钢闸门潜孔式

1、课程设计说明书 课 程 名 称: 水利水电工程钢结构课程计 课 程 代 码: 8203281 题 目: 潜孔式平面钢闸门设计 学 生 姓 名: 刘攀 学 号: 312011080801120 年级/专业/班: 2011级水利水电1班 学院(直属系) : 能源与环境学院 指 导 教 师: 徐良芳 目 录1设计资料2闸门结构的形式及布置3面板设计4水平次梁、顶梁和底梁的设计5主梁设计6 横隔板设计7 纵向连接系8 边梁设计9 行走支撑设计10滚轮滑道设计11 闸门启闭力和吊耳计算一、设计资料及有关规定1，闸门形式：潜孔式焊接平面刚闸门。2，孔的性质：深孔形式。孔口尺寸（宽×高）：10m&

2、#215;8m。上游水位：38m；下游水位：0.1m； 闸底高程：0m。3，材料：钢材Q235-A.F 焊条 E43;手工电弧焊；满足级焊缝质量检验标准。 止水：侧止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮。 行走支承：滚轮支承。 砼的强度等级：C20。 启闭机械：卷扬式启闭机。4，规范：水利水电工程钢闸门设计规范SL1974-2005。二，闸门结构的形式及布局。（一） 闸门尺寸的确定（图一示）1， 闸门的孔口尺寸：孔口净跨：10m。孔口净高：8m。闸门高度：8.4m。闸门宽度：10.4m。计算跨度：10.4m。荷载跨度：10m（二） 主梁的布置， 主梁的数目及形式主梁是闸门的主要受力构件，其数

3、目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度为，高度为。所以采用根主梁，决定采用实腹式组合梁。， 主梁的布局本闸门为高水头的深水闸门，孔口尺寸较大，所以主梁的位置俺上疏下密布置。设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，个主梁采用相同尺寸。， 梁格的布置及形式梁格采用复式布置与打等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承。水平梁伟连续梁，间距应上疏下密，使整个区格需要的厚度大致相等，布置如图示。 4，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6道横隔板，其间距为1.486m，横隔板兼 作竖直次梁。2、纵向连接系：设在四个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。 5边梁与行走支承边梁采用双腹式

4、，行走支承采用滚轮支承。 梁格布局尺寸图k四边固定矩形弹性薄板在支承长边中点的弯应力系数，第1和10区格按附录九表3查得，其余区格按附录九表2查得。p面板计算区格中心的水压强度（p=hg=0.0098h N/mm²）水的密度，一般淡水取10KN/h区格中心的水头，单位ma、b面板的短边和长边的长度 根据上表计算，选用面板厚度t=15mm。2， 面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=15mm，并且近似得饿取板中最大弯应力max=160N/mm2，则 P=0.07tmax=0.07×15×160=168（N/mm ） 面板育主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力2550KN，

5、I0=27059202cm4；S266×3.6×64.161382³ TVS2I05395.5×61382×100（27059202×2）=611N/mm 面板与主梁连接的焊缝厚度：hf=334.30.7×113=4.2mm 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度hf=5mm四、水平次梁，顶梁和底梁地设计1.荷载与内力地验算水平次梁和顶，底梁都时支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可按下式计算，即q=p。q2639.2kN/m 根据上表计算，水平次梁计算荷载取157.94 kN/m，水平次梁为8跨连续梁，跨度为1.3m

6、（如图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯距为: M次中0.078ql2=0.078157.941.3 ²=20.8kNmM次支=0.105ql2=0.105157.941.3 ²=28.0kNm2.截面选择W=28.01000000160=175000mm3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18a,由附录三表四查得：A=2659mm2 ; Wx=141400mm3 ; Ix=12727000mm4 ; b1=68 mm ；d=tw=7mm 。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式711及式712计算，然后取其中较小值。 式：711 Bb1+60t=68+6015=968mm

7、; 式：712 B=1b (对跨间正弯距段) B=2b （对支座负弯距段） 。梁间距b=（400+445）2=422.5 mm。 于第一跨中正弯距段l0=0.8l=0.81300=1040mm ;对于支座负弯距段l0=0.4l0.41300=520mm 。根据l0/b查表71：对于l0/b1040/422.52.462得10.77，得B=1b0.77×422.5325对于l0/b520/422.51.231得20.40，得B=2b0.40×422.5169对第一跨中选用B325mm,水平次梁组合截面面积（图41）:A=2569325×167769² 槽钢

8、的高为400组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=325×16×947769=63mm支座处组合截面的惯性距及截面模量为：I次B127270002569×63²325×16×35²2920336Wmin=2929336149=196600m对支座段选用B169mm，则组合截面面积（图42）：A=2569169×165273mm ²组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=169×16×945273=48mm支座处组合截面的惯性距及截面模量为：I次B127270002569×48

9、78;169×16×49²25138280Wmin=186209m3.水平次梁的强度验算由于支座B处（图3）处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即次28.0×1000000135=141.9N/mm160N/mm说明水平次梁选用18a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=125.17kNm,则边跨挠度可近似地按下式计算： 0.000393故水平次梁选用18a满足强度和刚度要求。5、顶梁和底梁顶梁和底梁也采用

10、18a.五、主梁设计（一)设计资料1）主梁跨度（图5）：净跨（孔口净宽）l。=10.0m ；计算跨度l10.4m ；荷载跨度l10.0m 。2）主梁荷载：q=P总/3=（9.81×38×38×0.5-9.81×28×28×0.5）/3=1079.1KN3) 横向隔板间距：1.300m 。4）主梁容许挠度： W=L/750 。（2） 主梁设计内容包括：截面选择；梁高改变；翼缘焊缝；腹板加劲肋；面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。1.截面选择（1） 弯距和剪力 弯距与剪力计算如下：弯距： M=1079.1×10×

11、;0.5（10.4×0.5-10×0.25）=15647kNm 剪力： V=0.5×1079.1×10=5395.5 kN2）需要的截面抵抗距 已知Q235钢的容许应力=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响取容许应力= 则需要的截面抵抗矩为； W= M/=15647×1000/144=108660（cm3） （3）腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：经济梁高： 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hec为小，但不小于hmin，一般选择梁高比经济梁小1020。根据以上选择腹板高度h0260

12、cm 。(4)腹板厚度选择选用tw6.0cm 。(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为:下翼缘选用t12.0cm（符合钢板规格），需要（在腹板高度的三分之一到五分之一5287cm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t12.0cm，b150cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为Bb1+60t5060×1.5140cm上翼缘截面面积A1=50×2.0140×1.5310 cm2(6) 弯应力强度验算。主梁跨中截面（图61）的几何特性截面形心距：截面惯性距：截面抵抗距：上翼缘顶边 下翼缘底边 弯应力：安全 主梁跨中截面的几何特性部位截

13、面尺寸（cmcm）截面面积A(cm2)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-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分140×1.52100.75157.5-122.753164188上翼缘50×2.01002.5250-1211464100腹板260×6.01560133.520826010156000下翼缘79×2.0158264.5417911413141198合计2028250458.57295486（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。2、截面改变

14、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（图71）。梁高开始改变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130-10=120cm部位截面尺寸（cmcm）截面面积A(cm2)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-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分140×1.52100.75157.5-71.951087129上翼缘50×2.01002.5250-70.4495616腹板156×6.093681.5762848.872484下翼缘79×2.0158160.

15、52535987.81217997合计1404102050.52873226 安全3.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。Vmax5395.5kN。I0=4771434cm4，上翼缘对中和轴的面积距：S1=210×71.9550×2×70.422149.5cm3下翼缘对中和轴的面积距：S2=160.5×87.814091.9cm3S1需要角焊缝最小，。全梁的上下翼缘焊缝都采用hf10mm 。4. 腹板加劲肋因不需设置横向加劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距a1.3m 。腹板区格划分见图2。5. 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折

16、算应力的验算从上述的面板计算可见，直接与主梁相连的面板区格，只有区格10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，所以选取区格10按下式验算长边中点的折算应力：面板区格的长边中点的主梁弯距和弯应力该区格长边中点的折算应力=157.41.55×160=248N/mm2上式中mx, my, ox的取值均以拉应力为正，压应力为负故面板厚度选用15mm满足强度要求 。六、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，并且把横隔板作为支承在主梁上的双悬臂梁。如图

17、9示水平次梁为7跨均布连续梁，R可看作它所受的最大剪力，由规范表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：=1.143×157.94×1.3234.7KN 取qq次2.横隔板的截面选择和强度验算腹板选用与主梁腹板同高，采用2600mm60mm，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公式按式B1b确定。b=1300mm，查表得10.32 。B=0.32×1300=416mm，取B420mm 。计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板中心线距离： 截面惯性距： ，验算应力： 160N/mm²由于横隔板截面高度较大，剪切

18、强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度hf10mm 。七、纵向连接系设计1. 荷载和内力计算纵向连接系受闸门自重。潜孔式平面滚轮闸门G按下式计算：由附录十一查得，其中A 孔口面积，m ² K闸门工作性质系数，工作与事故闸门K1.0 K孔口高宽比修正系数HB1,K1.0 K水头修正系数 ，Hs60m , K1.0 下游纵向连接系承受 0.4G=0.4×916.3=366.5KN纵向连接系是做简支的平面桁架。其桁架腹杆布置如图9点荷载为 杆件内力计算结果如下图：2. 斜杆截面计算利用三角形的边长之比与两边的力之比相同的方法计算得斜杆承受最大拉力N=290.97KN，同时

19、考虑闸门偶然扭曲是可能承受压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即。选用单角钢100×12，表查得：截面面积A=22802回转半径iy0=19.5mm斜杆计算长度 u长细比 验算拉杆强度： 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。8、 边梁设计边梁的截面形式采用双腹式（如图 ），边梁的截面尺按照构造要求确定，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，为了便于安装滚轮，两个下翼缘为用宽度为400mm的扁钢做成。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计师将容许应力值降低15%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

20、两个滚轮。其布置尺寸可见下图（1） 水平荷载。主要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁和顶、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R=5395.5KN。（2） 竖向荷载。有闸门自重、滚轮摩擦阻力、止水摩阻力、起吊力等。上滚轮所受的压力下滚轮所受的压力最大弯矩 最大剪力 最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力，估计为2000kN（详细计算见后）。在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于起吊力减去上滚轮的摩阻力，该轴向力2. 边梁的强度验算 截面面积 A=1560×602×900×15120600mm面积矩 28883250m

21、m³截面惯性矩 截面模量 截面边缘最大应力验算:腹板最大剪应力验算： 腹板与下翼缘连接处应力验算： 以上的验算满足强度要求。9 行走支承设计滚轮计算：轮子的主要尺寸是轮径D和轮缘宽度b，这些尺寸是根据轮缘与轨道之间的接触应力的强度条件来确定的，对于圆柱形滚轮与平面轨道的接触情况是线接触，其接触应力可按下式计算，其中下滚轮受力最大，其值为5980kN。设滚轮轮缘宽度b=300mm，轮径D600mm。 为了减少滚轮转动时的摩擦阻力，在滚轮的轴孔内还要设滑动轴承，选用钢对10-1铸铁铝磷青铜。轴和轴套间压力传递也是接触应力的形式，可按下式验算：取轴的直径d=500mm，轴套的工作长度b=600mm，滑动轴套容许应N/mm轮轴选用45号优质碳素钢，取轮轴直径d=450mm，其工作长度为b=600mm，对其进行弯曲应力和剪应力验算：轴在轴承板的连接处还应按下式验算轮轴与轴承板之间的紧密接触局部承压应力：轴承板所受的压力取轴承板叠总厚度故10、 滚轮轨道设计1. 确定轨道钢板宽度轨道钢板宽度按钢板承压强度决定。根据Q235钢的容许承压应力为，则所需要的轨道底板宽度为，取B=220mm