Общие сведения о плоских и сегментных затворах

Плоские затворы получили более массовое применение в сравне­нии с сегментными затворами, потому что стоимость их изготовления на 10-15% ниже сегментных затворов и монтаж в три раза дешевле.

В зависимости от размеров перекрываемого отверстия, назна­чения гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации используют различные типы плоских затворов. Чаще применяют плоские затворы одиночные и секционные. Пролетное строение плоских затворов одиночных состоит из одного полотнища.

Применяют их при высоте отверстия до 14 м. Такие затворы не допускают перелива воды поверху.

Плоские затворы секционные состоят по высоте из нескольких частей —секций, перемещение которых можно производить пооче­редно и одновременно — в сцепе.

Для мелиоративных систем применяют обычно одиночные зат­воры и только в редких случаях — сдвоенные. Пролеты таких затворов невелики — 0,5-6 м. Они предназначены для применения в гидротехнических сооружениях на каналах оросительных и осуши­тельных систем, проходящих в земляных облицованных и необлицованных руслах и лотках, на сооружениях при земляных плотинах и частично на водовыпусках закрытой мелиоративной сети.

Поверхностные затворы мелиоративных систем (рисунок ниже) ис­пользуют при напорах до 3 м, глубинные — при напорах до 12 м; они служат для поддержания уровня воды в верхнем бьефе, регули­рования расходов воды или полного перекрытия отверстий гидро­технических сооружений.

Основные элементы затвора мелиоративных систем

Плоский затвор состоит из подвижной части (собственно зат­вора) и неподвижных частей (пазового устройства). Перемещают затвор подъемными механизмами.

Подвижная часть плоских затворов мелиоративных систем (ма­лых пролетов) состоит из обшивки, устанавливаемой с напорной стороны, одного или нескольких ригелей, верхней обвязки, опор­но-концевых стоек и промежуточных вертикалей. Обшивку делают из листовой стали толщиной 4-6 мм, остальные элементы, как пра­вило, из прокатного металла (швеллеры, уголки, двутавры). Манев­рирование затворами осуществляют винтовыми подъемниками.

Затворы малых пролетов можно считать упрощенным вариан­том затворов значительного пролета. Поэтому ниже подробно излагается назначение основных элементов, конструирование и расчет гидротехнических затворов значительных пролетов (более 10 м).

Подвижную часть плоского затвора при пролетах более 10 м составляют следующие элементы (рисунок ниже). Обшивка из листовой стали, располагаемая обычно с напорной стороны затвора, препят­ствует течению воды, непосредственно воспринимает ее давление и передает последнее на вспомогательные балки, стойки и ригели. Балочная клетка состоит из вспомогательных балок и стоек и пере­дает давление воды от обшивки на ригели. Вспомогательные балки обычно размещают горизонтально. Элементы балочной клетки из­готовляют из прокатных двутавровых балок или швеллеров. Риге­ли — основные несущие элементы затвора — передают давление воды на опорно-концевые стойки. В зависимости от длины пролета затвора и высоты напора воды ригели изготовляют из прокатных или составных балок. В редких случаях ригели могут быть в виде ферм. Опорно-концевые стойки передают горизонтальные и верти­кальные давления от ригелей и продольных связевых ферм на опор­но-ходовые части и подвесные устройства. Опорно-концевые стой­ки обеспечивают взаимное расположение концов ригелей и служат для закрепления опорно-ходовых частей.

Основные элементы и размеры плоского одиночного поверхностного затвора

Поперечные связи — вертикальные фермы, поясами которых служат, с одной стороны, стойки балочной клетки, а с другой—стойки продольной связевой фермы. Решетка ферм бывает самого раз­нообразного очертания. В настоящее время часто решетку попереч­ных связей заменяют сплошным листом — диафрагмой. Попереч­ные связи должны сохранять пространственную неизменяемость сквозного параллелепипеда, образованного ригелями и продольны­ми связями, и препятствовать его скручиванию. В случаях неравно­мерного загружения отдельных ригелей поперечные связи вырав­нивают нагрузку между ними.

Продольные связи между ригелями, расположенные в плоско­сти растянутых поясов, образуют совместно с этими поясами вертикальную ферму. Со стороны сжатых поясов роль продольных свя­зей выполняет обшивка, которая совместно с элементами балочной клетки образует жесткий диск. Продольные связи воспринимают собственный вес затвора и другие вертикально действующие на­грузки, передавая их на опорно-концевые стойки. В результате со­храняется неизменное взаимное расположение ригелей, они также уменьшают вертикальные деформации (провисание) горизонталь­но расположенных ригелей. Поперечные и продольные связи обес­печивают работу затвора как пространственной конструкции.

Опорно-ходовые части и направляющие устройства (рисунок ниже) служат для передачи давления воды на неподвижные части затвора, на массу бетона сооружения и для передвижения затвора. Уплотне­ния перекрывают зазоры между обшивкой и закладными частями затвора, препятствуя утечке воды в обход обшивки.

Подъем и опускание затворов значительных пролетов чаще всего осуществляют с помощью козловых кранов.

Неподвижные части плоского затвора (рисунок ниже) включают в себя следующие элементы: опорно-ходовые части для рабочих колес, кат­ков, полозьев (рабочие пути); опорно-ходовые части для обратных и боковых колес или упоров (обратные и боковые пути); закладные ча­сти вертикальных и горизонтальных уплотнений; арматура углов бе­тонной кладки и забральных стен; устройства для обогрева затвора. Элементы неподвижной части затвора располагаются в пазах.

Опорно-ходовые части и направляющие устройства плоского затвора

Плоские затворы могут быть, одно-, двух- и многоригельные. Двухригельные затворы (см. рисунок выше) в строительстве применяют наиболее часто.

Концентрация усилий, а, следовательно, и материалов в двух мощных ригелях приводит к простоте конструкции, ясности ее статической работы, а также к уменьшению трудоемкости изготовления и монтажа. Целесообразность использования двухригельных затво­ров возрастает с увеличением пролета. Одно- и многоригельные зат­воры применяют при малых и средних пролетах, когда можно обой­тись ригелями из прокатных балок. В затворах средних пролетов при большом напоре для ригелей используют однотипные сварные балки с переменной шириной поясов по высоте затвора. Многоригельными затворами пользуются для перекрытия глубинных отверстий.

Сегментные затворы. Сегментный затвор (рисунок ниже) представ­ляет собой затвор, пролетное строение которого в поперечном сече­нии имеет вид сегмента и крепится к двум опорным стойкам-ногам, вращающимся вокруг горизонтальной оси. В отличие от плоских, сегментные затворы используют только как основные. Сегментные затворы бывают поверхностные и погруженные (глубинные). Повер­хностные перекрывают отверстия пролетом до 40 м при высоте до 14 м, погруженные применяют для напоров более 100 м. Сегмент­ный затвор состоит из подвижной и неподвижных частей.

Подвижная часть включает в себя стальную обшивку цилиндри­ческой формы, которая непосредственно воспринимает давление воды и передает его поддерживающей балочной клетке. Балочная клетка, состоящая из вспомогательных балок и стоек (при решетчатых диаф­рагмах), передает нагрузку на диафрагмы и главные ригели. Диафраг­мы (сплошные листы или вертикальные поперечные фермы) воспри­нимают нагрузку от балочной клетки и передают ее порталам; диаф­рагмы обеспечивают неизменяемость формы поперечного сечения затвора. Порталы, состоящие из ригелей и ног, воспринимают все дав­ление на затвор и передают его на опорные части. Кроме работы в горизонтальной плоскости от давления воды пояса ригелей порталов работают и в вертикальной плоскости — в системе подъемных (весо­вых) ферм, поясами которых они являются. Подъемные фермы, распо­ложенные с безнапорной стороны затвора, воспринимают его собствен­ный вес, который передают на концевые стойки. С напорной стороны роль подъемной фермы выполняет обшивка. Подъемные фермы обес­печивают пространственную неизменяемость затвора.

Опорные фермы, связывающие ветви ног портала в единую кон­струкцию, передают на опорную часть все давления воды, часть веса затвора и реакцию от тягового усилия, возникающего во время подъе­ма (опускания) затвора. Опорные части передают давление воды и вес затвора на опорные шарниры и обеспечивают вращательное дви­жение затвора при маневрировании им. Уплотнения перекрывают зазоры между подвижной конструкцией и закладными частями.

Неподвижная часть сегментного затвора включает в себя: оси опорных шарниров, передающих давление воды и вес затвора через закладные части на бетон сооружения; закладные части под уплотнения; арматуру для закрепления закладных частей в бетоне; устройства для обогрева затвора.

Затвор с подъемным механизмом соединяется подвесным уст­ройством.

Основные элементы сегментного затвора

Наиболее распространенными поверхностными сегментными зат­ворами являются затворы с двумя равнонагруженными порталами и с обшивкой, очерченной по дуге радиусом из точки, совпадающей с цен­тром вращения затвора. Поскольку давление воды направлено к на­порной поверхности затвора и, следовательно, его равнодействующая проходит через центр вращения, работа механизма для подъема огра­ничивается лишь перемещением массы затвора и преодолением тре­ния в опорных шарнирах и уплотнениях. В этом состоит большое пре­имущество сегментных затворов с цилиндрической формой поверх­ности. Ось вращения поверхностного сегментного затвора следует располагать выше или на уровне самого высокого положения свобод­ной поверхности потока в верхнем бьефе для предохранения опорных частей от повреждения ледоходом, засорения наносами и обмерзания.

Затворы делятся на шесть групп. К 1—4-й группам относят по­верхностные плоские, сегментные и подобные им основные и аварийные затворы, затворы судоходных шлюзов и водопроводных га­лерей, погруженные затворы при напоре более 10 м, ремонтные за­творы; к 5-й группе — строительные затворы, к 6-й — прочие затворы.

В зависимости от группы затвора и выбранной марки стали опре­деляют расчетные сопротивления материала и сварных соединений. При определении расчетных сопротивлений учтены коэффициент условий работы и коэффициент перехода к производным сопротив­лениям при изгибе, равный 1,05, учитывающий возможное ограни­ченное развитие пластических деформаций. Расчетные сопротивле­ния сталей приведены в таблице ниже, сварных соединений — таблице ниже.

Расчетные сопротивления сталей, МПа

Марка стали	Вид проката	Толщина проката, мм	Ry поСНиП Н-23-81*	Для затворов
				Ry(0) при осевом растяжении и сжатии	Ru(0) при изгибе	Rs, при сдвиге
1	2	3	4	5	6	7
ВСтЗсп5	Лист	6-20	225	162	170	94
		21-40	215	155	163	90
	Фасон	6-20	235	169	178	98
16Д	Лист	6-20	215	155	163	90
		21-40	205	148	155	86
	Фасон	6-20	215	155	163	90
09Г2С	Лист	6-20	315	227	238	132
		21-32	290	209	219	121
	Фасон	6-20	315	227	238	132
15ХСНД	Лист	6-32	330	238	249	139
	Фасон	6-20	310	223	234	129

Примечание. За толщину фасонного проката слсдут принимать толщину полки.

Расчетные сопротивления.сварных соединений с угловыми швами в затворах, МПа