Техника - молодёжи 1974-10, страница 36

Борис СЕРГЕЕВ, кандидат технических наук, доцент Новочеркасского инженерно-мелиоративного института

САМЫЕ ЛЕГКИЕ КОНСТРУКЦИИ В ИСТОРИИ ТЕХНИКИ

Тан не без основания называют конструкции, выполненные из мягних материалов, — оранжереи, теплицы, зерносклады, выставочные павильоны, дирижабли, парашюты, палатни, лод-ни... Важнейшее преимущество мягких конструкций — невысокая стоимость, возможность обходиться без обычных строительных материалов, простота и легность монтажа.

Тема нашей статьи — гидротехнические мягние конструкции. Они разделяются по форме и конструктивным особенностям на наполняемые, мембранные и комбинированные, а по условиям работы и назначению на водоподпорные, регулирующие, сопрягающие, водопроводящие.

В наполняемых мягних нонструн-циях проентная форма и несущая способность достигаются за счет заполнителя (воды, грунта, воздуха). В мембранных — за счет балок, тросов, тросовых сеток. Комбинированные же конструкции несут в себе свойства и тех и других.

При анализе подобных сооружений оказалось, что все они могут быть составлены всего из четырех элементов: троса, жестной пластины, замкнутой или незамкнутой оболочки.

Предлагаемая вниманию читателей таблица основных видов мягких конструкций гидротехнических сооружений (см. центральный разворот журнала) составлена автором статьи на основании эвристических приемов.

НАПОЛНЯЕМЫЕ КОНСТРУКЦИИ. Сейчас наибольшее распространение получили затворы с мягкой несущей оболочной, наполняемой водой или воздухом и закрепляемой на бетонном флютбете (19). Иногда бетонный флютбет заменяют грунтонаполнен-ной оболочкой (1), к которой, чтобы улучшить сопряжение ее с руслом и берегами, пристраивают дополнительные оболочки (2).

Если теперь оболочки загрузить не грунтом, а песком и гравием или просто водой, то получатся превосходные детали, из которых можно построить перемычки (4, 5, 6) или сопрягающие сооружения — рыбоход (55), водобойные стенки (56, 58), быстроток повышенной шероховатости (57), перепад (59, 60).

Для того чтобы создать затвор двустороннего действия, нужно увеличить размеры флютбета и выбрать таной гип сопряжения с устоями или берегами, ноторый не препятствовал бы перемещению оболочки (20).

Для улучшения работы конструкции ее делают многооболочечной в виде либо «погремушки» (несвязанная оболочна в оболочке, внешняя нрепится н флютбету — 21, 22, 40). либо «веера» (дополнительные оболочки крепятся к месту «привязни» основной — 3, 23, 37).

Мягние наполняемые конструкции (24, 39, 41) могут оказаться перспек

тивными при перекрытии глубинных отверстий плотин и занрытых регуляторов (глубинных затворов). В сложенном виде они практически не оказывают сопротивления потоку: нет необходимости в устройстве пазов, навитирующих при больших снорос-тях.

Регулирование оболочкой (наполнение и опорожнение) может происходить без сложного механического оборудования и электрических схем — достаточно ее напорную грань снабдить «спасательным поясом» (38). Эта грань всплывает, создается напор, за счет которого и происходит автоматическое наполнение оболочни водой. Для выпуска из-лишна воздуха на гребне предусмотрено отверстие. Опорожнение оболочни производится сифоном или трубой.

Используя спаренные оболочни, можно решить множество задач по гидравлической автоматизации уровней воды в бьефах, расходов и т. д. Например, на рисунне 42 обе оболочни заполнены воздухом: по мере роста напора на основную давление в ней возрастает, и часть воздуха переходит в дополнительную. В результате гребень основной оболочни опадает, увеличивается площадь водосливного отверстия. С уменьшением напора воздух из дополнительной оболочки переходит в основную. Аналогичным образом действует и затвор-автомат (71), регулирующий наполнение бассейна.

Пожарные шланги издавна используются как водопроводящие сооружения (73). Эти шланги нетрудно подвесить (74, 77, 78) и пронач<п ь по ним воду, нефть, молоко. Положив шланги по два. по три и более (75. 76), мы увеличим пропускную способность магистрали, по ноторой можно транспортировать разные жидности.

МЕМБРАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ лучше переносят давление льда, воздействие камней, чем, например, жесткие арочные плотины.

Плотина, фасад которой показан на рисунне 10, имеет седловидную форму и усилена мелкоячеистой сетной. Под прикрытием временной плотины (9) возводят постоянную земляную. Плотина (7) подробно изображена иа центральном рисунне разворота.

Совсем не обязательно нрепить мемЗрану в верхней точке; полотнище достаточно перекинуть через несущий трос и закрепить его кран за аннеры со стороны верхнего и нижнего бьефов (28).

В конструкциях, показанных на рисунках 8 и 11, тросы в основании крепят не к анкерам, а к нижней мембране, заведенной в грунт. Таким образом удается передать нагрузку от давления воды прямо иа тросы при относительно небольших напряжениях в мембране. А применение силового пояса — несущего троса и оттяжек разной длнны, соединяющих трос с мембраной, — позволяет равномерно передать напряжения от мемораны к береговым анкерам (26).

Еще в 40-е годы была известна конструкция мембранной плотины под названием «брезентовая перемычка». Гибкое полотнище унлады-еается на спланированные откосы и дно рекн. Верхняя его нромка выполняется в виде петли — в нее просовываются жердь или трос, закрепленные на берегах. Когда нужно пропустить воду за перемычну, к ней пришивается один или несколько мягких рукавов (45) или в ней про-делываются отверстия (46).

Временные, переносные и разборные лотки (30, 47) очень нужны при переустройстве ирригационных систем В конструкциях же стационарных (79, 80, 81, 84) сочетаются положительные качества и железобетонных и стекяопластиновых лотнов.

Мембранными конструкциями мож

но увеличить высоту перекрываемого пролета (12, 27, 44), перегородить глубинные отверстия плотин, регуляторов (43, 48). С их помощью нетрудно построить уже знаномые нам перепад, быстротой повышенной шероховатости, рыбоход (61, 62, 63, 65), а также оригинальный транспорт для доставки рыбы из верхнего бьефа в нижний (и наоборот) в клине воды, поддерживаемом перемещающейся по откосу мембраной ( 4).

Целесообразно использовать полимерные пленки, тнани для герметизации дна ирригационных каналов (82), для защиты земляных плотин от паводковых вод (29, 66), для ограждения подземных туннелей (83).

КОМБИНИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ обладают самыми широними возможностями применения.

Плотины с напором в несколько десятнов метров, причальные набережные, стенки камер рыбоходных, судоходных шлюзов можно построить из мягких материалов, подкрепленных тросовыми сетками, бетонными или железобетонными контрфорсами и зубьями (13), металличесними фермами (14).

Воздухонаполненная оболочка и шпунт или металлический щит с горизонтальной осью вращения — вот и готов автоматический регулятор Уровней воды в бьефах (15, 54). Заданный уровень в верхнем бьефе поддерживается и с помощью конструкций (16, 17, 51). Например, затвор гидравлического действия (17) состоит из L-образного щита, мембраны, снрепленнои одним краем с нижней кромкой щита другим — с бетонным флютбетом, и трубопроводов, соединяющих камеру давления с верхним и нижним бьефами. Автоматическое регулирование затвором производится за счет открытия и закрытия отверстия трубопровода, идущего к нижнему бьефу.

Заменив мягкими материалами сливную или напорную грани крыше-видного затвора, можно значительно улучшить его работу (18, 33, 34, 49). Если же жесткие грани оставить, но сделать их подвижными, то в сочетании с мягкими материалами получается другой вариант затвора (31). Здесь плавучие пустотелые металлические створни играют роль защитного устройства в то время, ногда затвор опущен. И наоборот, участвуют в создании напора, когда затвор находится в проектном положении. При неподвижных створках затвор выглядит тан, как на рис. 32.

А на рисунке 35 изображен гидравлически действующий затвор, не имеющий фильтрационных потерь в закрытом положении. Перспективны конструкции с плавучими поясами в виде воздухонаполненных оболочек (36, 53).

В рыбоходных шлюзах в качестве затворов используют плоские метал-личесчие щитки с нлинкетами, перекрываемыми дроссельными заслонками. Однако затворы лучше работают, если перенрывать нлинкеты одиночными наполняемыми оболочками (50) или оболочками в сочетании с металлическими щитами, предохраняющими их от разрушения и износа (52). Последние можно использовать как сопрягающие сооружения, для этого достаточно их сгруппировать (67) или расположить на определенном расстоянии друг от друга (69).

Отверждаемая нонструнция... На мягкую опалубну — воздухонаполнен-ную длинную оболочку унладывается проволочная арматура, а затем слой бетона (85).

С помощью мягких материалов можно создавать консольные сбросы (68), перепады (70), шахтные водосбросы (72), водопроводящие сооружения (86 — 90).

34