Расчет нагрузок на элементы конструкции докового типа
План
Раздел 1. Определение нагрузок на рабочую секцию дока
1.1 Определяем длину одной рабочей секции дока
1.2 Определяем давление на рабочие секции дока и строим эпюры
.3 Определение силы гидростатического давления
. Определение нагрузок на переходную секцию дока
. Определение нагрузок на носовую секцию дока
.1 Определение нагрузки, действующие на боковую плоскую, сложную поверхность носовой секции дока
.2 Определение нагрузки на носовую поверхность
. Расчет кормовой секции дока
. Определение грузоподъёмности дока
Раздел 1. Определение нагрузок на рабочую секцию дока
Рабочая секция дока состоит из трёх поверхностей, две из которых боковые наклонные имеют одинаковые площади и одинаковые заглубления, и одна донная горизонтальная.
.1 Определяем длину одной рабочей секции дока
Длина рабочей секции дока определяется по формуле [1]:
, (1.1)
где: L - длина дока по днищу, L=63 м m-число секций, m=8
Разрез по рабочей секции дока:
Рис. 1. - Расчетная схема к определению гидростатических нагрузок на отдельную секцию дока.
1.2 Определяем давление на рабочие секции дока и строим эпюры
Давление, действующее на стенки и дно, определяем по формуле [1]:
, Па (1.2)
где: r - плотность воды, r=103 кг/м3
g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2
h - заглубление точки под уровнем воды, м
где: h1-вертикальное заглубление верхней точки боковой поверхности рабочей секции дока.
h1=0; p1=0
где: h2-вертикальное заглубление нижней точки боковой поверхности рабочей секции дока, h2=a-z1,м
а - высота дока (а=63 м),
z1 - расстояние по высоте от верхней части дока до уровня воды, (z1=0,7 м).
h2=6,3-0,7=5,6 м; p2=103*9,81*5,6=54,94 кПа
.3 Определение силы гидростатического давления
Определяем силу гидростатического давления, действующую на наклонную стенку рабочей секции дока по формуле [1]:
(1.3)
Где: hc - заглубление центра тяжести рассматриваемой поверхности под уровень воды, м
S - площадь рассматриваемой поверхности, м2
hc=м
sin a=
Где: Т- ширина верхней части дока, м
То- ширина нижней части дока, м
sin a=6.3/=0.997=(6.3-0.7)*7.88/0.997=44.26 м2
1000*9.81*2.8*44.26=1215,7 кН
Определение центра тяжести силы Р1
Определяем центр тяжести силы Р1 по формуле: (см. рис. 1)
, м (1.4)
LD=2/3*(6.3-0.7)/0.997=3.74 м
Определяем силу гидростатического давления, действующую на дно рабочей секции дока по формуле (1.3)
S=Lc*To
S=7.88*4.2=33 м2
Р2=1000*9,81*5,6*33=1812,9 кН
2. Определение нагрузок на переходную секцию дока
Для определения нагрузок на элементы переходной секции дока расчет упрощается:
1. Определяем давление в точках на переходной секции дока по формуле (1.2)
р1=?gh
где: h-высота заглубления точки на переходной секции дока.1=0; р1=0.
2=а-z1
h2=6,3-0,7=5,6м;
p2=103*9,81*5,6=54,94кПа
Рис. 2 - Расчетная схема к определению гидростатических нагрузок на переходную секцию дока.
2. Определяем силу гидростатического давления, действующую на наклонную стенку переходной секции дока по формуле (1.3):
hc=м
sin a=0.997=(6.3-0.7)*7.88/0.997=44.26 м2
1000*9.81*2.8*44.26=1215,7 кН
. Определяем центр тяжести силы Р1 по формуле (1.4): (см. рис. 2)
LD=2/3*(6.3-0.7)/0.997=3.74 м
. Определяем силу гидростатического давления, действующую на дно переходной секции дока по формуле (1.3):
S=7.88*4.2=33 м2
Р2=1000*9,81*5,6*33=1812,9 кН
. Определяем точку приложения силы Р2
Т.к. поверхность расположена горизонтально под уровнем воды, давление в каждой точке одинаково, поэтому центр тяжести эпюры совпадает с центром тяжести поверхности.
6. Определяем силу, действующую на треугольную часть передней поверхности переходной секции дока по формуле (1.3):
Рис. 3 - Расчетная схема к определению гидростатических нагрузок на треугольную часть переходной секции дока.
, Н
где: S - площадь треугольной поверхности передней части переходной секции дока (см. рис. 3).
S= ½*а*(Т-Т0)/2,м2 (1.5)
S=0,5*6,3*(5,2-4,2)/2=1,575 м2
. Определяем точку приложения силы, действующую на треугольную часть передней поверхности переходной секции дока (см. рис.3).
, м (1.6)
,м
где: hс3- центр тяжести треугольной поверхности передней части переходной секции дока.
3. Определение нагрузок на носовую секцию дока
Носовая секция дока делится на три плоскости, 2 боковые плоские сложные и носовая криволинейная.
.1 Определение нагрузки, действующие на боковую плоскую, сложную поверхность носовой секции дока
Нагрузки определяем приближенным методом. Для этого поверхность АВС разбивают на 4 простых элемента. Погружённую под уровень воды поверхность (рис. 4) аппроксимируем, т.е. заменяем на ряд прямоугольных эпюр. Для этого поверхность на рисунке 4 делим на 4 элемента, высота каждого из которых равна (см. рис. 4):
h (1.7)
Полученная поверхность каждого элемента аппроксимируется - заменяется на прямоугольную эпюру, т.е. чтобы величина площадей сохранилась.
Затем для каждого элемента вычисляется сила гидростатического давления Pi по формуле (1.8) из [2]:, а центр давления lDi по (1.9) из [2]:, т. к элементы приняли прямоугольную форму. Величина заглубления каждого элемента hi вычисляется нарастающим итогом h1; h2=2h1…; hn=nh1. Длина каждого элемента Вi снимается с рисунка выполненного в масштабе. Расчёт сводится в таблицу 2.
hi==1,4 м
P=?gв*sin а*, кН (1.8)
, м (1.9)
К расчёту гидростатических нагрузок приближенным способом на боковую поверхность носовой секции дока.
Таблица 2
№ элемента от УВГлубина погружения верхней кромки элемента h1, мГлубина погружения нижней кромки элемента h2, мШирина элемента в, мСила гидростатического давления Pi, кНЦентр давления lDi, м101,43,533,60,9321,42,83,086,52,1832,84,22,8134,63,5544,25,61,8121,14,93
Рис. 4 - Расчетная схема к определению гидростатических нагрузок на боковую часть носовой секции дока.
Определяем результатирующая сила [1]:
R=P1+P2+P3+P4 (1.10)
R=33,6+86,5+134,6+121,1=375,8 кН
Определяем положение равнодействующей по теореме Вариньона
с помощью формул [1]:
?МА-А=R*lDR=P1lD1+ P2lD2+ P3lD3+ P4lD4 (1.11)
lDR=(P1lD1+ P2lD2+ P3lD3+ P4lD4)/R(1.12)
lDR=(33,6*0.93+86,5*2.18+134,6*3.55+121,1*4.93)/375,8=3.44 м
?МВ-В=R*BDR=P1+ P2+ P3+ P4
BDR=(P1+ P2+ P3+ P4)/R
BDR=(33,6*3.5/2+86,5*3.0/2+134,6*2.8/2+121,1*1.8/2)/375,8=1.29 м
.2 Определение нагрузки на носовую поверхность
Определяем нагрузку на носовую поверхность [1]:
(1.13)
где: Px - горизонтальная составляющая силы P
Py - вертикальная составляющая силы P
Cоставляющая Рх определяется по формуле (1.3):
S=(a-z1)T,м2 (см. рис.1) (1.14)
S=(6,3-0,7)*5,2=29,12 м2
Рх=1000* 9.81* 2,8* 29,12=799,87 кН
Cоставляющая Рy определяется по формуле :
*Vт.д,кН (1.15)
Где: Vт.д - объём тела давления, м3
Vт.д=(в1+в2+в3+в4)*h*T,м3 (см. рис.4) (1.16)
Vт.д=(1,8+2,8+3,0+3,5)*1,4*5,2=80,8 м3
Рy=1000 *9.81 *80,8=792,7кН
Р6==1126,1кН
Сила P проходит через центр кривизны под углом a (рис.4)
Угол наклона силы P к горизонтали определяем по формуле [1]:
(1.17)
; ?=440451
4. Расчет кормовой секции дока
Кормовая секция дока состоит из трех поверхностей, две из которых боковые треугольные, одна кормовая наклонная плоская.
. Распределение горизонтальных ригелей на кормовую стенку дока
Графический способ.
Определяем гидростатическое давление р у дна и строим эпюру давления на торцевую стенку (рис. 5). По условию равной загруженности каждого ригеля необходимо площадь эпюры разделить на равновеликие части, центры тяжести которых определят положение ригелей.
Задача решается графически: строится интегральная кривая (рис. 5), для чего определяется сила давления Р от воды на стенку при разной глубине hi, по формуле (1.3). Затем отрезок KL равный величине общей нагрузки Р на всю торцевую стенку делится на заданное число ригелей n, т. е. на 1 ригель приходится нагрузка равная P1=P/n. Из полученных точек проводим вертикальные линии до пересечения с кривой P=f(h). Эпюра гидростатического давления на стенку (рис. 5) делится на равновеликие части. Это означает, что силы давления равные объёму эпюр полученных равновеликих площадей, между собой равны и составляют: P1=P/n=P/3.
Центры тяжести равновеликих эпюр гидростатического давления определят искомое положение каждого ригеля.
Рис. 5 - К расчету ригелей графическим способом.
Угол наклона стенки определяется по формуле (см. рис.5):
Sin?= (2.1)
Sin?=; ?=660
Давление, действующее на наклонную стенку, определяем по формуле:
p1=0; т.к. h1=0
р2=?g(а-z1)
р2= 103*9,81*5,6=54,94 кПа
Определяем силу гидростатического давления Р по формуле:
Р=?ghс*S
Где: S - площадь трапеции
S=тр,м2 (см. рис. 5)
Где: а - верхнее основание трапеции
в- нижнее основание трапеции
hтр - высота трапеции
hтр=,м (см. рис. 5)
Где: h - высота сечения кормовой секции
hc=,м (см. рис. 5)
Где: hc - центр тяжести трапеции
Все расчеты сводятся в таблицу 3.
К расчёту ригелей графическим способом
Таблица 3
h,м1,42,84,25,6hc,м0,691,382,052,71S,м27,6214,921,7928,45P,кН51,6201,7438,2756,3
Определяем силу гидростатического давления Рриг, действующую на один ригель (исходя из условия равной загруженности ригелей)
Определяется по формуле :
Рриг,кН
Где: n - число ригелей (n=3)
Рmax - наибольшая нагрузка на наклонную поверхность кормовой секции дока,кН
Рриг=
Величина заглубления lDi снимается с рисунка 5, выполненного в масштабе.
lD1=2,31 м
lD2=4,3 м
lD3=5,6 м
. Расчёт нагрузки на боковые поверхности и дно кормовой секции дока.
Рассчитываем нагрузку от воды на боковую стенку дока по формуле:
,м (см. рис. 6)
S=,м2 (см. рис. 6)
К'=,м (см. рис. 6)
Рис. 6 - К определению нагрузки на боковые стенки кормовой секции дока.
К'=2,8*(6,3-0,7)/6,3=2,489 м
S=
P=103*9.81*1,87*6,99=128,23 кН
Центр давления определяем по формуле :
где: lc - координаты погружения центра тяжести фигуры, м
J0 - момент инерции фигуры
Момент инерции фигуры J0,рассчитывается по формуле [1]:
J0=,м4 (см. рис. 6)
J0= м4
lc=,м (см. рис. 6)
lc=1.87/0.997=1.876 м2
м2
Нагрузка на днище кормовой секции Рд равна нулю, т.к. Sд=0.
5. Определение грузоподъёмности дока
В расчёте определяем вес поднимаемого груза по формуле [1]:
где:G - собственный вес дока, т
Рарх - выталкивающая (Архимедова) сила, Н
(из [1])
Где V- объём дока, погруженный под воду, м3
G=m*g(из [1])
где: m-масса дока, кг
Рис. 7 - К расчёту грузоподъёмности дока
G=950*103*9.81=9319,5 кН
V=S*l
где: S-площадь трапеции, м2
l - длина дока, м
S=
где z2 - расстояние по высоте от нижней части дока до уровня воды, м
Т'=Т-, м (см. рис. 7)
Т'=5,2-(5,2-4,2)*0,7/6,3=5,09 м
Т0'=Т0+, м (см. рис. 8)
Т0'=5,2-(5,2-4,2)*0,5/6,3=5,28 м
S==26,44 м2
V=26,44*68,35=1807 м3
Рарх=1000* 9.81 *1807=17726,7 кН
Ргр=17726,7-9319,5=8407,2 кН
Ргр=qg (из [1])
где q - грузоподъёмность, т
q =,т(см. выше)
док гидравлический давление грузоподъемность
q ==857 т
Литература
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ