水工钢结构平面钢闸门设计计算书

1、水工钢结构平面钢闸门设计计算书一、设计资料及有关规定:1闸门形式：潜孔式平面钢闸门。2. 孔的性质：深孔形式。3. 材料：钢材：Q235焊条：E43;手工电焊；普通方法检查。止水：侧止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮。行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用MC2。砼强度等级：C20b启闭机械：卷扬式启闭机。4. 规范：水利水电工程刚闸门设计规范（SL74-95），中国水利水电出版社二、闸门结构的形式及布置（一）闸门尺寸的确定（图1示）1闸门孔口尺寸：孔口净跨（L）:。孔口净高：。闸门高度（H）:。闸门宽度：。荷载跨度（H1）:计算跨度（L1）:学号为1学号为2学号为3学号为4学号为5L=，L1=L=

2、，L1=L=，L1=L=，L1=L=，L1=H=,H仁H=,H仁H=,H仁H=,H仁H=,H仁学号为6学号为7学号为8学号为9学号为0L=，L1=L=，L1=L=，L1=L=，L1=L=，L1=H=,H仁H=,H仁H=,H仁H=,H仁H=,H仁2. 计算水头：。（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，其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=，闸门高度h=,Lh。所以闸门采用4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。1. 主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，孔口尺寸较小，门顶与门底的水压强度差值相对较小。所以，主梁的位置按等间距来布置。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。2. 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所支承。水平梁为连续梁，间距应上疏下密，使面板个区格需要的厚度大致相等，布置图2示三、面板设计根据钢闸门设计规范SD78（试行）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=a*0.9a当b/a3时,当b/a3时，a=,则t=akp-=a、/kp现列表1计算如下:表1根据上表计算，选用面板厚度t=14mm。区格a(mm)b(mm)b/akPN/mmt(mm

4、)I405965n3459653459652.面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=14mm,并且近似地取板中最大弯应力cmax=c=160N/mnn,则p=x14x面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：T=3VS=21。23776770000398n/mm,面板与主梁连接的焊缝厚度：hfP2T2/0.7tw398/0.71135mm，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度hf6mm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，即现列表2计算如下:梁号梁轴线处水压力强度P（kN/mrh）梁间距（m(m)q=p(k

5、N/m)i（顶梁）2（主梁）3（水平次梁）4（主梁）5（水平次梁）6（主梁）7（水平次梁）8（主梁）9（底梁）490刀=m根据上表计算，水平次梁计算荷载取m水平次梁为4跨连续梁，跨度为，水平次梁弯曲时的边跨弯距为：M支座B处的负弯距：次中=xx=?mM次b=xx=?m2.截面选择6137655mmXA/M22.024810W=160考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18b，由附录三表四查得：234A=2929mmWx=152200mmIx;b1=70mm;d=9mm。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式611及式612计算，然后取其中较小值43；L8b式：61114=910mm;式：612段

6、）B=段）。B=梁间距b=bb22Bb1+60t=70+60XZlb（对跨间正弯距Z2b（对支座负弯距型严900mm。对于第一跨中正弯距段lo=X975=780mm对于支4:I座负弯距段l=X975=390mm。根据10/b查表61:对于10/b=780/900=得Z1=，得B=Z1b=X900=360mm,对于10/b=390/900=得Z2=,得B=Z2b=X900=144mm,对第一跨中选用B=360mm则水平次梁组合截面面积（例图4）:A=2929+36CX14=6961mni组合截面形心到槽钢中心线得距离：3601498_e=65mm;8689跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I次中

7、X652+360X14X352mrn331300252WZin=2031656mm2155对支座段选用B=144mm则组合截面面积：A=2929+144K14=4592mrn组合截面形心到槽钢中心线得距离：118.81498e=35mm4592.2支座初组合截面的惯性距及截面模量为：224I次bX43+144X14X35mm2368036582WL=1894429mm21253. 水平次梁的强度验算由于支座B处（例图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6”=22.024810H6.24N/mm2160N/mm2,189442.9说明水平次梁选用18b满足要求。轧

8、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=?m则边跨挠度可近似地按下式计算：5216.53975322.02481069753842.062.061029662171=W0.004I250故水平次梁选用18b满足强度和刚度要求。五、主梁设计（一）设计资料0（n_n）01）主梁跨度：净跨（孔口净宽）I0二；计算跨度1=；荷载跨度I1二02）主梁荷载：qp总=（9.8505046聖）/4431.9kN3）横向隔板间422距：。4）主梁容许挠度：W=L/750o（二）主梁设计截面选择（1）弯距

9、：弯距和剪力弯距与剪力计算如下：Mmax431.923.66（罗響）818kNm剪力：Vmaxq1a9/.66790kN22需要的截面抵抗距已知A3钢的容许应力c=160N/mm2,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力c=0.9160144N/mm2,则需要的截面抵抗矩为;W宀8144W宀81445681cm3。（3）腹板高度选择按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为:hmin0.208Ew/l3542.5cm,2.061051/75098.43cm。ec经济梁高：hec3.1W2/53.1(5681.833)2/5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

10、，但不小于hmino现选用腹板厚度ho=90cmo（4）腹板厚度选择tw.h/1190/110.86cm,选用tw=。（5）翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为F翼缘选用(符合钢板规格)，需要0眷罟2臥取如,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ti=,bi=16cm面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B=bi+60t=16+60X=100cm。上翼缘截面面积A=18X+100X=172cm。(6) 弯应力强度验算截面形心距：y截面形心距：yAyA9926831.82cm,312截面惯性距：Itwh07FAy23109L335010377677cm4,12截面抵抗距：上翼缘

11、顶边Wmaxy137767731.8211869.17cm3,Wmin37767757.56568cm3,弯应力：Mmax81810012.45kN/cm20.91614.4kN/cm2,安全Wmin6568y2表3部位截面尺寸(cmXcm)截面面积A(cn)各型心离面板表面距离y(cm)Ay(cm各型心离中和轴距离y=y-y*cm)Ay2(cm4)面板部分100X980103578上翼缘16X20808:腹板90X390619220下翼缘30X5064191405合计312335011(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

12、。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；0.6h。54cm。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(cmXcm)截面面积A(cn)各型心离面板表面距离y(cm)Ay(cni)各型心离中和轴距离y=y-ycm)Ay2(cm4)面板部分100X980103578上翼缘16X20808腹板54X19220下翼缘30X191405合计28633501129.5kN/cm2,因误差未超过10%，安全I0tw7906584131221.010kN/cm3.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度hf按受

13、力最大的支承端截面计算上翼缘对中和轴的面积距：Si=X+140X=4624cm,下翼缘对中和轴的面积距：S=60X=3390cmS,Vma尸790kN10=13122cnn,需要hf亠79046240.511cm,1.4I0w角焊缝最小，hf1.5t15206.7mm。全梁的上下翼缘焊缝都采用hf二8mm。4.加筋肋验算因巴色80,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atw1.0=。腹板区格划分见图2。5.取面板区格川验算其长边点的折算应力a=450-80-90=280mm,面板区格川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=1102(3358)2110(

14、3358)100.8N/mm21.65160264N/mm2故面板厚度选用14mm满足强度要求。六、横隔板设计1.荷载和内力计算如图所示水平次梁为4跨均布连续R可看作它所受的最大剪力，由规范表查梁,知:作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载:R(0.6070.536)q次I.;取q=q次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800X10mm上翼缘利用面板，下翼缘采用200mmX800mm的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式B=Z1b确定。461l/b900/9750.923,查表得z1,B=x975=360mm取B=360mm。计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板中心线

15、距离：e=61mn截面惯性距：38001061280010612820046521080012mmI3Wmin-2619190mm3,469验算应力：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hf=6mm。七、边梁设计边梁的截面形式采用单腹式，如下图，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。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在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.荷载和内力计算在闸门每侧边梁上各设4个胶木滑块，其布置如下图：(

16、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，每个边梁作用于边梁荷载为R=790kN(2)竖向荷载有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑块所受压力:R12790kN，下滑块所受压力：R227901580kN,Mmax7900.9711kNm,Mmax7900.9711kNm,Vmax790kN,最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为650kN,有N=650kN进行强度验算,N650R,f65015802.边梁强度验算截面面积A2400208001628800mm2,31680012316800122240

17、02041043372266667mm,WI38029206mm。420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则算应力验算：Itw16I:22J22222h、3.84.4348119N/mm0.80.8160128N/mm。均满足强度要求八、行走支承设计胶木滑块计算：下滑块受力最大，起值为R=1580kN,设滑块长度为350mm则滑块单位长度承受压力q长度承受压力q15801033504514N/mm,由表2查得轨顶弧面半径R=200mm轨头设计宽度为b=40mm胶木滑块与规定弧面的接触应力验算:max1044514200494N/mm_45_J1:E一上L4_-I)1-

18、以九、胶木滑块轨道设计1.确定轨道底板宽度轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为(7=7N/mm2，则所需轨道底板宽度为：Bnn22577322mm.取Bh=350mm故轨道底面压应力：2.确定轨道底版厚度轨道底板厚度S按其弯曲强度确定，轨道底版的最大弯应力：轨道底板悬臂长度C=，对于A3查表得(T=100N/mm2,故:t344.9mm，故t=50mm。YT100十、闸门启闭力和吊座验算1.启门力：T启=+(T2d+T2s)+PxG=其中，A=X=,可查知：系数KK2K3,均取为,G=XXXX，滑道摩阻力：T2dfp0.124431.93.66760kN,止水摩阻力：T2s2fbhp20.650.063.66411.3117.4kN.因橡皮止水与钢板间摩擦系数f=,橡皮止水受压宽度取为b=,每边侧止水受压长度H=，侧止水平均压强：下吸