Лабораторная работа №6

Тема: «Изучение конструкции и расчет поперечной и продольной запани»

Изучив назначение, принцип работы и конструкцию существующих лесозадерживающих сооружений (запаней), необходимо выполнить расчет поперечной запани по данным таблицы, пользуясь нижеследующей методикой.

Требуется выполнить:

1. Вычертить принципиальную схему поперечной и продольной запани.

2. Найти длину лесохранилища.

3. Определить силы, действующие на запань.

4. Определить натяжение в лежнях запани и подобрать трос по ГОСТу.

Исходные данные:

Ширина реки, м 120

Средняя ширина лесохранилища, м 55

Глубина реки, м 6,5

Тип запани лежнево-сетчатая

Расположение запани на прямом участке

Средняя скорость течения, м/сек 1,5

Расчетная скорость ветра, м/сек 12

Объем лесоматериалов, поступающих в запань, тыс 35

Угол сужения русла, град. -

Конструкция плитки запани с наклонной лобовой

частью, двухрядные

Рис. 1 Схемы поперечных за­паней:

а — лежневая; 1 — лежни запани; 2 —плитки-понтоны; 3 — береговые опоры; 4 — ворота для пропуска леса; б — наклонная; в — шатровая

Поперечные запани устанавливают поперек реки, перпендикулярно к направлению речного потока (рис.1,а), наклонно под углом к потоку(б), в форме шатра в плане, с русловой опорой и разделением потока(в), поперек реки на многих русловых опорах нормально направлению течения.

По конструктивным особенностям поперечные запани бывают: лежневого типа- с расположением канатов запани(лежня) в одной связки над водой; лежнево- сетчатые- с расположением канатов запани в надводной части(верхняя ветвь лежня) и под водой(нижней ветви), удерживаемой на определенной глубине потока на подвесках из цепей или канатов.

1. Расчет длины лесохранилища запани.

Длину бревенного пыжа в лесохранилище, образованном поперечной или продольной запанью, определяют по формуле:

где: W - расчетная емкость лесохранилища, м³;

ρ₀ - относительная плотность древесины;

Z- полнодревесность пыжа;

- средняя ширина водохранилища в зоне запани, м;

t_c— средняя толщина запанного пыжа, зависящая от

Средняя толщина заданного пыжа в поперечной запани определяется по эмпирической формуле:

Значение входящих коэффициентов см. в справочной литературе.

Длину пыжа определяют подбором, так как входящая в расчетную формулу средняя толщина запанного пыжа, в свою очередь, зависит от искомой величины L_п.

По этому сначала предварительно принимают осадку пыжа t° для эталонного пыжа длинной L_п= 700м, вычисляют по формуле (1) длину пыжа, определяют для этой длины пыжа значение поправочного коэффициента ϕ, вычисляют толщину пыжа по формуле (2), после чего по формуле (1) определяют действительную длину пыжа L_п.

Для =478,26; φ=1,04

t_c=3,77*1,04=3,92

2. Расчет поперечных запаней.

На поперечную запань действуют силы взаимодействия пыжа с потоком, ветром и берегами:

P_a- активная, влекущая сила;

P_д- действующая, передающая давление пыжа на запань.

где: β - коэффициент, учитывающий взаимодействие пыжа с берегами, зависит

L_p ∕ b₃ = 6b₃ ∕ b₃ = 6 β=0,48 6*55=330 Н

Активную силу определяют по формуле

где: b - средняя ширина реки в пределах расчетной длины пыжа, L_p;

- среднее удельное давление потока на единицу площади пыжа, Па;

- среднее удельное давление ветра на единицу площади пыжа, Па.

τ_в = ζ_в*ρ_в* ( υ² ∕ 2) = 0,015*1,29*(12² ∕ 2) = 0,01935 = 1,39 Па

τ_п = τ^’_в*φ_ч= 110*1,3 = 143 Па

P_a = 120*478,26*(143+1,39) = 8286715 H

P_д = 0,48*1*8286715 = 3977623,2 Н

Силы, действующие на запань, определяются в зависимости от параметра П_к кинетичности потока, вычисляемого по формуле:

П_к = 1,5 ∕ 9,81*6,5 = 1,5 ∕ 63,765 = 0,024

При расчете запани встречаются два значения Пк:

П_к ≤ 0,03, характерное для равнинных рек;

П_к > 0,03, характерное для полугорных и горных рек с большими скоростями течения.

h – средняя глубина реки на участке пыжа

Рис.2. Схема запани

Рис.3. Схема сил, действующих на запань: а- запань в прямоугольном русле; б- схема сужения в створе запани; в- схема к расчету сил, действующих на лежень.

2. 1. Определение давления пыжа на запань.

При П_к 0,03 сила, действующая на запань, определяется по формуле:

L_p- расчетная длина пыжа,

L_p = L_n если L_n< 8b

L _p= 8b, если L_n > 8b

здесь: b = b₃ - средняя ширина реки в зоне запани, м.

Расчет поперечной части продольной запани выполняется аналогично расчету обычной поперечной запани: вначале определяют внешнюю силу воздействия пыжа на запань, а затем натяжение лежня, по которому подбирают число и диаметр канатов лежня и опоры для их крепления.

Р_д = 0,48*1*478,26*55*(143+1,39) = 1823077,38 Па = 1823,08 кПа

2.2. Расчет гибких элементов запани.

Усилие (натяжение), возникающее в лежнях запаней определяется по формулам:

Для лежневой

Т = К*Р_д = 0,54*1823,08 = 984,5

где: К- коэффициент в зависимости от параметров L и отношения h / b₃.

Для лежнево-сетчатой:

а) верхняя ветвь лежня

в) нижняя ветвь лежня

2.3. Определяем расчетное натяжение в подвесках (стропах). Расчетное натяжение в подвесках (стропах) определяют по эмпирической зависимости:

где: q-равномерно-распределенная нагрузка на 1 пог. м. Запани

l_n— расстояние между подвесками, принимает не более l_n = 0,5 l_бр длины сплавляемых бревен.

T_ng = 0,21*33146,86*5 = 34804,2

Длину подвесок S_n определяют по формуле:

S_n = 1,57*(t_n+α) = 1,57*(3,2+0,35)=5,57м

2.4. Определение разрывного усилия в лежнях запани.

R_b= m · T_b; R_H= m · T_H

где: т - коэффициент запаса прочности, т = 2,5 - 3,0

R_b= 2,5 ·621,21=1553шт.; R_H= 2,5 · 295,35=738шт.

Число канатов определяют по зависимости

где: т- коэффициент запаса прочности, равный для лежней коренных и промежуточных запаней 3,0; для вспомогательных - 2,5.

R- разрывное усилие каната, шт.

Для лежней запаней принимают остальные канаты диаметром 30-60мм (ГОСТ 30 70-35 и 3071-85), а для подвесок - более гибкие тросы (ГОСТ 3083-85).

Список использованной литературы:

1. Лабораторный практикум и задания на лабораторно – практические работы по

дисциплине «Водный транспорт леса». / А.М.Чупраков. // - Ухта.:2007.

2. Водный транспорт леса. / В.И.Патякина // - МГУЛ.:2000.

3. Лесосплавные пути. Основы гидрологии. / В.И.Патякина // - Л.1989

4. Примеры расчета деревянных конструкций лесных сооружений.

/А.М.Чупраков. // - Ухта.:2008.

Дата добавления: 2015-07-02