Детальная информация

Объект исследования — плоский колёсный затвор водосброса руслового гидроузла пролётом в свету 12,0 м на расчётный напор 14,0 м. Предмет исследования — напряжённо-деформированное состояние, прочность, жёсткость и технико-экономические показатели металлоконструкции затвора. Цель работы — расчётное обоснование проектных параметров плоского колёсного затвора на основе совместного применения инженерного (ручного) расчёта и численного моделирования в сертифицированном отечественном программном комплексе SCAD++ с проверкой их взаимной сходимости и с технико-экономическим обоснованием принятого решения. В процессе работы систематизирована нормативная база расчёта, обоснована конструктивная схема, определены нагрузки и их сочетания, выполнен ручной расчёт несущих и локально нагруженных элементов по двум группам предельных состояний, построена оболочечная конечно-элементная модель, сопоставлены аналитические и численные результаты с оценкой сходимости, оценены масса и материалоёмкость, технологичность изготовления и монтажа, выполнены технологический расчёт сварочных работ, расчёт численности производственного персонала и логистики транспортирования, составлена смета изготовления, определены себестоимость, экономический эффект, срок окупаемости и сводные удельные показатели. Получены обоснованные параметры конструкции: ригельная схема с четырьмя равнонагруженными ригелями, напорная обшивка толщиной 12 мм, масса полотна около 50,0 т, материалоёмкость 0,287 т/м². Расхождение результатов ручного и численного расчётов не превышает 10 %; минимальный запас прочности составляет 11 %, запас по жёсткости — 25 %. Полная стоимость конструкции в деле — 10951 тыс. руб. (219 тыс. руб./т); применение колёсных опор окупается за 3,33 года при нормативном сроке 6,67 года. Результаты работы могут быть использованы при проектировании плоских колёсных затворов водосбросов русловых гидроузлов сходных пролётов и напоров, а также в учебном процессе по направлению подготовки строителей гидротехнических сооружений.

The object of research is a flat wheeled spillway gate of a run-of-river hydraulic project with a clear span of 12.0 m and a design head of 14.0 m. The subject of research is the stress-strain state, strength, stiffness and technical-economic indicators of the gate steel structure. The aim of the work is to justify the design parameters of the flat wheeled gate by combining a manual engineering calculation with numerical modelling in the certified Russian software package SCAD++, verifying their mutual convergence and providing a technical and economic substantiation of the adopted solution. In the course of the work the regulatory framework was systematised, the structural scheme was justified, the loads and their combinations were determined, a manual calculation of the load-bearing and locally loaded elements was performed for two groups of limit states, a shell finite-element model was built, analytical and numerical results were compared with a convergence assessment, the mass and material consumption, the manufacturability of fabrication and erection were evaluated, a technological calculation of welding, a calculation of the production personnel and of transportation logistics were carried out, a fabrication cost estimate was made, and the cost price, economic effect, payback period and summary specific indicators were determined. The justified parameters were obtained: a girder scheme with four equally loaded girders, a 12 mm skin plate, a leaf mass of about 50.0 t and a material consumption of 0.287 t/m². The discrepancy between the manual and numerical results does not exceed 10 %; the minimum strength margin is 11 % and the stiffness margin is 25 %. The total installed cost of the structure is 10951 thousand roubles (219 thousand roubles per tonne); the use of wheeled supports pays back in 3.33 years against a standard period of 6.67 years. The results may be used in the design of flat wheeled spillway gates of run-of river hydraulic projects with similar spans and heads, as well as in the educational process for the training of hydraulic-structure engineers.