实用实用模板潜孔式平面钢闸门设计

1、目录一、设计资料及有关规定2二、闸门结构的形式及布置2三、面板设计3四、水平次梁、顶梁和底梁地设计 4五、主梁设计7六、横隔板设计10七、纵向连接系11八、边梁设计11九、行走支承设计13十、轨道设计14十一、止水布置方式14十二、埋固构件15十三、闸门启闭力15十四、闸门的启闭机械15、设计资料及有关规定1、闸门形式：潜孔式平面钢闸门2、孔口尺寸(宽X高)：5.0m X5.0m3、上游水位：45m4、下游水位：0m5、闸底高程：0m6、启闭方式：电动固定式启闭机7、材料： 钢结构：Q235-A.F焊条：E43型行走支承：采用滚轮支承止水橡皮：侧止水和顶止水用 P型橡皮，底止水用条型橡皮&制造

2、条件：金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足川级焊缝质量检验标准9、规范：水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005、闸门结构的形式及布置1、闸门尺寸的确定闸门高度：顶止水 H=0.2m，故闸门高度5.2m闸门的荷载跨度为两止水的间距：5.0m闸门计算跨度：5+2 X0.2=5.4(m)设计水头：45m2、主梁的数目及形式主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=5m, 闸门高度h=5m,Lh。所以闸门采用6根主梁。本闸门属中等跨度，为了便于制造和 维护，决定采用实腹式组合梁。3、主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，主梁的位置可按主梁均匀间隔来布置。设计时按最

3、下 面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。謀/主架/ Z /TL域1Ljff/摞Jr主梁咖/主梁|L.E40L24C 1240J74464、梁格的布置及形式梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。 水平次梁为连续梁，其间距应均匀，以减少计算量。5、连接系的布置与形式（1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置 5道横隔板，其间距为1.24m，横隔 板兼作竖直次粱。（2）纵向连接系，采用斜杆式桁架。三、面板设计根据钢闸门设计规范S74 95关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选 择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。1、估算面

4、板厚度假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算t = ap?(0.9 a o)当 b/a 3 时，a=1.4,则t = avkp?(0.9 xi .4 x 160) = 0.07a Vkp现列表1计算如下：表1区格a(mm)b(mm)b/akpN/mm 2vkpt(mm)191012301.350.5100.5440.52732.61291012301.350.4290.5540.48830.20391012301.350.4290.5640.49230.44491012301.350.4290.5730.49630.69591012301.350.4290.5830.50030.946

5、91012301.350.4290.5930.50431.19791012301.350.4290.6030.50931.50891012301.350.4290.6130.51331.74991012301.350.4290.6220.51731.991091012301.350.4290.6320.52132.241191012301.350.4290.6420.52532.491286012301.430.5390.6520.59334.68根据上表计算，选用面板厚度t=35mm2、面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=35mm，并且近似地取板中最大弯应力c max= o=160N/mm

6、2,则面板局部扰曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P为：P=0.07t max =0.07 X35 xl60=392(N/mm)面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力:1573 (N/ mm )VS 4184600 X426 X35 X22402I7 =2 X 44429130000面板与主梁连接的焊缝厚度:3hf= Vp2 + T2? ( 0.7 T ) = %922 + 1573 2? (0.7 X113) = 20.5(mm)角焊缝最小厚度:hf 1.5vT = 1.5 X V35 = 8.9(mm )面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度hf = 21mm四、水平次梁，顶梁和底梁地设计

7、1、荷载与内力验算水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可按下式计算，即现列表2计算如下梁号梁轴线处水压力强度P（kN/mm 2）梁间距（m）a上+ a下2(m)a上+ a下 q = p2(kN/m)1（顶梁）5390.5075273.51.0152 （主梁）548.91.015557.11.0153 （水平次梁）558.91.015567.31.0154 （主梁）568.81.015577.31.0155 （水平次梁）578.81.015587.51.0156 （主梁）588.71.015597.51.0157 （水平次梁）598.71.015607.71.01

8、58 （主梁）608.61.015617.71.0159 （水平次梁）618.61.015627.91.01510（主梁）628.51.015637.91.01511 （水平次梁）638.51.015648.11.01512 (主梁)648.40.990641.90.96513 （底梁）657.90.4825317.4由列表计算后得U|=7258.8kN/m根据上表计算，水平次梁计算荷载取648.1kN/m，水平次梁为6跨连续梁，跨度为1.24m , 水平次梁弯曲时的边跨弯距为：M 次中=0.072ql 2=0.072 X648.1 X1.24 2=71.9（kN m）支座B处的负弯距：M 次

9、 b= 0.106ql 2=0.106 X648.1 X1.24 2=105.4(kN m)q=648. lkNrmI.2、截面选择MW =可105.4 X10160=658750 (mm3)考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选36a,由附录三表4查得：A=6089mm 2 ；Wx=659700mm 3 ；lx=118742000mm 4 ； bi=96mm ； d=9mm面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。Bbi+60t=96+60 X35=2196(mm)B= &b(对跨间正弯距段)B= &b(对支座负弯距段)按11号梁计算，梁间距b1 + b21015 + 10

10、15b =- = 1015 (mm)2 2对于第一跨中正弯距段：10=0.81=0.8 X1240=992(mm)对于支座负弯距段：10=0.41 = 0.4 X1240 = 496(mm)根据l0/b查表7-1 :对于 l0/b = 992/1015 = 0.997 得日=0.40，得 B= b = 406(mm)对于 l0/b = 496/1015 = 0.489 得鸟=0.16，得 B= &b = 162.4(mm)对第一跨中选用B = 406mm,则水平次梁组合截面面积(如图)：A=6089+406 X35=21199(mm 2)组合截面形心到槽钢中心线得距离：图；闻板李加水平次梁后工

11、件截面(mm )406 X35 X197.521199e = 132 (mm )跨中组合截面的惯性距及截面模量为:=285801188(mm 4)2858011882W min =312对支座段选用B= 162.4mm，则组合截面面:I 次中=118742000+6089 X132 2+406 X35 X65.5 2A=6089+162.435=11773(mm2)组合截面形心到槽钢中心线得距162 .4 X 35 X197.511773=95(mm )支座初组合截面的惯性距及截面模量为:惯性距:1 次中=118742000 + 6089 X952 + 1624 X35 X11252 = 24

12、5633350 (mm4)截面模量:Wmin245633350 = 926918 (mm 2)2653. 水平次梁的强度验算B处截面的抗弯强度,由于支座B处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座W min77.86 X106 91602978.4(N?mm 2) 司=160(N/mm 2)M次中Wmin6105.4 X10926918113 .7(N?mm 2) ? = 160(N?mm2)说明水平次梁选用36a满足要求 轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算4. 水平次梁的挠度验算受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯距已经求得M次B=71.86kN m,则

13、边跨挠度可近似地按下式计算：35 ql3 M 次 b1T= 384EI次 -蔺次5 X648.1 X12405384 X2.06 X10 X28580118871.86 X 1016 X1240516 X2.06 X10 X285801188=0.0001793w T = 250=0.004故水平次梁选用36a度和刚度要求五、主梁设计(一) 设计资料(1 )主梁跨度：净跨(孔口净宽)L0 = 7.0m ;计算跨度L= 7.44m ;荷载跨度L1=7m ;(2) 主梁荷载：q = (9.8 X 55 + 9.8 X67) X 12?(2 X6) = 1195 .6(kN/m)(3 )横向隔板间距

14、：1.24m(4 )主梁容许挠度：W=L/600(二) 主梁设计1、截面选择(1) 弯距和剪力。弯距与剪力计算如下：弯距：1195 .6 X77.44 7M min =2X (-2 - 4) = 8243 .7(kN / m)剪力：qL11Vmax = 丁= 2 X1195 .6 X7 = 4184 .6(kN)(2) 需要的截面抵抗距：已知 Q235钢的容许应力c=160N/mm 2，考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力司=0.9 X160=144N/mm2则需要的截面抵抗矩为：max8243 .7 X100144 X0.1=57247 .9(cm 3)(3) 腹板高度选择：按刚度要

15、求的最小梁高(变截面梁)为：2 2oL144 X10 X7.44 X10hmin = 096 X0.23= 0.96 X 0.23 X7= 70.3(cm)E 3?L2.06 X10 X(1?600)2 ?52?5经济梁高：h ec = 3.1W = 3.1 X57247 .9 ? = 248 (cm)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h ec为小，但不小于hmin。现选用腹板厚度h0 = 240cm。(4) 腹板厚度选择1.4(cm)选用 tw= 4cmtw = vh?11 = v240?11 =(5 )翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为4 X240 = 78.5

16、(cm2)W twh057247 .91 h06240下翼缘采用t1=2cm (符合钢板规格)需要b 1 = A1?t1 = 78 5?2 = 39(cm)，选用 b 1 =60cm (在 h/2.5h/5=9648 之间)。上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t1 = 2cm , b1=14cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B= b1+60 3=14+60 X3.5 = 224(cm)上翼缘截面面积 A1=14 X2.0+224 X3.5=812(cm 2)(6)弯应力强度验算截面形心距：Ay y1= eA151558両厂=805)截面惯性距:t w h12

17、+ E Ay234 X 24012+ 10274177=14882177 (cm4)主梁跨中截面图(单位：cm)截面抵抗距:上翼缘顶边Wmax =丄=也882；77 = 185795 (cm3) y180.1F翼缘底边W minI 148821773y;=y = 88902 (cm3)弯应力:M maxCT =8243 .7 X100 = 93 0.9 司二 09 x16 = 14.4(kN/cm2) 88902部位截面尺寸(cm cm )截面面积A(cm 2)各型心离面板表面距离y cm)Ay(cm3)各型心离中和轴距离y=y -y 1 (cm)Ay2(cm 4)面板部分224 X3.578

18、41.751372-78.354812758上翼缘14 X2284.5126-75.6160030腹板240 X4960125.512048045.41978714卜翼缘60 X2120246.529580166.43322675合计189215155810274177W min表3(7)因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。144X4S0X2主梁支承端截面(单位：cm)2、截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度(节约钢材)，有必要将主梁承端腹板 高度减小为h 0= O.6ho= 144cm。梁高开始改变的位置取在

19、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 124 10=114cm考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示：表4部位截面尺寸(cm cm)截面面积A(cm 2)各型心离面板表面距离y cm)Ay(cm3)各型心离中和轴距离y=y -y 1 (cm)Ay2(cm 4)面板部分224 X3.57841.751372-40.851308278上翼缘14 X2284.5126-38.140645腹板144 X457677.54464043.9701573卜翼缘60 X2120150.518060107.91397089合计15086419834475

20、85截面形心距:64198yi = 75莎= 426(cm)截面惯性距:Io33.5 X14412+ 3447585 = 4442913(cm4)截面下半部对中和轴的面积距:2S = 120 X 107.9 + 106 .924X 厂 35803(cm3)剪应力:VmaxS_ 4184 .6 X 35803=4442913 X43=8.4(kN/cm2) T = 9.5kN /cm23、翼缘焊缝翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。Vmax = 4184.6kN。l=4442913cm 4上翼缘对中和轴的面积距： S1=784 X40.85 + 28 X38.1=33093(cm 3)下

21、翼缘对中和轴的面积距： S2=120 X107.9 = 12948(cm 3) 1 5 v( = 1.5 Xv40 = 9.5(mm )全梁的上下翼缘焊缝都采用 hf = 21mm 4、腹板的加劲肋加劲肋的布置：因h 0?t = 240 ?4 = 60 80，故不需要设置横向加劲肋CD5、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算取面板区格12验算其长边中点的折算应力计算(98 X 55+98 X56.15)X1。15 X1.24 x = 347 5(kN2 22、横隔板和截面选择和强度验算腹板选用与主梁腹板同高，采用2400mm X20mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm X10mm的

22、扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式 B=$b确定其中 b=1240mm,按 b/b=2 X*887 .一L513-313200x10. n-、2400 X 20Lm)kpa 2Tmy =t220539 X0.652 X8602=2= 212(N/mm 2)35T=mx= 0.3 X212 = 63.6(N/mm(T=+ (T+(T)-(T(T+(T) zhmymxOxmy mxOx)my面板区格12的长边中点的主梁弯矩和弯应力21195 6 X2.9=M2122 + (63.6 - 42.8)2 - 212 X (63 6 - 42 .8) = 202(N?mm 2) ?习 T =1.55

23、X 160 = 248 (N/ mm 2)故面板厚度选用35mm满足强度要求。六、横隔板设计1、荷载和内力计算M = 1195.6 X3.5 X 3.1 -= 7944 .8(kN -m)M 7944 .8 X102(T = = 42.8(kN / mm 2)0x W 185.8 X10横隔板同时兼作竖直次粱，主要承受水平次粱、底梁和顶梁传来的集中荷载以及面板传来 的分布荷载，则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为:该区格长边中点的折算应力槿隔板截面图1单位；ram)1.015/1.24=1.64,查表得 辽=0.46，贝U B=0.46 xl240=570mm ，取 B= 570mm 。计算 如

24、下图所示截面几何特性。截面型心到腹板中心线距离570 X35 X1222 .5 - 200 X 10 X 1222 .5 =570 X35 + 2400 X20 + 200 X 10截面惯性距:20 X240012+ 20 X24002 2 2X313 + 10 X 200 X1518 + 35 X 570 X 904 .5=4.867265899 X 1010 (mm4)截面模量:W min104.867265899 X101523=31958410(mm 3)验算应力:MWmin347 .5 X1063195841010.8( ?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

25、用最小焊缝厚度hf = 1 .5v20 = 6.7(mm )，选取 hf = 8mm。七、纵向连接系1、荷载和内力计算纵向连接系承受闸门自重。潜孔式平面钢闸门门叶自重按下式计算G = 0.073K1K2K3A093HS79 X 9.8 = 0.073 X1 X1 X095 X(7 X12)0.93 X 670.79 X 9.8 =1160 (kN)则下游纵向连接系承受0.4G=464KN纵向连接系视作平面简支桁架，其结点荷载为464 = 77.33 (kN)纵向连接系计算團徨位；血2、斜杆截面计算斜杆承受的最大的拉力为 305KN，同时考虑闸门偶然扭矩时可能造成的压力，故细 长比的限制应该与压

26、杆相同。即入 刀=150选用单角钢L110 X12，由附录三表2查得：截面面积 A=25.2cm 2 回转半径iyo =21.5cm2 2 2斜杆计算长度lo = 0.9 XV1.015 + 1.24 + 0.4 = 149 (m)长细比3入=l0?iy0 = 1.49 X103?21 .5 = 69.3 乃=150验算拉杆强度3305 X1022(T =一 121 ( N?mm 2) 0.85 间 一 133(N?mm 2) 2520八、边梁设计由于深孔大孔口，行走支承采用滚轮式。所以这里用双腹式组合边梁。边梁的截面尺寸按构造要求确定，梁高1460mm，上翼缘直接采用面板，下翼缘用150mm

27、 X20mm的扁钢做成。腹板厚度40mm。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情 况复杂，做设计时将容许应力值降低 20%作为考虑受扭影响的安全储备。1、荷载和内力计算滚轮采用等荷载布置，在每个边梁上分别布置6个大小相等的主轮。每个主轮位于主梁后 面。每个主轮受力为2092.3kN。具体计算根据结构力学求解器。最大弯矩 Mmax=2092.3kN/m最大剪力 Vmax=4184.6kN最大轴向力为作用在边梁上的一个起吊力，估为2300kN在最大弯矩作用截面上轴向力为：N=2300-4184.6 X0.1=1881.5kN490X35300190150X20150XS边梁截面图（单位：nun）13

28、18.9513LL9J40-1SJ4却1i站-111.25.352432 EE36-15|2651”恥2、边梁强度验算截面面积A = 490 X35 + 150 X20 X2 + 40 X 1460 X2 = 140020 (mm2)yi=700mm上半部分对中和轴的面积矩3 = 35 X490 X(700 - 17.5) + 40 X(700 - 35)2 = 29393875 (mm 3)下半部分对中和轴的面积矩S2 = 2 X 150 X20 X(1490 - 700 + 10) + 2 X(1490 - 700)2 X40 -2=30111000 (mm 3)截面惯性距:1=3.311

29、76 xiO10(mm4)截面模量:IW =432104323.31176 X10= 76661049 (mm 3)截面边缘最大应力验算:N M max c= A+ w31881 .5 X 103+1400202092 .3 X10676661049=13.4 + 27.3 =40.7(N?mm 2) 0.8 间=0.8 X157 = 126(N/mm2)腹板最大剪应力验算:32Vmax SmaxT= R341894 .6 X10 X 30111000103.31176 X10 X40=9.5( N?mm 2) 0.8 T = 0.8 X95 = 76(N/mm 2)均满足强度要求 九、行走支

30、承设计采用滑动式滚轮支承，轴孔采用滑动轴承，轮径D=900mm,宽度b=150mm,轮轴直径d=200mm,轴套工作长度b1=250mm轮子材料用ZG35GrlMo.滚轮验算 圆柱形滚轮与平面轨道接触应力:5尸iE/209300 X2.06 X10150 X450(T= 0.418=匸maxbR=1056 (N?mm2) 3fy = 3 X390 = 1170 (N?mm 2)Pl :一个轮子的计算压力，N ;b、R:轮缘宽度和轮半径，mm ；E:材料的弹性模量，N/mm 2;fy :屈服强度,N/mm 2。轴和轴套间接触应力:Pl2092300需=db；= 250 X200 = 41 8(N

31、?mm2) F 唧=50(N?mm2)d :轴的直径，mm ； b1:轴套的工作长度，mm ；殛:滑动轴套的容许应力，N/mm 2。轮轴与轴承板间局部承压应力(Tcjd Et20460(80 = 65(N?mm 2) c = 80(N?mm 2)200 X80N :轴承板所受的压力（N=P i/2 ），N ; Et :轴承板叠总厚度，mm ; ccj:容许应力,N/mm 2。以上计算均满足强度要求十、轨道设计滚轮荷载R=2092.3kN,混凝土为C25,其ch=9N/mm2。轨道材料为35Mn2,轨道选156c,由附录三表4查得:主轮安啟示意團Wx=2551400mm/lx3 318400a1

32、 = 3.3 2 = 3.3 “= 1158 .7(mm )1tfb16.5i 丿lx=714300000mm4 ；b=170mmtw=16.5mm；h=560mm1、轨道底板混凝土承压应力:a=3.3畧Ehb3.3：)06000 X71430000030000 X170=17725 (mm)(ThP =2092300ab = 17725 X1700.7(N?mm 2) c = 9(N?mm 2)h2、轨道局部承压应力:P=cd a1 tfb卩形稼皮侧止水座隔板潛孔闸门3堵;户面板形式十二、埋固构件门槽的埋固构件主要有：行走支承的轨道、与止水橡皮相接触的型钢、为保护门槽和孔口边棱处的混凝土免遭

33、破坏所设置的加固角钢等。底止水座十三、闸门启闭力闸门自重G=1160kN滚动摩擦阻力/Ri (亍i）50215 X0.14540X(20+ 1) = 335(kN)止水摩阻力Tzs = 2fbhp = 2 X0.65 X 0.06 X12 X559.5(kN)上托力Pt=0KN闭门力T闭=1.2(TZd + Tzs)0.9G = 1.2 X(335 + 559 .5) - 0.9 X1160 = 29.4kN ?起门力计算下吸力P X = 20 X7 X0.016 = 2.3kN则启门力为：K = 1.1G + 12(Tzd + Tzs) + Px = 1.1 X1160 + 1.2 X(33

34、5 + 559 .5 + 2.3) = 2352 (kN) 启zs十四、闸门的启闭机械由于启门力为2352kN，选用江苏龙城宏力液压设备有限公司生产的QPKY-4500/2500-15.0 型号的启闭机。QPKY系列一一平面快速闸门液压启闭机QPKY系列液压启闭机共 14种规格，适用于水利水电工程水轮发电机机组进口、调压井下游快速事 故闸门的启闭，也可用于一般平面事故闸门启闭，本系列液压缸按闸门利用水柱压力或部分加重可关闭孔 口而无需投运油泵电机组的条件进行设计。型号表示方法液压缸支承型式I或n 行程（m ） 启门力（kN ） 持住力（kN ）液压传动快速关闭平面闸门启闭机QPKY系列快速闸门液压启闭机基本参数序号、参数型号持住力Fg( KN)启门力Fq( KN)最大行程Lman(m)缸内径D(mm)活塞杆直径d(mm)缸内计算压力Fg/ Fq(MPa)速度Vg/Vq(m/min )1QPKY-60/60-8*60608.0100509.99/9.992QPKY-80/80-8*80808.01106010.39/10.393QPKY-100/100-8*1001008.01256310.7/10.74QPKY-125/125-8*1251258.01407010.6/10.65QPKY-160/1