Действующие силы (в момент отрыва от порога)

ЛЕКЦИЯ 14

СЕГМЕНТНЫЕ ЗАТВОРЫ

Устройство сегментных затворов и их разновидности

Сегментный затвор состоит из пролетного строения (в виде сегмента круга) и опорной части (ног), передающих давление на сооружение (быки). Пролетное строение представляет собой изогнутый плоский затвор, поворачивающийся вокруг оси вращения.

Применяют одиночные затворы, с клапаном и сдвоенные (рис. 14.1).

а	б	в
г	д	е

Рис. 14.1. Разновидности пролетного строения сегментного затвора:
одиночные затворы: а — со сквозными стрингерами и продольной системой балочной клетки; б — с длинной стороной панелей обшивки, перпендикулярной ригелям ― поперечная система балочной
клетки; в — с неразрезными поперечными балками; г — с пролетным строением чечевицеобразной
формы; составные: д — с клапаном; е — сдвоенный; 1 ― балочная клетка; 2 ― горизонтальные балки; 3 ― криволинейные стойки; 4 ― ригели; 5 ― поперечные диафрагмы; 6 ― продольные связи между ригелями, образующие подъемно-весовые фермы; 7 ― нога; 8 — неподвижные опорные шарниры

Сдвоенный затвор позволяет увеличить напор на гребне Н₀, а также облегчить маневрирование при требуемых небольших сбросах расхода воды. При сдвоенном затворе допускается перелив воды через нижний затвор при подъеме верхнего. Верх нижнего затвора в этом случае покрывается обшивкой.

Чечевицеобразные овальные сегментные затворы применяются при тяжелых ледовых условиях, такие затворы обладают повышенной жесткостью.

Пролетное строения сегментных затворов обычно состоит из двух ригелей, горизонтальных промежуточных балок (стрингеров), криволинейных стоек и обшивки. Различают два варианта пролетного строения:

· с продольной системой балочной решетки, в которой стрингеры являются неразрезными балками по всей ширине пролета;

· с неразрезными стойками — поперечная система балочной решетки, где несущие элементы расположены вертикально.

Поперечные диафрагмы обычно выполняют сплошными или в виде ферм.

Обшивка затвора, как правило, изогнута по дуге окружности радиусом R=(1,0…2,5) Н₀ (обычно R=(1,2…1,5) Н₀) с геометрическим центром, расположенным на оси вращения затвора. В этом случае равнодействующая гидростатического давления будет проходить через центр вращения (центр опорного шарнира).

а	б

Рис. 14.2. Схемы расположения пролетного строения сегментного затвора:
а — затвор в пазах (безвакуумный профиль плотины); б — беспазовый затвор (вакуумный профиль
плотины); 1 ― пролетное строение; 2 ― опорные ноги; 3 ― опорные шарниры; 4 ― уплотнение

Действующие силы (в момент отрыва от порога)

На рис. 14.3. схематично показаны действующие на сегментный затвор силы, при этом на рис. 14.3, а гидростатическое давление представлено в виде действительной эпюры, направленной по нормали к обшивке затвора, а на рис. 14.3,б гидростатическое давление разложено на две составляющие: вертикальную и горизонтальную.

а	б

Рис. 14.3. Схема нагрузок на сегментный затвор:
а — с отображением действительной эпюры гидростатического давления; б — с разложенной эпюрой гидростатического давления на горизонтальную и вертикальную составляющие

К нагрузкам, действующим на сегментный затвор в момент отрыва от порога относятся следующие.

Гидростатическое давление является основной нагрузкой, действующей на затвор. Опорный шарнир должен быть расположен таким образом, чтобы линия действия равнодействующей гидростатического давления проходила через его центр. Направление равнодействующей гидростатического давления можно определить по схеме 14.3,б, для чего необходимо вычислить значения его составляющих и выполнить их векторное сложение:

; ,

где — площадь заштрихованной зоны на рис. 14.3,б — площадь эпюры вертикальной составляющей гидростатического давления, выраженной в метрах водяного столба.

Вес затвора G_з предварительно можно определить по приближенной зависимости А.Р. Березинского:

,

где — площадь перекрываемого затвором пролета, м²; .

Сила трения в уплотнениях:

,

где — ширина уплотнения;

— коэффициент трения, .

Сила трения в опорных шарнирах:

,

где — сила, приходящаяся на опору и определяемая векторным сложением двух сил: вес затвора , приходящегося на рассматриваемую опору, и равнодействующей гидростатического давления воды.

определяется из уравнения равновесия (суммы моментов всех сил и реакций относительно точки А приложения подъемного усилия):

.

Гидродинамическое давление W_г. Определяется по той же формуле, что и для плоского затвора:

,

где — давление, вызванное разрежением потока воды, МПа;

h_в — величина вакуума, м в. ст., h_в = 6 м в. ст.;

— ширина стрингера.