Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1264 вуза, 4631 предмета.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Нижегородский Государственный Архитектурно-Строительный Университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

10787

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
25.11.2023
Размер:
11.8 Mб
Скачать
☆

90

ВВЕДЕНИЕ

Водопровод населенного пункта, показанный на рис. 1, имеет такую структуру, элементы которой обеспечивают прием воды из природных источников, ее очистку до кондиции питьевой воды и доставку воды потребителю. При этом, ввиду несовпадения режимов подачи и потребления воды, водопровод включает в свой состав элементы, предназначенные для согласования функциональных особенностей его отдельных подсистем.

Водопровод населенного пункта является гидравлической системой взаимосвязанных инженерных сооружений, определяющие конструктивно-

технологические параметры которых могут быть установлены лишь в результате гидравлических расчетов при их обязательном включении в комплексное проектное решение.

91

1. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

ПЛОСКОГО ЩИТА-РЕГУЛЯТОРА

Щитовой затвор предназначен для избирательного отбора потока речной воды, направляемого к береговому приемнику, а также для полного перекрывания входа в ковш для проведения его профилактической очистки от накопленных осадков. В последнем случае возможно полное опорожнение ковша, и щит испытывает максимальные силовые нагрузки, определяющие его конструктивные параметры. Эта контрольная ситуация представлена на рис. 2.

Необходимо подготовить частное детальное решение по размещению равнозагруженных ригелей в каркасе жесткости щита.

Решение задачи аналитическим методом основано на использовании следующих расчетных зависимостей:

 

 

P g hc ,

 

 

 

(1.1)

где

P – суммарная сила давления на щит-регулятор, Н;

 

 

– плотность жидкости, 1000 кг/м3;

 

 

 

 

 

g

– ускорение свободного падения,

g 9,8м/с2;

 

 

hc

– пьезометрическая высота центра тяжести плоской фигуры, м;

 

 

– площадь плоской фигуры, м2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Преобразовав зависимость (1.1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P g

H

 

B H ,

(1.2)

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

где

H – высота щита-регулятора, м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B – ширина щита-регулятора, м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что общее количество ригелей n = 3 шт., и все они должны

быть равнозагружены, сила давления на каждый из них будет равна:

 

 

 

P P P

 

P

 

P

,

(1.3)

 

 

 

n

 

 

 

1 2

3

 

 

3

 

 

где

P1, P2 , P3 – силы давления на первый, второй и третий

ригели

 

соответственно, Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

92

Рисунок 2 – Конструктивная схема щита-регулятора

93

Равным силам P1, P2 , P3 соответствуют равные площади фрагментов общей эпюры давления 1 , 2 , 3 :

1

2 3 ,

 

 

(1.4)

Используя данное условие, силу давления на первый ригель можно

рассчитать как:

 

 

 

 

 

 

P B

1

 

h g h b,

(1.5)

2

 

1

1

 

1

1

 

где 1 – площадь первого фрагмента общей эпюры давления, кПа·м; h1 – глубина залегания первой части щита, м.

Из формулы (1.5) следует, что глубина залегания первой части щита равна:

h

2 P1

,

(1.6)

g B

1

 

 

Аналогичным образом выражается глубина залегания второй части щита

h :

 

 

 

2 (P1 P2)

 

 

 

 

h

 

 

,

 

(1.7)

 

g B

 

Тогда высота второй h2

и третьей h3

части щита

определяться

следующим образом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

h h1 ,

 

 

 

(1.8)

 

h3 H h ,

 

 

 

(1.9)

Глубина залегания центра тяжести каждой из эпюр определяется по

формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

h

 

IC

,

 

 

(1.10)

 

 

 

 

D

 

C

h

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

hD – расстояние до центра давления, м;

 

 

 

 

IC – момент инерции плоской фигуры

относительно

центральной

горизонтальной оси, м4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Момент инерции плоской прямоугольной фигуры равен:

94

IC B12h3 ,

Центр давления для каждого фрагмента общей эпюры давления:

 

 

 

 

IC1

 

 

 

 

 

 

 

 

B h3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

h h

 

 

 

 

 

 

12

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

C

 

h

2

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

1

 

 

 

 

 

 

 

1

h B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B h

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

h h

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

12

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

C

 

 

hC2 2

 

 

1

2

 

h

h2

h B

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

(1.11)

(1.12)

(1.13)

 

 

 

IC3

 

 

 

 

 

 

 

B h

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

h

h

 

 

h h

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

,

(1.14)

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D3

C3

 

1 2

2

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

C3

3

 

 

 

h

h

 

3

 

 

h B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

2

 

 

 

3

 

 

Подставив числовые значения и проведя последовательные вычисления,

получим:

P 1000 9,8 62 6 2,5 441 103 441кН;

P P

P

441 103

147 103 147 кН.

3

1

2

3

 

 

 

 

 

h

2 147 103

3,46 м;

1000 9,8 2,5

1

 

 

 

 

2 (147 147) 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,9 м;

 

1000 9,8 2,5

 

h2

4,9 3,46 1,44 м;

 

 

 

 

 

 

 

h3

6,0 4,9 1,1 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,46

 

 

 

 

 

2,5 3,463

 

 

 

 

 

 

 

hD

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

2,31 м;

 

 

2

3,46

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3,46 2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,44

 

 

 

 

 

2,5 1,443

 

hD2

3,46

 

 

 

 

 

 

12

 

 

4,22 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3,46

1,44

1,44 2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

95

 

 

1,1

 

 

 

2,5 1,13

 

 

hD3

3,46 1,44

 

 

 

12

 

 

 

 

5,47 м.

 

2

 

 

3,46 1,44

1,1

 

1,1 2,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Расчетная схема представлена на рис. 3а.

Графоаналитический метод решения данной задачи заключается в следующем: учитывая подобие базовой треугольной эпюры по различным вариантам таких же треугольных фрагментов эпюр, можно записать, что площади подобных фигур относятся как квадраты их сходственных сторон:

ЭП H2 ,

iЭП hi2

где ЭП – площадь суммарной эпюры давления, кПа·м;

iЭП – площадь i-го фрагмента эпюры давления, кПа·м; hi – высота i-ой эпюры, м.

ЭП n fi ,

(1.15)

(1.16)

где n – общее число ригелей;

fi – равновеликая всем остальным фрагментам часть суммарной эпюры давления.

iЭП ni fi ,

(1.17)

где ni = 1, 2, 3 – число равновеликих фрагментов эпюры

давления,

задействованных в получении частичного подобного треугольника.

Подставив (1.13) и (1.14) в зависимость (1.12):

n H2 , ni hi2

из этого следует формула для вычисления высоты глубины залегания i-ой части щита:

hi H nni ,

(1.18)

i-ой эпюры или

(1.19)

96

Рисунок 3 – Расчетная схема плоского щитового затвора

97

С учетом того, что щит расположен вертикально центр давления может быть найден следующим образом:

h

 

2

 

hi3

hi31

,

(1.20)

3

h2

h2

Di

 

 

 

 

 

 

 

 

i

i 1

 

 

где hi – отметка нижней грани i-ой части щита, м; hi 1 – отметка верхней грани i-ой части щита, м.

hD1 23 h1,

h

 

2

 

h3

h3

,

 

2

1

3

h2

h2

D2

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

(1.21)

(1.22)

h

 

2

 

h33

h23

,

(1.23)

3

h2

h2

D3

 

 

 

 

 

 

 

3

2

 

 

В вышеуказанные зависимости подставляются известные числовые значения:

h 6

1

3,46 м;

 

1

3

 

h 6

 

 

2

4,90 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h3 H 6 м;

 

 

h

 

 

2

3,46 2,31 м;

 

 

3

 

D1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

2

 

 

4,93 3,463

4,22 м;

 

 

3

4,92

3,462

 

D

2

 

 

 

 

h

 

 

2

 

 

6,03 4,903

 

5,47 м.

 

 

3

 

6,02

4,902

 

D3

 

 

 

 

 

Площадь эпюры давления – функция от глубины залегания ригеля:

 

 

 

 

f (h)

1

g h2 ,

(1.24)

 

 

 

 

iЭП

 

 

 

 

 

 

i

2

 

 

i

 

Используя зависимость (1.24), строится интегральная кривая, координаты точек которой заносятся в табл. 1. На рис. 3б представлен график зависимости

iЭП f (hi) .

98

Таблица 1 – Зависимость площади эпюры от глубины залегания ригеля

hi , м

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iЭП ,

1,2

4,9

11,0

19,6

30,6

44,1

60,0

78,4

99,2

122,5

148,2

176,4

кПа·м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью интегральной кривой можно определить высотное положение нижних границ равновеликих фрагментов эпюр и плоских треугольных площадок, на которые они опираются, а также можно установить высотное положение точек D (центра давления).

Для этого отрезок, параллельный оси абсцисс, делится на n равных отрезков. От полученных концов отрезков проводятся вертикальные линии до пересечения с интегральной кривой. Горизонтальный перенос от полученных точек дает возможность определить границы равновеликих фрагментов эпюр.

Каждый из n отрезков делится пополам. Вертикальные линии,

проведенные из середины отрезков, доводятся до пересечения с интегральной кривой. Горизонтальный перенос от полученных точек позволяет определить положение используемых ригелей, что дает возможность измерить hDi .

99

2. ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПРЕДПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ РЕЗЕРВУАРОВ ЧИСТОЙ ВОДЫ

2.1. Описание проблемной ситуации

Резервуары чистой воды (РЧВ) – это емкостные сооружения,

предназначенные для поддержания процессов накопления и отдачи, а также хранения питьевой воды. Фактическая вместимость РЧВ складывается из аварийного и противопожарного объемов воды и некоторой регулирующей вместимости, в границах которой происходят интенсивные изменения текущего объема, сопровождающиеся колебанием уровня воды в резервуаре, а значит и широкодиапазонным изменением объема воздушной прослойки над свободной поверхностью воды.

Для обеспечения целостности РЧВ и сохранения качества питьевой воды воздухообмен РЧВ с атмосферой организуется через специальную фильтровентиляционную камеру.

Резервуары состоят из ограждающих и несущих элементов, выполняемых из сборного железобетона, а также ряда конструкций, необходимых для их обслуживания и поддержания заданного технологического процесса.

Конструктивная схема РЧВ с элементами реализации отмеченных функциональных факторов представлена на рис. 4.

Можно сформулировать следующую параметрическую характеристику

РЧВ:

Wрег Wфакт ;

Wвоздmin 0,2 B L;

W max W

рег

W min ;

(2.1)

возд

возд

 

Hmax H 0,2 м;

Hmin Hmax (1 )

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности