автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Устойчивость двустворчатых ворот шлюза при навале судна

На правах рукописи

БОГАТЫРЕВ Владислав Григорьевич

УСТОЙЧИВОСТЬ ДВУСТВОРЧАТЫХ ВОРОТ ШЛЮЗА ПРИ НАВАЛЕ СУДНА

Специальность 05.23.07 - Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК

Санкт-Петербург 2013

005542718

005542718

Работа выполнена в государственном университете морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Колосов Михаил Александрович

Официальные оппоненты: Седых Виталий Алексеевич

доктор технических наук, профессор Новосибирская государственная академия водного транспорта и.о. проректора по учебной работе.

Беляев Николай Дмитриевич

кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургский государственный политехнический университет доцент кафедры Водохозяйственного и гидротехнического строительства

Ведущая организация: ОАО «Ленгидропроект»

Защита состоится «24» декабря 2013 года в 14-00 часов на заседании Диссертационного совета ДМ 212.171.03 в Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) по адресу: 630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, ауд. 239

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин)

Автореферат разослан «12 » ноября 2013года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Дзюбенко Л.Ф.

Актуальность работы. Нормативными документами для защиты нижних ворот от навала судов с 1974 года по настоящее время предусматривается при возведении новых судоходных шлюзов установка предохранительных устройств перед нижними воротами. Однако, из 110 шлюзов, эксплуатируемых в настоящее время, предохранительные устройства установлены только на 6 шлюзах. Данные статистики зарубежного и отечественного опыта эксплуатации судоходных шлюзов показывают, что примерно 80% навалов происходит на нижние ворота шлюза, находящиеся под напором, при входе судов в камеру со стороны верхнего бьефа. Это может объясняться как увеличением интенсивности движения судов, так и увеличением скоростей входа судна в камеру шлюза. Имеют место отдельные случаи превышения допустимых скоростей при входе в шлюз при низкой интенсивности движения судов. Каждый навал влечет за собой повреждение элементов ворот: переходного мостика, обшивки, верхних ригелей, а также возможны случаи потери устойчивости ворот с выходом из закладных подушек. Для выявления смещений опорных подушек в случае навала судна на нижние двустворчатые ворота (далее НДВ) шлюза проводится водолазное обследование подводной и надводной частей ворот. Нередко последствия от навала приводят к ремонтным работам, требующим остановки судопропуска. Известны примеры таких навалов на ворота, последствия которых приводили к остановке движения на водном пути на срок от 2 до 30 суток.

Определение условий устойчивости НДВ при силовом воздействии от навала судна возможно с помощью применения вычислительных пакетов программ, реализующих численный метод дискретизации сплошной среды методом конечных элементов.

Актуальность темы исследования определяется федеральным законом «О безопасности гидротехнических сооружений» № 117 — ФЗ и обсуждением вопросов безопасной и безаварийной эксплуатации судоходных шлюзов на международных конференциях СПГУВК 2003г., 2010г., совещаниях, проводимых Минтрансом России (г. Волжский 2002г., Пермь 2007г., Ростов-на-Дону 2008г., Нижний Новгород 2011г., Новосибирск 2012г., Петрозаводск 2013).

Цель работы: определение условий устойчивости НДВ при силовом воздействии, вызванном навалом судна.

Осповнымп задачами работы являются: 1. Анализ и оценка возможных силовых воздействий на ворота шлюза, обусловленных процессом судопропуска.

«освобожденная» волна, которая отделяется от носовой части корпуса судна, распространяется далее по камере к нижним воротам, оказывает кратковременное силовое воздействие и отражается от них.

Воздействие потока воды от движителей судна. Поток воды, исходящий от движителей судна, при выходе судна из камеры шлюза в верхний бьеф оказывает силовое, вибрационное воздействие на НДВ. Максимальное воздействие на НДВ возможно в следующих случаях:

■ Корма судна расположена на ограничительной стоп-линии нижней головы шлюза;

■ Включение двигателей на полную мощность в момент начала движения судна на выход из камеры шлюза;

Навал судна. Причиной навала судна на ворота шлюза являются ошибки судоводителя, заключающиеся в запоздалом включении двигателей в тормозной режим (67,8%), неисправность на судне дистанционного управления (24,3%), ошибки персонала шлюза или отказы в системах шлюза (7,9%).

Как показывает практика эксплуатации судоходных шлюзов и результаты анализа силовых воздействий, навал судна является наиболее опасным воздействием, поскольку является сосредоточенной нагрузкой по сравнению с другими воздействиями, относящимся к распределенным нагрузкам, и приводит, как к повреждениям ворот, так и повреждению носовой части судна.

В третьей главе (.Расчет силы навала судна) впервые произведен обзор и анализ формул для определения силы навала судна, выявлены максимальные скорости входа судов в камеру шлюза с верхнего бьефа. Впервые выполнен обзор и анализ исследований, посвященных изучению последствий навала судов на ворота шлюза.

Ключевыми факторами для оценки последствий навала судна на НДВ шлюза являются сила навала и расположение зоны контакта. Сила навала судна напрямую зависит от: скорости судна и водоизмещения судна. Скорость судна при входе в шлюз является переменной величиной и зависит от ряда факторов: сопротивления движению судна (размеры судна, форма корпуса, обрастание подводной части корпуса, коррозионные повреждения обшивки); типа и мощности силовой установки (двигателя); от устройства конструкции движителей; наличия течения в подходном канале, встречного или попутного ветра; коэффициента стеснения на пороге верхней головы; интенсивности волновых явлений, созданных судном при входе в камеру шлюза. Водоизмещение судна можно считать постоянным на временном участке предшествующим навалу и непосредственно в момент навала.

Водоизмещение судна складывается из: постоянной массы конструкций судна и стационарного оборудования; массы перевозимого груза; суммарной массы членов экипажа, съёмного оборудования и судовых запасов (топлива, пресной воды, провианта и т. д.).

Оценка и учет факторов, влияющих на силу навала, а также их сочетаний, является задачей, при рассмотрении которой необходимо учитывать фактическое состояние судов и судопропускных сооружений.

Зона контакта зависит от габаритов камеры судопропускного сооружения и размерений судна, т.е. свободы перемещения носовой части судна относительно продольной оси шлюза, от формы и конструкции носовой части судна. Исходя из анализа габаритов шлюзов Волго-Балтийского Водного Пути и габаритов судов речного флота, были установлены варианты навала:

- навал на створный столб и на прилегающую область длиной 1,2 м (характерен для всех типов судов независимо от их габаритной ширины);

- навал в область, расположенную на расстоянии от створного столба от 1,2 м до 3,0 м (характерен для судов типа «Волго-Балт» и для судов с меньшими габаритами);

- навал в область, расположенную на расстоянии от створного столба от 3,0 м до 6,0 м (может быть произведен либо буксирами, либо малогабаритными судами).

Вопросом анализа скоростей входа судна в камеру шлюза занимались Д.А. Зернов, М.А. Карасин, С.С. Кирьяков, В.В. Садовенко,

A.C. Шестаков, А.П. Яненко и др. Определение скоростей, с которыми суда входят в камеру, осуществлялось посредством натурных наблюдений.

Вопросом определения силы навала занимались: H.H. Варламов,

B.В. Дмитриев, М.Я. Дьяков, Д.А. Зернов, П.А. Швецов, A.C. Шестаков, Р. Pedersen, A.C. Vrouvenvelder, G. Woisin и др.

В отечественной практике проектирования шлюзов для учета силы навала судна на направляющие сооружения и стенки камеры имеются следующие расчетные формулы, предложенные: ЛИВТом (Швецов П.А.), Гипроречтрансом.

Данные расчетные формулы основываются на теоретическом описании столкновения судно-сооружение. Результаты, полученные по отечественным формулам, в 7-10 раз меньше результатов, полученных по зарубежным формулам.

За рубежом расчетные формулы для определения силы навала судна получили экспериментальное подтверждение: американский

действия силы навала и гидростатического давления. В расчете не учитывается горизонтальные связи пяты и гальсбанда. Воздействие судна на НДВ моделируется через сосредоточенную силу.

О кН1м"'

гидростатического давления к навала судна к створкам ворот

створкам ворот

Выполнено четыре вычислительных эксперимента (рисунок 2) для определения процессов, приводящих к потере устойчивости при навалах судна с максимальными силами: Р = 12000 кН по оси шлюза (в створ ворот); Р, = 12000 кН со смещением 1,2 м от оси шлюза; Р2 = 10000 кН со смещением 3,0 м от оси шлюза; Р3 = 7000 кН со смещением 6,0 м от оси шлюза.

Оценка устойчивости НДВ производится с помощью: определения расчетных перемещений стержневого элемента; сравнением удерживающего усилия Ртр со срезающей силой 0срез, возникающей в стержневом элементе

К, = М-N (2)

где: 11 - коэффициент трения; N - усилие распора.

Методика оценки устойчивости двустворчатых ворот. В связи с работой ворот под гидростатическим давлением воды и кратковременного воздействия силы навала судна на НДВ расчеты устойчивости выполняются в два этапа.

I этап. Учитывается только гидростатическое давление воды, анализируется устойчивость ворот при принудительном исключении связей в опорных подушках ригелей (для случаев без: 2-х верхних опорных подушек, 3-х подушек, 4-х подушек и 5-ти подушек). Определяются: усилия сдвига распора в подушках и перемещения опорных подушек для каждого расчетного случая. Для первого этапа оценки устойчивости НДВ получена диаграмма (рисунок 3), в которой показано нарастание перемещений ворот в плоскости опорных подушек при последовательном исключении верхних подушек из работы. Из анализа перемещений (рисунок 3) можно проследить отчетливую тенденцию к увеличению смещения НДВ в сторону нижнего бьефа при увеличении числа опорных подушек, которые вышли из работы по передаче усилия распора на устой шлюза. Критическая величина перемещений, при которой опорная подушка соскальзывает с закладной

и выключается из работы, составляет 85 мм.

--

2

1 №

0 /_? # /¿7 9 г ? (Г 5 4 J 2 /

Номер ригеля

» без 2-х подушек » без 3-х подушек «без 4-х подушек «без 5-ти подушек Рисунок 3. Перемещения в опорных подушках ворот шлюза с

последовательным исключением связей в подушках II этап. Учитывается гидростатическое давление воды и сосредоточенная сила навала судна. Анализируется устойчивость ворот для каждого расчетного случая приложения силы навала, усилия распора-сдвига и перемещения по каждой опорной подушке. Определяется количество деформированных ригелей, неспособных передавать усилие распора на опорные подушки. Также определяются места концентраций напряжений с целью анализа и выявления наиболее уязвимых элементов створок НДВ.

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова»

(ФГБОУ ВПО «ГУМРФ им. С.О. Макарова»)

На правах рукописи

04201451 431

Богатырев Владислав Григорьевич

УСТОЙЧИВОСТЬ ДВУСТВОРЧАТЫХ ВОРОТ ШЛЮЗА ПРИ НАВАЛЕ СУДНА

05.23.07 - Гидротехническое строительство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д. т. н., профессор Колосов М. А.

Санкт-Петербург 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. Обзор конструкций двустворчатых ворот..................................................8

1.1 Двустворчатые ригельные ворота с диагональными связями...........................8

1.11 Анализ конструкции ворот с диагональными связями...............................15

1.2 Двустворчатые ригельные ворота......................................................................20

1.21 Анализ конструкции ригельных ворот.........................................................27

ГЛАВА 2. Силовые воздействия судна на двустворчатые ворота...........................29

2.1 Волновое воздействие..........................................................................................29

2.2 Воздействие потока воды от движителей судна...............................................39

2.3 Навал судна...........................................................................................................45

ГЛАВА 3. Расчет силы навала судна..........................................................................51

3.1 Факторы определяющие величину силы навала..............................................51

3.2 Анализ скоростного режима судопропуска......................................................53

3.3 Анализ зависимостей для расчета силы навала................................................59

3.4 Анализ существующих моделей расчета двустворчатых ворот.....................69

ГЛАВА 4. Моделирование столкновения судна с воротами шлюза.......................77

4.1 Описание метода конечных элементов..............................................................77

4.2 Описание программного обеспечения и необходимого оборудования.........82

4.3 Математический аппарат компьютерного расчета...........................................86

4.4 Расчет двустворчатых ворот методом МКЭ в программе SCAD...................92

4.4.1 Исходные данные для расчета......................................................................92

4.5 Этап I. Расчет устойчивости ворот от действия гидростатической нагрузки 99

4.6 Этап II. Расчет устойчивости ворот от совместного действия гидростатической нагрузки и силы навала судна.................................................106

4.6.1 Навал судна по оси шлюза..........................................................................106

4.6.2 Навал в пролет створки со смещением 1,2 м от оси шлюза....................116

4.6.3 Навал в пролет створки со смещением 3,0 м от оси шлюза....................128

4.6.4 Навал в пролет створки со смещением 6,0 м от оси шлюза....................140

4.7 Расчет предельной и допустимой силы навала...............................................152

4.8. Выводы и рекомендации..................................................................................158

Заключение...............................................................................................................166

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Нормативными документами для защиты нижних ворот от навала судов с 1974 года по настоящее время предусматривается при возведении новых судоходных шлюзов установка предохранительных устройств перед нижними воротами. Однако, из 110 шлюзов, эксплуатируемых в настоящее время, предохранительные устройства установлены только на 6 шлюзах. Данные статистики зарубежного и отечественного опыта эксплуатации судоходных шлюзов показывают, что примерно 80% навалов происходит на нижние ворота шлюза, находящиеся под напором, при входе судов в камеру со стороны верхнего бьефа. Это может объясняться как увеличением интенсивности движения судов, так и увеличением скоростей входа судна в камеру шлюза. Имеют место отдельные случаи превышения допустимых скоростей при входе в шлюз при низкой интенсивности движения судов. Каждый навал влечет за собой повреждение элементов ворот: переходного мостика, обшивки, верхних ригелей, а также возможны случаи потери устойчивости ворот с выходом из закладных подушек. Для выявления смещений опорных подушек в случае навала судна на нижние двустворчатые ворота (далее НДВ) шлюза проводится водолазное обследование подводной и надводной частей ворот. Нередко последствия от навала приводят к ремонтным работам, требующим остановки судопропуска. Известны примеры таких навалов на ворота, последствия которых приводили к остановке движения на водном пути на срок от 2 до 30 суток.

Определение условий устойчивости НДВ при силовом воздействии от навала судна возможно с помощью применения вычислительных пакетов программ, реализующих численный метод дискретизации сплошной среды методом конечных элементов.

Актуальность темы исследования определяется федеральным законом «О безопасности гидротехнических сооружений» № 117 - ФЗ и обсуждением вопросов безопасной и безаварийной эксплуатации судоходных шлюзов на международных конференциях СПГУВК 2003г., 2010г., совещаниях, проводимых Минтрансом России (г. Волжский 2002г., Пермь 2007г., Ростов-на-Дону 2008г., Нижний Новгород 2011г., Новосибирск 2012г., Петрозаводск 2013).

Цель работы: определение условий устойчивости НДВ при силовом воздействии, вызванном навалом судна.

Основными задачами работы являются:

1. Анализ и оценка возможных силовых воздействий на ворота шлюза, обусловленных процессом судопропуска.

2. Разработка методики оценки устойчивости НДВ шлюза при силовом воздействии на них, вызванным навалом судна.

3. Определение процессов, приводящих к потере устойчивости НДВ и их сходу с закладных подушек при навале судна.

4. Определение значений безопасных скоростей входа судна в шлюз, которые можно рекомендовать для включения в «Правила пропуска судов в судоходных шлюзах», с целью повышения безопасности судопропускных сооружений.

5. Определение значений предельных скоростей судна, навал при которых приводит к потере устойчивости НВД.

6. Разработка мероприятий по конструктивному усилению створок НДВ для повышения их устойчивости при навале судна.

Достоверность результатов выполненных исследований обеспечивается использованием программ, зарегистрированных в Рос АПО и соответствием результатов расчетов данным, полученным при анализе актов о навалах судов в шлюзах и данным водолазных обследований.

Научная новизна результатов работы:

1. Впервые систематизированы возможные силовые воздействия на НДВ шлюза, вызванные процессом судопропуска, в которых учитывается, помимо волновых нагрузок и навала судна, воздействие потока воды от движителей судна.

2. Впервые предложена методика расчета устойчивости НДВ шлюза, учитывающая воздействие силы навала судна, и впервые установлены условия, при которых происходит сход конструкции с закладных подушек устоев нижней головы шлюза.

3. Установлены безопасные скорости входа судна в шлюз, которые можно рекомендовать для включения в «Правила пропуска судов в судоходных шлюзах», при которых в случае навала в несущих элементах створок НДВ не превышаются допустимые напряжения.

4. Впервые установлены расчетным путем предельные скорости судна, навал при которых приводит к потере устойчивости НВД.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Методика расчета устойчивости створок НДВ судоходного шлюза при силовом воздействии на них, вызванном навалом судна.

2. Режимы движения судов с безопасными скоростями в камере шлюза, которые можно рекомендовать для включения в «Правила пропуска судов в судоходных шлюзах».

3. Режимы движения судов с предельными скоростями в камере шлюза, навал при которых приводит к потере устойчивости НВД.

4. Рекомендации по конструктивному усилению створок и закладных подушек НДВ для повышения их устойчивости, учитывающие воздействие силы навала судна.

Практическая значимость работы. Результаты исследований, позволяющие определить: условия устойчивости НДВ, обосновать безопасные скорости входа судна в шлюз, установить расчетное значение усилия навала для предохранительного устройства, предложить конструктивные решения для

повышения надежности НДВ, могут быть использованы при проектировании новых шлюзов и реконструкции действующих шлюзов, а также в учебном процессе вузов, имеющих профильные кафедры.

Личный вклад автора. Автор непосредственно принимал участие в анализе: результатов натурных наблюдений, величин силовых воздействии на ворота, обусловленных процессом судопропуска, расчетных формул для оценки величины воздействий на ворота; подготовке данных для расчета, выполнении расчетов, анализе полученных результатов, разработке рекомендаций для повышения устойчивости ворот при навале судна.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Апробация работы. Основные положения работы были представлены на следующих конференциях: II и III межвузовские научно-практические конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (СПГУВК, 2011г., 2012г.), седьмая научно-техническая конференция «Гидроэнергетика. Новые разработки и технологии» (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2012г.), Расширенное заседание кафедры Гидротехнических сооружений и конструкций (СПГУВК, 2012г.), межкафедральный семинар НГАСУ (Сибстрин), 2013 г.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Содержит 174 страницы текста, 70 рисунков, 19 диаграмм, 9 таблиц и список литературы из 120 наименований.

ГЛАВА 1. Обзор конструкций двустворчатых ворот 1.1 Двустворчатые ригельные ворота с диагональными связями

Из большого числа гидротехнических сооружений, входящих в состав напорного фронта, шлюз предназначен для пропуска судов. Специфика работы сооружения требует безопасной и безаварийной эксплуатации всех его конструкций и механизмов. Одно из важных мест, среди всех элементов шлюза, занимают металлические конструкции сооружения, в частности нижние двустворчатые ворота.

В работах Баланина В.В. [7], Борисевича С.П. [14], Гришина М.М. [24], Денерта Г. [26], Мельниченко К.И. [55], Михайлова A.B. [57], Онохова П.П. [65], Перехвальского B.C. [71], Полонского Г.А. [72] Семанова H.A. [81], Жданова B.C. [31], Ярустовского A.A. [102,103] приводится следующее описание двустворчатых ворот. Ворота представляют собой две вертикальные поворотные створки, перекрывающие в рабочем положении судоходное отверстие и воспринимающие гидростатическое давление воды при наполненной камере. Каждая створка имеет две шарнирные опоры, составляющие вертикальную ось вращения. Воспринимаемое воротами гидростатическое давление передается на бетонную кладку устоев через специальные опорные части (упорные и опорные подушки). Под действием гидростатического давления воды ворота работают как трехшарнирная арка с шарнирами в точках соприкосновения закладных подушек с опорными и в створе. Каждая створка ворот состоит из балочной клетки, водоудерживающей обшивки, системы связей, опорных частей и системы уплотнений. Несущие конструкции представляют собой жесткий металлический каркас, состоящий из горизонтальных ригелей соединенных между собой вереяльным и створным столбами, вертикальных диафрагм и весовой фермы.

Ригели, являющиеся основными элементами несущей конструкции створки, представляют собой балки двутаврового составного сечения из сплошной стенки, одним из поясов которой является обшивка. Ригели расставлены между

собой по высоте створки на расстояниях, обеспечивающих их равную нагрузку от гидростатического давления воды. Водоудерживающая обшивка створки крепится к ригелям, диафрагмам и столбам через дополнительную балочную клетку. Вереяльный и створный столбы, являясь вертикальными опорными колоннами, представляют собой балки коробчатого сечения. Внутренние ребра жесткости вереяльных столбов расположены в одной плоскости со стенками ригелей и имеют жесткое соединение с ними. В вереяльных и створных столбах сосредоточены реакции трехшарнирных арок, и поэтому в столбах действуют большие местные нагрузки. Вереяльный столб, кроме этого, работает на сжатие от веса створки. По ширине створки, для придания ей жесткости, между ригелями устанавливаются диафрагмы и для этой же цели со стороны противоположной обшивки - диагональные связи. Для поддержания обшивки между диафрагмами установлены промежуточные горизонтальные балки, называемые стрингерами. Стрингер обычно выполняется из прокатного швеллера. Он служит для дополнительного укрепления обшивки между диафрагмами и включается в работу сечения ригеля.

Двустворчатые ворота с диагональными связями (рисунок 1) состоят из двух створок, которые при закрытых воротах опираются друг на друга по линии створа и образуют между собой в створе угол 140°.

1 - ригель; 2 - вереяльный столб; 3 - створный столб; 4 - диафрагма; 5 - диагональная связь; 6 - стрингер; 7 - пятовое устройство; 8 - гальсбант; 9 - упорные подушки; 10 - закладные подушки; 11 - металлическая обшивка; 12 - створный захват; 13 - штанги привода ворот; 14 - мостики; 15 - датчик закрытого положения ворот; 16 - деревянная обрешетка

Рис. 1. Двустворчатые ригельные ворота с диагональными связями [14]

Ворота, воспринимая гидростатическую нагрузку, работают как трехшарнирная арка, дисками которой являются створки ворот, образующие средний шарнир в створе, а крайние - в вереях. Внизу створка ворот опирается на пятовое устройство (рисунок 2), а наверху она удерживается от опрокидывания специальным подшипником, называемым гальсбантом (рисунок 3).

1 - надпятник; 2 - пята; 3 - подвижные диски; 4 - подпятник; 5 - бронзовый вкладыш; 6 - средний неподвижный диск; 7 - резиновое заполнение; 8 - медные пластины; 9 - антифрикционный вкладыш

Рис. 2. Пятовое устройство [7]

Пятовые устройства и гальсбанты служат опорами для створок при нерабочем состоянии ворот, а при давлении воды на ворота они выключаются из работы и опорами створок становятся закладные подушки, передающие давление на бетон. Диагональные связи вместе с диафрагмами и ригелями образуют

системы, воспринимающие частично вес полотнища, а также давление воды и ветра, действующее на створку во время вращения.

/7-/7

I;/:•. ; ?/Г- : >:; Л

ЗЕЕЦ; |1

л

1°

1 - жесткое треугольное звено; 2 - продольная тяга; 3 - поперечная тяга; 4 - глухая пята; 5 центральная ось; 6 - оголовок вереяльного столба; 7 - оси тяг; 8 - закладные части

Рис. 3. Гальсбант [7]

При работе ворот каждый ригель створки составляет с соответствующим ему ригелем второй створки трехшарнириую арку. Для образования шарниров по концам ригелей установлены упорные подушки (рисунок 4). При работе ворот упорные подушки, установленные в створе, упираются друг в друга, а вереяльные упорные подушки упираются в закладные подушки, закрепленные в бетоне.

Таким образом, ригельные ворота представляют собой многоарочную систему, связанную между собой вереяльными и створными столбами, диафрагмами, обшивкой и диагональными связями. Наличие такой жесткой связи между трехшарнириыми арками является необходимостью вследствие того, что створки ворот при вращении находятся под действием горизонтальных нагрузок (волновой, остаточного напора и ветровой) и поперечная жесткость их должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить восприятие этих нагрузок. С другой стороны, наличие жесткой связи между арками делает их работу зависимой друг от друга и в случае выхода одной арки из работы нагрузку ее воспринимают соседние арки, которые в этом случае начинают работать с перегрузкой. Это противоречие, заложенное в самой идее ригельных ворот, создает неблагоприятные условия для работы арок и делает работу ворот в целом неопределенной.

В этом и заключается основной недостаток ригельных ворот, как многоопорной конструкции. Также необходимо отметить, что многолетний опыт эксплуатации выявил существенные недостатки данной конструкции ворот, как в конструктивном отношении, так в не учете некоторых силовых воздействий.

1.11 Анализ конструкции ворот с диагональными связями

В процессе длительной эксплуатации были выявлены недостатки конструкции, которые отображены в статьях и публикациях по совершенствованию механического оборудования и повышению его надежности. В работах Абросимова В.Г. [2], Баланина В.В., Паншина А.Ф., Дейча И.М. [9,67], Кузьмицкого Б.Л. [49], Мюнзе В.Х. [61] отмечается массовое образование трещин в элементах конструкций по причине превышения расчетных напряжений.

При обследовании конструкции ворот нескольких шлюзов трещины обнаруживались, как правило, в полках первых трех-четырех ригелей в сечениях у вереяльных и створных столбов; в накладных монтажных планках, соединяющих марки створок; в стенке первого ригеля у пяты, а также в диагональных связях в этом же районе. Потеря прочности элементов створок ведет к нарушению ритмичной работы гидроузла и значительным материальн�