溢洪道露顶式平面钢闸门钢结构课程设计

1、钢结构课程设计溢洪道露顶式平面钢闸门1基本资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；孔口净宽：9.00m；设计水头：5.50m；结构材料：q235钢；焊条：e43；止水橡皮：侧止水用p形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为mcs-2；混凝土强度等级：c20。2闸门结构的形式及布置（1）闸门尺寸的确定（图1）。 1）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为m,故闸门高度h/3=1.80.2a=0.6c=2.5b=1.2b=1.2h=5.55.7 2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：;图1 闸门主要尺寸图 3）闸门计算跨度：（2）主梁的形式。主梁的形式应根据水头的大小和跨度的大小而定，本闸门属于中等跨

2、度，为了方便制造和维护，决定采用实复式组合梁。（3）主梁的布置。根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合理的作用线(图1)并要求下悬臂和,上悬臂,今取主梁间距 则 （满足要求）940023502223502350235020506502400600162010308507907605005700100i 横向隔板iiiiiiivvvi边梁胶木滑块水平次梁主梁水平次梁主梁顶梁底梁 i（4）梁格的布置和形式。梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支撑。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的

3、厚度大致相等，梁格布置具体尺寸如图2所示。100 1550 910 760 720 640 430 100 70 140 70 70 1402700 2400 600横隔板水平次梁主梁i-i图2 梁格布置尺寸图（5）连接系的布置和形式。1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为2.6m,横隔板兼作竖直次梁。2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。（6）边梁与行走支撑。边梁采用单复式，行走支撑采用胶木滑道。3面板设计 根据钢闸门设计规范（sl74-95）及2006修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后在验算面板的局部弯曲与主梁整体弯

4、曲的折算应力。 （1）估算面板厚度。假定梁格布置尺寸如图2所示。面部厚度按式计算当时，则当时，则现列表进行计算。面板厚度的估算区格155023401.510.5700.0070.0636.6691023402.570.5000.0200.0996.1376023403.080.5000.0280.1186.28iv72023403.250.5000.0350.1326.68v64023403.660.5000.0420.1446.47vi43023405.440.7500.0470.1885.65注 1 面板边长a、b都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽为140mm(详见后面)。 2 区

5、格i、vi中系数由三边固定一边简支板查的。根据表计算，选用面板厚度=8mm。（2）面板与梁格的连接计算。面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝强度方向的横向拉力p按式计算，已知面板厚度8mm，并且近似的取板中最大弯应力，则面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为计算面板与主梁连接的焊缝厚度为面板与梁格连接焊缝取其最小厚度4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、底梁都是支撑在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水平压力可按式计算列表计算后得水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算梁号梁轴线处水压强度梁间距备注1（顶梁）顶梁荷载按下图计算0.15m 1.47mr1 1.72m r214.4

6、kn/m21.62m1.62214.41.32519.091.033（上主梁）24.50.94023.030.85432.80.82026.920.79540.60.77531.440.766（下主梁）48.00.63030.250.507（底梁）52.90.33317.61根据表计算，水平次梁计算荷载取32.0，水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6.水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为支座b处的弯矩为a b c d ea b c d eq=32.0kn/m图3 水平次梁计算简图和弯矩图（2）截面选择考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18a由附录6附表查的：；。面板参加次梁工作有效宽度分别按式，或计

7、算，其中；然后取其中较小值。（对跨间正弯矩段）（对支座负弯矩段）按5号梁计算，设梁间距。确定有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离与梁间距的比值。对于第一跨中正弯矩段取。对于支座负弯矩取。根据查表，得31 149598548图4面板参加水平次梁工作后的组合截面对于，得0.78，则对于，得0.353，则对第一跨中选用，则水平次梁组合截面面积为组合截面形心到槽钢中心线的距离为跨中组合截面的惯性矩及截面模量为对支座选用，则组合截面面积为组合截面形心到槽钢中心线的距离为支座处组合截面的惯性矩及截面模量为（3）水平次梁的强度验算。由支座b处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座b处截面的抗弯强度

8、，即说明水平次梁选用满足要求。轧成梁的剪应力一般很小，可不比验算。侧止水 主梁 i 面板横向薄板边梁胶木滑道i0.2m（4）水平次梁的挠度验算。受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在b支座处截面的弯矩已经求得，则边跨挠度可近似地计算为图5平面钢闸门的主梁位置和计算简图故水平次梁选用满足强度和刚度要求。（5）顶梁和底梁。顶梁所受的荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁的刚度，所以采用。5主梁设计（1）设计资料。1）主梁跨度：净跨（孔口宽度），计算跨度，荷载跨度；0.2m 2.5m 1.2m 1.2m 0.6mh=5.5m横隔板主梁水平次梁h/3=1.8m下主梁作

9、用力441knq图6平面钢闸门i-i截面2）主梁荷载：;3）横向隔板间距:4)主梁容许挠度(2)主梁设计。主梁设计包括：截面选择；梁高改变；翼缘焊缝；腹板局部稳定验算；面部局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。1）截面选则。弯矩与剪力。弯矩与剪力的计算如下 需要的截面模量。已知q235钢的容许应力= ，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力= ,需要的截面模量为w= 腹板高度选择。按刚度要求的最小高粱（变截面梁）为87.1经济高粱 =由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比小，但不小于。现选用腹板高度腹板厚度选择。按经验公式计算：=11=0.86cm ，选用1.0

10、cm 。翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为下翼缘选用2.0cm （符合钢板规格）需要48/2=24,选用38cm（在之间）。上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用,14cm面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为b=上翼缘截面积为b=62010xx90045549320208948图7主梁跨中截面图弯应力强度验算。主梁跨中截面的几何特性见表。截面形心矩为截面惯性矩=截面模量：上翼缘顶边 下翼缘底边 弯应力 ,安全表6.5 主梁跨中截面的几何特性部位截面尺寸截面面积a各形心离面板表面距离各形心离中和轴距离面板部分49.60.419.8-50.1124300上翼缘板28.01

11、.850.3-48.766200腹板9047.843022.3476下翼缘68.094.86446.453.3193200合计235.610818.5384176整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按设计规范规定，可不必验算整体稳定性。又因梁高度大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。b=620y1=300540588102）截面改变。因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支承边梁高度（节省钢材），有必要将主梁支承端腹板高度减小为梁高开始改变图8主梁支承端截面图的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承端的距离为 。边梁 i横隔板 ii面板5409002350235

12、02600图9主梁变截面位置图剪切强度验算：考虑到主梁端部的腹板及翼缘都分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字形截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何性质见下表。 主梁支承端部截面的几何特性部分截面尺寸面板部分49.60.419.8-30.646443上翼缘板28.01.850.3-29.223874腹板5429.81609-1.277下翼缘68.063.8433832.873157合计199.66017.1143551截面形心距截面惯性矩156673截面下半部分对中和轴的面积矩剪应力 安全3）翼缘焊缝。翼缘焊缝厚度（焊脚尺寸）接受力最大的支承端截面计算。最大剪应力，截面惯性矩 。上

13、翼缘对中和轴的面积矩 49.6*30.6+28*29.22335下翼缘对中和轴的面积矩 68*232.72220>需要 cm角焊缝最小厚度 6.7mm全梁的上下翼缘焊缝都采用8mm 。4）腹板的加劲肋和局部稳定验算。加劲肋的布置：因为>80 ，故需设置横向加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间距a=cm 。腹板区格划分如图所示。梁高与弯矩都较大的区格可按验算：区格左边及右边截面的剪力分别为 ；区格截面的平均剪应力为区格左边及右边截面上的弯矩分别为 区格的平均弯矩为 区格的平均弯应力为计算=160计算，由于区格长短边之比为，则则=将以上数据代入公

14、式有 (这里无局部压应力)。满足局部要求，故在横板之间（区格）不必增设横向加劲助。再从剪力最大的区格来考虑：该区格的腹板平均高度，因不必验算，故在梁高减小的区格内也不必另设横向加劲助。5）面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。从上述的面板计算可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格iv所需要的板厚较大，这意味着该区格的长边中点应力也较大，所以取区格iv按式验算其长边中点的折算应力。面板区格iv在长边中点的局部弯曲应力为对应于面板区格iv在长边中点的主梁弯矩和弯应力为面板区格iv的长边中点的折算应力为278622222130082008图10横隔板截面图上式中 和的取值均以拉应力为正号，压

15、应力为负号。故面板厚度选用 8 mm，满足强度要求。6横隔板设计 （1）荷载和内力计算。横隔板同时兼作竖直次梁，它主要承受水平次梁，顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替，并且吧横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为（2）横隔板截面选择和强度计算。其腹板选用与主梁腹板同高，采用900mm8mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm8mm的扁钢。上翼缘可利用面板的宽度按确定，其中b=2350mm，按，从表6.1查得有效宽度系数，则b=0.512350=1198mm，取b=1200mm。计算如图6.53所示的截面几何

16、特性。截面形心到腹板中心线的距离为截面惯距为截面模量为验算弯应力为由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算。横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度6mm 。7纵向连接系设计（1）荷载和内力计算。纵向连接系承受闸门自重。露顶式平面钢闸门门叶自重g按附录10中式（附10.1）计算下游纵向连接系承受 纵向连接系视作简支的平面桁架腹板布置如图所示，其结点荷载为杆件内力计算结果如图6.54所示。（2）斜杆截面计算。斜杆承受最大拉力，同时考虑到闸门扭曲时可能承受压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即。选用单角钢1008，由附表6.4查得截面面积回转半径斜杆计算长度3.448kn 6.89kn 16.89kn 6

17、.89kn 3.448kn240013.8kn图11纵向连接系计算图长细比 验算拉杆强度为考虑单角钢受力偏心的影响，将容许应力降低15%进行强度验算。（3）斜杆与结点板的连接计算（略）。8边梁设计边梁的截面形式采用单腹式，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装压合胶木滑块，下翼缘宽度不宜小于300mm。边梁是闸门重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时可容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。（1）荷载和内力计算。在闸门每侧边梁上各设两个胶木滑块。其布置尺寸见图6.56.1）水平荷载。主要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁

18、和顶，底梁传来的水平荷载。为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁。每个主梁作用于边梁的荷载为。2）竖向荷载。有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，启吊力等。上滑块所受的压力300105401414上主梁作用力333.45knr1r20.65m 2.4m(a)下主梁作用力333.45kn图12边梁截面图 图13边梁计算图94kn(b)下滑快所受的压力最大弯矩最大剪力最大轴向力作用在一个边梁上的启吊力，估计为200kn（详细计算见后面）。在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于启吊力减去上滑块的摩阻力，该轴向力（2）边梁的强度验算。截面面积面积矩截面惯性矩截面模量截面边缘最大应力验算腹板最大剪力验算腹板与下翼缘连接处折算应力验算以上验算均满足强度要求。9行走支撑设计胶木滑块计算：滑块位置如图所示，下滑快受力最大，其值为。设滑块长度为350，则滑块单位长度的承压力为根据上述值由表查的轨顶弧面半径，轨头设计宽度为。胶木滑道与轨顶弧面的接触应力按式进行验算选定胶木高30，宽120，长350。10胶木滑块轨道设计（1）确定轨道底板宽度。轨道底板宽度按混凝土承压强度决定。根据c20混凝土由附表9.2查得混凝土的容许承压应力为,则所需的轨道底板宽度为75 35