Расчет конструктивных элементов конструкции докового типа

Нижегородский  государственный

архитектурно-строительный университет

 

Кафедра гидравлики

 

                                                       

 

 

 

 

 

 

 

                                                         

 

Курсовая работа

 

Расчет нагрузок на элементы конструкции докового типа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    Выполнил                                                                    студент гр.

 

    Проверил                                                                                                .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород 2004

                                                       

Содержание:

                                                                                                                                   стр.

1. Исходные данные........................................................................................... 3
2. Цель работы.................................................................................................... 4
3. Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей

секции дока..................................................................................................... 5

     4.  Расчет гидростатических нагрузок на переходную секцию дока...............7

     5.  Расчет гидростатической  нагрузки на носовую секцию дока................... 10

     6.  Расчет гидростатических нагрузок и распределения ригелей на

          кормовую  секцию дока................................................................................. 15                                                                                                                                  

     7.  Расчет величины  полезного груза, размещаемого  в плавучем доке при

          частичном заполнении камеры  водой.......................................................... 19

     8.  Литература...................................................................................................... 21

    

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Исходные данные:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Параметры конструкции:

 

№	Геометрические размеры, м								Масса дока, т	Число
вари- анта	a	c	L	R	T	Z1	Z2	k		секций, m	ригелей, n
2.7	5,8	3,5	55	1,3	5,8	0,6	0,4	2,5	900	4	3

 

 

 

 

2. Цель работы:

 

Для заданной схемы плавучего дока выполняется определение гидростатических нагрузок на различные конструктивные элементы.

В заключение работы проверяется возможность  транспортировки полезного груза  внутри дока при частичном заполнении камеры водой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Определение гидростатической нагрузки на элементы рабочей секции дока:

 

3.1   Длина рабочей секции дока определяется по формуле:

                   L_С= L/m, м

        где L – длина дока по днищу, м

               m – число секций

                  L_С= 55/4 = 13,75 м

 

        Рабочая секция дока имеет три поверхности: две боковые и одну донную.

       Две боковые поверхности равнозагружены.

 

3.2   Гидростатическое давление p, действующее на две боковые поверхности днище рабочей секции дока определяются по формуле: p = ρgh, Па

         где ρ – плотность жидкости, кг/м ,

               g – ускорение свободного падения, м/с

               h – заглубление рассматриваемой точки, м

 

3.3   Силу гидростатического давления Р , действующую на боковые поверхности      

        рабочей секции дока в виде прямоугольников, находим по формуле: 

                     Р = ρgh_С1 S₁, Н

        где h_С1 – заглубление центра тяжести боковой поверхности, м

               S₁ – площадь смоченной боковой поверхности, м

        h_С1 = h/2 = (a-z₁)/2

        S₁ = L_Сh = L_С1 (a-z₁)

        Р₁ = ρgh_С1S₁ = [ρg(a-z )/2]·L_С·(a-z );

        Р₁ = [1000·9,81·(5,8-0,6)/2]·13,75·(5,8-0,6) = 1823,68 кН

 

        Центр давления силы Р находится как l_d1 = 2(l - l )/3(l - l ), м

        где l₁ – координата заглубления верхней грани, м

               l₂  – координата заглубления нижней грани, м

        l₂ = h, l = 0

        l_d1 = 2(l - l )/3(l - l ) = 2(h³-0³)/3(h²-0²) = 2(a-z )³/3(a-z )²;

        l_d1 = 2(5,8-0,6)³/3(5,8-0,6)² = 3,46 м

 

3.4   Сила гидростатического давления Р действует на днище рабочей секции дока в виде прямоугольника: Р = ρgh_C2S₂, Н

        где h_C2 – заглубление центра тяжести днища, м

        S – площадь поверхности днища, м

        h_C2 = h = a-z

        S = L_CТ

        Р = ρgh_C2 S = ρg(a-z ) L_CТ;

        Р = 1000·9,81·(5,8-0,6)·13,75·5.8 = 4068.21 кН

        Центр приложения силы Р :

        l_d2 = h;  l_d2 = 5,8-0,6 = 5,2 м

 

 

 

 

 

       

 

 

 

 

 

 

Масштаб схемы 1см = 1м

Масштаб эпюр давления 1см = 25,506 кПа

Масштаб силы 1см = 1000 кН

 

 

 

 

 

 

Рис.1 – Расчетная схема к  определению нагрузки на элемент  рабочей секции дока.

 

 

4. Расчет гидростатических нагрузок на переходную секцию дока:

 

Две боковые стенки переходной секции представляют собой трапеции. Для определения сил, действующих на стенки, разобьем их на прямоугольник и треугольник.

 

4.1   Эпюру давления на боковые стенки и наклонное днище переходной секции строим по формуле: p = ρgh, Па

       h = 2R - z

       h = a - z

       p = ρgh ,

       где h – заглубление нижней точки прямоугольника, м

       p = ρgh = ρg(2R- z );

       p = 1000·9,81·(2·1,3 - 0,6) = 19,62 кПа

       p = ρgh = ρg(a-z );

       p = 1000·9,81·(5,8-0,6) = 51,01 кПа      

 

4.2   Сила давления на прямоугольный боковой элемент находится по формуле:

        P = W , Н

        где W – объем эпюры гидростатического давления, действующего на

        прямоугольный боковой элемент.

        W = S b

        где S – площадь эпюры гидростатического давления, м

                b – ширина переходной секции, м

        P = W = S b = 0,5ρgh ·h ·c = 0,5ρg·(2R- z )²·c

       P = 0,5·1000·9,81·(2·1,3-0,6)²·3,5 = 68,67 кН

       Центр приложения силы Р₃:  l_d3= 2(l - l )/3(l - l ), м

        где  l – координата конца рассматриваемого участка, м

               l – координата начала рассматриваемого участка, м

         l = h = 2R- z

        l = 0

        l_d3= 2·((2R- z )³-0³)/3·((2R- z )²-0²)

        l_d3= 2·(2·1,3-0,6)³/3·(2·1,3-0,6)² = 1,33 м

4.3   Сила Р₄ действует на вертикальный треугольный боковой элемент и определяется по      

        формуле: Р₄ = ρgh_C4·S₄, Н

          где h_C4 – заглубление центра тяжести, м

                 S₄ – площадь треугольного бокового элемента, м

        h₄ = h +x/3 = h +(a-2R)/3

        S₄ = x·c/2 = (a-2R)·c/2

         h₃ = 2R- z

        h₃ = 2·1,3-0,6 = 2 м

 

 

        Р = ρg·( h +(a-2R)/3)·(a-2R)·c/2 ;

        Р = 1000·9,81·(2+(5,8-2,6)/3)·(5,8-2,6)·3,5/2 = 168,47 кН

        Центр приложения силы  Р : l_d4 = l_C4+I /(l_C4·S₄), м

          где I   – момент инерции треугольного бокового элемента, м

          l_C4 = h_C4 = h +(a-2R)/3 = 2R-z +(a-2R)/3 ;

        l_C4 = 2,6-0,6 + (5,8-2,6)/3 = 3,06 м

        I = bh³/36 = c·x³/36 = c·(a-2R)³/36 ;

        I = 3,5·(5,8-2,6)³/36 = 3,19 м

        S = (a-2R)·c/2 ;

          S = (5,8-2,6)·3,5/2 = 5,6 м

        l_d4 = 3,06+3,19/(3,06·5,6) = 3,25 м

 

4.4   Определяем равнодействующую на всю боковую стенку переходной секции,    

          как сумму сил Р₃ и Р₄ и точку ее приложения по теореме Вариньона:

         R = P + Р  

          R = 68,67+ 168,47 = 237,14 кН

          l = (P ·l +Р ·l ) / (P +Р ) ;

         l = (68,67·1,33+168,47·3,25) / 237,14 = 2,7 м

          а = / R = (P ·c/2 + Р ·c/3) / R ;

        а = (68,67·1,75 + 168,47·1,17) / 237,14 = 1,34 м

 

 4.5   Силу давления P на наклонное прямоугольное днище будем искать по формуле:

         P = ρgT·sinα·(l - l )/2, Па

        где l – координата конца рассматриваемого участка, м

               l   – координата начала рассматриваемого участка, м

         Координаты l и l ищем по формулам:

         l = (a-z -x) / sinα ;   

         x=a-2R

         x=5,8-2·1,3=3,2

         α = arctg(x/c) = arctg((a-2R)/c) ;

         α = arctg(3,2/3,5) = 42°

         l = (5,8-0,6-3,2) / sin42° = 2,99 м

         l = (a- z ) / sinα ;

         l = (5,8-0,6) / sin42° = 7,77 м

         P = ρgT·sinα·(l - l )/2 ;

         P = 1000·9,81·5,8·sin42°·(7,77² - 2,99²) / 2 = 979,08 кН

         Центр приложения силы  P :  l = 2(l - l )/3(l - l ), м

         l = 2(l - l ) / 3(l - l ) ;

         l = 2(7,77³ - 2,99³) / 3(7,77² - 2,99²) = 5,73 м

 

 

 

 

 

Масштаб схемы 1см = 1м

Масштаб эпюр давления 1см = 25,506 кПа

Масштаб силы 1см = 150 кН

 

 

Рис. 2 - Схема к расчету нагрузки на переходную секцию дока. 

5. Расчет гидростатических  нагрузок на носовую секцию  дока:

 

5.1   Боковая поверхность носовой секции представляет собой фигуру произвольной формы. Боковой элемент носовой части разбивается по вертикали на ряд составляющих. Кривая аппроксимируется и заменяется прямыми. Определяем  нагрузку от давления воды на каждый составляющий элемент  по формуле:

        P_i = ρgb_i·sinα·(l - l )/2 и центр давления гидростатических сил по формуле:

        l_di = 2(l - l )/3(l - l )

        где  l – координата конца рассматриваемого участка, м

               l   – координата начала рассматриваемого участка, м

               b_i   –   ширина рассматриваемого участка, м

        

         Расчеты ведутся в таблице:

        

№ bi (м) l1 (м) l2 (м) Pi (кН) ldi (м) 1 2,30 0 0,4 1,8 0,26 2 1,95 0,4 0,8 4,59 0,62 3 1,85 0,8 1,2 7,26 1,01 4 1,66 1,2 1,6 9,12 1,41 5 1,0 1,6 2,0 7,06 1,81

 

       Положение  равнодействующей R (координаты а и l ) определяется теоремой Вариньона. Для определения l выбирают ось А-А по уровню воды, а для а - ось

        В-В выбирают по вертикали.

         R = P₁ + P₂ + P₃ + P₄ + P₅ ;

              R = 1,8 + 4,59 + 7,26 + 9,12 + 7,06 = 29,83 кН