Плоские затворы получили наибольшее распространение. Их применяют как основные, так и аварийно-ремонтные. Выполняют их из стали (сварными или литыми) и из железобетона. Опоры за­творов могут быть скользящими, колесными, катковыми или гусе­ничными; перекрываемое отверстие - прямоугольным, квадратнымили круглым.

Скользящие опорные элементы при небольших нагрузках вы­полняют из дерева, с увеличением нагрузки - из синтетических материалов, а также в виде полосы из бронзы, спе­циальных сплавов с применением при особо больших нагрузках смазки полозьев под давлением, что также предохраняет полозья и от коррозии. Примеры плоских скользящих затворов см. на рис. 20.1.

Применение железобетонных плоских затворов стало возмож­ным с появлением предварительно напряженного бетона. Большой вес железобетонных глубинных затворов может играть положительную роль, так как позволяет уменьшить или исключить нагрузку, необходимую для посадки затвора на порог. Железобетонные глубинные скользящие затворы появились в конце 50-х годе в виде опытных конструкций, эксплуатация которых проходит весьма успешно. Например, в отверстиях водосбросов здания Волжского

Рис. 20.1 Плоские скользящие сварные аварийно-ремонтные глубинные затворы:
а - многоригельный затвор водовыпуска 3х6 - 89 м; б - секционный затвор 6х14 - 60 м (сечение в вертикальной плоскости); 1 - уплотнение из бронзы; 2 -полоз лигнофолевый (размеры в мм)

гидроузла установлено три различных по конструкции желе­зобетонных затвора размером (b xh - Н) 4,25 x 2,38 - 30,5 м. Расход металла в железобетонных затворах по сравнению со стальными меньше примерно вдвое, стоимость ниже на - 30-40%. Однако глубинные железобетонные затворы распространения не получили.

Не нашли пока применения затворы из предварительно напря­женных балок с клеевым соединением, которые по данным проект­ных проработок перспективны.

Колесные затворы требуют меньших подъемных усилий, чем скользящие, и применяются в основном как аварийно-ремонтные. Их недостаток - трудность защиты втулок колес и роликов подшипников от загрязнения и известкования, поэтому в тех случаях, когда колесные опоры постоянно при открытом и закрытом отверстии находятся в воде, применение колесных затворов может оказаться нецелесообразным.

Секционные колесные глубинные затворы, как и затворы скользящие, применяются при перекрытии отверстий, развитых по высоте требующих большое количество колес или опор скольжения, этом случае разбивка затвора на секции обеспечивает работ, затвора без зависания отдельных опор вследствие неровностей рабочих путей и неточностей установки опор.

На рис. 20.2 изображены две секции глубинного шестисекционного колесного аварийного затвора размером 5x20-59 м водоприемника высотной Асуанаской плотины. Ходовые колеса расположены на консолях. Шарнирные соединен; между осями колес объединяют секции, подъем и опускание которых происходи одновременно.

Рис. 20.2 Плоский колесный аварийный затвор:
а - вид с напорной стороны; б - вид сбоку

При значительной главной гидростатической нагрузке разместить необходимое из условий прочности количество колес не представляется возможным. В этом случае вместо колес применяются катки, объединенные рамой (катковые опоры) или гусеницей (гусеничные опоры). В современной практике как более надежные применяют гусеничные опоры (рис. 20.3) Помимо указанных использую траковые гусеничные опоры (трак - деталь гусеницы в ви­де пластины), позволяющие за счет уменьшения удельных; нагрузок по контакту опора сооружение отказаться от металлических путей в пазах. Для маневрирования затвором с катковыми или гусеничными опорами требуются механизмы меньшей грузоподъемности, чем при других типах опор.

На величину подъемного усилия плоского глубинного затвора существенное влияние оказывает положение уплот­няющего контура. При уплотняюшем контуре,

Рис. 20.3 Плоский гусеничный литой за­твор:. 1 - катки; 2 - гусеница; 3 - колесо обратное; 4 - резиновый элемент уплотнения; 5 - буфер обратного колеса

расположенном в плоскости напорной грани (рис. 20.4,а ), вертикальные составляющие сил атмосферного давления Р а , действующие на затвор сверху и снизу, практически уравнове­шиваются. При уплотняющем контуре в плоскости низовой грани (рис. 20.4, б ) сверху действует сила давления воды в шахте, снизу - сила давле­ния воды, направление которой зависит от открытия затвора, при закрытом отверстии она действует вверх, при частично открытом - вверх или вниз в зависимости от очертания дон­ного уплотнения. Наиболее благоприятные гидравлические условия созда­ются в тех случаях, когда пе­ред затвором происходит сжа­тие потока, а за затвором - отрыв от стенок, что достигается уст­ройством перед затвором конфузорного участка (рис. 20.5, а). Сжатие струи облегчает аэра­цию зон отрыва, необходимую для борьбы с кавитационной эрозией. Отрыв потока от дна водовода за затвором обеспе­чивается устройством уступа. Отрыв потока от стенок за затвором достигается

Рис. 20.4 Положение уплотнения глу­бинного затвора:
а - с верховой стороны; б - с низовой сто­роны; 1 - уплотнение

Рис. 20.5 Варианты конструктивного оформления водовода на участке расположения затвора:
а - конфузорный участок перед затвором; б - отрыв потока от стенок за счет расши­рения водовода или устройства отражате­лей; 1 - аэрационные каналы

Рис. 20.6 Плоские затворы водосброс­ного отверстия ГЭС Мавуазен:
1 - мостовой кран; 2, 3 - гидропривод основного и аварийного затворов; 4 - аэрационная шахта; 5, 6 - основной и аварий­ный плоские затворы

также путем расширения водовода за затворам или устройством отражателей (рис. 20.5, б).

На рис. 20.6 показана затворная камера гидроузла Мавуазен (Щвейцария), расположенная на трассе туннеля. Площадь перекрываемых отверстий составляет 5,4 м 2 при напоре 200 м.

При проведении аварийных либо плановых работ часто возникает необходимость в освобождении канала от содержимого (обычно жидкости). В данных целях производится остановка подачи воды либо приостановление ее течения в канале. Когда манипуляции подходят к концу, пространство вновь постепенно наполняют.

Для обеспечения надежной блокировки прохождения содержимого рекомендовано использовать щитовой затвор. Он перекрывает течение, за счет чего уровень жидкости начинает падать. В результате канал остается пустым, доступным для обслуживания.

Современные затворы характеризуются надежностью и оптимальным качеством материалов, достаточным сроком использования. Их производство тщательно планируется с учетом установленных требований к безопасности изделий данного типа. Затвор щитовой глубинный инсталлируется в галереях шлюзов, шахтах, очистных сооружениях водопроводных систем, камерах самотечных канализационных сетей, канализационных тоннельных коллекторах, в приемных камерах насосных канализационных станций и иных гидротехнических сооружениях.

ТИПОВЫЕ РАЗМЕРЫ ГЛУБИННЫХ ЩИТОВЫХ ЗАТВОРОВ ДО 10 М. В. СТ

AxB = DN,мм
L
Масса, кг

Глубинный щитовой затвор незаменим в случае необходимости монтажа регулирующих и запорных изделий, для частичного пропуска содержащейся в канале жидкости. Он дает возможность блокировать отверстия самых разных геометрических форм. Глубинный затвор бывает двух видов:

• затвор плоский скользящий;
• колесный затвор плоский.

Уплотнение данных конструкций производится сразу по четырем сторонам: по двум вертикальным направляющим, по порогу, по забральной балке. Они легко адаптируются к любым строительным частым. Что касается конструкции глубинных установок, они могут быть произведены с байпасом - специальным перепускным устройством, которое способствует выравниванию уровней воды с двух сторон затвора. Подъем последнего осуществляется в безнапорном режиме (провод выбирается с учетом веса щитового затвора и возможного трения в опорно-ходовых частях). Конструкция щитового затвора адаптируется под любую строительную часть.

Затвор щитовой плоский колесный

Затвор плоский глубинный обычно производится из коррозионностойких и конструкционных марок стали.

Установка затворного механизма имеет свои особенности. Так, вначале необходимо проверить, что строительная конструкция полностью соответствует всем подготовленным чертежам, от которых зависит грамотность и надежность планируемых монтажных работ. При обнаружении малейших отклонений необходимо провести перерасчеты и корректировку имеющихся схем. Важно, чтобы подаваемые на инсталляцию затворные узлы были очищены от песка, грязи, снега, льда, защитной смазки и краски.

1. Простейшая схема затвора. Обычный плоский металлический затвор представляет собой металлическую несущую конструкцию, покрытую с верховой стороны водонепроницаемой обшивкой, выполненной из листовой стали, арктилита или дерева.

В простейшем случае металлическая несущая конструкция представляет собой балоч клетку.

Из рис. 121.1 видно, что по контуру затвора устраивают уплотнения б и 7, перекрывающие зазоры, образующиеся ме Рис. 21.1. Простейшая схема обычного жду затвором и бетонными частями сооружения. Подъемные усилия прилагаются к опорным стойкам 3, на которые давление воды передается от ригелей. При поднятии затвора опорные стойки его перемещаются по специальным неподвижным рельсам 9, заделанным в пазах. Во избежание перекоса и боковых перемещений затвора у опорных стЪек иногда предусматривают вспомогательные опорные устройства в виде обратных и боковых направляющих колесроликов.

Чтобы обеспечить передачу собственного веса затвора на опорные стойки, а также получить достаточно жесткую конструкцию, устраивают особые связи. Ригели часто располагают на разном расстоянии друг от друга (книзу на меньшем расстоянии), чтобы получить их равнонагружецными гидростатическим давлением, которое увеличивается книзу. Равным образом, стремясь получить по расчету толщину стальной обшивки вверху и внизу затвора примерно одинаковой, размеры клеток несущей части затвора кверху увеличивают. При больших ширинах отверстий ригели выполняют в виде сквозных ферм.

На рис. 21.1 показана упрощенная схема так называемого мно горигельного затвора, применяемого теперь редко; эти затворы оказываются экономически выгодными только при относительно малых отношениях. В настоящее время при обычно встречающихся отношениях применяют почти исключительно так называемые двухригельные плоские затворы.

2. Несущая часть и обшивка двухригельного плоского затвора. Несущая конструкция двухригельного затвора, состоящая из различных горизонтальных и вертикальных элементов, а также из соответствующих наклонных связей, представляет собой пространст венную ферму, работающую в сложных условиях и не поддающуюся точному статическому расчету. Имеется много различных типов таких пространственных ферм (используемых при различных b и Н). Общая схема двухригельного затвора показана на рис. 21.2.

Ригели. Чтобы получить ригели 2 равнонагруженными гидростатическим давлением, а следовательно, одинаковой конструкции и размеров, их часто располагают на одинаковом расстоянии от линии действия силы Р гидростатического давления, действующего на обшивку.

В местах примыкания ригелей к опорным стойкам 3 обычно располагают опорноходовые части затвора. Чтобы обеспечить большую устойчивость затвора, располагаемого на четырех опорноходовых устройствах, расстояние между ригелями стремятся назначить возможно большим. При увеличении размера а уменьшается высота г с консольной части затвора, которую не рекомендуют назначать более (0,4...0,45). Вообще говоря, размеры уточняют с учетом: а) вида опорноходовых частей; б) ширины листов стали, применяемых для образования обшивки; в) разбивки металлической конструкции затвора на монтажные единицы.

Назначая размер а2, выдерживают условие в отношении расстояния d это расстояние должно быть достаточно большим, чтобы при поднятии затвора вода, вытекающая изпод затвора, не ударялась (при расширении струи) о нижний ригель и не создавала под ним вакуум; требуют, например, чтобы угол ф, показанный на рисунке, был не менее 30°, или считают, что размер d должен быть не менее (0,12...0,15) Н.

Ригели делают: а) в случае отверстий шириной Ь 10... 15 м - в виде сплошных балок (например, двутаврового сечения, швеллеров и т.п.) высотой в середине пролета; б) в случае отверстий большей ширины - в виде сквозных ферм, причем высоту ферм в середине пролета. Высоту ригелей на опорах снижают до (0,40...0,65) h. Число панелей в сквозной ферме назначают четным. При проектировании интересуются не только прочностью затвора,но и возможными его деформациями. Считают, что жесткость ригелей должна быть достаточно велика.

Поперечные вертикальные фермы выполняют сквозными (см. рис. 21.2) или сплошными. При наличии сквозных ригелей поперечные вертикальные фермы располагают в вертикальных плоскостях, проходящих через каждый узел фермы ригеля.

К опорным стойкам 3 (см. рис. 21.2) прикрепляют опорноходовые части затвора. Концы ригелей закрепяют в опорных стойках, причем в этих точках гидростатическое давление от ригелей передается опорным стойкам. Длина опорных стоек равна высоте затора. Различают опорные стойки: одностеночные (рис. 21.3, а) и двухстеночные (рис. 21.3,6) с расстоянием между стенками не менее 0,5 м. Высота опорных стоек должна равняться высоте концевой части главного ригеля 1 (рис. 21.3).

Вспомогательные ригели 7 (см. рис. 21.2) в отличие от главных эигелей располагают между по геречными вертикальными ферма ии 6. Образуют их, например, швеллерами.

Вспомогательные стойки 5 (см. эис. 21.2) предусматривают не всегда. При наличии вспомога. ельных стоек части их располагают между вспомогательными ригелями 7. Образуют их, например, швеллерами, уголками и т. п.

Обшивка 10 (см. рис. 21.2) перекрывает вспомогательные ригели и стойки, образующие балочную клетку. При отсутствии вспомогательных стоек балочная клетса образуется поперечными вертикальными фермами и вспомогательными ригелями. Обшивку делают из отдельных стальных листов, редко арктилитовой или деревянной. Толщину стальной обшивки, опирающейся на балочную клетку и непосредственно воспринимающей гидростатическое давление, устанавливают расчетом, причем полученную толщину несколько увеличивают (например, на 1 мм), учитывая возможность ее ржавления. Чтобы затвор пслучился жестким, обшивку делают не менее 8... 10 мм. Обычно толщина стальной обшивки получается равной 8...20 мм.

Размеры (пролеты) балочной клетки к низу затвора иногда уменьшают, чтобы расчетная толщина стальной обшивки по высоте затвора получалась одинаковой.

Дополнительные связи предусматривают для увеличения жесткости металлической конструкции, а также с целью обеспечить лучшую передачу собственного веса затвора опорным стойкам, которые воспринимают подъемные усилия.

Соединение металлических элементов затвора в настоящее время осуществляется с помощью сварки.

Условия работы элементов затвора. Гидростатическое давление действует со стороны верхнего бьефа непосредственно на обшивку. От обшивки это давление передается на балочную клетку (рис. 21.4), которая оказывается образованной только поперечны. Распределение гидростатического метода гидростатическое давление между вспомогательными ригеля ми и поперечными вертикальными фермами распределяется, как показано на рис. 21.4. Например, на вспомогательный ригель ab гидростатическое давление передается с площади обшивки, показанной вертикальной штриховкой (рис. 21.4, а); поэтому данный ригель будет загружен неравномерно распределенной нагрузкой (рис. 21.4, б).

Наряду с этим поперечная вертикальная ферма cd (рис. 21.4, в) будет воспринимать со стороны обшивки гидростатическое давление с площади обшивки, показанной горизонтальной штриховкой (см. рис. 21.4, а); кроме того, на эту ферму будут действовать сосредоточенные силы 5 в местах присоединения к ней вспомогательных ригелей (см. рис. 21.4, в). В соответствии со схемой усилий, передающихся от одного элемента затвора к другому, нужно выявить загруженность гидростатическим давлением всех элементов, подлежащих расчету (в том числе й главных ригелей). Дополнительно учитывают собственный вес затвора, передающийся также па опорные стойки.

3. Опорноходовые части обычных плоских затворов. В зависимости от конструкции опорноходовых частей различают металлические плоские затворы скользящего трения, колесные, катковые.

Затворы скользящего трения имеют опорноходовую часть из дерева (рис. 21.5, а), металла (рис. 21.5,6) или древеснослоисто го пластика (ДСП) (рис. 21.6).

В случае небольших затворов (см. рис. 21.5, а) деревянный брус устраивают го всей высоте опорной стойки, причем он может выполнять роль бокового уплотнения. ДСП изготовляют в виде плит, набранных из березовых пластин (рис. 21,0, а), пропитанных особыми смолами и склеенных при их термической обработке под высоким давлением. Поверхность трения ДСП должна быть образована торцами волокон древесины. Как видно из рис. 21.6 устраивают четыре отдельных полоза, опирающихся на неподвижную закладную часть в виде рельса, покрытого полосой из нержавеющей стали.

При скольжении опорноходовых частей по неподвижным рельсам - закладным частям - возникает сила трения. От значения коэффициента зависит мощность подъемных механизмов. Различают коэффициент покоя (в момент трогания) и при движении. Для скольжения стали по стали: в случае покоя 0,5; в случае движения 0,15. При использовании ДСП снижается до 0,04.

В случае водосливных затворов ДСП применять не следует, так как в надводном состоянии этот материал может распрессО ваться и разрушаться.

Колесные затворы применяют с целью уменьшения мощности подъемных механизмов. Для этого к опорным стойкам прикрепляют колеса или колесные тележки, которые должны катиться по рельсу. В случае колесного затвора сопротивление движению слагается: а) из трения качения колеса по рельсу и б) из трения скольжения между колесом и его осью; чтобы уменьшить трение скольжения, устраивают роликовые подшипники. Зная размеры колеса и соответствующие коэффициенты трения (качения и скольжения), находят силу Т сопротивления движению: T=fP (как и в случае затвора скользящего трения). При использовании роликовых подшипников Т можно снизить еще больше. Именно в снижении Т и заключается преимущество колесных затворов.

Число колес или колесных тележек назначают четыре. Колеса (или тележки) располагают на опорных стойках так, чтобы они были по возможности равнонагруженными гидростатическим давлением. Часто их укрепляют в случае двухригельных затворов у концов ригелей.

Колеса по отношению к двухстеночной опорной стойке часто располагают или на консоли, или в промежутке между стенками опорной стойки (рис. 21.7). Расчетом можно установить усилие, передающееся на одно колесо. Исходя из этого усилия, устанавливают радиус колеса и ширину его обода. Диаметр колеса обычно равен 0,3... 1,0 м. Колеса почти всегда имеют реборды. Колесные тележки проектируют так, что между опорной стойкой и соответствующей тележкой имеется шарнир, через который от затвора передаётся усилие на два колеса (рис. 21.8). Ширина пазов при наличии колес доходит до 3...4 м.

Катковые затворы (щиты Стонея) имеют опорные стойки, опирающиеся в пазах на ролики (катки), соединенные рамой (рис. 21.9).

4. Вспомогательные опорноходовые части обычных плоских затворов. Во избежание перекоса затвора, смещения его вбок, а также схода с рельс устраивают вспомогательные опорноходовые части: скользящие - в виде различных объектов считают возможным использование дерева. Резина уплотнений должна удовлетворять определенным техническим требованиям; для защиты резины от истирания и для уменьшения сил трения поверхность скольжения резины иногда покрывают металлической планкой.

Уплотнение подвержено износу, поэтому его следует проектировать сменного типа (на болтах). Различают два вида уплотнения; 1) уплотнения, отрывающиеся от поверхности плотины при движения затвора (рис. 21.10, а); 2) уплотнения при движении затвора, скользящие по поверхности плотины (например, боковые уплотнения плоского затвора).

5. Скользящие уплотнения встречаются двух, типов: скользящие вдоль линии АВ уплотнения (рис. 21.10,6); скользящие поперек линии АВ уплотнения (рис. 21.10,в). Конструирование уплотнения поперечного скольжения - наиболее сложная задача, так как в этом случае силы трения направлены поперек линии АВ уплотнения, причем они могут выворачивать и срывать уплотнения. Однако в случае обычных, плоских затворов часто сталкиваемся только с уплотнениями отрывающимися (донными) и продольного скольжения (боковыми) н продольного скольжения; на рис. 21.13 и 21.14 - возможное конструктивное оформление этих уплотнений. Сопряжение донно на уплотнения с боковым требует специальной конструктивной разработки, обеспечивающей герметичность затвора в этом месте.

Итак, в бетоне в. обход закладных частей, к которым примыкает уплотнение, возникает фильтрационный поток (см. рис. 21.11), причем в районе закладной части может произойти выщелачивание бетона (при наличии больших пьезометрических уклонов и бетона иеудовлеворительного качества). В точке а (см. рис. 21.11) гидропатическое давление соответствует глубине воды в верхнем бьефе; это давление равно нулю (при отсутствии воды в нижнем бьефе). Фильтрация воды вдоль щели ab обусловит противодав дсние W, действующее на уплотнение, затвора снизу и выражаемое треугольной эпюрой abc. Усилие опускания (посадки) затвора должно преодолеть, в частности, силу W.

6. Масса обычного плоского металлического затвора. Масса рассматриваемого затвора (подвижной его части) может быть приближенно определена по эмпирической формуле А. Р. Березинского

7. Усилия подъема и опускания обычного плоского затвора. Необходимо различать поднятие и опускание затвора: а) в покоящейся воде (при выровненных бьефах) и б) в текущей воде.

При поднятии и опускании затвора в текущей воде.различают: а) усилие подъема затвора Sf; б) усилие опускания (посадки) затвора S. При определенииусилия Sf подъема затвора помимо веса затвора G в воздухе необходимо учитывать: силу сопротивления Т движению, обусловленную трением в опорноходовых частях; силу трения Тупл в уплотнениях; вертикальное давление Go воды на затвор сверху (если таковое имеется); подсос Рвак (действующий снизу на затвор), обусловленный вакуумом, образующимся под донным уплотнением.

8. Дополнительные сведения об обычных плоских металлических затворах. Эти затворы можно устанавливать на гребне водосливной плотины любого поперечного очертания; при этом они требуют устройства на гребне плотины горизонтальной площадки небольшой ширины (рис. 21.15). В некоторых случаях такие затворы можно подвешивать и сопрягать с плотиной донным уплотнением (рис. 21.15) поперечного скольжения. Обычные плоские затворы не требуют уширения гребня плотины. Плоский затвор легко может быть вынут из пазов и доставлен подъемным краном в затворохранили ще для ремонта в достаточно удобных условиях. В случае сжатых сроков, строительства монтаж плоских затворов можно вести на берегу и уже в смонтированном виде опускать в пазы.

9. Недостатки обычных плоских затворов: 1) они позволяют сбрасывать лёд в нижний бьеф только при полном открытии отверстия, что связано с лишними потерями воды верхнего бьефа; 2) при наличии льда в верхнем бьефе приходится открывать отверстие до (0,15...0,25) Н, а затем резко переходить к полному открытию. Такие условия работы обусловливают удорожание устройств нижнего бьефа; 3) в условиях сурового зимнего климата эксплуатация плоских затворов несколько затрудняется; 4) подъемное усилие Sf в случае плоского затвора получается большим, в связи с чем стоимость подъемных механизмов оказывается высокой; 5) быки при наличии плоских затворов получаются высокими (см. § 18.1); иногда также утяжеляются служебные мосты. Некоторые перечисленные выше недостатки обычного плоского затвора могут быть смягчены путем устройства плоского затвора особого типа.

Затворами называют конструкции, закрывающие и открывающие в гидротехнических сооружениях отверстия для пропуска воды, а также судов, плотов, льда и других плавающих тел.
Бывают затворы постоянно действующие (рабочие, основные) и временно действующие (ремонтные, аварийные и строительные).
В зависимости от положения по отношению к горизонту воды в верхнем бьефе различают затворы поверхностные, которые расположены на пороге плотины и возвышаются верхней кромкой над уровнем воды, и глубинные, полностью погруженные в воду.
В строительстве применяют разнообразные типы затворов. Для классификации их существует несколько систем.
По конструктивному признаку различают затворы плоские, сегментные, секторные, вальцовые и др.
Выбор типа затвора - сложная комплексная задача гидротехнического строительства. Например, для поверхностного водосливного затвора этот выбор связан с очертанием и размерами гребня водослива, с расположением, размерами и количеством промежуточных опор (быков), с типами мостов, с режимом работы и с многими другими факторами.
В современном строительстве наиболее часто применяют плоские и сегментные затворы.

На рисунках VII-1, 2 и 3 показано механическое оборудование погруженных отверстий шириной 7 м и высотой 12 м при напоре 27,5 м в эксплуатационном состоянии. Отверстия могут быть перекрыты плоскими трехсекционными колесными затворами 1, обслуживаемыми стационарными подъемными механизмами 2. Перед затворами расположены сороудерживающие решетки 3. Пазы решеток 4 используют для установки в случае надобности ремонтных шандорных заграждений. Перед решетками устроены пазы 5 для направляющей балки грейфера 6, который удаляет мусор, накапливающийся перед решетками. Козловый кран 7 с тележкой 8 обслуживает решетки, грейфер и ремонтное заграждение.
На рисунке VII-4,а показан общий вид гребня водосливной плотины с плоскими затворами, а на рисунке VII- 4,б - плоский затвор в поднятом состоянии.
Плоские затворы применяют на плотинах, водосбросах, гидростанциях, шлюзах, каналах и др.

Обычно для открытия отверстия эти затворы поднимают вверх. В некоторых случаях, главным образом для создания большого свободного пространства над уровнем воды, затворы в нерабочем положении опускают вниз (затворы судоходных шлюзов, временные заграждения на каналах). В редких случаях затворы могут немного опускаться (например, для сброса льда и шуги) и полностью подниматься или, наоборот, частично подниматься и полностью опускаться. Такие устройства сложны и не всегда надежны в действии.
Шириной (пролетом) отверстия называют его горизонтальный размер в свету между боковыми вертикальными гранями опор (быков). Высотой поверхностного отверстия называют вертикальное расстояние от порога до нормального подпорного уровня воды; высотой погруженного отверстия называют вертикальное расстояние от порога до верхней грани отверстия.
Размеры отверстий, перекрываемых затворами, надлежит назначать в соответствии со строительными нормами (CH 149-60) «Размеры водопропускных отверстий в гидротехнических сооружениях, перекрываемых затворами». Они изменяются в поверхностных затворах по ширине от 0,4 до 30 м и по высоте от 0,3 до 20 м, а в погруженных - по ширине от 0,3 до 18 м и по высоте от 0,5 до 10 м.

Элементы плоских затворов

Плоский затвор состоит из подвижной части (щита) и неподвижных (закладных) частей. Перемещают затвор подъемными механизмами. Над затворами для их обслуживания обычно устраивают подкрановые и служебные мосты.
Подвижную часть плоского затвора составляют следующие элементы (рис. VII-5 и 6).
Обшивка, располагаемая обычно с напорной стороны затвора, препятствует течению воды, воспринимает ее давление и передает последнее на вспомогательные балки, стойки и ригели. Обшивку делают из листовой стали.

Балочная клетка состоит из стоек (диафрагм) и вспомогательных балок (стрингеров), которые обычно располагают горизонтально. Балочная клетка передает давление воды от обшивки на ригели.
Ригели затвора передают давление воды на опорно-концевые стойки. В зависимости от величины пролета затвора и высоты напора воды ригели изготавливают из прокатных или составных балок или из ферм.
Опорно-концевые стойки передают горизонтальные и вертикальные давления от ригелей и продольных связевых ферм на опорно-ходовые части и подвесные устройства. Опорно-концевые стойки обеспeчивают неизменное взаимное расположение концов ригелей и служат для закрепления всех опорно-ходовых и подъемных устройств. Подъемные устройства иногда крепят к промежуточным диафрагмам.
Продольные связи между ригелями, расположенные в плоскостях их сжатых и растянутых поясов, образуют совместно с этими поясами вертикальные фермы. Они воспринимают собственный вес затвора и другие вертикально действующие нагрузки, передавая их на опорно-концевые стойки. Поэтому продольные связевые фермы иногда называют весовыми или подъемными. Благодаря им сохраняется неизменное взаимное расположение ригелей и устойчивость сжатых поясов; они также уменьшают вертикальные деформации (провисание) горизонтальных ригелей.
Стальная обшивка совместно со стойками и вспомогательными балками образует жесткий диск, который обеспечивает неизменное положение главных ригелей по вертикали, устойчивость их сжатых поясов и совместную работу на восприятие вертикальных сил. По этой причине в затворах со стальной обшивкой, наложенной на пояса ригелей, со стороны расположения последней продольных связей между ригелями не устраивают.
Поперечные связи - вертикальные фермы, поясами которых служат с одной стороны стойки балочной клетки, а с другой - стойки продольной связевой фермы. Решетка ферм бывает разнообразного очертания. При малых расстояниях между ригелями решетку поперечных связей заменяют сплошным листом - диафрагмой.
Поперечные связи должны сохранять пространственную неизменяемость сквозного параллелепипеда, образованного ригелями и продольными связями, и препятствовать его скручиванию. Поперечные и продольные связи должны обеспечивать работу затвора как пространственной конструкции.
В случаях неравномерного загружения отдельных ригелей поперечные связи выравнивают нагрузки между ними. Это выравнивание происходит тем интенсивнее, чем больше жесткость поперечных связей. При средних и больших напорах поперечные связевые фермы (диафрагмы) принимают на себя нагрузку вспомогательных балок и передают ее на ригели.
Опорно-ходовые и направляющие устройства (см. рис. VII-5 и VII-6) служат для передачи давления воды на неподвижные (закладные) части затвора и далее на массу бетона сооружения, а также для передвижения затвора.
Чаще применяют колесные опоры и скользящие опоры из древеснослоистого пластика (ДСП-Б), реже - скользящие в виде деревянных брусьев или металлических полос, расположенных по всей высоте затвора. Катковые и гусеничные опоры в нашем строительстве почти не используют.
Для ограничения боковых перемещений и перекосов щита в процессе маневрирования им, а также для уменьшения вибрации при неполном открытии затвора служат направляющие устройства в виде боковых и обратных колес.
Уплотнения перекрывают зазоры между обшивкой и закладными частями затвора, препятствуя утечке воды в обход обшивки. В зависимости от расположения уплотнений различают вертикальные (боковые) и горизонтальные уплотнения. Горизонтальные уплотнения, расположенные внизу подвижной части затвора, называют донными; расположенные между секциями или между клапаном и основной частью щита - промежуточными, а уплотнения между забральной балкой и верхом глубинного затвора - верхними.
Подвесные устройства соединяют подвижную часть затвора с тягами подъемных механизмов, а также с подхватами в период ее временной подвески.
Неподвижные части затвора состоят из следующих элементов (рис. VII-6):
- опорно-ходовые закладные части для рабочих колес, катков, полозьев и т. п. (рабочие пути);
- опорно-ходовые закладные части для обратных и боковых колес (обратные и боковые пути);
- закладные части вертикальных и горизонтальных уплотнений;
- армировка углов бетонной кладки и забральных стен;
- устройства для обогрева затвора.
Подъемные механизмы могут быть подвижными - тельферы, козловые (рис. VII-I и VII-4), портальные, мостовые и другие краны или неподвижными - лебедки и винтовые подъемники. Неподвижные механизмы целесообразны при малом числе затворов, при быстродействующих затворах и в ряде других случаев. Подвижную часть затвора с подъемным механизмом соединяют посредством тросов, штанг, цепей и т. п.

Типы плоских затворов и области применения их

Наиболее простой тип плоских затворов представлен на рисунке VII-7. Они состоят из щита и закладной рамы. Такие затворы широко применяют на мелких мелиоративных каналах. Конструкция подвижной части (щита) состоит из обвязки (двух стоек и одной или двух балок) и обшивки.
При малой высоте отверстия и сравнительно большой длине его между горизонтальными обвязками можно поместить несколько промежуточных стоек. Такие затворы называют стоечными.

Область применения многоригельных затворов - малые и средние пролеты, при которых можно обойтись ригелями из прокатных балок. В затворах средних пролетов при большом напоре для ригелей целесообразно применять однотипные сварные балки с переменной шириной поясов по высоте затвора. Многоригельными затворами часто пользуются для перекрытия глубинных отверстий.
По высоте затвора ригели следует располагать так, чтобы в нормальном рабочем положении они были одинаково загружены. В этом случае получается наибольшая повторяемость элементов основных несущих конструкций и относительно равномерное загружение опорно-концевых стоек.
Двухригельные затворы (рис. VII-5) в нашем строительстве применяют наиболее часто.
Концентрация усилий, а следовательно, и материалов в двух мощных ригелях приводит к простоте конструкции, ясности ее статической работы, а также к уменьшению трудоемкости изготовления и монтажа. Целесообразность использования двухригельных затворов возрастает с увеличением пролета.
Необходимость сброса льда (шуги) и других плавающих тел без значительной потери воды, а также точности регулирования подпорного горизонта создают потребность сбрасывать воду поверху затвора, то есть опускать его верхнюю кромку. Частичное опускание затвора в нишу флютбета не получило распространения в строительстве из-за сложности устройства и маневрирования такими затворами. Устройство ниши в водосливном пороге ухудшает гидравлические качества водослива и затрудняет осуществление уплотнений по порогу. Поэтому указанные выше задачи решают при помощи затворов с клапаном и, реже, сдвоенных затворов.

Расположение клапанов по отношению к обшивке и очертание их верхних поверхностей в открытом положении должны обеспечивать плавную (по возможности безвакуумную) поверхность для слива воды (рис. VII-8). Клапан должен обладать большой жесткостью, чтобы выдерживать значительные изгибающие и крутящие моменты, а также возможные удары плавающих тел. Элемент жесткости (обычно трубу) не следует объединять с осью вращения (рис, VII-8,б), так как это усложняет и удорожает устройство подшипников и уплотнений. Элемент жесткости нужно располагать в средней части клапана (рис. VII-8,е). Для сброса льда по верху затвора высоту клапана назначают не менее 1,5 м.

Схемы сдвоенных плоских затворов даны на рисунке VII-9. Сдвоенные затворы целесообразны при высоте напора не менее 5 м. Части затворов, представленные на рисунке VII-9, а, б, могут перемещаться независимо одна от другой. Однако это требует устройства лишней пары комплектов закладных ходовых частей. В схеме рисунка VII-9, а при опускании верхнего затвора отсутствует плавная поверхность для переливающейся воды и плавающих тел. Последние, ударяясь о части нижнего затвора, вызывают их вибрацию и повреждения.
Подъем нижнего затвора по схеме VII-9,б при обшивке с напорной стороны затруднен давлением столба воды, а при обшивке с низовой стороны - льдом и плавающими предметами, которые могут застрять среди элементов конструкции.
Эти недостатки устранены в схемах с консолями (рис. VII-9,в,г). Устройство консоли во втором случае из-за невозможности постановки подкосов труднее, чем в первом, где консоль верхней части затвора опирается на ходовые колеса, которые катятся по вертикальным путям, устроенным на нижней части затвора. Такое Г-образное устройство верхней части затвора позволяет опускать его до 0,4 полной высоты затвора и получать высоту слоя переливающейся воды значительно большую, чем в других сдвоенных затворах или в затворах с клапаном.
Недостатки сдвоенных затворов (и затворов с клапанами) по сравнению с одиночными заключаются в увеличении на 15-20% расхода стали и в повышении стоимости на 10-20%, в усложнении подъемных механизмов и в увеличении затруднений при маневрировании зимой (вследствие обмерзания). Применение сдвоенных затворов и затворов с клапаном несколько уменьшает требуемую высоту быков, что отчасти компенсирует удорожание подвижной части затвора.
Для перекрытия отверстий с большим напором применяют плоские секционные затворы, составленные по высоте из нескольких секций (рис. VII-10).
Широкое распространение плоских затворов в гидротехническом строительстве обусловлено следующими достоинствами:
- возможностью применения на водосливе любого очертания (без дополнительного уширения гребня); плоские затворы требуют наименьших размеров сооружения вдоль потока;
- возможностью перекрывать отверстия больших пролетов и при больших напорах;
- быстротой действия затвора; простотой и безопасностью маневрирования; легкостью обслуживания (передвижными кранами); удовлетворительной работой, даже при наличии наносов (за исключением опускных затворов);
- возможностью деления затвора по высоте на части, что облегчает маневрирование затвором, сброса льда и точностью регулирования подпорного горизонта (затворы с клапаном, сдвоенные и секционные);
- небольшими потерями воды вследствие фильтрации;
- простотой конструкции, относительной легкостью и скоростью изготовления и монтажа; монтаж особенно упрощается при небольших размерах затворов или их секций, допускающих доставку с завода в собранном виде;
- доступностью всех элементов подвижной части затвора для осмотра и ремонта после подъема;
- возможностью использования основного затвора в качестве строительного, ремонтного и аварийного;
- большой экономичностью как по строительным, так и по эксплуатационным затратам.
К недостаткам плоских затворов следует отнести:
- затрудненность безотказной работы их в суровых зимних условиях и в период пропуска ледохода (применение искусственного обогрева смягчает этот недостаток);
- относительно большая высота и толщина быков; большие подъемные усилия и в связи с этим потребность в подъемных механизмах большой мощности.
Для гашения скорости потока воду иногда пропускают одновременно сверху и снизу затвора. В этом случае, несмотря на подачу воздуха со стороны быков для уменьшения влияния вакуума, затвор работает в тяжелых условиях резко меняющейся гидродинамической нагрузки, принимающей иногда характер ударной. Конструкция затвора получается тяжелой, а грузоподъемность механизмов очень большой. Применение таких затворов не рекомендуется.
Вертикальная нагрузка при подъеме одной секции с истечением воды сверху и снизу может получиться больше усилия, требуемого для подъема всего затвора (без расцепления секций).
Затворы погруженных отверстий располагают или впереди забральной стены, или за ней. В первом случае вертикальное давление воды способствует опусканию затвора, а при подъеме увеличивает подъемное усилие. Во втором случае наблюдается обратное явление, и необходимую силу для опускания затвора создают балластом или механизмом с дожимом. При горизонте нижнего бьефа выше отверстия в обоих случаях необходима подача воздуха за щит.

Конструктивные указания

Конструкции затворов должны удовлетворять предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям и технической безопасности, быть надежными и возможно более простыми при маневрировании.
Требования экономии металла при проектировании затворов важны не только сами по себе. Они приобретают особо важное значение, так как уменьшение расхода стали на подвижную часть затвора облегчает вес ее и обеспечивает возможность уменьшения мощности подъемных механизмов, тяг, подкрановых мостов и других подобных устройств.
При проектировании затворов следует принимать все возможные меры к уменьшению трудоемкости и ускорению процессов изготовления и монтажа конструкций. Необходимо, чтобы конструкции затворов были доступны для осмотра и удобны для ремонта и смены элементов, наиболее подверженных износу и повреждениям.
При проектировании закладных частей необходимо предусматривать большую жесткость их и неизменное положение при бетонировании.
Затворы следует защищать от коррозии, кавитации и износа (выбором основного материала, устройством различных покрытий и т. п.). Увеличивать толщину металла в конструкциях затворов на коррозию не разрешается.
При разбивке затворов на отправочные марки нужно учитывать грузоподъемность и габарит транспортных средств и удобство транспортирования. При этом следует стремиться к тому, чтобы максимум работ был выполнен на заводе.
Конструкция монтажных стыков должна обеспечивать возможность легкой заводки собираемых частей, простоту закрепления и быстроту выверки.
Разбивку стыков следует назначать так, чтобы возможно шире использовать сталь в заказных длинах, с наименьшими отходами и потерями.
В затворах вследствие неопределенности работы их элементов при вибрации не следует устраивать стыки элементов с фрезерованными торцами.
На рабочих чертежах нужно указывать порядок наложения сварных швов в монтажных стыках. Если часть монтажных стыков выполняют при помощи сварки, а часть - при помощи клепки или болтов, то в первую очередь должны быть выполнены все сварные соединения. Монтажные стыки основных элементов затворов, особенно работающих при вибрационных воздействиях, целесообразно выполнять на высокопрочных болтах, передающих усилия за счет сил трения.
Элементы конструкций затворов следует проектировать, как правило, из жестких профилей, прокатных уголков, двутавров, швеллеров, сварных тавров, гнутых профилей и т. п. Гнутые профили дают особенно большой эффект в закладных деталях. Гнутые профили для гидротехнических сооружений следует делать с большими радиусами закруглений, чтобы вызывать меньшие нарушения в структуре стали, так как последние способствуют развитию наиболее опасной коррозии - межкристаллитной. Все элементы конструкций следует проектировать из наименьшего числа частей.
Для несущих нагрузку элементов стальных конструкций, за исключением настилов и перил, допускается применение:

В затворах пролетом более 10 м толщина обшивки допустима не менее 10 мм.
Для затворов пролетом не более 2 м при напорах не более 6 м можно применять листовую сталь и профили толщиной не менее 4 мм.
В закладных частях затворов толщина элементов должна быть не менее 12 мм.
Сварные соединения следует осуществлять доступными с обеих сторон для сварки и последующего контроля, преимущественно в стык без усилительных накладок.
Высота расчетных угловых сварных швов должна быть не менее 6 мм, а уплотнительных - не менее 4 мм. Прерывистые сварные швы применять не следует.
Сварные швы нужно располагать так, чтобы в конструкции при сварке возникали возможно меньшие усадочные напряжения и деформации. Наложение швов в потолочном положении не допускается.
Нужно стремиться к таким типам конструкций и к такому расположению сварных швов, при которых в процессе сварки потребуется наименьшее количество кантовок.
Высадку и гнутье профильной (прокатной) стали не рекомендуется применять.
Диаметр болтов или заклепок в расчетных соединениях должен быть не менее 12 мм; наибольшее расстояние между центрами болтов и заклепок в крайних рядах водонепроницаемых сооружений не более пяти диаметров отверстий или восьми толщин наименьшего из соединяемых листов.
При работе болтов на растяжение следует применять болты нормальной точности, при работе болтов на срез - болты для отверстий из-под развертки.
Для разъемных соединений, находящихся в воде или в условиях повышенной влажности, применим крепеж из нержавеющего материала, например из стали марки 2X13.
Форма и расположение элементов, составляющих затворы, а также способы соединения их в узлах должны по возможности исключать застой воды и накопление грязи. В корытообразных поверхностях с закраинами и ребрами, повернутыми вверх, следует делать водоспускные отверстия диаметром не менее 50 мм\ недопустимы узкие щели и пустоты, недоступные для очистки и окраски.
Верхняя кромка поверхностного затвора (при закрытом отверстии) должна быть расположена не менее чем на 200 мм выше поддерживаемого затвором наивысшего подпорного уровня (включая ветровой нагон воды), если по условиям эксплуатации не требуется перелива воды через затвор.
Очертание нижней части затвора, а в случае перелива воды поверху и верхней части должно обеспечивать протекание воды без образования вакуума и срыва струи. При переливе воды поверх затвора необходимо принимать меры для устранения возможности повреждения частей затвора плавающими телами. Отгон струи при узких затворах можно создать соответствующим криволинейным очертанием верха обшивки, выполненным в виде козырька. Пример плоского затвора, перекрытого сплошным криволинейным лотком, показан на рисунке VII-11.
При наличии вакуума в зону пониженных давлений следует подводить воздух.
В плоских и сегментных затворах, предназначенных для маневрирования под напором, при обшивке, расположенной с напорной стороны, нижний ригель должен быть расположен так, чтобы линия, соединяющая низовые кромки нижнего горизонтального уплотнения и пояса нижнего ригеля, имела наклон к горизонту не менее 30° (см. угол α на рисунке VII-11). Если требование относительно расположения нижнего ригеля не может быть конструктивно осуществлено, то стенку нижнего ригеля следует делать решетчатой или снабжать отверстиями общей площадью не менее 20% всей ее площади.

Донные уплотнения должны быть расположены возможно ближе к обшивке и иметь удобообтекаемую форму.
В часто работающих глубинных затворах забральную стенку следует облицовывать листовой сталью на всю высоту рабочего подъема затвора, увеличенную на 25-40 см. Это необходимо для плотного соприкосновения с забральной стенкой верхнего горизонтального уплотнения затвора во все время его движения. Таким путем устраняют возможность перелива воды через затвор, что вызывает его вибрацию, способствует засасыванию посторонних тел между забральной стенкой и уплотнением и значительно увеличивает подъемное усилие.
В затворах, предназначенных для маневрирования при отрицательных температурах, нужно предусматривать специальные меры для гарантирования их бесперебойной работы:
- расположение обшивки с напорной стороны и обеспечение наибольшей водонепроницаемости уплотнений (в ряде случаев целесообразно устраивать двухрядные уплотнения в надлежащей комбинации с обогревающими устройствами);
- уменьшение поверхностей, по которым возможно примерзание подвижных частей затвора к неподвижным;
- изготовление пазов затворов с такими размерами и устройствами, которые позволяли бы легко очищать лед;
- снабжение обогревающими устройствами закладных или подвижных частей у мест возможного смерзания.
При сбросе льда поверху затвора ледосбросные устройства должны предохранять части затвора и пазы от повреждения сбрасываемым льдом.
Если в воде много наносов и крупных плавающих предметов, необходимо принимать специальные меры для предохранения частей затвора от засорения, заедания, чрезмерного износа и т. п. Особое внимание в этих случаях следует обращать на защиту опорно-ходовых частей.
Возможность отложения наносов на пороге плотины у затвора должна быть учтена при расчете его частей и подъемных механизмов.
У затворов, маневрирование которыми производят в текущей воде, обшивку следует располагать с напорной стороны. В случае необходимости при опускании глубинных затворов в добавочном давлении водяного балласта можно верхнюю часть обшивки таких затворов располагать с низовой стороны.
Стоимость металлических конструкций и механического оборудования доходит до 10% всей стоимости сооружения гидроэлектростанции. В весовом отношении расход стали составляет от 30 до 45 кг на 1 квт мощности станции (меньше в деривационных и больше в приплотинных станциях). Значительная доля стоимости и веса стали падает на затворы. Поэтому вопросы снижения стоимости затворов и их оборудования и уменьшения трудоемкости, ускорения изготовления и монтажа требуют особенного внимания. Стальные конструкции гидротехнических сооружений относятся к группе наиболее трудоемких и дорогих как по изготовлению, так и по монтажу.
Повышенная стоимость изготовления и монтажа стальных конструкций гидротехнического назначения объясняется сложностью конструкций, занимающих промежуточное положение между собственно строительными конструкциями и механизмами; наличием механических деталей (иногда литых), требующих тщательной пригонки; повышенными требованиями к точности изготовления и монтажа; особенностями условий монтажа.
При решении вопроса о применении сплошной или сквозной конструкции в затворе необходимо учитывать следующие недостатки сквозных конструкций по сравнению со сплошными: более высокую трудоемкость изготовления; необходимость использования главным образом ручной сварки (тогда как в сплошных конструкциях главную массу сварных соединений можно выполнять автоматом или полуавтоматом); большую чувствительность к динамическим воздействиям; более высокую чувствительность к дефектам сварных соединений; относительную легкость повреждения отдельных элементов конструкций.
К достоинствам сквозных конструкций можно отнести: меньший вес; некоторое улучшение гидравлических условий работы затвора (например, при малом расстоянии от нижнего ригеля до порога); меньшую подверженность застою воды и накоплению грязи и др.
Достоинства и недостатки сплошностенчатых конструкций прямо противоположны перечисленным выше характеристикам сквозных конструкций. Кроме того, сплошностенчатые конструкции ближе к основным положениям принятых прогрессивных методов расчета пролетных строений плоских затворов как пространственных конструкций. Наконец, сплошностенчатые конструкции не только менее повреждаемы, чем сквозные конструкции, но и, будучи значительно повреждены, далеко не сразу теряют свою несущую способность. Известно немало случаев продолжительной работы сварных подкрановых балок при большом числе трещин большой длины в поясных швах и стенках. Сплошностенчатые конструкции лучше работают при динамических и вибрационных воздействиях. Они легче приспосабливаются к проявлениям различных силовых воздействий, не учтенных или не полностью учтенных при расчетах (например, гидродинамические воздействия).
По этим многочисленным причинам сплошностенчатые конструкции получают в послевоенном строительстве все большее распространение, в том числе и в области механического оборудования гидротехнических сооружений.
Снижение стоимости, ускорение изготовления и монтажа стальных конструкций и механического оборудования может быть получено в результате изготовления на заводе габаритных затворов полностью, включая установку механических деталей и уплотнений. Негабаритные затворы следует изготовлять на заводе максимально крупными пространственными блоками, учитывая все возрастающую мощность грузоподъемного оборудования строек. Большими преимуществами в этом отношении обладают секционные затворы, отдельные секции которых вписываются в габарит подвижного состава железных дорог.
Монтаж затворов весьма эффективно выполняют при помощи эксплуатационных кранов.
Необходимо, чтобы проектировщики с начала своей работы знали, какой завод будет изготовлять запроектированные ими конструкции, знали его производственные возможости и т. д. Проектировщики должны учитывать в своей работе особенности производства монтажа, требования, вытекающие из этих особенностей, и иметь сведения о технической оснащенности организации, которой предстоит монтировать проектируемые ими конструкции.

Плоские затворы получили более массовое применение в сравне-нии с сегментными затворами, потому что стоимость их изготовления на 10-15% ниже сегментных затворов и монтаж в три раза дешевле.

В зависимости от размеров перекрываемого отверстия, назна-чения гидротехнического сооружения и условий его эксплуатации используют различные типы плоских затворов. Чаще применяют плоские затворы одиночные и секционные. Пролетное строение плоских затворов одиночных состоит из одного полотнища.

Применяют их при высоте отверстия до 14 м. Такие затворы не допускают перелива воды поверху.

Плоские затворы секционные состоят по высоте из нескольких частей —секций, перемещение которых можно производить пооче-редно и одновременно — в сцепе.

Для мелиоративных систем применяют обычно одиночные зат-воры и только в редких случаях — сдвоенные. Пролеты таких затворов невелики — 0,5-6 м. Они предназначены для применения в гидротехнических сооружениях на каналах оросительных и осуши-тельных систем, проходящих в земляных облицованных и необлицованных руслах и лотках, на сооружениях при земляных плотинах и частично на водовыпусках закрытой мелиоративной сети.

Поверхностные затворы мелиоративных систем (рисунок ниже) ис-пользуют при напорах до 3 м, глубинные — при напорах до 12 м; они служат для поддержания уровня воды в верхнем бьефе, регули-рования расходов воды или полного перекрытия отверстий гидро-технических сооружений.

Основные элементы затвора мелиоративных систем

1 — обшивка; 2 — ригели; 3 — опорно-концевая стойка;

4 — верхняя обвязка; 5 — промежуточные вертикали

Плоский затвор состоит из подвижной части (собственно зат-вора) и неподвижных частей (пазового устройства). Перемещают затвор подъемными механизмами.

Подвижная часть плоских затворов мелиоративных систем (ма-лых пролетов) состоит из обшивки, устанавливаемой с напорной стороны, одного или нескольких ригелей, верхней обвязки, опор-но-концевых стоек и промежуточных вертикалей. Обшивку делают из листовой стали толщиной 4-6 мм, остальные элементы, как пра-вило, из прокатного металла (швеллеры, уголки, двутавры). Манев-рирование затворами осуществляют винтовыми подъемниками.

Затворы малых пролетов можно считать упрощенным вариан-том затворов значительного пролета. Поэтому ниже подробно излагается назначение основных элементов, конструирование и расчет гидротехнических затворов значительных пролетов (более 10 м).

Подвижную часть плоского затвора при пролетах более 10 м составляют следующие элементы (рисунок ниже). Обшивка из листовой стали, располагаемая обычно с напорной стороны затвора, препят-ствует течению воды, непосредственно воспринимает ее давление и передает последнее на вспомогательные балки, стойки и ригели. Балочная клетка состоит из вспомогательных балок и стоек и пере-дает давление воды от обшивки на ригели. Вспомогательные балки обычно размещают горизонтально. Элементы балочной клетки из-готовляют из прокатных двутавровых балок или швеллеров. Риге-ли — основные несущие элементы затвора — передают давление воды на опорно-концевые стойки. В зависимости от длины пролета затвора и высоты напора воды ригели изготовляют из прокатных или составных балок. В редких случаях ригели могут быть в виде ферм. Опорно-концевые стойки передают горизонтальные и верти-кальные давления от ригелей и продольных связевых ферм на опор-но-ходовые части и подвесные устройства. Опорно-концевые стой-ки обеспечивают взаимное расположение концов ригелей и служат для закрепления опорно-ходовых частей.

Основные элементы и размеры плоского одиночного поверхностного затвора

1 — обшивка; 2 — верхняя обвязка; 3 — вспомогательная балка; 4 — боковое колесо; 5 — обратный упор; 6 — ригель; 7 — продольные связи; 8 — поперечные связи; 9 — колесная опора; 10 — опорно-концевая стойка; 11 — стойка балочной клетки; 12 — отверстия в нижнем ригеле затвора, работающего в потоке при α ≤ 30°

Поперечные связи — вертикальные фермы, поясами которых служат, с одной стороны, стойки балочной клетки, а с другой—стойки продольной связевой фермы. Решетка ферм бывает самого раз-нообразного очертания. В настоящее время часто решетку попереч-ных связей заменяют сплошным листом — диафрагмой. Попереч-ные связи должны сохранять пространственную неизменяемость сквозного параллелепипеда, образованного ригелями и продольны-ми связями, и препятствовать его скручиванию. В случаях неравно-мерного загружения отдельных ригелей поперечные связи вырав-нивают нагрузку между ними.

Продольные связи между ригелями, расположенные в плоско-сти растянутых поясов, образуют совместно с этими поясами вертикальную ферму. Со стороны сжатых поясов роль продольных свя-зей выполняет обшивка, которая совместно с элементами балочной клетки образует жесткий диск. Продольные связи воспринимают собственный вес затвора и другие вертикально действующие на-грузки, передавая их на опорно-концевые стойки. В результате со-храняется неизменное взаимное расположение ригелей, они также уменьшают вертикальные деформации (провисание) горизонталь-но расположенных ригелей. Поперечные и продольные связи обес-печивают работу затвора как пространственной конструкции.

Опорно-ходовые части и направляющие устройства (рисунок ниже) служат для передачи давления воды на неподвижные части затвора, на массу бетона сооружения и для передвижения затвора. Уплотне-ния перекрывают зазоры между обшивкой и закладными частями затвора, препятствуя утечке воды в обход обшивки.

Подъем и опускание затворов значительных пролетов чаще всего осуществляют с помощью козловых кранов.

Неподвижные части плоского затвора (рисунок ниже) включают в себя следующие элементы: опорно-ходовые части для рабочих колес, кат-ков, полозьев (рабочие пути); опорно-ходовые части для обратных и боковых колес или упоров (обратные и боковые пути); закладные ча-сти вертикальных и горизонтальных уплотнений; арматура углов бе-тонной кладки и забральных стен; устройства для обогрева затвора. Элементы неподвижной части затвора располагаются в пазах.

Опорно-ходовые части и направляющие устройства плоского затвора

а — скользящая опора и армирование пазового устройства; 6 — колесная опора;

1 — скользящая опора; 2 — ригель;3 — боковой упор; 4 — рабочий путь (рельс); 5 — элементы армирования; 6 — облицовка паза; 7 — опорно-концевая стойка; 8 — колесная опора; 9 — боковое вертикальное уплотнение;

10 — боковое колесо; 11 — обратный упор

Плоские затворы могут быть, одно-, двух- и многоригельные. Двухригельные затворы (см. рисунок выше) в строительстве применяют наиболее часто.

Концентрация усилий, а, следовательно, и материалов в двух мощных ригелях приводит к простоте конструкции, ясности ее статической работы, а также к уменьшению трудоемкости изготовления и монтажа. Целесообразность использования двухригельных затво-ров возрастает с увеличением пролета. Одно- и многоригельные зат-воры применяют при малых и средних пролетах, когда можно обой-тись ригелями из прокатных балок. В затворах средних пролетов при большом напоре для ригелей используют однотипные сварные балки с переменной шириной поясов по высоте затвора. Многоригельными затворами пользуются для перекрытия глубинных отверстий.

Сегментные затворы. Сегментный затвор (рисунок ниже) представ-ляет собой затвор, пролетное строение которого в поперечном сече-нии имеет вид сегмента и крепится к двум опорным стойкам-ногам, вращающимся вокруг горизонтальной оси. В отличие от плоских, сегментные затворы используют только как основные. Сегментные затворы бывают поверхностные и погруженные (глубинные). Повер-хностные перекрывают отверстия пролетом до 40 м при высоте до 14 м, погруженные применяют для напоров более 100 м. Сегмент-ный затвор состоит из подвижной и неподвижных частей.

Подвижная часть включает в себя стальную обшивку цилиндри-ческой формы, которая непосредственно воспринимает давление воды и передает его поддерживающей балочной клетке. Балочная клетка, состоящая из вспомогательных балок и стоек (при решетчатых диаф-рагмах), передает нагрузку на диафрагмы и главные ригели. Диафраг-мы (сплошные листы или вертикальные поперечные фермы) воспри-нимают нагрузку от балочной клетки и передают ее порталам; диаф-рагмы обеспечивают неизменяемость формы поперечного сечения затвора. Порталы, состоящие из ригелей и ног, воспринимают все дав-ление на затвор и передают его на опорные части. Кроме работы в горизонтальной плоскости от давления воды пояса ригелей порталов работают и в вертикальной плоскости — в системе подъемных (весо-вых) ферм, поясами которых они являются. Подъемные фермы, распо-ложенные с безнапорной стороны затвора, воспринимают его собствен-ный вес, который передают на концевые стойки. С напорной стороны роль подъемной фермы выполняет обшивка. Подъемные фермы обес-печивают пространственную неизменяемость затвора.

Опорные фермы, связывающие ветви ног портала в единую кон-струкцию, передают на опорную часть все давления воды, часть веса затвора и реакцию от тягового усилия, возникающего во время подъе-ма (опускания) затвора. Опорные части передают давление воды и вес затвора на опорные шарниры и обеспечивают вращательное дви-жение затвора при маневрировании им. Уплотнения перекрывают зазоры между подвижной конструкцией и закладными частями.

Неподвижная часть сегментного затвора включает в себя: оси опорных шарниров, передающих давление воды и вес затвора через закладные части на бетон сооружения; закладные части под уплотнения; арматуру для закрепления закладных частей в бетоне; устройства для обогрева затвора.

Затвор с подъемным механизмом соединяется подвесным уст-ройством.

Основные элементы сегментного затвора

1 — элементы решетки подъемной фермы; 2 — ригели; 3 — обшивка; 4 — вспомогательные балки; 5 — ноги портала; б — диафрагма; 7 — элементы опорной фермы; 8 — направляющее колесо; 9 — уплотнение; 10 — опорная часть; 11 — опорный шарнир

Наиболее распространенными поверхностными сегментными зат-ворами являются затворы с двумя равнонагруженными порталами и с обшивкой, очерченной по дуге радиусом из точки, совпадающей с цен-тром вращения затвора. Поскольку давление воды направлено к на-порной поверхности затвора и, следовательно, его равнодействующая проходит через центр вращения, работа механизма для подъема огра-ничивается лишь перемещением массы затвора и преодолением тре-ния в опорных шарнирах и уплотнениях. В этом состоит большое пре-имущество сегментных затворов с цилиндрической формой поверх-ности. Ось вращения поверхностного сегментного затвора следует располагать выше или на уровне самого высокого положения свобод-ной поверхности потока в верхнем бьефе для предохранения опорных частей от повреждения ледоходом, засорения наносами и обмерзания.

Затворы делятся на шесть групп. К 1—4-й группам относят по-верхностные плоские, сегментные и подобные им основные и аварийные затворы, затворы судоходных шлюзов и водопроводных га-лерей, погруженные затворы при напоре более 10 м, ремонтные за-творы; к 5-й группе — строительные затворы, к 6-й — прочие затворы.

В зависимости от группы затвора и выбранной марки стали опре-деляют расчетные сопротивления материала и сварных соединений. При определении расчетных сопротивлений учтены коэффициент условий работы и коэффициент перехода к производным сопротив-лениям при изгибе, равный 1,05, учитывающий возможное ограни-ченное развитие пластических деформаций. Расчетные сопротивле-ния сталей приведены в таблице ниже, сварных соединений — таблице ниже.

Расчетные сопротивления сталей, МПа

Марка стали	Вид проката	Толщина проката, мм	поСНиП Н-23-81*	Для затворов
				при осевом растяжении и сжатии	R u(0) при изгибе	R s, при сдвиге
1			4

Примечание. За толщину фасонного проката слсдут принимать толщину полки.