МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» Кафедра: ВОДНЫХ ИЗЫСКАНИЙ, ПУТЕЙ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине: «Воднотранспортные сооружения» Вариант 3 Выполнил: Студент группы ПВ-51 заочного отделения Проверил: Ворошилова М.И. Новосибирск 2019г «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА» ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра ВОДНЫХ ИЗЫСКАНИЙ, ПУТЕЙ И ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ЗАДАНИЕ Студенту заочного отделения _____________________ по направлению подготовки 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» Профиль «Комплексное использование и охрана Водных ресурсов», на выполнение курсовой работы по дисциплине «Водотранспотрные сооружения» На основании исходных данных разработать курсовую работу. ИСХОДНЫЕ ДАНЫЕ Тип водного объекта: Водохранилище Наименование груза Прибытие тыс. т. жд Сахар в ящ. Контейнеры Щебень Лигроин 130 185 № вар Т нав. Ветер 1 3 2 156 3 ю Хар. Уро реки 1% 4 85 Отправление тыс. т. жд 184 115 авто авто 25 15 80 5% 10% 95% 97% 99% Мах ледоход, м 5 84 6 82 7 78 8 77 9 76 10 81 H волны, м 11 0,8 НПУ в в/хр, м 12 17 Сработка м 13 4 H волны в/хр, м 14 1,3 СОДЕРЖАНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПОРТА……………………………………………………………………...……........... 1.1 Суточный грузооборот порта……………………………,,,,….………………….. 1.2 Расчёт грузооборот по вариантам перегрузки………………….……….……….. 1.3 Определение категории порта…………………………………………………….. 1.4 Выбор типов судов, вагонов и автотранспорта……………..….………………… 1.4.1 Расчётные типы судов……………………………………...….…………….. 1.4.2 Расчётные типы вагонов………………………………………...…....……… 1.4.3 Расчётные типы автомашин…………………………………….…………… 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ РАБОТ ОБРАБОТКИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ФЛОТА……………………………………………………………....………………….. 2.1 Технологические схемы переработки грузов и обоснование их выбора…………………………………………………..…....……………………... 2.2 Определение количества причалов………………………...…………………….. 2.3 Определение длины причального фронта……………………..………………….. 3. РАСЧЁТ ГРАВИТАЦИОННОГО СООРУЖЕНИЯ………….…..…………………... 3.1 Построение расчётной схемы стенки………………………………..……………. 3.2 Сбор нагрузок, действующий на стенку………………………........…………….. 3.3 Боковое давление грунта……………………………………..………….………… 3.4 Проверка устойчивости сооружения на плоский сдвиг………….……………… 3.5 Проверка устойчивости сооружения на опрокидывание…………...…………… 3.6 Проверка прочности грунта основания…………………………………………… 3.7 Проверка общей устойчивости сооружения…………………………...…………. Литература……………………………………………………………......…………….. 1. ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПОРТА Категория порта - классификация порта в зависимости от грузооборота и пассажирооборота. Грузооборот по определённым видам грузов и пассажирооборот заданы в исходных данных к работе (при строительстве, расширений, реконструкции и техническом перевооружении речного порта принимают на основании специальных экономических изысканий). 1.1 Суточный грузооборот порта За расчетный грузооборот принимают суточный грузооборот с учетом коэффициента неравномерности перевозок грузов. Qсут=(Qн/Тн)*Кн где Qн - навигационный грузооборот (в задании), Кн -коэффициент неравномерности перевозок грузов, определяется на основе анализа объема отправления и прибытия грузов по порту по месяцам, в курсовом проекте - по приложению 1. Тн -эксплуатационный период навигации (рабочий период порта). РАСЧЕТ СУТОЧНОГО ГРУЗООБОРОТА (в тоннах) Таблица 1 Наименование Коэф. грузов неравном Кн Сахар в ящиках Прибытие отправление Всего на ж.д. на авто Всего на ж.д. на авто 1.3 1534 209 1743 Контейнеры 1.2 885 116 1001 Щебень 1.2 1000 Лигроин 1,4 1661 616 1616 1661 1.2 Суточный грузооборот по вариантам перегрузки. Перегрузочные работы - это комплекс завершенных технологических операций, связанных с перемещением груза из одного места в другое. Это перемещение совершается по различным вариантом. Вариант - это перемещение груза с одного вида транспорта на другой или с транспорта на склад. Различают следующие варианты перегрузки: -Прямой вариант - непосредственное перемещение грузов с одного вида транспорта на другой. Погрузка-разгрузка осуществляются по схеме судно-транспорт, транспорт-судно судно-судно. -Складской - с заходом грузов в склад на временное хранение. Погрузка - разгрузка осуществляются по схеме транспорт-склад, склад-транспорт Qсутскл = Qсут*Кно Кно - коэффициент прохождения груза через склад (Приложение 2), Qсутпр.вар = Qсут -Qсутскл Расчёт грузооборота по вариантам работ (в тоннах) Таблица 2 Прибытие Наимен. грузов На жд Кно Судно вагон Судно склад Отправление На авто Судно авто Судно склад всего прямой На жд На авто Судно Судно Судно вагон склад авто ч/склад всего Судно склад прямой ч/склад Сахар в ящ. 0,8 307 1227 42 167 349 1394 Контейнеры 1 0 885 0 116 0 1001 Щебень 0,8 200 800 Лигроин 1 0 1661 123 493 323 965 0 1661 1.3 Определение категории порта Порты классифицируются по категориям, в зависимости от среднесуточного грузооборота в условных тоннах. Среднесуточный грузооборот и среднесуточный пассажирооборот в условных единицах следует определять умножением величины заданных (фактических) грузооборота до видам грузов и количества пассажиров на соответствующие коэффициенты приведения. Среднесуточный грузооборот в условных тоннах Qсутусло = (Qн*Кут)/Тн Кут - коэффициент приведения, определяющий разную трудоемкость переработки грузов (Приложение 3). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИИ ПОРТА Таблица 3 Наименование Навигационный грузооборот в Продолжительность Коэффициент навигации Тн приведения Кут Среднесуточ. грузооборот в усл. грузов тоннах Qн Сахар в ящиках 209000 156 5,0 6699 Контейнеры 130000 156 3,3 2750 Щебень 210000 156 1,1 1481 Лигроин 185000 156 1,1 1305 Тоннах Qсутусло Среднесуточ. грузооборот в усл. Тоннах Qсутусло суммируем получаем 12235 тонн смотрим по таблице и определяем категорию порта Категория порта назначается по суммарному значению грузооборота отдельных видов грузов. Таблица 4 Категория Среднесуточный грузооборот условные Среднесуточный пассажирооборот, порта тонны условные пассажиры 1 Более 15000 Более 2000 2 3501-15000 501-2000 3 751-3500 201-500 4 750 и менее 200 и менее По категории порта в дальнейшем определяются: - административная структура порта и его эксплуатационные штаты; - класс основных сооружений; объемы работ по развитию порта; - отметка территории порта и расчетные уровни воды. При размещении грузовых и пассажирских причалов в общем причальном фронте категорию порта следует принимать по наибольшему значению из определенных отдельно среднесуточных грузооборота и пассажирооборота. При реконструкции или расширении действующего порта, связанных с увеличением грузооборота (пассажирооборота), ёго категорию следует определять с учетом нового возросшего грузооборота (пассажирооборота). При Qсутусло = 12235 назначается 2 категория порта. 1.4 Выбор типов судов, вагонов и автотранспорта 1.4.1 Расчетные типы судов Таблица 5 Габариты Наименование Тип судна грузов Коэфф. Грузоподъёмность Д,м Длина Lc ,м Ширина Вc Осадка в ,м грузу Т ,м Грузовместимости. а Теплоход Сахар в суогруз ящиках 1500 88,16 12,66 2,2 0,9 1200 88,76 12,66 2,2 0,5 1700 79,32 15 2,03 1 1300 85,76 13 2,98 0,9 2036 Теплоход Контейнеры площадка 81110 Баржа Щебень площадка 459-А Танкер Лигроин палубный 1754 1.4.2 Расчетные типы вагонов Таблица 6 Габариты Наименование Тип вагона грузов Коэфф. Грузоподъёмность qваг,т Длина lв ,м Ширина bв ,м Грузовместимости. Высота, м а Сахар в ящ. 11-739 65 14,72 3,25 4,65 0,9 Контейнеры 13-470 60 19,62 2,50 1,365 0,5 Щебень 20-4015 75 12,00 3,154 3,653 1 Лигроин 15-871 120 21,12 3,00 4,79 0,9 1.4.3 Расчётные типы автомашин Для перевозки грузов автотранспортном применяются бортовые автомобили, самосвалы, автоцистерны, прицепы, полуприцепы, тягачи. Выбор автомашин зависит от рода перевозимого груза. Коэффициент использования грузоподъемности аа, принять равным ав Выбор автомашин- по приложению. Таблица 7 Габариты Наименование Марка Грузоподъёмность qа грузов а/машины ,т Коэфф. Длина lв ,м Ширина bв Грузовместимости. а ,м Сахар в ящиках Камаз 4326 4 7,73 2,500 0,9 Контейнеры Камаз 43118 10 8,635 2,500 0,5 Щебень Камаз 45397 6,8 6,035 2,500 1 Лигроин 2. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ РАБОТ, ОБРАБОТКИ И ОБСЛУЖИВАНИЯ ФЛОТА 2.1 Технологические схемы переработки грузов и обоснование их выбора. На основе анализа исходных данных выбираем варианты технологических схем. Выбор схемы механизированной перегрузки грузов в порту ведётся по отдельным специализированным районам, группам причалов или отдельным причалам. Технологические решения базируются на применении прогрессивного оборудования и передовых типовых технологических процессов и должны соответствовать требованиям технологических условий погрузки, выгрузки и размещения грузов на судах, в вагонах, автомобилях и на складах. Оптимальный вариант технологии и механизации перегрузочных работ выбираем путём сравнения технико-экономических показателей вариантов технологических решений. Оптимальный вариант определяем по минимуму приведённых затрат в причалы и транспортный флот за время его обслуживания в порту. 2.2 Определение количества грузовых причалов Количество причалов определяют на основании пропускной способности одного причала. Для каждого груза рассматриваются технологические схемы переработки, связанные с судном. После выполнения расчётов необходимо просуммировать полученное количество причалов по каждому грузу. Данные рассчитываются и заносятся в таблицу № 8 Определение количество грузовых причалов Таблица 8 Наименование груза Сахар в ящиках Технологическая схема перегрузки Расчётный суточный грузооборот Qсут Эксплуатационная грузоподъёмность судна D ᵩ β Z Ηмаш qсм tдоп Nпр Скл-Пг-Кр-Сд 1394 1350 1,1 1,2 1 2 160 3,17 2,12 Вг-Пг-Кр-Сд 307 1350 1,1 1,2 1 2 150 3,17 0,47 Принятое количество причалов 3 0,09 Ав-Кр-Сд 42 1350 1,1 1,2 1 2 145 3,17 Σ=2,68 Ск-Кр-Сд 1001 600 1,1 1,2 1 2 1000 3,17 0,48 Контейнеры 1 Σ=0,48 Сд-Гф-Вг 200 1700 1,1 1,25 1 2 1400 4,33 0,1 Сд-Гф-Скл 1293 1700 1,1 1,25 1 2 1500 4,33 0,37 Щебень 1 0,05 Сд-Гф-Ав 123 1700 1,1 1,25 1 2 1350 4,33 Σ=0,52 Лигроин Сд-Н-Скл 1661 1170 1,1 1,25 1 1 2100 2,17 0,55 1 2.3 Определение длины причального фронта Общая длина причального фронта Lпр представляет собой сумму длин причалов, предназначенных для переработки самых различных грузов. Длина причалов определяется требованиями обеспечения безопасности подхода, стоянии и отхода судов, а также рационального выполнения грузовых работ или пассажирских операций. 1. До определения причального фронта необходимо принять решение о порядке размещения причалов, учитывая при этом: направление господствующих ветров, характеристики грузов, технологические схемы перегрузки, противопожарные, санитарные и др. специальные требования, соблюдение необходимых размеров между причалами различных грузов. 2. При взаимном расположении причалов в порту, кроме технологических требований, необходимо учитывать следующие условия: причалы с пылящими грузами следует размещать с подветренной стороны, причалы, не связанные с производством грузовых операций следует размещать в конце или начале причального фронта, расстояние между следующими сухогрузными причалами различной специализации, длина причала в общем случае определяется по формуле: Lпр = Lс + d Где Lс – габаритная длина расчетного судна d – запас с кормы и носа судна необходимый для предотвращения повреждения судна, при подходе или отходе от причала. Длина рядовых причалов должна быть не менее: Lпр = Lс + d/2+ d/2 Длина одиночных причалов должна быть не менее: L = 2/3 Lс Общая длина причального фронта: Lпр.фр. = Σ Lпр =420 м 3 РАСЧЁТ ГРАВИТАЦИОННОГО СООРУЖЕНИЯ Гравитационными принято называть набережные, устойчивость которых обеспечивается собственным весом составляющих их конструктивных элементов и грунта засыпки в пределах ширины подошвы сооружений. В общем случае причальное сооружение гравитационного типа составляют три основные части: подводная часть; надстройка; постель (искусственное основание). Постель выполняют из наброски камня на слое обратного фильтра. Основные функции постели: выравнивание поверхности грунтового основания; уменьшение давления на основание, передаваемое сооружением; защита основания от подмыва волнением, течением и при работе двигателей судов. 3.1 Построение расчётной схемы стенки Свободная высота причальной стенки зависит от характерных отметок самого высокого уровня (СВУ), низкого судоходного уровня (НВУ) и глубины акватории причалов (На). 1. Отметка территории порта. Для портов, расположенных на свободной реке, отметку территории порта следует назначать на уровне пика половодья с расчетной вероятностью превышения этого уровня, для портов II категории – 5 %. ↓тер = 84м 2. Отметка низкого судоходного уровня. Для портов на свободных реках за расчетный НСУ принимается уровень воды, имеющий среднемноголетнюю обеспеченность за навигационный период по кривой обеспеченности ежедневных уровней воды, для портов II категории – 99 %. ↓НСУ = 76 м 84 3. Отметка дна акватории у причалов. ___________ ↓дна = ↓НСУ – Напр 76 4. Высота причальной стенки. Нст =↓тер – ↓дна = 84 – 72,4 = 11,6 м 3.6 72,4 Н=11,6 Напр =Тс+Z1+Z2+Z3+Z4+Z5 Тс- максимальная осадка судна (2,2м) Z1-запас под днищем судна (0,05) Z2-запапс на волнение (0,2м) Z3-запас на дифферент (0,3м) Z4-запас на заносимость (0,4м) Z1-запас на сгон (0) Напр =2,2+0,2+0,05+0,3+0,4=3,15 Напр< Нгар поэтому Напр=3,6 ↓дна = ↓НСУ – Напр = 7,6 – 3,6 = 72,4 м 3.2 Собственный вес стенки Вес конструкции определяется суммой весов отдельных элементов. Q= ΣQэл Qэл=Vэл*γэл Q1=6,5*0,3*1*25=48,8 кН Q2 =6,5*6,7*1*17=740,4 кН Q3=7*2*1*17=238 кН Q4= 7*0,5*1*25=87,5 кН Q5=1*9*1*24=216 кН Q6=3,6*9*1*14=453,6 кН Qобщ=48,8+740,4+238+87,5+36+453,6=1604,3 кН 3.3 Боковое давление грунта При вычислении активного давления грунта нагрузку qо откладывают, начиная от тыловой плоскости стенки, что создает наихудшие условия устойчивости конструкции. Строится эпюра активного (распорного) давления грунта по значениям в характерных точках. Значения эпюры активного давления грунта в характерных точках будут: территория: Ϭа1 = qo * λа1 = 40*0,270 = 10,8 кН НСУ: Ϭy = qo+h1*γгр Ϭа2 = ϭу * λа =(40+8*17)*0,270 = 47,52 кН дно: Ϭy = qo+h1*γгр +h2*γгр Ϭа2 = ϭу * λа =(40+8*17+3,6*17)*0,270 = 57,24 кН Суммарная эпюра давления грунта разбивается на части. Для выполнения дальнейших расчетов рекомендуется разделить эпюру давления на уровне контакта фундаментной плиты и массивовой кладки и на уровне НСУ. Вычисляется значение площади каждой части: распределенная нагрузка заменяется сосредоточенной силой. 3.4 Проверка устойчивости сооружения на плоский сдвиг Устойчивость гравитационных стенок на сдвиг по плоскости постели проверяют по формуле Kc Q * f [ Кс] Pсдв Кс -коэффициент запаса; Pсдв -сумма сдвигающих сил; Q -вес конструкции и грунта над ней; -коэффициент трения материала между рассматриваемыми плоскостями (принять: «бетон по камню» 0,6.) Кс =1 f P1=(11+47)/2*7=203 кН P2=(47+57)/2*4.6=239,2 кН Pсдв =442,2 кН Кс =(1604,3*0,6)/442,2=2,17 [ Кс] Вывод: Условие на устойчивость сооружения выполняются. 3.5 Проверка устойчивости сооружения на опрокидывание Проверка на опрокидывание сооружения вокруг передней грани (точка О) осуществляют по формуле: Kо Муд. Мопр. - соответственно внешних относительно сил Муд. [Ко] Моп. удерживающий переднего и ребра опрокидывающий стенки. моменты Удерживающий или опрокидывающий момент равен сумме моментов от каждой силы Q или Р. Муд =Q*l, здесь l- плечо силы Q относительно точки О Опрокидывающий момент от силы P1: Mопр.= P1*r1 r1- плечо силы P1 относительно точки О. [ Ко] - допускаемый коэффициент на опрокидывание, принимается в зависимости от класса капитальности сооружения. В курсовом проекте принять [ Ко] =1 Муд. =48,8*0,15+740,4*3,65+238*8+87,5*3,5+216*4,5+453,6*4,5=7123,23 кН Моп. =7,4*203+2,2*239,2=2028,44 кН Ко=7123,23/2028,44=3,5> [ Ко] Вывод: Условие на опрокидывание выполняются. 3.6 Проверка прочности грунта основания Прочность грунта основания определяют путем определения давления на основание и сравнения его с допускаемым, то есть расчетным сопротивлением грунта основания [Rгр ] (табл.4.4). Пески Значение [Rгр ] Крупные 500 Срдней крупности 400 Мелкие 300 Необходимо определить место приложения равнодействующей силы R, от сил Pсдв и Q Значение эксцентриситета приложения силы R к плоскости подошвы равно е = 0,5 *Вст-а, где а - расстояние от точки приложения силы R до переднего ребра подошвы стенки, определяется соотношением а=Муд-Мо/ Q а=(7123,23-2028,44)/1604,3=3,18 Далее определяется давление под подошвой стенки. Ищем максимальное и минимально давление. Формула приведена ниже: maх Q 6* е * 1 [ Rгр] Bcт Вст min Q 6* е * 1 [ Rгр] Bcт Вст Ϭmax = (1604,3/9)*(1+((6*1,3)/9))=332,7 кН/м3 Ϭmax = (1604,3/9)*(1-((6*1,3)/9))=23 кН/м3 Далее необходимо сравнить полученные результаты с табличным значением Вывод: Условие прочности грунта основания не выполняются, поэтому необходимо определить толщину каменной постели. hп ⩾(2*[Rгр]- γкв*Bст/4* γкв)- √((2*[Rгр]- γкв*Bст/4* γкв)2-( Bст * (Ϭmax -[Rгр])/2* γкв))= =(2*300-12*9/4* 12)- √((2*300-12*9/4* 12)2-( 9 * (332-300)/2* 12))=0,6 м hп=0,6 м 3.7 Проверка общей устойчивости сооружения Расчет общей устойчивости ведется по схеме глубинного сдвига при вращательном перемещении некоторого массива грунта вместе с сооружением, т.е. по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения (метод Крея-Терцаги). По этому методу отыскивается такое положение центра и такой радиус круглоцилиндрической поверхности, при котором сумма удерживающих сооружение от сдвига сил оказывается минимальной. Рассматриваются следующие поверхности скольжения: для шпунтовых набережных - проходящие через низ шпунта; для гравитационных набережных - проходящие через тыловую грань подошвы сооружения, а при наличии постели - через тыловую грань постели. Для построения и расчетов используется следующий алгоритм: Из центра О радиусом R очерчивается круговая поверхность, объемлющая массив грунта, сдвигающийся вместе с сооружением. Для удобства расчета этот массив вместе с сооружением разбивается на ряд не связанных друг с другом вертикальных элементов равной ширины b и рассматривается устойчивость каждого из них при действии их собственного веса и нагрузки q0, расположенной над массивом. Временная нагрузка на территории причала должна располагаться над теми элементами, угол наклона подошвы которых ψi>φi , что обеспечивает наихудшие условия устойчивости сооружения. Действующую на расчетный элемент нагрузку можно условно приложить к его подошве, заменив криволинейную ее поверхность плоской. Сдвигающая составляющая нагрузки Si приложена касательно к поверхности сдвига и равна Si =qi –sin a, где а, -угол между радиусом R , проведенным в середину подошвы i-го элемента, и вертикалью, град. Момент от силы Si Мсдв= R* sin a, . Развивающаяся по подошве элемента сила трения Ti будет удерживать его от сдвига. Ti - Ni * tg φi= qi*cos ai* tg φi Момент от силы Ti Муд = R*( qi*cos ai* tg φi ) где φi - угол внутреннего трения по подошве элемента, град. Просуммировав полученные выражения усилий для всех расчетных элементов с учетом направления их действия, получают Муд = R*Σ( qi*cos ai* tg φi ) Мсдв= R*Σ qi* sin a, . Такой расчет проводят для нескольких точек О, до тех пор, пока не будет найдено минимальное отношение удерживающих и сдвигающих моментов, по которому и оценивается общая устойчивость сооружения. Если условия устойчивости не выполняются, то для обеспечения устойчивости сооружения необходимо изменить габаритные размеры сооружения, или уменьшить нагрузку, или принять другие конструктивные решения. ЛИТЕРАТУРА 1. Ворошилова М.И., Сорокин Е.М. Организация технологических процессов в речных портах. Методические указания по выполнению курсовых и практических 2. Сорокин Е.М., Ворошилова М.И. статистический расчет причального сооружения. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Воднотранспортные сооружения»- НГАВТ, 2012 год. 3. «Технологические схемы производства погрузочно-разгрузочных работ» – НИИВТ, 1982 год.
