Гидравлические расчеты конструктивных элементов сооружений

 

P_y = ρ g V_т.д., Н                                               (17)

 

где V_т.д. – объем тела давления, м³; телом давления называется тело, находящееся над цилиндрической поверхностью. Чтобы найти его величину необходимо крайние точки A и B (рис. 3) спроецировать на уровень водной поверхности. Точка A проецируется в положение A^' , точка B – в положение B^'. Таким образом, величина объема тела давления определяется произведением ширины b на площадь тела давления ABB^'A^' и формулу (17) можно переписать в виде:

 

P_y = ρ g b S_т.д., Н,                                         (17*)

 

где b – ширина днища дока, по заданию b = 7,5 м; S_т.д. = S_ABB'A' – площадь тела давления, ее легко определить из рис. 2, сложив площади составляющих прямоугольников:

S_т.д. = (4,67 + 4,36 + 3,72 + 2,50) · 1,1625 = 15,25 м².

Тогда

 

P_y = 1000 · 9.81 · 7,5 · 15,25 = 1122,19 кН.

 

Сила P_y проходит через центр тяжести тела давления. Так как тело давления не заполнено водой, то эта сила производит выталкивающий эффект и направлена вверх (в случае, если тело давления будет заполнено водой, то вертикальная составляющая P_y производит надавливающий эффект, и будет направлена вниз). Центр тяжести тела давления определяется значениями, найденными по формулам:

 

= S · x_ц.т.,                                                (18)

 

S₁ · x₁ + S₂ · x₂ = (S₁ + S₂) · x_ц.т.,                                  (19)

 

x_ц.т. = _, м                                            (20)

 

x_ц.т. = = 1,77 м.

 

= S ·  y_ц.т.,                                                (21)

 

S₁ · y₁ + S₂ · y₂ = (S₁ + S₂) · y_ц.т.,                                  (22)

 

y_ц.т. = _, м                                            (23)

 

y_ц.т. = = 2,00 м.

 

Результирующая  сила P₄ от гидростатической нагрузки на цилиндрическую поверхность находится по формуле:

 

P₄ = , Н.                                              (24)

 

P₄ = = 1375,51 кН.

 

 Угол наклона этой силы к горизонту определяется зависимостью:

 

tg α  = ,                                                      (25)

 

tg α  = = 1,41.

 

Этому значению соответствует  угол наклона α = 52^º. Графически положение P₄ (рис. 3) находится следующим образом:

1. Строится в масштабе треугольник сил.
2. Линии действия сил P_x и P_y проводятся до их пересечения.
3. Точка пересечения определит линию действия результирующей силы P₄, а приложенна эта сила к обшивке корпуса носовой секции дока под углом α.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Распределение ригелей на кормовой стенке дока

 

Ригель – это ребро  жесткости (балка, ферма), воспринимающее основную нагрузку. Ригель выполняется  в виде двутавра или швеллера и  рассчитывается исходя из условий равной загруженности. Положение ригеля определяется центром давления, т.е. точкой приложения гидростатической силы с тем, чтобы ригель принял на себя максимальную нагрузку от воды.

Общая нагрузка от воды на торцевую стенку P₅ определяется по формуле (4). Величина h_c определяется по формуле (5), т.к. h_c1 = h_c5 = 2,33 м.

Значение площади равно S = b · (a – c) = 7,5 · (5,8 – 1,15) = 34,88 м².

Тогда

 

P₅ = 1000 · 9,81 · 2,33 · 34,88 = 797,26 кН.

 

Нагрузка, приходящаяся на один ригель (исходя из условий равной загруженности) определяется по формуле:

 

P_риг = , Н,                                                (26)

 

где n – число ригелей, по заданию n = 3.

 

P_риг = = 265,75 кН.

 

Такую нагрузку воспринимает на себя каждый из трех заданных ригелей.

Следующим этапом определяются зоны грузовых площадок, т.е. зоны действия каждого ригеля. Поскольку торцевая стенка вертикальная, то это можно  сделать с помощью формулы (10*). Для 1-го ригеля верхняя кромка грузовой площадки определится величиной h₁ = 0, а нижняя – значением h₂ из формулы (10*):

 

, м,                                       (27)

 

 = 2,69 м.

 

Грузовая площадка 2-го ригеля находится ниже (рис. 4), для нее h₁ = 2,69м., а h₂ вычисляется по формуле (27) и так далее для каждого последующего ригеля; центры давления h_D для каждой грузовой площадки определяется по формуле (11*). Результаты расчетов сводятся в табл. 3.

 

 

 

 

Таблица 3 – К определению  положения ригелей

№№ ригелей	h1, м	h2, м	hD, м
1	0	2,69	1,79
2	2,69	3,80	3,28
3	3,80	4,65	4,24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение грузоподъемности дока

 

Грузоподъемность дока q – это максимальная масса груза, которую возможно поднять, переместить в один прием; измеряется в килограммах (тоннах).

В расчете определяется вес  поднимаемого груза P_гр при частичном заполнении дока водой (рис. 5) по формуле:

 

P_гр = P_арх – G, Н,                                            (28)

 

где P_арх – выталкивающая (архимедова) сила; G – собственный вес дока, т (в задании указана масса m = 91 т), тогда вес дока будет равен G = m · g = 892,71 кН.

 

P_арх = ρ · g · V, т.                                            (29)

 

V = (a – с – d) · b · L*, м³                                    (30)

 

где V – объем погруженной в воду части дока, незаполненной водой (не заполненной водой), м³, L* - определяется из геометрии дока: ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды.

 

V = (5,8 – 1,15 – 0,75) · 7,5 · 31,75 = 928,69 м³,

 

Отсюда 

 

P_арх = 1000 · 9,81 · 928,69 = 9110,45 кН,

 

получаем

 

P_гр = 9110,45 – 892,71 = 8217,74 кН, тогда q = = = 837,69 т

 

Максимальная масса груза, которую может транспортировать данный док 837,69 тонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Чугаев Р.Р. Гидравлика: учебник для вузов. Р.Р. Чугаев – Л.: Энергия, 1982 – 572с.
2. Агеева В.В. Методические указания к выполнению гидравлических расчетов конструктивных элементов сооружений по дисциплине «Гидравлика. Часть 1. Гидростатика» для студентов заочной формы обучения направления подготовки 270100 – Строительство – Н.Новгород: Нижегород.гос.архит.-строит.ун-т, 2009. – 38с.