Нагрузки, действующие на затвор

На затвор могут действовать следующие силы и нагрузки: гидростатическое и гидродинамическое давления; собственный вес; фильтрационное и волновое давление воды; давление наносов, льда и ветра; сейсмические, реактивные силы (трение, сцепление и т. п.), силы инерции и др.; нагрузки, возникающие в процессе испытания, монтажа, ремонта и т. п.; усилия, возникающие при заклинивании затвора в пазах.

Основной нагрузкой является сила гидростатического давления, определяемая по известным формулам гидравлики. Эпюры гидростатического давления на плоские поверхностные и погруженные, а также сегментные поверхностные затворы приведены на рисунке ниже. Они показывают распределение нагрузки по высоте конструкции затвора. По его длине нагрузка принимается равномерно распределенной. На рисунке ниже приведены схемы давления воды только со стороны верхнего бьефа.

Эпюры гидростатического давления на затворы

1 - 0097

а — плоский поверхностный; б — плоский погруженный;

1 — верхнее горизонтальное уплотнение; в — сегментный поверхностный с центром дуги обшивки, расположенным выше уровня верхнего бьефа; г - сегментный поверхностный с центром дуги обшивки, расположенным на уровне верхнего бьефа

Гидростатическое давление на единицу площади в любой точке водоудерживающей поверхности плоского затвора прямо пропорционально глубине погружения H_z точки и направлено нормально к этой поверхности:

p_w = γ_wH_z

где γ_w — удельный вес воды, равный 10 кН/м³.

Равнодействующая гидростатического давления:

для поверхностного затвора

F_w = 0,5γ_wH²l_w

для погруженного затвора

F_w = 0,5γ_w(2H-h_w)h_wl_w

При этом положение равнодействующей:

для поверхностного затвора Z = H/3;
для погруженного затвора

1 - 0097

где Н— глубина воды (напор) над порогом в верхнем бьефе; h_w и l_w, — соответственно нагруженные высота и пролет; p_w₁ и p_w1 — давление воды на единицу площади соответственно в нижней и верхней точках эпюры давления (определяются по формуле выше).

Ориентировочно собственный вес подвижной части плоского затвора можно определить по графикам (рисунок ниже).

Графики для определения веса плоских поверхностных и погруженных затворов

1 - 0098

1 — скользящие погруженные; 2 — колесные погруженные; 3 — скользящие поверхностные; 4 — колесные поверхностные

Вес затвора определяется в зависимости от величины Q_ficl₀, где Q_fic— условная нагрузка на затвор; l₀ — размер отверстия в свету;

для поверхностного затвора: Q_fic = H²l₀/2
для погруженного затвора: Q_fic= Hh₀l₀,

где h₀— высота отверстия в свету.

Полное гидростатическое давление, действующее на сегментный поверхностный затвор,

F_w = √F²_wh + F²_wv

Сила F_w направлена в центр окружности, по которой очерчена обшивка затвора, и проходит под углом α к горизонту; α = arctg(F_wu/F_wh)

Равнодействующую горизонтального давления воды F_wh и ее положение вычисляют по формулам выше, т. е. как и для плоского поверхностного затвора.

Равнодействующую вертикального давления воды F_wvравную весу воды в объеме призмы абв (рисунок ниже), вычисляют для затворов, центр дуги обшивки которых расположен:

выше уровня верхнего бьефа:

на уровне верхнего бьефа:

Собственный вес поверхностных сегментных затворов можно определить по графикам (рисунок ниже), построенным по типу аналогичных графиков для плоских затворов. Формула ниже действительна для графиков на рисунок ниже. Пример определения веса затворов на графиках показан пунктиром со стрелкой.

График для определения веса поверхностных сегментных затворов

1 - 0099

1 — с наклонными ногами; 2 — с прямыми ногами

← Общие сведения о плоских и сегментных затворах

Основы конструирования и расчета затворов →