Схема распределения нагрузки на балки балочной клетки

Определение нагрузки на балки. Для определения нагрузки на балку выявляют соответствующую балке грузовую площадь, на которую действует равномерно распределенная нагрузка.

На фигуре грузовая площадь 1 второстепенной балки (заштрихована в клетку) имеет ширину а (шаг балок) и длину I (пролет балки). На главную балку действует нагрузка с грузовой площади, обозначенной цифрой 2, на колонку — цифрой 3.

При расчете прокатных балок влиянием их собственного веса можно пренебречь вследствие малого его значения.

29) Центрально сжатые колонны, особенности их работы. Типы сечений центрально сжатых колонн.

Колонна- это элемент конструкций, предназначенный для восприятия нагрузки на опоре пролётного строения и передачи её на фундамент. Как следствие, колонны работают в основном на сжатие.

Колонны подразделяются по расчетной схеме настатически определимые и статически неопределимые. По виду загружения на центрально сжатые, и внецентренно сжатые и сжато изогнутые. По конструкции на сплошностенчатые и сквозные. Сквозные колонны представляют собой два либо несколько стержней, объединённых между собой планками или раскосной решеткой.

30) Работа стальных стержней на центральное сжатие. Понятие о критической силе и расчетной длине центрально-сжатого стержня. Условие равноустойчивости.

Деформированное состояние центрально-сжатого стержня (рис. 8.1, а) может быть устойчивым или неустойчивым. Если вывести стержень из первоначального состояния малой дополнительной горизонтальной силой Р, то он окажется искривлённым (рис. 8.1, б). После удаления силы Р стержень либо возвращается в первоначальное прямолинейное состояние (рис. 8.1, в), либо остаётся искривлённым (рис. 8.1, г). Первый случай соответствует устойчивому деформированному состоянию стержня, второй случай – неустойчивому деформированному состоянию.

Рис. 8.1. Состояния сжатого стержня: а – исходное; б – стержень с дополнительной поперечной нагрузкой Р; в – прямолинейный стержень после удаления силы Р; г – криволинейный стержень после удаления силы Р

Между устойчивым и неустойчивым состояниями теоретически существует промежуточное, называемое критическим состоянием, при котором стержень после удаления силы Р может остаться в равновесии как в прямолинейном состоянии, так и в криволинейном. При заданных размерах стержня вид его деформированного состояния зависит от величины сжимающей силы.

Наибольшая величина сжимающей силы, при которой деформированное состояние стержня ещё устойчивое, называется критической силой, обозначаемой F_К (рис. 8.1)

Превышение величины критической силы приводит к потере устойчивости, при которой малые поперечные нагрузки приводят к большим изгибным перемещениям стержня и возможному его разрушению.

Отношение критической силы к площади поперечного сечения стержня называют критическим напряжением .

Расчетная длина вычисляется по формуле:

, где

— коэффициент, зависящий от условий закрепления стержня, а — геометрическая длина. Расчётная длина также называется приведённой или свободной.

Условие равноустойчивости =

Таким образом, равноустойчивыми формами поперечного сечения являются такие формы, для которых выполняется условиенапример:

31) Алгоритм подбора сечения сплошностенчатой центрально-сжатой колонны.

32) Алгоритм подбора сечения сквозной-центрально сжатой колонны с планками

33) Конструирование и особенности расчета оголовков колонн.

34) Типы опорных частей центрально сжатых колонн. Алгоритм расчета базы колонны для шарнирного оперения колонн на фундамент.

Назначением базы (башмака) колонны является:

распределять сосредоточенное давление от стержня колонны по определенной площади фундамента;
обеспечить закрепление нижнего донца стержня колонны в фундаменте в соответствии с принятой расчетной схемой.

Различают два основных типа баз — шарнирные и жесткие.

Простейшей шарнирной базой для центрально сжатых колонн является база, состоящая из толстой стальной опорной плиты, на которую опирается фрезерованный торец стержня.

Типы баз колонн

Применение баз с передачей усилия через фрезерованный торец стержня колонны целесообразно для колонн со значительной нагрузкой. Для легких колонн (а также в случае отсутствия торцефрезерных станков) применяют базы, в которых все усилие передается на плиту через сварные швы.

Передача усилия от стержня колонны на опорную плиту может быть также осуществлена при помощи траверсы, которая служит для более или менее равномерной передачи силовых потоков от стержня на плиту, приближая конструкцию по характеру воздействия к жесткому «штампу», опирающемуся на фундамент. Одновременно траверса является опорой для плиты при ее работе на изгиб от реактивного (отпорного) давления фундамента. Сама траверса работает на изгиб как двухконсольная балка, опертая на пояса или ветви колонны и нагруженная отпорным давлением фундамента.
Во внецентренно сжатых колоннах, как правило, устраивают жесткие базы, которые могут передавать изгибающие моменты.
С этой целью траверсы приходится развивать в направлении действия момента. При относительно небольших опорных моментах траверсы делают из листов толщиной 10 — 12 мм или швеллеров.
Некоторое применение нашли также базы подкосного типа. Существенным недостатком такой базы являются ее малая жесткость, а также коробление опорной плиты в результате усадки швов, прикрепляющих листовые подкосы.
В колоннах с более тяжелыми крановыми нагрузками, с большими опорными моментами базы и их траверсы приходится еще более развивать.
Удобны, с точки зрения производства сварки открытые одностенчатые башмаки, усиленные ребрами или листовыми подкосами. Последние должны быть приварены швами минимальной толщины во избежание коробления опорного листа

35) стальные фермы. Классификация очертания ферм, типы решеток. Типы сечений стержней ферм легкого типа. Генеральные размеры ферм.

Ферма есть элемент конструкций, предназначенный для восприятия нагрузки в пролёте и передачи её на опоры, то есть назначение ферм такое же, как и у балок. Различие между ними заключается только в конструктивном их использовании. Если в балке пояса соединяются сплошной стенкой, то в ферме стенка заменяется решеткой из стержней, таким образом, ферма представляет собой типичную стержневую конструкцию.

По очертанию фермы подразделяют на фермы с параллельными поясами, Трапециевидные, полигональные и треугольные.

По типу решетки: треугольная, раскосная, крестовая, полу раскосная, ромбовидная.

По статической схеме фермы могут быть как статически определимыми так и не определимыми.

Фермы различают по типу сечения стержней. Сечения стержней в легких фермах обычно компануют из парных или одиночных уголков. В тяжёлых фермах из прокатных или составных двутавров. В ГТС предпочтительнее трубчатые стержни.

Генеральные размеры ферм это высота, длина пролёта и шаг узлов.

36) Алгоритм расчета ферм легкого типа. Методы определения усилийв стержнях, определение расчетных длин подбор сечений растянутых и сжатых стержней ферм.

Алгоритм: 1) внимательно изучить условия задачи. 2) проверить ферму на жесткость и статическую неопределимость. 3) Определить опорные реакции ферм. 4) произвести проверку полученных реакций. 5) выбрать метод расчета усилий в стержнях. 6) найти усилия во всех стержнях.

Для определения осевых усилий в стержнях можно воспользоваться, либо методом вырезаний узлов, либо методом сквозных сечений.

В фермах все стержни работают либо на центральное сжатие, либо на центральное растяжение.

37) Правила конструирования узлов ферм. Примеры узлов ферм легкого типа со стержнями из прокатных уголков и трубчатого сечения.

38) Общие сведения о стальных конструкциях ГТС. Номенклатура, классы конструкций, выбор сталей для конструкций, основные положения по расчету и конструированию стальных конструкций ГТС.

В ГТС применяемые м.к. и элементы можно разделить на три основных класса:

-конструкции, не связанные с удержанием воды

- элементы и конструкции, предназначенные для удерживания воды.

- механическое оборудование: элементы и конструкции, близкие по конструктивным признакам и условиям эксплуатации к деталям машин и механизмам.

К первому классу относятся конструктивные элементы зданий ГЭС. Других зданий и наземных сооружений. Всякого рода металлические мосты и переходы, подкрановые конструкции, резервуары и трубопроводы.

Во второй класс входит широкий круг специальных конструкций, предназначенных для маневрирования с напорным водным потоком, это различного типа и назначения затворы, а так же ворота шлюзов.

К третьему классу относятся ходовые устройства, опорные узлы затворов и ворот шлюзов. Закладные детали и т.п.

При выборе стали по таблице СНиП все конструктивные элементы затворов и ворот шлюзов следует относить к конструкциям первой группы, работающим в особо тяжелых условиях. Обшивки затворов и ворот шлюзов могут быть отнесены ко второй группе конструкций. Но, учитывая, что обшивки в той или иной степени входят в сечения изгибаемых элементов несущего каркаса конструкции, правильнее рассматривать их как конструктивные элементы первой группы.

При соответствующем технико-экономическом обосновании эффективным по долговечности может стать применение сталей с повышенной коррозионной стойкостью.(хотя и дорогостоящих)

При расчете специальных гидротехнических металлических конструкций, затворов и ворот шлюзов, конструкции должны рассчитываться и конструироваться с соблюдением дополнительных требований, отражающих особенности работы этих конструкций, предусмотренных соответствующими документами, утвержденными или согласованными Госстроем России.

Основными такими документами является СНиП 2.06.01-86 «ГТС. Основные положения проектирования» Согласное этому СНиП расчет всех ГТ конструкций и сооружений, ведётся по методу предельных состояний. При этом учитываются так, же две группы предельных состояний:

-первая группа по исчерпанию несущей способности.

-вторая группа по пригодности нормальной эксплуатации.

Для м.к основной нагрузкой является гидростатическое давление воды. Q=10H

Кроме гидростатического давления, учитывают также нагрузки от волнового давления, навалов судов на ворота шлюзов, нагрузки от ветра, нагрузки связанные с маневрированиями затворами и воротами. Монтажные нагрузки.

Расчет гидротехнических металлических конструкций по второй группе предельных состояний, как и обычных конструкций, ведётся в форме сравнения.

39) Классификация стальных затворов и общие принципы их конструирования.

Затворы по назначению и условиям работы делятся на: основные, ремонтные, аварийные, строительные.

В зависимости от положения отверстия относительно уровня воды ВБ затворы различают: поверхностные- для перекрытия водосливных отверстий. Глубинные-для перекрытия глубинных отверстий.

Основным признаком определяющим конструкцию затвора, является способ передачи давления воды на сооружение.

Поверхностные затворы по этому признаку делятся на:

-плоские балочные затворы и шандоры, передающие давление на быки и устои. А-б

-рамные затворы в

-затворы-оболочки г

-специальные затворы-полу механизмы (крышевидные, секторные, клапанные, подкосные.) д-л

Одной из основных частей затворов и ворот шлюзов является стальная обшивка, непосредственно воспринимающая на себя давление воды. Обшивка обычно опирается на систему балочных элементов, подкрепляющих её и последовательно передающих действующее давление воды с обшивки на опорные устройства затворов и ворот шлюзов. Систему этих элементов называют балочной клеткой или силовым каркасом.

40) Плоские затворы. Состав элементов плоских затворов. Выбор материалов для затворов.

Общий вид конструкций плоского затвора представляет собой балочную клетку, включающую следующие элементы:

- Обшивку

- стрингеры, вспомогательные горизонтальные балки обшивки.

- ригели, основные пролетные горизонтальные несущие элементы сплошного или сквозного сечения.

-Диафрагмы-обеспечивающие совместную работу ригелей, вертикальные элементы сквозного или сплошного сечения с отверстиями.

- Опорно-концевые стойки, служащие для передачи нагрузки с ригелей на опоры.

-Опорно-ходовые части, служащие для передачи нагрузки от пролетного строения балочной клетки на бетон, подразделяющиеся на скользящие, колесные и катковые.

Основные достоинства таких затворов: простота изготовления, эксплуатации и наилучшее соответствие расчетной схемы её конструктивной схеме. Недостаток-повышенный расход стали.

Проектирование М.к. затвора начинают с выбора материала- строительной стали. При этом затвор рассматривают как металлическую конструкцию первой группы, а сталь предпочтительно выбирают по СНиП П-23-81* «строительные конструкции» согласно заданному климатическому району. Расчетные сопротивления для принятых сталей назначают, руководствуясь соответствующим разделом СНиП, с учетом толщины, вида проката и особенностей конструктивного решения элементов затвора. Материал сварных и болтовых соединений выбирают в процессе конструирования и расчета этих соединений.

41) Генеральные размеры и компоновка балочной клетки плоского затвора. Опорно-ходовые устройства и уплотнения плоских затворов.

Основными генеральными размерами затвора являются его расчетный пролет и расчетная высота .

d- Расстояние от оси опорно-ходового устройства затвора до кромки паза.

- пролет перекрываемого отверстия в свету.

Величина d зависит от расположения элементов бокового уплотнения, конструкции и габаритов опорно-ходовых устройств, от прочности бетона на скалывание.

Ширину затвора , учитывающую глубину пазов в бетонном массиве плотины, можно считать равной где необходимыезазоры между затвором и стенкой паза.

Высота основных поверхностных затворов

= +0.2

- высота перекрываемого отверстия в м. 0.2- минимальное превышение верхнего обреза затвора над расчетным уровнем воды.

Оптимальная высота сечения ригеля определяется требованиями жесткости и составляет

Высоту сечения ригелей на опорах следует принимать равной

Поверхностные затворы проектируют обычно двухригельными, размещая ригели по высоте затвора по принципу их равнонагруженности.

Условный схематический разрез затвора нагружают эпюрой гидростатического давления, равнодействующая которого на 1м длины затвора равна: q=10*0.5* .

Положение нижнего ригеля определяется величиной =0,7

При больших пролётах и небольшой высоте отверстия (это ведёт к чрезмерному сближению ригелей и снижению пространственной жесткости) принимают в пределах 0.4-0.6м.

Приняв величину нетрудно определить расстояние между ригелями, обеспечивающее их равнонагруженность.

Расстояние от верхнего ригеля до верха затвора

Опорно-концевые стойки располагаются по осям опор ригелей и служат для размещения на них опорно-ходовых устройств. Опорно-концевые стойки проектируют обычно сплошными, постоянного сечения по высоте. Высота сечения этих стоек принимается равной – высоте сечения ригелей на опорах. В верхней части стоек располагают захватные устройства для маневрирования затвором.

На участке пролёта между концевыми стойками располагают диафрагмы, соединяемые с ригелями, обшивкой и служащие для оперения стрингеров-балок, подкрепляющих обшивку.

С безнапорной стороны пояса ригелей и диафрагм раскрепляются связями, они повышают геометрическую неизменяемость затвора и воспринимают на себя часть веса затвора при поднятии его с захватом за опорно- концевые стойки.

Опорно-ходовые устройства укрепляются на опорно-концевых стойках и состоят из опорных, боковых и обратных устройств. Первые передают гидростатическое давление, действующее на затвор, на массив плотины и облегчают маневрирование затвором. Боковые и обратные ходовые устройства препятствуют перекосам и отклонениям затвора при его перемещениях. Опорно-ходовые устройства могут быть колесными или скользящими и могут иметь различные конструктивные решения.

Для поверхностных затворов применяют в основном скользящие или колесные опорные части. Преимуществом скользящих опорных частей является простота изготовления и эксплуатации. Недостаток- большие силы трения.

Конструктивно скользящие опорные части выполняются в виде стального полоза с запрессованным в нем древесно-слоистым пластиком или масленитом. Скользящие поверхности рельсов должны быть выполнены из нержавеющей стали и иметь цилиндрическую поверхность.

При больших нагрузка следует применять колёсные опорные устройства различной конструкции. Выбор конструкции зависит от гидростатической нагрузки, а также частотой и особенностями маневрирования затвором.

Во всех случаях колесные опоры должны располагаться не менее чем в четырёх точках.быть равнонагруженными, а сами колесные опоры не должны находиться в воде и быть доступны для осмотра и ремонта.

Все поверхностные затворы снабжают боковыми и донными уплотнениями, а глубинные имеют уплотнение и по верхней части кромке. Боковые уплотнения решают с помощью специальной резины Р- образного профился. Донные уплотнения решают с помощью полосовой резины. Резина прижимается к закладным деталям, за счет собственного веса.

Резиновое уплотнение изготавливается из специальнйо морозостойкой резины.

42) Конструирование и расчет обшивки и расстановка стрингеров плоских затворов.

Расчет обшивки начинают по схеме несущего каркаса, содержащей только основные элементы, назначенные при компоновке затвора.

43) Конструирование и расчет стрингеров плоских затворов.

Стрингеры как правило проектируют продольными неразрезными на весь расчетный пролет затвора.

Стрингеры опираются на вертикальные элементы каркаса- диафрагмы. При диафрагмах сплошного сечения для пропуска пропуска стрингеров делаются специальные вырезы. При дифрагмах сквозного сечения пояс диафрагмы смещают от обшивки на высоту сечения стрингера.

44) Компоновка и расчет диафрагм плоских затворов.

45) Назначение генеральных размеров сплошностенчатых ригелей плоских затворов.

46) Подбор сечения сплошностенчатых ригелей плоских затворов.

47) Местная устойчивость стенки ригелей плоских затворов.

48) Расчет поясных швов ригелей и опорных прикреплений ригелей.

49) Конструирование и расчет связевой фермы поверхностного затвора.

Уголки подбираются по найденному радиусу инерции уголка:

где расчетная длинна; предельная гибкость элемента.

50) Расчет и конструирование ригелей-ферм. Назначение генеральных размеров и подбор сечения элементов ригелей ферм.

51) Расчет и конструирование опорно-концевых стоек плоских затворов.

Опорно-концевые стойки располагаются по осям опор ригелей и служат для размещения опорно-ходовых устройств.

52) Расчет и конструирование ходовых опорных устройств плоских затворов. Уплотнение затворов.

Давление на колесо определяется:

Перенимаются колесные опоры.

Диаметр колеса может быть определен приближенно по прочности на диаметральное сжатие:

где полная нормативная нагрузка на одно колесо или опорная реакция одного ригеля;

ширина обода колеса (линия касания обода колеса с рельсом);

допустимое напряжение на диаметральное сжатие для стали С345.

Проверка выбранных размеров колеса на местное смятие при свободном касании рельса по формуле Герца:

где модуль упругости;

динамический коэффициент, вычисленный как ;

временное сопротивление стали С345, .

Местное смятие не превышает допустимых значений.

Проверку удельного давления во втулке по диаметральному сечению можно выполнить по зависимости:

где диаметр оси колеса, см;

ширина втулки ;

допустимое давление .

53) Сегментные затворы. Выбор типа и материала сегментного затвора.

Сегментные затворы, как и плоские, могут быть поверхностными и глубинными. Поверхностные сегментные затворы перекрывают отверстия пролетом до 40м при высоте до 15м. Глубинные затворы применяют для напоров 80-100м. В сравнении с плоскими затворами сегментные имеют ряд преимуществ: криволинейное очертание обшивки исключает образование вакуума, меньшее подъемное усилие и большая скорость подъема, лучшая работа в зимних условиях при наличии больших донных наносов, а также возможность автоматического регулирования на горных ГЭС. Наряду с этим сегментные затворы имеют недостатки: невозможность перестановки из одного отверстия в другое, необходимость большой длины быков; наличие распора в шарнирах, сказывающееся иногда на боковой устойчивости быков. По причине этих особеннойстей сегментные затворы используют преимущественно в качестве основных поверхностных затворов ГТС

54) Компоновочная схема и генеральные размеры сегментного затвора

55) Статический расчет главного портала.

56) Расчет обшивки и расстановка стрингеров сегментных затворов.

57) Подбор сечения сплошностенчатых ригелей сегментного затвора.

58) Компоновка и расчет диафрагм сегментных затворов.

59) Шлюзные ворота. Типы ворот и исходные данные для их проектирования.

По назначению различают три вида ворот: основные, ремонтные и аварийные. Последние могут совмещать функции аварийно-ремонтных ворот. Основные ворота обеспечивают выполнение технологического процесса шлюзования судов и интенсивно эксплуатируются. В закрытом состоянии их рассчитывают на горизонтальное и вертикальное гидростатическое давление с учетом или без подпора, в зависимости от расположения ворот в шлюзе

Ремонтные ворота могут быть постоянными или съемными. Их располагают так, чтобы обеспечить освобождение от воды любой из шлюзовых камер маневрируют только в спокойной воде.

Аварийные ворота также могут быть постоянными или съемными. Располагают их так, чтобы в предельно короткий срок прекратить доступ воды в шлюз.

По конструктивному признаку основные, ремонтные и аварийные ворота могут быть двустворчатыми ригельными или стоечно-ригельными, плоским и подъемными или опускными, а так же сегментными или клапанными.

Плоские и сегментные ворота шлюзов в работе и расчете ничем не отличаются от рассмотренных ранее плоских и сегментных поверхностных затворов.(60-69)

Основанием для назначения размеров ворот являются размеры камеры шлюза.

-полезная длина

-полезная ширина

-максимальный напор на ворота

-глубина на пороге

-расположение нижнего ригеля относительно порога

60)Плоско-опускные ворота шлюзов. Компоновка плоско-опускных ворот (39)

61) Расчет обшивки и расстановка стрингеров плоско-опускных ворот. (42)

62) расчет стрингеров плоско-опускных ворот (43)

63) Расчет и конструирование диафрагм плоско-опускных ворот (44)

64) расчет и конструирование связевой фермы плоско-опускных ворот (49)