Общие сведения о плоских и сегментных затворах нагрузки, действующие на затвор основы конструирования и расчета затворов

Расчетные сопротивления сталей

Сталь	Толщина проката в мм	Расчетное сопротивление, МПа
		Ry по СП16.13330.2011	Ryc, при осевом растяжении и сжатии	Ryu, при изгибе	Rs, при сдвиге
С245	От 2 до 20	240	173	182	100
	Свыше 20 до 30	230	166	174	96
С255	От 2 до 20	240	173	182	100
	Свыше 20 до 40	230	166	174	96
С285	От 2 до 10	270	194	204	113
	Свыше 10 до 20	260	187	196	108
С345	От 2 до 20	320	230	242	133
	Свыше 20 до 40	300	216	227	125
С375	От 2 до 20	345	248	260	144
	Свыше 20 до 40	325	234	246	136

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 Юм, 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 (см. параграф 3.1) и коэффициент перехода к производным сопротивлениям при изгибе, равный 1,05, учитывающий возможное ограниченное развитие пластических деформаций. Расчетные сопротивления сталей приведены в табл. 5.1, сварных соединений — в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Расчетные сопротивления сварных соединений с угловыми швами в затворах, МПа

Сварочные материалы		Напряженное состояние
тип электрода	марка проволоки	при срезе по металлу шва *+	при срезе по металлу границы сплавления Rwz
Э42, Э42А	Св-08, Св-08А	130	118
Э50, Э50А	Св-ЮГА, Св- 08 Г2С	155	152

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 рис. 5.5. Они показывают распределение нагрузки по высоте конструкции затвора. По его длине нагрузка принимается равномерно распределенной. На рис. 5.5 приведены схемы давления воды только со стороны 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:

где y_w — удельный вес воды 10 кН/м³.
Равнодействующая гидростатического давления:
• для поверхностного затвора

• для погруженного затвора

При этом положение равнодействующей:

• 
  • для поверхностного затвора z = Н/3;
  
• 
  • для погруженного затвора
  

где Н — глубина воды (напор) над порогом в верхнем бьефе; h_w и l_w — соответственно нагруженные высота и пролет (их определение см. в параграфе 5.3); и р_п — давление воды на единицу площади соответственно в нижней и верхней точках эпюры давления (определяются по формуле (5.1)).
Ориентировочно собственный вес подвижной части плоского затвора можно определить по графикам (рис. 5.6). Вес затвора определяется в зависимости от величины где Q_flc — условная нагрузка на затвор; /₀ —размер отверстия в свету; для поверхностного затвора

для погруженного затвора

где h₀ — высота отверстия в свету.
Полное гидростатическое давление, действующее на сегментный поверхностный затвор,

Сила F_w направлена в центр окружности, по которой очерчена обшивка затвора, и проходит под углом а к горизонту; а = arctg(_JF_wv / FJ.
Равнодействующую горизонтального давления F_wh воды и ее положение вычисляют по формулам, т.е. как и для плоского поверхностного затвора.
Равнодействующую вертикального давления воды F_wh, равную весу воды в объеме призмы абв (см. рис. 5.5, в, г), 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 (рис. 5.7), построенным по типу аналогичных графиков для плоских затворов. Формула (5.5) действительна для графиков на рис. 5.7. Пример определения веса затворов на графиках показан пунктиром со стрелкой.

Рис. 5.5. Эпюры гидростатического давления на затворы: 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