные
выще параметры затвора будут равны :
e = 1.14 /
3.17 . 2.4 = 0.15 м ;
yD
= 2.4 + 0.15 = 2.55 м .
Примечание:
1. нахождение площади эпюры вертикальной составляющей силы избыточного
гидростатического давления , действующей на затвор плотины (Wэп)
Pz .
SOBa
= (Wэп) Pz = SABCD - SOAD -
SDaC - SDOa
SABCD=
AB .AD
AB
= OB + OA
OB
= H = 3.2 м
OA
= a = 0.64 м
AB
= 3.2 + 0.64 = 3.84 м
AD
= ( OD2 - OA2)½
OD
= R = 4.8 м
AD
= ( 4.82 - 0.642)½ = 4.76 м
SABCD=
3.84 . 4.76 = 18.27 м2
SOAD=
OA . AD . 0.5 = 0.64 . 4.76 . 0.5 =
1.52 м2
SDaC=
DC . aC
DC
= AB = 3.84 м
aC
= ( aD2 - DC2)½
aD
= R = 4.8 м
aC
= ( 4.82 - 3.842)½ = 2.88 м
SDaC=
3.84 . 2.88 = 5.53 м2
SDOa=
p .
DO2 . a / 360°
a = Ð aDO = 90° - b -
g
b = Ð aDC = arcsin( aC / aD)= arcsin(2.88 /
4.8)= arcsin(0.6) » 36.87°
g = Ð ODA = arcsin(OA / OD)= arcsin(0.64 / 4.8)=
arcsin(0.13) » 7.66°
a = 90° - 36.87°
-7.66° = 45.47°
SDOa=
3.14 . 4.82 . 45.47° / 360° = 9.14 м2
SOBa
= 18.27 - 1.52 - 5.53 - 9.14 = 2.07 м2
(Wэп)
Pz = 2.07 м2
Список литературы
1. Чугаев
Р.Р. Гидравлика ( техническая механика жидкости ) . - Л.: Энергоиздат , 1982. -
672 с.
2.
Кожевникова Е.Н. , Орлов В.Т. Методические указания по выполнению курсовых и
расчетно-графических работ по курсу гидравлики . - Л. : Издание ЛПИ им. М.И.
Калинина , 1985. - 48 с.
|