Курсову роботи виконала Еронько Ірина 3016 / I групи
МВ та ССО РФ
Санкт-Петербурзький Державний технічний університет
Гідротехнічний факультет, кафедра гідравліки
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
1996
Зміст
1. Розрахунок бетонної дамби
1.1 Побудова епюр надлишкового гідростатичного тиску для граней греблі
1.2 Побудова епюр горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на бетонне тіло греблі
1.3 Побудова епюр вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на межі дамби
1.4 Визначення величини і лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску
1.5 Побудова епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на обшивку затвора
1.6 Побудова поперечного перерізу "тіла тиску" для обшивки затвора
1.7 Визначення величини і лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на обшивку затвора
2. Розрахунок автоматичного затвора
2.1 Визначення величини сили, що діє на затвор
2.2 Визначення положення горизонтальної осі затвора
Примітка: 1. знаходження площі епюри вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на затвор греблі (Wеп) Pz
Література
1. Розрахунок бетонної дамби.
1.1 Побудова епюр надлишкового гідростатичного тиску для граней греблі.
Для побудова епюр надлишкового гідростатичного тиску відкладемо в точках 0, 1, 2, 3, 4 перпендикулярно гранях відрізки, числено рівні величинам тиску в них. Надмірне гідростатичний тиск у кожній точці визначається залежністю:
pi = g hi, (1.1)
де g - питома вага рідини, Н/м3; hi - заглиблення i-ої точки під вільною поверхнею води, м.
Тиск у вище зазначених точках буде одно:
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.
Поєднавши послідовно кінці відкладених відрізків, отримаємо епюри тиску на ділянки 0 - 1, 1 - 2 і 3 - 4 греблі. (Рис. 1.1)
1.2 Побудова епюр горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на бетонне тіло греблі.
Для побудови епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску крайні точки 0 і 2 змочувані рідиною поверхні 0 - 1 - 2 і крайні точки 3 і 4 змочувані рідиною поверхні 3 - 4 проектуються на вертикальні лінії. Потім для отриманих проекцій поверхонь 0 '- 2' і 3 '- 4' будуються епюри надлишкового гідростатичного тиску площі яких числено рівні величині Px (0 - 1 - 2) і Px (3 - 4). Сили Px (0 - 1 - 2) і Px (3 - 4) проходять через центри ваги цих епюр. (Рис 1.2)
1.3 Побудова епюр вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на межі дамби.
Дно до епюр, виражають вертикальну складову сили надлишкового гідростатичного тиску, є поперечні перерізи "тел тиску". Щоб побудувати поперечні перерізи "тел тиску" через крайні точки 0 і 2 змочувані рідиною поверхні 0 - 1 - 2 і крайні точки 3 і 4 змочувані рідиною поверхні 3 - 4 проводяться вертикальні лінії до перетину з горизонтом рідини (або його продовженням). Фігури, обмежені цими вертикалями, горизонтом рідини (або його продовженням) і самими поверхнями, представляють собою поперечні перерізи "тел тиску". Площі цих фігур числено рівні величині Pz (0 - 1 - 2) та Pz (3 - 4). Сили Pz (0 - 1 - 2) та Pz (3 - 4) проходять через центри ваги цих епюр. (Рис. 1.2)
1.4 Визначення величини і лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску на поверхню 0 - 1 - 2 і 3 - 4 греблі.
Величина горизонтальної складової сили гідростатичного тиску буде дорівнює:
Pxi = (Wеп) Pxi. b. g, (1.2)
де (Wеп) Pxi - площа i-ої епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, м2; b - ширина греблі, м (b = 1 м).
Площа епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску на межі 0 - 1 - 2 буде дорівнює площі трапеції 0'0''2''2 ':
(Wеп) 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.
Площа епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску
на межі 3 - 4 буде дорівнює площі трикутника 3'3''4 ':
(Wеп) Px (3 - 4) = h32 / 2 = 4.22 / 2 = 8.82 м2;
Px (3 - 4) = 8.82 .1 .104 = 8.82 .104 Н.
Величина вертикальної складової сили гідростатичного тиску буде дорівнює:
Pzi = (Wеп) Pzi. b. g, (1.3)
де (Wеп) Pzi - площа поперечного перерізу i-ого "тіла тиску".
Площа епюри вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску на межі 0 - 1 - 2 буде дорівнює площі трапеції 12'''0'''0:
(Wеп) 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.
Площа епюри вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску на межі 3 - 4 буде дорівнює площі трикутника 43'''3:
(Wеп) 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 сили гідростатичного тиску обчислюється за формулою:
Рi = (Pxi 2 + Pzi 2) Ѕ. (1.4)
Положення лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску визначається кутом нахилу лінії дії сили до горазонталі, тангенс цього кута дорівнює:
tgai = Pzi / Pxi,, (1.5)
де ai - кут нахилу лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на i-ту грань греблі.
Величина сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на межу 0 - 1 - 2 греблі буде дорівнює:
Р (0 - 1 - 2) = ((51.06 .104) 2 + (17.92 .104) 2) Ѕ = 54.11 .104 H.
Кут нахилу лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на межу 0 - 1 - 2 греблі буде дорівнює:
tga (0 - 1 - 2) = 17.92 .104 / 51.06 .104 = 0.35;
a (0 - 1 - 2) »19 °.
Величина сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на межу 3 - 4 греблі буде дорівнює:
Р (3 - 4) = ((8.82 .104) 2 + (17.64 .104) 2) Ѕ = 19.72 .104 H.
Кут нахилу лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на межу 3 - 4 греблі буде дорівнює:
tga (3 - 4) = 17.64 .104 / 8.82 .104 = 2;
a (3 - 4) »63 °.
1.5 Побудова епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на обшивку затвора.
Для побудови епюри горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску крайні точки 0 і а змочувані рідиною поверхні 0 - а і крайні точки проектуються на вертикальну лінію. Потім для отриманої проекції поверхні 0 '- а' будується епюра надлишкового гідростатичного тиску. (Рис. 1.3)
1.6 Побудова поперечного перерізу "тіла тиску" для обшивки затвора.
Для побудови поперечного перерізу "тіла тиску" через крайні точки 0 і а змочувані рідиною поверхні 0 - а проводяться вертикальні лінії до перетину з горизонтом рідини (або його продовженням). Фігура, обмежена цими вертикалями, горизонтом рідини (або його продовженням) і самою поверхнею, являє собою поперечний переріз "тіла тиску". (Рис. 1.3)
1.7 Визначення величини і лінії дії сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на обшивку затвора.
Величину горизонтальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску знаходимо за формулою (1.2). Площа епюри дорівнює площі трикутника 0'0''a ':
(Wеп) Px = H2 / 2 = 3.22 / 2 = 5.12 м2;
Px = 5.12 .1 .104 = 5.12.104 Н.
Величину вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску знаходимо за формулою (1.3). Площа епюри дорівнює площі криволінійної трапеції 0'''a0:
(Wеп) Pz = 2.07 м2; (розрахунок див. у примітці)
Pz = 2.07 .1.104 = 2.07 .104 Н.
Величину сили надлишкового гідростатичного тиску знаходимо за формулою (1.4), а кут нахилу лінії дії цієї сили - за формулою (1.5). Так як затвор являє собою круглоциліндричній поверхню, то результуюча сила ізбточного гідростатичного тиску проходить через центр кола, що є направляючою лінією поверхні.
Р = ((5.12 .104) 2 + (2.07 .104) 2) Ѕ = 5.52 .1 .104 H;
tga = 2.07 .104 / 5.12 .104 = 0.4;
a »22 °.
2. Розрахунок автоматичного затвора.
2.1 Визначення величини сили, що діє на затвор.
Сила надлишкового гідростатичного тиску, що діє на обшивку затвора расчітвается за формулою:
P = Pc. S, (2.1)
де Pc - абсолютна гідротатіческое тиск у точці, що є центром тяжіння затвора, Н/м2; S - площа затвора, м2.
Площа затвора дорівнює площі овалу і визначається за формулою:
S = p. Ab = 3.14 .1.2 .0.84 = 3.17 м2.
Тиск у центрі ваги затвора знаходиться за формулою:
Pc = r. G. Hc, (2.2)
де r - щільність рідини, кг/м3; g - прискорення вільного падіння, м/с2; hc - - заглиблення центру ваги затвора під вільною поверхнею води, м.
Pc = 1000. 9.81. 1.2 = 1.18. 104.
Сила, що діє на затвор буде дорівнює:
P = 1.18. 104. 3.17 = 3.74. 104 Н.
2.2 Визначення положення горизонтальної осі затвора.
Для того, щоб затвор був нерухомий при даному рівні води (горизонті рідини), горизонтальна вісь затвора повинна проходити через центр тиску. (Рис. 2.1)
Центр тиску буде мати координату:
yD = yC + e, (2.3)
де yD - координата центра тиску, м; yC - координата центра ваги, м; e - ексцентриситет, м.
Ексцентриситет визначається за формулою:
e = Ic / S. yC, (2.4)
де Ic - момент інерції затвора щодо горизонтальної осі, що проходить через центр тяжес-ти, М4.
Момент інерції перерізу буде дорівнює моменту інерції овалу і шукається за формулою:
Ic = p. a3b / 4 = 3.14. 1.23. 0.84 / 4 = 1.14 М4.
Зазначені вище параметри затвора будуть рівні:
e = 1.14 / 3.17. 2.4 = 0.15 м;
yD = 2.4 + 0.15 = 2.55 м.
Примітка: 1. знаходження площі епюри вертикальної складової сили надлишкового гідростатичного тиску, що діє на затвор греблі (Wеп) Pz.
SOBa = (Wеп) 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) Ѕ
OD = R = 4.8 м
AD = (4.82 - 0.642) Ѕ = 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) Ѕ
aD = R = 4.8 м
aC = (4.82 - 3.842) Ѕ = 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
(Wеп) Pz = 2.07 м2
Список літератури
1. Чугаєв Р.Р. Гідравліка (технічна механіка рідини). - Л.: Енергоіздат, 1982. - 672 с.
2. Кожевнікова Є.М. , Орлов В.Т. Методичні вказівки з виконання курсових і розрахунково-графічних робіт з курсу гідравліки. - Л.: Видання ЛПІ ім. М.І. Калініна, 1985. - 48 с.