水工钢结构课程设计

1、水工钢结构课程设计课程设计说明书课程名称:水工钢构造课程设计课程代码:题目:露顶式闸门大同学姓名:学号:年级/专业/班:学院(直属系) :能源与动力工程学院指导老师:名目1设计资料. - 3 -2闸门构造的形式及布置 . - 3 -2.1闸门尺寸确实定 . - 3 -2.2主梁的形式 . - 4 -2.3主梁的布置 . - 4 -2.4梁格的布置和形式 . - 4 -2.5连接系的布置和形式 . - 4 -2.6边梁与行走支承 . - 5 -3面板设计. - 5 -3.1估算面板厚度 . - 5 -3.2面板与梁格的连接计算 . - 6 -4程度次梁，顶梁和底梁的设计 . - 6 -4.1荷载

2、与内力计算 . - 6 -4.2截面选择 . - 8 -4.3程度次梁的强度验算 . - 9 -4.4程度次梁的挠度验算 . - 9 -4.5顶梁和底梁 . - 10 -5主梁设计. - 10 -5.1设计资料 . - 10 -5.2主梁设计 . - 10 -6横隔板设计. - 14 -6.1荷载和内力计算 . - 14 -6.2横隔板截面选择和强度计算 . - 14 -7纵向连接设计. - 15 -7.1荷载和内力的计算 . - 15 -7.2斜杆截面计算 . - 16 -8边梁设计. - 16 -8.1荷载和内力的计算 . - 16 -8.2边梁的强度验算 . - 17 -9行走支承设计.

3、 - 18 -10滚轮轨道的设计 . - 18 -10.1确定轨道底板厚度 . - 18 -10.2确定轨道底板的厚度 . - 19 -10.3轨道底板混凝体承压应力： . - 19 -10.4轨道部分承压应力： . - 19 -11闸门启闭力和吊座计算 . - 20 -11.1启门力计算 . - 20 -11.2闭门力计算 . - 20 -11.3吊轴和吊耳板 . - 20 -1设计资料闸门形式：单孔露顶式平面钢闸门孔口净宽：12.00mm上游水位：9.80m 下游水位：0m启闭方式：液压式启闭机构造材料：平炉热轧碳素钢q235 焊条：e43止水橡皮：侧止水用p型橡皮，底止水用条形橡皮。行走

4、支承：滚轮支承混凝土强度等级：c202闸门构造的形式及布置2.1闸门尺寸确实定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m，故闸门高度=9.8+0.2=10.0m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：l=12.0m；1+2d=12+2×0.2=12.40闸门的计算跨度：l=l 用autocad画出图形如下图 1 闸门主要尺寸图单位 m2.2主梁的形式主梁的形式依据水头合跨度大小而定，本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，打算采纳实腹式组合梁。 2.3主梁的布置依据闸门的高跨比，打算采纳5根主梁。依据公式5.15.1)1(n32-=k kh y k 。那么可算的y 1=2.98m y 2

5、=5.45m y 3 = 7.06m y 4=8.35m y 5=9.48m 2.4梁格的布置和形式梁格采纳复式布置和等高连接，程度次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。程度次梁为连续梁，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的详细尺寸详见图2。 图2 梁格布置尺寸图2.5连接系的布置和形式横向联接系：依据主梁的跨度打算布置四道隔板，其间距2.48m ，横隔板兼作竖直次梁。纵向联接系：设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采纳斜杆式桁架。 2.6边梁与行走支承边梁采纳单腹式，行走支承采纳胶木滑道。3面板设计3.1估算面板厚度假定梁格布置如图2所示。面板厚度按下式计算：a kpat

6、 9.0=当b/a 3时， =1.5，那么=?=1605.19.0kpat 0.068a kp当b/a 3时，=1.4，那么=?=1604.19.0kpa t 0.07a kp列表计算，如表1 表1 面板厚度的计算根究上表计算，选用面板厚度t=12mm 3.2面板与梁格的连接计算面板部分挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力p=0.007t max，已知面板厚度t=12mm ，并且近似地取板中最大弯应力max=160n/mm 2，那么p=0.007t max=0.07?12?160=134.4(n/mm)面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为()mm /67.2592529530000231

7、71264058860020n i vs t =?=计算面板与主梁连接的焊缝厚度：()()()mm t p h f 7.31137.0/67.25967.2594.1344.1347.0/t22=?+?=+=面板与梁格连接焊缝最小厚度 h f =6mm4程度次梁，顶梁和底梁的设计4.1荷载与内力计算程度次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按2a 下上+=a pq现列表计算如表格2：m kn /62.511q = 表2 程度次梁、顶梁共和底梁的计算依据上表计算，程度次梁计算荷载取52.7kn/m，程度次梁为五跨连续梁，跨度为2.48m。程度次梁弯曲时的边跨中弯矩为=0.0

8、80ql2=0.080?52.7?2.482=21.92(kn·m)m次中支座b处的负弯矩为m=0.107ql2=0.107?52.7?2.482=29.31kn·m次b 图 4 程度次梁计算简图和弯矩图4.2截面选择361832081601031.29mm m w =?=考虑利用面板作为次梁截面的一局部，初选18a 由附录三查表 4 得：a=2569mm 2；w x =141400mm 2；i x =1272700mm 4;b=68mm;d=7mm.面板参与次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。 b b 1+60t=68+60?12=788mmbb b b 21=按4

9、号梁计算，设梁间距)(5.11232/)11101137(2/)(21mm b b b =+=+=确定上式中面板的有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的间隔 l 0与梁间距b 之比值。对于第一跨中正弯矩段取l 0=0.8l=0.8?2480=1948mm ，对于支座负弯矩段取l 0=0.4l=0.4?2480=992mm 依据l 0/b 查表7-1： 依据l 0/b 查表得对于l 0/b=1948/1123.5=1.73得1=0.61，b=0.61×1123.5=689.4(mm) 对于l 0/b=912/1123.5=0.88，得1=0.25 ，那么b=0.25×112

10、3.5=281(mm) 对于第一跨中弯矩选用b=660mm ，作图图3图 3面板参与程度次梁工作后的截面单位 mm 支座处组合截面的惯性矩及截面模量：2min422次中mm 22626549.1445.326930555.3269305549.601228149.54256912727000=?+?+=w mm i4.3程度次梁的强度验算由于支座处b 弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座b 处截面的抗弯强度，即：226min 次次/160mm /5.1292262651031.29mm n n w m b =<=?= 说明程度次梁选用槽钢18a 满足要求。扎成梁的剪应力一般很小，可不

11、必验算。 4.4程度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，由于程度次梁在b 支座处，截面的弯矩已经求得m kn m b ·8.26次=那么边跨挠度可近似地按下式计算：004.0250/1000487.029225944102.0616228029320000-292259441006.238421807.52516-ql 3845l 553次次次3=?<=?=?=l ei l m ei b 故程度次梁选用槽18a 满足强度和刚度要求。 4.5顶梁和底梁顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂移物的撞击等影响，必需加强顶梁刚度，所以也采纳槽钢18a,底梁也采纳槽钢18a

12、 。5主梁设计5.1设计资料1) 主梁跨度净宽l 0=12.00m;计算跨度l=12.4m ；荷载跨度l 1=12m. 2) 主梁荷载q=98.1kn/m. 3) 横向隔间距：2.48m 。4) 主梁容许挠度：600/l = 5.2主梁设计2-1 截面选择 弯矩与剪力 弯矩与剪力计算如下： ()()kn ql v m kn m 6.588121.98212·52.188341224.122121.981maxmax =?=?-?= 图 4 平面钢闸门的主梁位置和计算简图需要的截面模量已知q235钢的容许应力=160kn/mm 2考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.9?1

13、60=144n/mm 2,那么需要的截面抵抗矩为()3max cm 130801.014410052.1883=?=m w 腹板高度选择按刚度要求的最小梁高变截面梁：()cm 83.114600/11006.21004.121014423.096.0/23.096.0h 72min=?=?=l e l 对于变截面梁的经济梁高cm 41.137130801.31.35/25/2=?=w h ec 现选用腹板高度h 0=110cm腹板厚度选择。按阅历公式计算：cm h t w 996.011/12011/=选用 t w =1cm翼缘截面选择 :每个翼缘需要截面为：20089612011201308

14、06cm h t h w a w =?-=-=下翼缘选用 t 1=2.0cm 符合钢板规格 需要cm 5.440.289b 111=t a 选用b 1=45cm 在h/2.5h/5=4824之间 上翼缘的局部截面可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用 t 1=2.0cm ，b 1=16cm 。面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为：cm b 642.1601660b 1=?+=上翼缘的截面面积218.1082.1640.216cm a =?+?=1) 弯应力强度验算主梁跨中截面见图5)的几何特性如表3：图 5 主梁跨中截面单位mm 表3 主梁跨中截面的几何特性截面形心矩：y1=ay1/

15、a=15855.28/302.8=52.36(cm)截面惯性矩：i=?t h 。3/12+ay 2=1?1203/12+652266.7=796266.7cm 4 截面模量：上翼缘顶边: wmin=i/y1=796266.7/52.36=15207.5(cm3)下翼缘底边：wmin=i/y2=796266.7/62.84=12671.3(cm3)弯应力： =mmax/wmin=1883.52?100/12671.3=14.1(kn/cm2)?0.9?16=14.4(kn/cm2)(平安)2) 整体稳定性与挠度验算因主梁上翼缘挺直同钢板相连，按标准规定可不必验算整体稳定性。又因梁高大于刚度要求的

16、最小梁高，故梁的挠度也不必验算。 2-2 截面转变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支承边梁高度，有必要将主梁支承段腹板高度宽度减小cm h h s2.76.000=梁高开头转变的位置取在接近支承段的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承段的间隔 为248-10=238cm 见图6和图7 图 6 主梁支撑端截面单位mm 图 7 主梁两边截面位置图单位mm 剪切强度验算：考虑到主梁段部的腹板及翼缘局部分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字钢截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何特性如下表。以及变截面后的尺寸。表4 主梁端部截面的几何特性截面形心距：cm y 4.328.2583.83831= 截

17、面惯性矩： i 。=1?723/12+228985=260089(cm4)截面下半部中和轴的面积矩：s=84?37.8+36.8?1?36.8/2=3852(cm 2)剪应力：t=vmaxs/i 。?t =588.6?3852/260089?1=8.7(kn/cm 2)?=9.5(kn/cm 2)平安 2-3 翼缘焊缝翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算。最大剪力=max v 588.6kn 截面惯性矩 上翼缘对中和轴的面积矩 s1=76.8?31.7+32?30.1=3398cm 3 下翼缘对中和轴的面积矩 s2=84?37.8=3175.2cm 3?s1 需要50.03.1125

18、29534.133986.5884.1f 01max =?=t i s v h f 角焊缝最小厚度)(7.6205.15.1mm t h f =全梁的上下翼缘焊缝都采纳=f h 8mm6横隔板设计6.1荷载和内力计算横隔板同时兼作竖直次梁，它主要承受程度次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替如书上例图7-1，并且把横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。那么每片横隔板在上悬臂的最大弯矩为m=2.98?29.23/2?2.48?2.98/3=98.64 kn ·m6.2横隔板截面选择和强度计算其腹板选用和主梁同高度，采纳1200mm ?8mm ，上翼缘利用面板，上翼缘采纳200mm ?8mm 的扁钢。上翼缘可利用面板宽度按b b 2=确定，其中b=2480mm,按0l /b= 2?2980/2480=2.4，从表查得有效宽度系数2=0.57，那么b=0.57?24