露顶式平面钢闸门设计附答案

1、CHENG露顶式平面钢闸门设计说明书一、设计资料闸门型式：露顶式平面钢闸门孔口净宽：8.0 m设计水头：7. 0m结构材料：q235a-f焊条：焊条采用疋43型手工焊止水橡皮：侧止水用戶型橡皮，底止水用条形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS - 2混泥土强度等级：C20(11)规范：水利水电工程钢闸门设计规范(SL 74-1995) 而更顼尹水弋次淞燮:向隔板图8-1平而钢伸J门门叶结构立体示意图二、闸门结构的型式及布置1. 闸门尺寸的确定：(1) 闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2 m,故闸门高度5. 2+0. 2=5. 4 m(2) 闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距Lo

2、=8.O m 闸门计算跨度L=Lo+2d=8+2 X 0. 3=8. 6 m2. 主梁的型式主梁的型式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度(L二510),为了便于制造和维 护，采用实腹式组合梁，焊接组合截面。3. 主梁的布置根据闸门的高垮比占二雪二165155,决定采用双主梁，为使两根主梁在设计水位时所受 rl 6 Z水压力相等，两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y書=| =1.67 m,并要求下悬 臂a$0. 12H和aN0.4 m,上悬臂cWO. 45H和c30 ),先取a=0. 12H=0. 6 m,则主梁间距：2b=2(ya)=2X (1. 67-0. 6)=2. 14

3、m4. 梁格的布置和形式格采用复式布置和高等连接，三根水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连 续梁，其间 距上疏下 密，面板各 区格所需要 的厚度人致 相等。梁格 的布置及具 体尺寸如下 图所示：5.联结系 的布置和形 式8S21502150saoo/I、顶梁1II主梁/X/,* /主梁/1VI/底梁21502150LO=1(1)横向联结系：根据主梁的跨度，采用布置3道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联 结间距为二2. 15 m(2)纵向联结系:采用斜杆式桁架，布置在两根主梁下翼缘的竖平面内，并设有4根等 肢角钢的斜杆。6.边梁与行走支承采用单腹式边梁，行走支承采用双股式

4、滚动行走支承。三、面板设计1.估算面板厚度假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式5馬且t运一 t如W2 mm当b/aW3时,a =1. 5,则 t二d0.9x1.5x160=0. O&Sa yfkp当 b/a3 时，a =1. 4,则 t二d0.9x1.4x160=0. 07ap现列表计算如下:格区a (mm)b (mm)b/a(mm)k(mm)P (N/mm)-n/ 人t (mm)I150021501.430. 5370. 00760. 0616. 53II96021502. 240. 4910. 0200. 0996. 46III85021502. 530. 5000. 0280. 1186

5、. 82IV66021503. 260. 5000. 0360. 1346. 19V63021503.410. 5000. 0420. 1456. 39VI60021503. 580. 7500. 0480. 1907. 98注：区格I , VI中系数k按三边固定一边简支查表得 根据计算结果，选用面板厚度t二8 mm四、水平次梁、顶梁和底梁的设计1. 荷载与内力计算水平次梁和顶、底梁都是支承横隔板的连续梁，作用在上面的水压力按计算计算列表如下：梁号梁轴线水 压强度P（KN/m2）梁间距（m）a + a 下备注：顶梁荷载按下图卞式计算2(m)QP 2(m)1（顶梁）2. 761.30x14.71

6、30X&二231.50=2. 76KN/m21.50211. 701.23018. 080. 963（卜丰梁）24. 110. 850. 90521.82432.440. 75524. 490. 66538.910. 64525. 100. 636 （下主梁）45. 080.61527. 720. 607 /甬7办、cn cu1 u onCHENGCHENGIIIIIIIIIIIIIIIIIHTTTminia 2.15m2.15m 学 2.15m fD 2.15m J1zki_zL zAc / Ade1 釘 5W /据表中结果,水平次梁计算荷载取最人值25.10KN/m,水平次梁为四跨连续梁，

7、跨丿叨祁恥 水平次梁计算结构简图及弯矩图如下：/rfTq二 25.10KN/mM”2、截面选择M 12.42x1()6同160-=77625”水平次梁边跨中的正弯矩为：M次中二O077qL=0. 077X25. 10X2. 15：=8. 93 KN/m 支座 B 处的负弯矩为:M 次尸0 107ql=0. 107X25. 10X2. 15a=12. 42 KN/mCHENG考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选 槽钢1仏由附表查得：A二1851 亦:Wx =80500 mnr : Ix =5637000 fnm4 : 二58 mm; d二6 mm面板参加次梁翼缘工作的有效宽度按下式计算，然后取

8、最小值。BW$+60t二58+60X8二538 mmB二Jb（对跨间正弯矩段）;B二Jb（对支座负弯矩段）;按5号梁进行计算，设该梁平均间距b二竺吕1660+6302=645 mm,对于第一跨中正弯矩段，零点之间的距离：/o = 0.8/= 0.8x2150= 1720八 对于支座负弯矩段取：/o = 0.4/ = 0.4x2150= 860/7W7,根据 Lo/b 查表 21 ；Io 1720由史= 2.667得二0.80,则 B二 Jb二0.80X645二516 mmb 645由匕=逆2 = 1.333 得二0.380,则 B二 Jb二0.380X645二245 mmb 645对于第一跨中

9、，选用B二516 mm,则水平次梁的组合截面积：A二1851+516X8二5978mm 组合截面形心到槽钢中心线的距离：组合截面形心到槽钢中心线的距离:516X8X74e-5978-51 mm9一 121:51跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：I 次q-5637000+1851X5f+516X8X23：=12635136mmwmn-126136121=104423 mm：516X8X74e= 5978-51 聞对于支座段，选用B二245 mm,则水平次梁的组合截面积：A二1851+245X8二3811 mm组合截面形心到槽钢中心线的距离:245X8X74尸3811 吨mm支座处截面的惯性矩及截

10、面模量为：10850004略 転二00463 mm2.水平次梁的强度验算支座B处弯矩最人，截面模量也较人，跨中弯矩小，故两处截面的抗弯强度都需要验算。I 次b二5637000+1851X38.245X8X36：二 10850004 mm6,中二二 8.93 X 10 二85. 52 N/ cr=160 N/mm：J IV niui104423L如1.78x2七3飞3皿W.16O皿2 Wmin 100463L综上可知水平次梁选用14a满足弯应力强度要求。3.水平次梁的扰度验算水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁，其最人扰度发生在边跨，已求得M次8=12. 42 KN/m,I s=10850004 m

11、m四跨连续梁2 = 0.0063丄二0.004L 250J” d. 0063X 25.10x2.15-xlQ =q OOQ7。4,满足挠度要求。 L1 次 b2.06 xl05 x 1085 .004L 厶4.顶梁和底梁q=15. 29 KW/idHTTEIIII门门”底梁计算简图和弯矩图M 支座二0 107 I2 =0. 107X15. 29X2. 152 =7. 56 KN m756xl0160=47250 /ww3 = 47.25cm3选用12 o W =62.137cm3 1伦；二4725cF底梁弯应力强度验算：二令=筈学“21.67川肿 切】6。皿,满足弯应力要求。底梁刚度验算:w

12、八 c1529x215xl（Tw=k =0. 0063 X=0. 00119V 二0. 004 满足刚度要求。L EI取b2.06 x 105 x 391.466L 厶顶梁采用和底梁相同的槽钢即12 0,顶梁弯应力强度验算：M 艾座二0 107q 厂二0. 107X2. 76X2. 152=1. 37 KN m二洽=加 =22.。5加 匕口6。N/曲满足应力强度要求。顶梁的刚度验算:- = k -=Q. 0063XL田次B山=0 00021r咔。.004满足刚度要求。2.06 x 105 x391.466L厶五、主梁设计（一）已知条件(1)主梁跨度:净跨度厶二80m,计算跨度L=8. 6m,荷

13、载跨度/ =8. Om(2)(3)卩冷沖弓 X9.8X5心22.5KN/#旳.25KN/E横隔板间隔：2. 15m。主梁荷载:(4)主梁容许绕度:1600d=O. 3mkL/2（二）主梁设计1（1）截面选择主梁内力分析如图：主梁简支于边梁上，最人弯矩在跨中, 最大剪力在支承处L/2斗（紀警（还皿.5 5max64匕J如冷X61.25X45 KN(2)需要的截面抵抗矩（考虑闸门自重引起的附加应力的影响）max（3）腹板高度h。选择（刚度条件求得最小梁高也%* 96X0. 208X96X0. 208x8.6 x 10 0.92 =壮如mmEV/L2.06xio5 X(1/600)化广3. iW2/

14、5=3. ix 3828“ =84.05脑经济梁高选取的梁高h般应人于/口口但比九。稍小，故应选取h=80 emo腹板厚度选择:腹板厚耿晋噜，选A C（5）翼缘截面选择:每个翼缘所需截面为：Af Y-也=至理-也型二34. 52 cm2hQ 6806a 34 52下翼缘选用G = 20c/”山=-L = = 17.26脚，因此需要选用b = 25c加。（在 - = 32- 1&加之间），上翼缘的部分截面面枳可利用面板，故只需设置较小的上翼缘 2.55板同面板相连，选用人=20如厶=14加。面板兼做主梁上翼缘的有效宽度B二乞+51=14+50X0. 8=54cm上翼缘截面面积& =14x2.0+

15、 54x0.8= 71.2cm2（6）弯应力强度验算： 主梁跨中截面的几何特性如下表;部位截面尺寸cm截面面积cm各形心离而板 表面距离yAy各形心离中心 轴距离y二y -yAy2面板部分54X0.843. 20. 117. 28-37. 7861660. 59上翼缘板14X2.028.01.850.4-36. 3837058.12腹板80X1.08042.834244.621707. 55下翼缘板25X2.05083.8419045. 62104059. 22合计201.27681.68204485. 48主梁跨中截面形心距面板表面的距离沪豁二船=38.1&M截面惯性矩为:CHENG12VS

16、 245 xl03 x 29 09.9 xlO3max _ ltw 247152xl04xl.0=2&S5N/nmi2 r =95N/nvn2+ 204485 .48 = 247152 cm4 截面抵抗矩为:上翼缘顶边 =骼“7畑 卜翼缘底边十=腭5。曲弯应力 c = 563 5x100 = 9.53KN/cm2 0. 92X23=21. 16 KN/cw2,安全M .5910min(7)主梁支承端剪应力强度验算S,=54x0.8x(41.82-0.4)= 1789.34cm3, S2 = 14x2x(41.82-1.8)=1120.56 s = S + S? = 1789 .34 +1120

17、 .56 = 2909 .9cm522CHENG(8)整体稳定与刚度验算。因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按钢结构设计规范(GB500172003)规定可不必验算 其整体稳定性。又因梁高人于按刚度要求的最小梁高，故梁的刚度也不必验算。2. 翼缘焊缝上翼缘对中和轴的面积矩 s | = Ay = 43.2 X 37.78 + 28 x 36.38 = 2650.74cm3卜翼缘对中和轴的面积矩=50x45.62 = 2281 cm3 = 067肋因此全梁上、卞翼缘焊缝均取hf = 9mm o3. 腹板的加劲肋和局部稳定验算加劲肋的布置： = 8080/g| = 66,因此需设置横加劲肋，以保证腹板的

18、局部稳定性。因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间据圧2150mm。腹板区格 区格I左边及右边的截面剪力分别为匕左=245KNi分=245 -61.25 x (2.15-0.3) = 131.69，区格 I截面平均剪力为吩严駕囂）/2 = 23.5心加区格I左边及右边截面上的弯矩(2 15 0 3)2分别为M八=0, “曲=245 x2.15-61.25X:一 = 421.95KN-m区格I的平均弯矩：咛-上晋50.95 r区格I的平均弯应力：咕竽/耸営囂100.21N/加1. 0九 /几Ify 80/1.04175.34 +4x(/?0/f/)2 V 23541x J5.34+4x(1

19、15/215)，II = 0.8 1. 21.1x951.372= 5568N5m2；6 =030.21、23.5、+ 0 = 0.213 VI. 0满足局稳要求，在区格I的横隔板之间不必再增设加劲肋。 区格II左边及右边的截面剪力分别为V/ = 245 - 61.25 x (4 - 2.15) = 131.688KN ,= 0区格II截面平均剪力为T =(性加)丄=(131.688 +0, 2 = 82KW/C沪=8.22/沪 hQtw80x1.0区格II左边及右边截面上的弯矩分别为M/A. = 245 x 2.15 61.25 x (4 2.15)2 / 2 = 421.95 KN m,右

20、=必皿孩= 563.5 KN-m区格II的平均弯矩:灯563.5 + 421.95=492.725 KNmCHENG区格II的平均弯应力：1247152 xlO4+ 0 = 0.207 1.0故在区段II的横隔板之间不必再增设加劲肋。CHENG六、面板参加主（次）梁工作的折算应力验算1主（次）梁截面选定后，还需要按式8-4 （p276）验算面板局部弯曲与主次梁整体弯 曲的折算应力。因水平次梁的截面很不对称，面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力。丄与 其参加主梁翼缘工作的整体弯曲应力。L要小的多，故只需验算面板参加主梁工作是的折算 应力。由前文的面板计算可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格VI

21、所需要的板厚较大, 这意味着该区格的场边中点应力也较人,所以选取区格VI按式8-4验算其长边中点的折算应 力。面板区格V【在长边中点的局部弯曲应力为0.75 x 0047 x 6002= 1983N/mh = 528 KN m 2M 528x106= = crV/ 6473面板区格VI的长边中点的折算应力为% =+ (% + q J 一+ %)二 J198.3 +(59.5 + 81.57) -19&3(59.5 + 81.57) = 176.78N/沪a:/t=176. 78N/mm2 1. 1X1.4X160=246.4 N/mm故面板厚度选用 8mm,满足强度要求。 2.面板与梁格连接焊

22、缝计算面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P，已知面板厚度t二8mm,并且近似地取 板中最大弯应力 bmnx=0=16O 怀劝2 则 p = 0 07rcrmax = 0.07 x 8 x 160 = S9.6N/mm 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力=1.08/7?/?面板与主梁连接焊缝厚度hf = J = J89.680.890.7ru0.7x160故面板与梁格的连接焊缝取其最小厚度hf = 6mm七、横向连接系-横隔板（竖向次梁）设计隔板高度取与主梁相同的高度定为800mm,隔板厚度与主梁腹板厚度一致取20mm上翼缘利用面板不设，下翼缘采用b二100 200mm,厚度t=

23、10-12mm的扁钢，即规定b二140mm, t二10mm的扁钢。由构造要求确定的尺寸其横隔板的应力很小，故可以不进行强度验算。八、纵向联结系设计1、纵向联结系承受闸门自重，露顶式平面钢闸门的自重G按下式计算即，G = 9.Sk2kckGHlMBQ33 9 式中人=10& =1.0,紇=013,H = 50” = &0则G = 9.Sk2kckGHL43B0*88 =9.8xl.0xl.0x0.13x5L43 x8oss = 79.33KN31 73下游面纵向联结承受g = 04G = 3173KN,则节点荷载为 = 7.93KN,纵向联结系按4支承在边梁上的简支平面桁架设计。3.965KN7

24、.93KN7.93KN1.93KN 3.965KN4X2150=860019KN纵向连接系计算图2. 斜杆截面计算斜杆计算长度斜杆承受的最大拉力N = 72（15.9-3.965） = 16.88KN,同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受 的压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即AW入二200。根据附录三：选用角钢厶00刈0,回转半径iyo = 19.6mm ,截面面积A二1930mm 斜杆计算长度：I。= 0.9/ = 0.9xa/2.152 +2.152 = 2.74mI 9 74x IO3长细比：久=匕= 139.80V入二20019.66 88 x 03拉杆强度验算 b = = 8.75 N

25、/mm： d0 + 800xg2x42060x20 述 30 = 422434200截面上半部分对中和轴的面积矩S = 460X20X(830-422.4) + 2x(820-422.4)2 xl0x| = 5249257.6mm3 截面惯性矩 / = 2 x 占 x 10 X 8003 + 2 x 20 x 800 x (420 - 422.4)2+ 450 x20x (422.4 -10)2 + 460 x 20 x (830 - 422.4)2 = 3912648885mm4 以上验算均满足强度要求。截面惯性模量w=840-422.4 _3912648885548=7139870.23加

26、加截面边缘最人应力验算M= N 掘(/# + ) = 152.4 R 1 A245x (0.25x50+0.1) = 142.91亠協=凹1+空旦竺max 4 vv 342007139870 .23=ISAN/mm2 0. 8o =0.8X230=184N/mm：（计算式中，0. 8为考虑到边梁为闸门的重要受力构件，且受力复杂，故将容许应力降低20% 作为考虑受妞等影响的安全储备。以下计算相同。）腹板最大剪应力验算：T-= 184.61x7016700.1xl03 = 24.96N/肿 v。. 8忙 8X95=76 皿3912648885x10腹板与卜翼缘连接处折算应力验算:.,142,912

27、9.23x104004 vv y 342007139870 .23420= l7.24N/mm2r-3 ;184.61x103x450x20x410=17.4 IN / nwr3912648885x10b% = yja2 +3r2 = a/17.242 +3x17.412 = 34MNf nwf 1.1X0. 8 n =14O. 08N/mm2十.滾动行走支承与轨道设计一Q2351.滚轮尺寸一单曲率圆柱形滚轮初定 D二600mm, b二lOOmm, d= 100mm 并验算 D、b、d 是否 满足要求。滚轮与轨道的接触应力= 0.4181305.39x2.06x105 x103V 2x100x

28、300=428. 02 N/mm：2. 5 fy =587. 5 N/mm：,满足要求。2.轮轴尺寸设计一45 #碳钢尺寸 a二 100mm, / =100mm, b二 100mm, L=300mm 弯应力：222 i innp(a + /)152.695 x(4x100+ 100 xlO3) =9/.ZO0.785 /0.785 x103剪应力十詐8x152.43x3.14x1002= 1294Wt二95N/rnnT方形轴承板：b二(2 4 2 6 ) d二240 260mm,取 b二250mm, t二20mm验算轮轴与轴承板之间的紧密接触局部承压力:152.4x10100x20=76.2N / tmn2 7(.y =80 N/mm22 滚轮轨道设计b Wo 1=160 N/ran2 12250轨道底板宽度按混泥土承压强度决定。根据C20号混泥土的容许承压应力值二7N/mm2,所需的轨道底板宽度为取Bh=250mm轨道底与混凝土之间的最人应力/42.695xl0仞血v皿3九乞 3x540x2508 =轨道底板厚度按其弯曲强度确定。轨道底板的最大弯应力