Задача 7.1. Расчет и конструирование стальной обшивки

Стальная обшивка затвора в большинстве случаев является основным элементом затвора, ее масса может составлять 30% массы затвора. Обшивка относится к элементам первого класса, для которого нормальные напряжения в сечении в соответствии с п. 5.2.5 [1] не превышают расчетного сопротивления стали .

Обшивка опирается на два стрингера и на две диафрагмы (рис. 7.1) и загружена гидростатическим давлением воды на уровне центра тяжести , где h - расчетная глубина воды. Кромки обшивки длиной a, шириной b (a> b) считаются жестко заделанными на опорах. Минимальная толщина обшивки t зависит от ширины перекрываемого отверстия L: t = 6 мм при L < 10 м, t = 10 мм при L ≥ 10 м. Обшивка должна удовлетворять:

– условию прочности при местном изгибе жесткой пластинки;

– условию жесткости при предельном прогибе f / b =1/150;

– условию устойчивости обшивки как присоединенного пояска ригеля при общем изгибе затвора.

Исходные данные вариантов (I J K) к задаче 7.1 приведены в табл. 7.1. Перекрываемые отверстия имеют ширину L ≥ 10 м.

Таблица 7.1. Исходные данные к задаче 7.1

Рис. 7.1. Расчетная схема обшивки затвора (1 – диафрагма, 2 – стрингер, ЦТ – центр тяжести балки-полоски)

7.1.1. Задание

Выполнить расчет обшивки плоского поверхностного затвора при следующих исходных данных:

– глубина воды h = 15, 00 м;

– класс гидросооружения I;

– шаг балок настила (стрингеров) b = 1000 мм;

– шаг диафрагм a = 2000 мм;
– сталь С285;

– предельный относительный прогиб f / b =1/150.

7.1.2. Решение

1. Расчетные сопротивления материала: расчетное сопротивление стали для листов толщиной от 2 до 10 мм , ; для листов толщиной свыше 10 мм до 20 мм , (приложение В, табл. В.5 [1]); , (приложение Д [1]).

2. Под действием гидростатического давления обшивка испытывает цилиндрический изгиб в вертикальном направлении, т.е. ее расчетную схему можно рассматривать как многопролетную балку – полоску единичной ширины (рис. 7.1). Влияние отношения размеров плиты a/b на величину изгибающего моментаучитывается коэффициентом k (табл. 7.2).

Таблица 7.2. Значения коэффициента k при упругой работе стали

	1, 0	1, 2	1, 4	1, 6	1, 8	2, 0	3, 0	4, 0	5, 0
k	0, 0517	0, 0612	0, 0714	0, 0784	0, 0821	0, 0829	0, 0832	0, 0833	0, 0833

3. Расчетная нагрузка от давления воды на уровне середины пластины

,

где – массовая плотность речной воды, ;

g – ускорение свободного падения, .

4. Расчетная толщина пластины из условия прочности

.

5. Расчетная толщина обшивки из условия жесткости

.

6. Расчетная толщина обшивки из условия обеспечения устойчивости при работе в составе присоединенного пояска ригеля

.

7. Конструируем обшивку: принимаем из трех значений толщины наибольшее значение 14, 5 мм > 10 мм и округляем до стандартного размера t = 15 мм по ГОСТ 19903-74.