МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПЛОСКИЕ ЗАТВОРЫ

Применение и условия работы. Простейшие плоские металлические затворы обы.чно применяют для перекрытия отверстий гидротехнических сооружений на оросительных системах. Они состоят из уголковой рамы, соединенной с листовой обшивкой толщиной 4—5 мм. Размеры их примерно те же, что и деревянных щитов.

Для перекрытия больших пролетов поверхностных отверстий применяют металлические затворы, более сложной конструкции, состоящие из каркаса в виде, балочной сети, с обшивкой из листовой стали. Вместо стальной обшивки иногда применяют деревянную, выполняемую из горизонтальных досок, но она недостаточно водонепроницаема и менее долговечна. На канале имени Москвы обшивка выполнена из арктилита, представляющего собой армированную пластифицированную древесину, полностью исключающую фильтрацию через обшивку.

Каркас состоит из горизонтальных главных балок, называемых главными ригелями; вспомогательных балок; вертикальных стоек, из которых крайние 4 называются опорно-концевыми. В больших затворах делают связи жесткости, обеспечивающие жесткость и пространственную неизменяемость конструкции затвора.

По числу ригелей затворы бывают двухригельными и многоригельными. Для небольших (особенно глубинных) затворов целесообразно применять многоригельную схему, позволяющую обойтись прокатными профилями и меньшими размерами пазов. Для больших затворов обычно наиболее экономична двухригельная схема.

Число вспомогательных балок и стоек принимают с учетом максимального использования работы обшивки. Соотношение сторон балочной клетки чаще всего принимают 1:1 — 1:2.

На затворы гидротехнических сооружений действуют статические и динамические силы.

К статическим силам относятся: гидростатическое давление воды, собственный вес затвора и давление наносов, если отложения их временно образуются у затвора.

Гидростатическое давление воды и давление наносов определяют обычными способами. Давление льда на затвор не уменьшается, так как при эксплуатации в обязательном порядке его пускают перед затвором сжатый воздух, или поддерживают перед затвором незамерзающую «майну» и др.

Предварительно собственный вес затвора определяют но эмпирическим формулам, а окончательно — по данным спецификации элементов конструкций на основе выполненного проекта.

К динамическим силам относятся: волновое давление воды, давление ветра, а также гидродинамическое давление воды, возникающее при обтекании водой затвора. Динамическое давление льда не учитывается по тем же соображениям, что и статическое.

Волновое давление воды и давление ветра при поднятом над водой положении затвора учитывают по СНиП II-A.11-62 и II-A.6-62.

Гидродинамическое давление возникает при истечении воды из-под затвора или при переливе через него. При течении воды поверх затвора или под затвором плохо обтекаемого очертания может образоваться вакуум, вызывающий вибрацию. Поэтому этим граням затвора придают плавно обтекаемое очертание, исключающее отрыв струи.

При истечении воды из-под затвора образующимся вакуумом создается эффект присоса затвора к порогу и увеличивается подъемное усилие. Для устранения возможности появления вакуума донному уплотняющему брусу придают более плавное очертание или применяют уплотнения с узкой опорной площадью (в виде стальной пластины) и порогу водослива непосредственно за кромкой затвора придают уклон в сторону нижнего бьефа. В затворах водоспусков в зону вакуума (за затвором) впускается воздух для восстановления атмосферного давления.

Нагрузки на элементы каркаса и закладные части. Вспомогательные разрезные балки воспринимают давление от обшивки и передают нагрузку стойкам, а последние — ригелям, от которых давление передается опорным стойкам и опорам или непосредственно опорным закладным частям в пазах сооружения. Гидростатическое давление на затвор распределяется по горизонтали равномерно, а по вертикали — по закону треугольника.

Разрезные вспомогательные балки и стойки при любом виде нагрузки можно рассчитывать как свободно лежащие на двух опорах балки, изгибаемые равномерно распределенной нагрузкой (расхождение в величинах максимальных моментов не превышает 2%). Площадь, с которой балки воспринимают нагрузку, определяется по закону биссектрисы с эпюрой в виде треугольников (или трапеций).

Стойки будут нагружены давлением воды от обшивки соседних полупролетов и реакциями вспомогательных горизонтальных балок. На главные балки (ригели) передается нагрузка в виде сосредоточенных сил — реакций стоек, прикрепленных к ригелям, и распределенной по треугольному закону нагрузки от обшивки в пределах между стойками.

Ригели расставляют из условий равной нагруженности их давлением воды и рассчитывают как балки, свободно опирающиеся на две опоры.

Положение равнонагруженных ригелей по высоте затвора проще всего определять графически. Для этого треугольную или трапецеидальную эпюру гидростатической нагрузки делят на равновеликие площади и располагают оси ригелей в центрах тяжести этих площадей.

Равнонагруженность ригелей при двухригельной схеме достигается расположением их на равном расстоянии от равнодействующей давления воды.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968