Расчёт гидростатических нагрузок

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… ..3 стр.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ…………………………………………………………….4 стр.

БЛАНК ЗАДАНИЯ………………………………………………………...5 стр.

1. РАСЧЁТ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК……………………...7 стр.

1.1 Расчёт на элементы рабочей секции дока………………………… 7 стр.

1.2 Расчет на элементы переходной секции к носовой секции дока…9 стр.

1.3Расчет на элементы носовой части дока……………………….…..12 стр.

1.3.1 Нагрузка на боковую поверхность…………………………14 стр.

1.3.2 Нагрузка на лобовую поверхность…………………………15 стр.

2. РАСЧЁТ КОРМОВОЙ ЧАСТИ ДОКА……………………….………18 стр.

2.1 Распределение горизонтальных ригелей на торцевой стенке дока…………………………………………………………………...18 стр.

2.1.1 Расчет ригелей графическим способом…………………….18 стр.

2.1.2 Расчет ригелей графо-аналитическим методом……...……21 стр.

2.2 Расчет нагрузок на боковые стенки и днище дока…………..……22 стр.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЁМНОСТИ ДОКА………….………25 стр.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….…27 стр.

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………...…28 стр.

ВВЕДЕНИЕ

Док – портовое сооружение для осмотра, ремонта и постройки судов. В состав доковых сооружений входят сухие и наливные сухие доки, плавучие доки и горизонтальные стапельные места.

Сухой док представляет собой камеру, обычно бетонную или железобетонную, отделенную от водоема затвором; после ввода судна затвор закрывается, камера осушается и судно садится на опоры. В качестве сухих доков можно использовать шлюзы.

Плавучий док – прямоугольный понтон с опорами. Для ввода судна понтон притапливается.

Предлагаемой для расчета схема докового сооружения представляет собой модель плавучего дока в виде баржи для перевозки крупногабаритных грузов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Рассчитать гидростатические нагрузки на все конструктивные элементы дока и найти их центры давления.

2. Распределить ригели на задней торцевой стенке кормовой части дока.

3. Рассчитать грузоподъёмность дока.

Бланк задания

Схема №2

Схема №2

№ варианта	Геометрические размеры, м	Количество, шт	Масса дока, т
a	c	L	R	T	z1	z2	k	секций m	ригелей n
	10,8	2,6		4,8	6,0	0,8	0,7	1,8

Параметры дока

РАСЧЁТ ГИДРОСТАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

1.1 Расчёт на элементы рабочей секции дока

Длина расчётной секции дока определяется по следующей формуле:

Где L – общая длина рабочей секции, L = 47 м, m – число секции, m = 5.

Рассчитывается давление на стенки дока

а) Аналитический метод (рис. 1.1.(а))

(1.2)

Где - плотность воды, = 1000

- ускорение свободного падения,

– заглубление центра тяжести смоченной боковой поверхности

h = a – z₁ = 10,8 – 0,8 = 10 м

- площадь боковой смоченной стенки

Центр давления определяется следующим образом:

h_d1 = h_c1 + ,м (1.3)

где J_c1 – момент инерции боковой прямоугольной поверхности.

б) Графоаналитический метод (рис. 1.1.(б))

Где S₁ – площадь эпюры, м Па

B – ширина стенки, В = l

Центр давления P₁ определяем следующим образом:

Рассчитывается гидростатическая сила, действующая на днище по формуле (1.4):

P₂ прикладывается к центру тяжести горизонтального днища

1.2 Расчет на элементы переходной секции к носовой секции дока

Боковая стенка переходной секции на участке С представляет собой сложную фигуру Разобьём её на более простые (рис 1.2).

Нагрузка от воды на верхнюю часть боковой стенки прямоугольной формы определяется графически. Для чего определяется эпюра давления.

Центр давления силы Р₃:

Сила Р₄ действует на вертикальный треугольный боковой элемент, значит рассчитывается по формуле (1.2):

, кН

Где

Центр давления силы Р₄ определяется по формуле (1.3):

Сила Р₅ действует на прямоугольное и наклонное днище. Угол наклона днища к горизонту α можно определить из геометрии.

Сила Р₅ на наклонное днище определяется по формуле (1.3),

, кН

Центр давления силы Р₅ определяется по формуле (1.3),

1.3 Расчет на элементы носовой части дока

Носовая часть представляет собой сложную неправильную фигуру. Расчёт ведётся на боковую поверхность приближённым методом и на лобовую поверхность методом тела давления. Боковой элемент неправильной формы аппроксимируется, для этого поверхность по глубине делится на 5 составляющих элемента. Расчёт ведётся для каждой из полученных прямоугольных поверхностей по формулам:

1.3.1 Нагрузка на боковую поверхность (рис. 1.3.1)

Таблица 2. Приближённый расчёт боковой поверхности носовой части дока.

№ - номер элемента от уровня воды

y – ширина элемента, м. (Определяется из рисунка.)

№	, м	, м	y, м	, кН	, м
1	0	1,76	6,00	91,162	1,17
2	1,76	3,52	5,03	229,273	2,74
3	3,52	5,28	4,76	361,61	4,46
4	5,28	7,04	4,25	452,013	6,2
5	7,04	8,8	2,6	355,533	7,95

Общая нагрузка – результирующая сила Р₆, определяется суммой вычисленных нагрузок на каждый элемент.

Центр давления определяется горизонтальной координатой и вертикальной координатой заглубления , которые вычисляются по теореме Вариньона относительно осей:

- относительно горизонтальной оси АВ →

- относительно вертикальной оси АС →

1.3.2 Нагрузка на лобовую поверхность

Определяется методом тела давления (рис.1.3.2) по формуле:

b – вершина носовой части, b = T = 6,0 м

h₂ – глубина заложения носовой части h₂ = 2R – z₁ = 2 4,8 – 0,8 = 8,8 м.

Глубина приложения силы определяется по формуле (1.3) :

,

Где W - объём тела давления, м³

Сила Р₇ проходит через центр кривизны, а её направление определится через tgα:

2 РАСЧЁТ КОРМОВОЙ ЧАСТИ ДОКА

2.1 Распределение горизонтальных ригелей на торцевой стенке дока

Ригель – горизонтальная балка воспринимающая нагрузку от жидкости и усиливающая стенку.

Торцевая стенка дока шириной Т = 6,0 м перекрыта ригелями. Распределить 4 ригеля из условия равнонагруженности, если высота воды перед стенкой равна:

а угол наклона:

2.1.1 Расчет ригелей графическим способом.

1) строим в масштабе эпюру давлений

2) задаемся глубинами h₁, h₂…и определяем для этих глубин силы давлений:

h, м		h, м
		5,0	746,2
0,5	7,462	5,5	902,902
1,0	29,848	6,0	1074,528
1,5	67,158	6,5	1261,078
2,0	119,392	7,0	1462,552
2,5	186,55	7,5	1678,949
3,0	268,632	8,0	1910,271
3,5	365,639	8,5	2156,517
4,0	477,568	9,0	2417,687
4,5	604,422	9,5	2693,781
		2984,787

Затем строим интегральную кривую P = f(h), для чего определим силу суммарного давления для разной глубины воды (рис. 2.1).

Отрезок KQ делим на три равные части. Из полученных точек а, b, с проводим вертикальные линии до пересечения с кривой. Линии DE, FG и NP проведённые на уровне полученных точек a', b',c’ делят эпюру гидростатического давления на равные площади, а это означает, что силы давления, равные объёму эпюр, полученных равновеликих площадей, между собой равны и составляют:

n – число ригелей.

Определяем точки приложения сил. Глубина погружения центра давления на верхнюю часть затвора:

Положение центров давления на среднюю и нижнюю часть затвора определяется графически. На продолжении линии DE откладываем влево отрезок DM, равный FG, а на продолжении FG вправо откладываем отрезок GR, равный DE, и соединяем точки M и R. Строим медиану треугольника ABB₁. Пересечение медианы и построенной линии MR даст центр тяжести трапеции DEFG, через который проходит сила P₂, аналогично находим центр тяжести трапеций FGPN и NB₁BP.

Значение центров давления соответствующих сил, снимаем с чертежа:

2.1.2 Расчет ригелей графо-аналитическим методом.

Определение общей силы гидростатического давления жидкости на заднюю стенку:

Определение нагрузки, приходящейся на 1 ригель:

Разбиваем эпюру на равновеликие площади с одинаковой нагрузкой. Для этого находим границы равновеликих площадей по формуле

эпюру на 4 равновеликие части

i – порядковый номер ригеля (считая сверху)

n – число ригелей

По формуле (1.6) определяем центр давления сил:

2.2 Расчет нагрузок на боковые стенки и днище дока (рис. 2.2)

Сила Р₉ действует на вертикальный боковой элемент в форме трапеции. Определим её по формуле (1.2):

Центр давления силы Р₉ определяется по формуле (1.3),

Сила Р₁₀действует на днище элемента и приложена в центре тяжести днища. Определяется по формуле (1.2):

Сила приложена в центре тяжести днища

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУЗОПОДЪЁМНОСТИ ДОКА

Грузоподъёмность – максимальная масса груза, которую возможно в один приём поднять, переместить. Для судов применяют специальный термин дедвейт (англ.) – полная грузоподъёмность судна, т.е. масса груза, принимаемая судном.

В расчёте определяется вес поднимаемого груза (рис 3), который равен:

Где

W - объём погруженной в воду части дока. Необходимо учесть слой воды внутри дока.

G – собственный вес дока, кН

, кН

Где m – масса дока, кг

m = 970000 кг

Заключение

В ходе данной работы были рассчитаны гидростатические нагрузки на все конструктивные элементы дока и найдены их центры давления, так же распределены ригели на заднюю торцевую стенку кормовой части дока и рассчитаны грузоподъемность дока.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агеева, В.В. Расчёт на элементы конструкций докового типа:

Метод. указания/ В.В. Агеева. – Н.Новогород:

Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т, 2001. – 20с.

2. Киселёв, П.Г. Справочник по гидравлическим расчётам/

П.Г. Киселёв. – М.: Энергия, 1972. – 312 с.

3. СТП ННГАСУ 1-1,2,3,4,5,6 -98

4. Чугаев, Р.Р. Гидравлика:

Учеб. пособие/ Р.Р. Чугаев – Л.: Энергоиздат,1982. – 578 с.