Расчет конструктивных элементов конструкции докового типа

       

         Координаты равнодействующей:

         а = (ΣМ_В-В)/R = (ΣP_i · y_i/2)/R ;

         а = (1,8 · 2,30/2 + 4,59 · 1,95/2 + 7,26 · 1,85/2 + 9,12 · 1,66/2 + 7,06 · 1,0/2) /    

          29,83 = 0,82 м

          

         l = (ΣМ_A-A)/R = (ΣP_i · l_di)/R ;

         l = (1,8 · 0,26 + 4,59 · 0,62 + 7,26 · 1,01 + 9,12 · 1,41+ 7,06 · 1,81) / 29,83 = 1,22 м

 

 

5.2    Криволинейную лобовую поверхность заменяем вертикальной стенкой.

         Гидростатическое давление на эту стенку будет определяться по формуле:

         р = ρg(2R- z );

        p = 1000 · 9,81 · (2,6 – 0,6) = 19,62 кПа

         

 

        

         Сила Р₆ действует на лобовую поверхность носовой секции, имеющей

          цилиндрическую поверхность. Определяется:

          Р₆ = ;

          где  P_Х – горизонтальная составляющая, Н

                  Р_У – вертикальная составляющая, Н

         

          Р_Х = ρgh_cS

          h_c =  2(R-z₁)/3

          h_c =  2(1,3 – 0,6)/3 = 0,46

          S = (R-z₁)p₁/2;

          p₁/p = (R-z₁)/R ;

          p₁ = p(R-z₁)/R

          p₁ = 19,62 · (1,3-0,6)/1,3 = 10,56 кПа

          S = 10,56 · (1,3-0,6)/2 = 3,7 м²

         P_X1 = 1000 · 9,81 · 0,46 · 3,7 = 16,7 кН

          l_DX1 = 2(l - l )/3(l - l )

        где  l – координата конца рассматриваемого участка, м

                l   – координата начала рассматриваемого участка, м

         

          l₂ = h = (R-z₁)

          l₂ = 1,3 – 0,6 = 0,7 м

          l₁ = 0

          l_DX1 = 2 · 0,7³ / 3 · 0,7² = 0,46 м

          Р_Х2 = V_эп = (p₁ + p)h^l · T / 2

          где   h^l – заглубление центра тяжести

                   b – ширина рассматриваемого участка

         

          h^l = R

          h^l = 1,3 м

          Т = 5,8 м

          Р_Х2 = (10,56 + 19,62) · 1,3 · 5,8 / 2 = 113,77 кН

          l_DX2 = 2(l - l )/3(l - l );

        l₂ = 2R-z₁

         l₂ = 2 · 1,3 – 0,6 = 2,0 м

          l₁ = R-z₁ ; 

          l₁ = 1,3 – 0,6 = 0,7 м

          l_DX2 = 2(2³ – 0,7³) / 3(2,0² – 0,7²) = 1,45 м

          Р_Y = ρg · V_ТД , Н

          V_ТД = S_ТД · T ;

          Р_Y1 = ρg · V_ТД1 ;

          V_ТД1 = S_ТД1 · T ;

          S_ТД1 = [(R² – πR² / 4) / 2 – z₁(R - R)] · T ;

          S_ТД1 = [(1,3² – 3,14 · 1,3²/4) / 2 – 0,6 ·(1,3 - 1,3)] · 5,8 =  0,82 м²

 

 

           V_ТД1 = 0,82 · 5,8 = 4,76 м³

           Р_Y1 = 1000 · 9,81· 4,76 = 46,7 кН

           Р_Y2 = ρg · V_ТД2 ;

           V_ТД2 = S_ТД2 · T + R(R-z₁) · T

           S_ТД2 = πR² / 4 + R(R-z₁)

           S_ТД2 = 3,14 · 1,3² /4 + 1,3 · (1,3-0,6) = 2,24 м²

           V_ТД2 = 2,24 · 5,8 + 1,3(1,3 – 0,6) = 18,27 м³

           Р_Y2 = 1000 · 9,81· 18,27 = 179,23 кН

           Р_{6 I} = ;

           Р_{6 I} = = 49,6 кН

           Р_{6 II} = ;

           Р_{6 II} = = 212,28 кН

           α_I = arctg (Р_Y1/ Р_Х1) ;

           α_I = arctg (46,7/16,7) = 10°

           α_II = arctg (Р_Y2/ Р_Х2) ;

           α_II = arctg (179,23/113,77) = 58°

 

         

          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масштаб  1см = 0,5м

Масштаб эпюр давления  1см = 10 кПа

Масштаб силы   1см = 200 кН

 

 

 

 

Рис.4 - Расчетная  схема к определению нагрузки на лобовую поверхность.

 

6. Расчет гидростатических нагрузок на кормовую секцию дока:

 

6.1  Расчет расстановки ригелей на заднюю стенку дока. 

       Торцевая  стенка дока шириной Т = 6,4 м  перекрыта ригелями. Необходимо 

       распределить 4 ригеля из условия равнозагруженности. Высота воды перед    

        стенкой

                      h = a-z₁ ;

                      h = 5,8 – 0,6 = 5,2 м

       а  угол наклона равен tgβ = a / k ;

                                            tgβ = 5,8 / 2,5 = 2,32 = 67°

       Ригели рассчитываются графическим способ:

      1)  Определяем гидростатическое давление р = ρgh = ρg(a-z₁) ;

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

            Строим эпюру давления на стенку.

       2)  Построим кривую зависимости давления от высоты р = f(h). Для этого  

              определяем силу суммарного давления при разной глубине.

             Р = W_ЭП = S_ЭП · T = ρg · h · T · h / 2sinβ , Н

               Результаты заносим в таблицу:

h (м)	0	0,65	1,30	1,95	2,60	3,25	3,90	4,55	5,20
Р (кН)	0	13,06	52,23	117,52	208,92	326,44	470,08	639,83	835,69

 

       3)   Отрезок MN делим на 4 равные части, из полученных точек восстанавливаем

               перпендикуляры до пересечения  с кривой. Затем проводим линии  на уровне 

               полученных точек , которые поделят  эпюру гидростатического давления на             равные площади.  Сила давления  равна объему полученных равновеликих площадей и составляет:

               Р_риг = P_мах / n , кН

               где n – количество ригелей

               Р_риг = 835,7 / 3 = 278,6 кН

              

         4)   Определяем точки приложения силы Р_риг :

           а)  глубина погружения центра  давления на верхний элемент  эпюры в виде 

                треугольника определяется как  центр пересечения медиан;

           б)  положение центра давления на остальные затворы определяется графически:

 

i	1	2	3
lDi (м)	2,19	4,04	5,24
bDi (м)	2,05	3,78	4,90

 

 

6.2   Расчет нагрузки на боковую стенку и днище кормовой секции:

         Сила давления определяется по  формуле:  Р₇ = ρgh_c7 S₇ , Н

        где  h₇ – заглубление центра тяжести кормовой секции, м

                S₇ – площадь рассматриваемого элемента, м²

              h_С7 = (h/3) · (2k + z₁/tg β) / (k + z₁/tg β) ;

        h = a – z₁

        h = 5,8 – 0,6 = 5,2

        h_С7 = (a – z₁)/3 · (2k + z₁/tg β) / (k + z₁/tg β) ;

        h_С7 = (5,8-0,6)/3 · (2 · 2,5 + 0,6 / tg 67°) / (2,5 + 0,6 / tg 67°) = 3,3 м

        S₇ = (k + z₁/tg β) · h/2 ;

        S₇ = (2,5 + 0,6 / tg 67°) · 5,2/2 = 7,16 м²

             Р₇ = ρg · h_С7 ·S₇

          Р₇ = 1000 · 9,81 · 3,3 · 7,16 = 231,79 кН

         Центр давления силы Р₇ : l_D7 = l_C7 + I_ТР / l_C7 · S₇ ;

         где  I_TP - момент инерции рассматриваемого элемента, м⁴

                  l_C7 = h_C7;

         l_C7 = 3,3 м

         I_TP = h³ · [(z₁/tg β)² + k² +k · 4z₁/tg β] / 36 · (k + z₁/tg β)

         I_TP = 5,2³ · [(0,6 / tg 67°)² + 2,5² +2,5 · 4 · 0,6 /tg 67°] / 36 · (2,5 + 0,6 / tg 67°) = 95,3 м⁴

         l_D7 = l_C7 + I_ТР /( l_C7 · S₇);

         l_D7 = 3,3 + 95,3 / (3,3 · 7,16) = 7,3 м

        

        Определяем силу Р₈ , приложенную к днищу кормовой секции:

        Р₈ = ρg · h_С8 ·S₈ , Н

        h_C8 = h = a – z₁

             h_C8 = 5,8 – 0,6 = 5,2 м²

        S₈ = T · k ;

        S₈ = 5,4 · 2,5 = 13,5 м²

        Р₈ = 1000 · 9,81 · 5,2 · 13,5 = 688,7 кН

        Центр давления силы Р₈ :

                l_D8 = h

                l_D8 = 5,2 м

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

частичном заполнении камеры водой:

 

Грузоподъемность –  максимальная масса груза, который  поднимает док. Вес поднимаемого полезного груза определяется по формуле:

           Р = Р -G, Н

где Р = ρgV ;

       G = mg

где Р – выталкивающая сила, равная весу воды, вытесненной пустой камерой       

      дока, Н

      G – собственный вес дока, кг

      V – объем вытесненной воды, м

Объем погруженной в  воду части дока определяется по формуле:

           V = ST, м

           S = S +S +S +S

где S – площадь кормовой части дока, м²

       S – площадь рабочей секции дока, м²

       S – площадь переходной секции дока, м²

       S – площадь носовой секции дока, м²

 

S = [k- (z /tgβ) + z /tgβ] · z/2

z = a-z -z ;

z = 5,8-0,6-0,4 = 4,8 м

S = [2,5- 0,4/tg67°+0,6/tg67°] · 4,8/2 = 6,2 м²

S = z·L ;

S = 4,8·55 = 264 м²

S = z·c-[(a- z -2R)/2] · (a- z -2R)/tgα ;

S = 4,8·3,5-[(5,8-0,4-2·1,3)/2] · (5,8-0,4-2·1,3)/tg42° = 14,3 м²

S = (πR²/4)+R(R-z )+[(R²- πR²/4)/2]- z ·(R·z-R)/2 ;

S = (3,14·1,3²/4)+1,3·(1,3-0,6)+[(1,3²-3,14·1,3²/4)/2]-0,6·(1,3·4,8-1,3)/2 = 3,21 м²

S = 6,20+264+14,3+3,21 = 287,71 м²

V = 287,71·5,8 = 1668,72 м³

G = 900000·9,81 = 8829 кН

Р = 1000·9,81·1668,72 = 16370,14 кН

Р = 16370,14 – 8829 = 7541,14 кН

M_ГР = P_тр / g

M_ГР = 7541,14 / 9,81 = 768,72 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

M 1:500

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7 –  К расчету  величины полезного груза.

 

  8. Литература:

 

1. «Расчет нагрузок на элементы конструкции докового типа»

    метод. Указание, Н.Н., ННГАСУ

2. Р.Р. Чугаев «Гидравлика» - Л. Энергоиздательство   1982г.  – 572стр.

3. СТП ННГАСУ  1 –  1 – 98  Основные надписи

4. СТП ННГАСУ  1 –  2 – 98  Титульный лист

5. СТП ННГАСУ  1 –  4 – 98  Пояснительная записка

6. СТП ННГАСУ  1 –  6 – 98  Расчет