露顶式平面钢闸门课程设计

1、河北工程大学课程设计目录 TOC o 1-5 h z 1设计资料 -4- HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 2闸门结构的型式及布置 -4-闸门尺寸的确定： -4-主梁的型式 -5-主梁的布置 -5-梁格的布置和形式 -5-连接系的布置和形式 -6-横向连接系 -6-纵向连接系 -6-边梁与行走支承 -6-3面板设计 -6-3.1估算面板厚度 -6- HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4水平次梁、顶梁和底梁的设计 -7-荷载与内力计算 -7-截面选择 -8-.水平次梁的强度验算 -9-水平次梁的扰度

2、验算 -9-顶底梁的截面选择以及弯应力刚度验算 -10-5主梁设计 -10-5.1设计资料 -10-1 -河北工程大学课程设计 TOC o 1-5 h z 截面选择：一焊接组合截面梁 -11 -弯矩与剪力计算 -11 -需要的截面模量 -11 -腹板梁高 h选择 -11 -经济梁高 -11 -腹板厚度选择 -11 -翼缘板截面选择 -12 -主梁应力强度验算 -13 -支撑端强度验算 -13 -整体稳定性与挠度验算 -14 -截面改变 -14 -主梁翼缘焊缝设计 -14 -主梁的腹板加劲肋和局部稳定性验算 -15 -面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力计算 -15 -面板与主梁的连接焊缝 ？?

3、并算 -16 - HYPERLINK l bookmark153 o Current Document 6纵向连接系 -16 -结点荷载与斜杆内力 -16 -斜杆截面计算 -17 -斜杆与节点板连接焊缝计算 -17 - HYPERLINK l bookmark179 o Current Document 7边梁设计 -18 -边梁的截面形式采用双腹式 -18 -河北工程大学课程设计 TOC o 1-5 h z 荷载与内力计算 -18 -.边梁强度验算 -19 -8滚动支撑一滚轮与轨道的设计 -20 -9止水、侧止水、门槽护角、导向装置及轨道 -20 - HYPERLINK l bookmark

4、192 o Current Document 10闸门启闭力计算 -20 - HYPERLINK l bookmark216 o Current Document 11启闭机的选择 -21 -河北工程大学课程设计露顶式平面钢闸门设计说明书1设计资料闸门型式：溢洪道露顶式平面钢闸门孔口净宽：8.0m设计水头：5.0m结构材料：Q235镇定钢焊条：E43型行走支承：采用滚轮行走支撑止水橡皮：侧止水用P60A型橡皮，底止水用I 110-16型条形橡皮混泥土强度等级：C20规范：水利水电工程钢闸门设计规范(SL 74-1995)2闸门结构的型式及布置闸门尺寸的确定：闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为

5、0.2m,故闸门高度H = 5.0+ 0.2 = 5.2m闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距?= 8.0m闸门计算跨度L=？ + 2d = 8+ 2 X0.3= 8.6m图1闸门主要尺寸图(单位：mL1=8.0mP=122.5KN/mH/3=1.7河北工程大学课程设计主梁的型式主梁的型式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度(L=5-10),为了便于制造和维护，采用实腹式组合梁，焊接组合截面。主梁的布置根据闸门的高垮比L/H = 8.6Z5.2 = 1.65 1.55决定采用双主梁为使两根主梁在设计水位时所受水压力相等两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y = H/3 = 5/3 =

6、1.67m并要求下悬臂a 0.12H 和 a 0.4m上悬臂c 0.45H 和 c 30 先取a= 0.12H = 0.6 m则主梁间距2b = 2(y - a) = 2 X(1.67 - 0.6) = 2.14m 则c= H- 2b = 5 - 2.14 - 0.6= 2.26m-0.45H = 2.25m 2.26?= ?仅超0.5%,满足要求。梁格的布置和形式梁格采用复式布置和高等连接，三根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，其间距上疏下密，面板各区格所需要的厚度大致相等。梁格的布 置及具体尺寸如下图所示：图2梁格布置尺寸(单位：mm河北工程大学课程设计I水

7、平次梁0n主梁00m85IV水平次梁6V主梁6VI底梁 /64x2150横向隔板顶梁连接系的布置和形式横向连接系根据主梁的跨度，采用布置3道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联结间距为L = 8.6/4 = 2.15 m纵向连接系采用斜杆式桁架，布置在两根主梁下翼缘的竖平面内，并设有4根等肢角钢的斜杆。边梁与行走支承采用双腹式边梁，行走支承采用滚轮支承。3面板设计3.1估算面板厚度假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式?0.92?t maxtmin 3 时，a =1.4 ,则 ?t= 0.9X1.4X160= 0.07? ?现列表计算如下：表1面板厚度估算区格a(mm)b(mm)b/a(mm)k

8、(mm)P(N/mm2)(kp)A0.5t(mm)I152021501.410.5280.0070.0616.31n94021502.280.5000.0180.0956.08m80021502.690.5000.0260.1146.202IV69021503.120.5000.0330.1296.230V65021503.310.5000.0400.1426.460VI60021503.580.7500.0460.1867.810注:区格I, VI中系数k按三边周心边简支查表得，根据计算结果，选用面板厚度t=8mm4水平次梁、顶梁和底梁的设计荷载与内力计算水平次梁和顶、底梁都是支承横隔板的连

9、续梁，作用在上面的水压力按如下公式计算? + ?q=计算列表如下：据表中结果，水平次梁计算荷载取最大值25.10KN/m,水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.15m 水平次梁计算结构简图及弯矩图如下：表2荷载计算梁号梁轴线水压强度P(kN/m2 )梁间距(m)? +?东 2?! + ?备注：顶梁荷载按下式计算q = p 21(顶)02.47? = 2.47?/?212.941.521.2315.92-7 -河北工程大学课程设计3（上主）22.150.940.8719.2712.94KN/mA2.HlllUllR1d c cR2429.990.80.74522.34R11.32m_1.52m536.

10、750.690.6724.636（下主）43.120.650.62526.957 （底）490.60.314.7图3水平次梁计算简图及弯矩图24.63KN/m1 11Illi11水平次梁边跨中的正弯矩为：M次中=0.077qL = 0.077 X24.63 X2.152 = 8.77KN/m支座B处的负弯矩为：M次 B = 0.107ql = 0.107 X24.63 X2.152 = 12.18KN/m截面选择?选二?的12.18 X106160=76125m?3考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽12 6由附表查得:?= 1569?= 62137?= 391.4660?4?= 53?=

11、 5.5?面板参加次梁翼缘工作的有效宽度按下式计算，然后取最小值。B= 1b（对跨间正弯矩段）B= &b（对跨间负弯矩段）河北工程大学课程设计按5号梁进行计算设该梁平均间距b= (?+ ?)/2 = (690 + 650)/2 = 670mm 对于支座负弯矩段取：?= 0.4?= 0.4 X2150 = 860?根据L0/b查表：由? 860-=1.284? 670覆行2 = 0.368则B = $b = 0.368 X670 = 246.7mm选用 B=247mm则水平次梁的组合截面积A = 1569 + 247 X8 = 3545m?2组合截面形心到槽钢中心线的距离:e= 247 X 8

12、x-67 = 37mm3545跨中组合截面的惯性矩及截面模量为:?= 3914660 + 1569 X372 + 247 X 8 X 900 = 7841021m?4?肢尖?7841021=?34=230619?肢背=方 ?7841021-100=78410?5?= min ?肢尖，？?肢背=78410?.水平次梁的强度验算支座B处弯矩最大，截面模量也较大，跨中弯矩小，故两处截面的抗弯强度都要验算?欲? 12.18 X106?中=?78410155N/m ?乎 ?= 160N/m ?另说明水平次梁选择该型号钢满足要求，轧成钢的剪应力一般很小，可以不演算水平次梁的扰度验算受均布荷载的等跨连续梁，

13、最大挠度发生在边跨，已求得M次 b = 12.18KN/m四跨连续梁河北工程大学课程设计?诲=0.0063 X_ ? = 0.0063?1=0,004?25024.63 X215032.06 X105 X 39146601523?0.004满足挠度要求。4.5顶底梁的截面选择以及弯应力刚度验算不考虑面板作为上翼缘?需?笈?12.18 X- = 76125m?)160选槽钢12 . 6验算根据?“一 ?强度可以不验算 对于刚度?喈？? = 0.0063 X ?14.7 X215032.06 X105 X39146601 ?马?_ ? = 61.25 *8 8.6- 8 = 563.5?4242叫

14、? 1 ?1?= 1 X61.25 X8 = 245?2 12图4计算简图需要的截面模量? 563.5 X106?里=用 0.9?0.9 X1603913194m ?腹板梁高h选择按照刚度要求的最小梁高为?= 0.96 X 0.208?= 0.96 X 0.208 ?/160 X8.6 X103x= 80?2.06 X106 X 1/6005.2.4经济梁高?= 3.1?彳5 = 3.1 X 3913194 2.5 = 84.80?由于闸门中的横向隔板重量将随着主梁增高而增加，故主梁高度直选的比？?#,但不小于?现选用腹板高度?0 = 80?腹板厚度选择Vh v8011=0.81cm 11选用

15、？?？= 1?-11 -河北工程大学课程设计翼缘板截面选择 按4-32式? = -0 = 35.6?1?6,0下翼缘?1?= 20?= = 17.8?1?选用?= 18?（在 h/2.5-h/5=3.2-16cm 之间） 上翼缘选的部分截面面积可利用面板，故只需要设置较小的上翼缘板同面板相连选用?1?= 20? ?= 18?面板兼作主梁上的有效宽度按7-11式取为B ?+ 2?= 58?上翼缘面积? = 58 X0.8+ 10 X2 = 66.4?图5主梁支撑端截面-12 -河北工程大学课程设计5.2.7主梁应力强度验算表3主梁跨中截面的几何特征部位截面尺寸截回囿积各形心离 面板表面 距离yA

16、y各形心离 中和轴距 离丫= y - ymAy2面板部分58*0.8P 46.4 10.418.56-35. 257491.456：上翼缘板10*2201.836-33. 822848. 8腹板80*1p 36 n42.834247.24147.21卜翼缘板18*2182.483.83016848.283636.64合计649536168124. 1截面形心矩截面惯性矩截面模量上翼缘顶边下翼缘顶边弯应力安全? = - = 35.6cm1SA?I = + ?2 210790.7627 ?12?=去 5921.1 ?3?。?万=4284.4?2?6= -= 131.5 0.9 ?= 144?7?支

17、撑端强度验算?= 180 X20 X 492 - 10 = 1735200?2? = (490 - 20)/2 X10 X 492 - 20 = 113920 ?= ?+ ?= 2849120?-13 -河北工程大学课程设计?硒=0.8?= 76?整体稳定性与挠度验算因主梁上翼缘直接同面板连接，按规范规定可不必进行整体稳定性验算，又因为梁高大于按刚度要求的最小梁高，故刚度也不必验算。截面改变 因为闸门门槽宽深比 W/D需要在1.4-2.5范围之内而D=0.6m时WS要在0.84m-1.5m之间我们所选梁高?0 = 800?= 0.8?再加上上翼缘板、上翼缘板厚度等超过0.84m,在w要求范围内

18、，所以无截面改变主梁翼缘焊缝设计翼缘焊缝厚度hf接受力最大的支撑端截面计算 最大剪力闹?尸 245?截面惯性矩?= 210790.8?上翼缘对中和轴的面积矩?= 46.4 X35.2 + 20 X33.8 = 2309.28?上翼缘对中和轴的面积矩?= 18 X2 + 48.2 = 1735.2?角焊缝最小厚度? =?1,4?/=0.17?-14 -河北工程大学课程设计?= 1.5 %；行 1.5 Xv20 = 6.7mm全梁上下翼缘焊缝都采用?= 8?主梁的腹板加劲肋和局部稳定性验算80070=80 0 80故不需要设加劲肋面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力计算从上述的面板计算可见，直接与

19、主梁相邻的面板区格，只有区格VI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，所以选择区格VI,按式 7-4验算其长边中点的折算应力 面板区格VI在长边中点的局部弯应力0.75?0.046 ?600 22-82一=194.06? ?= N my = 0.3?194.06 ? ?3= 58.22? ?对应于面板区格VI在长边中点的主梁弯矩和弯应力M=61.25*4*3.225-0.5*61.25* 2.9252 =52.8KN*M89.2 ? ?” _ ?_ 528 ?106?=-? 5921.1 ?103面板区格VI的长边中点的折算应力?;2 ? ?+ ?，?+?3? -? ?寸 ？?

20、？=194.062 + 58.22 - 89.2 2 - 194.06 ? 59.22 - 89.2二211? ?1.12 ?=1.1*1.4*160=246.4 ? ?上式中？?？ ? ?勺取值均以拉应力为正号，压应力为负号，故面板厚度选用8mm,满足强度要求-15 -河北工程大学课程设计5.7面板与主梁的连接焊缝？?计算P=0.07 ?0.07*8*160=89.6 ? ?面板与主梁格的连接焊缝方向单位长度内的剪力T丁 ? 245?103?580?8?352T=2?= 2?210790.8 ?104= 95 因此计算面板与梁格连接焊缝厚度？?？?=?第?46?因此取焊缝？?=横向连接系一一

21、横隔板设计按构造要求取隔板高：与主梁截面高度相同。隔板厚：与主梁腹板厚度相同，？?+ ?0.7 ?6?v89.62 + 952=1.6?0.7? 115定为 800mm定为 10mm上翼缘利用面板，不用设置，下翼缘采用宽度100mm,厚度10mm的扁钢由构造要求确定的尺寸使横隔板的应力很小，可不比进行强度验算。6纵向连接系结点荷载与斜杆内力纵向连接系承受门自重，露顶式平面钢闸门门叶自重G,按附录十一式（111）计G=?.43 ?.88 *9.8=1.0*1.0*0.13* 51.43 *80.88 *9.8=79.33KN下游纵向连接系承受g=0.4G=0.4*79.33=31.732(KN)

22、其结点荷载为 二=7.93 （?纵向连接系视作向支的平面桁架，其桁架腹杆布置如-16 -河北工程大学课程设计3.977.933图97.9337.9333.97g/2=15.87 :-g72=15.874x2150=8600斜杆截面计算斜杆承受最大拉力?. 115.87-时不=66.89KN 拉=2140同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力，故长细比的限制应与拉杆相同即取入& ?=200斜杆计算长度?= 0.9 ? v2.142 + 2.152=2.73回转半径？如二 gJ=13.65mm ?200“ ？216.89 ?103/一幺a=7?= -0 = 84.45 ?查附录三选？70 ?7A=9.

23、42c ?2 = 942m? = 1.38?3此时长细比?)=? = = 199.3 ?=200 ：13.7验算拉杆强度g ? = 1：黑=17.9(? ?)? ?“?= ?0.8 = 173.1 ?0.8 = 142.6 KN ?m?= ? = 178.3?竖向荷载一一闸门自重G,行走支承摩阻力？?止水摩阻力？?？启门力？，行走支撑摩阻力?= ? ?1_ Cw=- ? ?=- ? 9.8 ? 52*8=980KNR=60mm,R=300mm,查附录十二，？?= 0.3,?= 0.1?980 ?103?= ? 0.3 ?60 + 1 = 62?300-18 -河北工程大学课程设计止水摩阻力?=

24、 ?0?= 6?查附录表十二? = 0.7b=2R=600mmPzs一作用在侧止水上的总压力Pzs=bHPb一侧止水的受压宽度b=2R=600mm11CP一侧止水的平均压强？隼=?= 2 X49 = 24.5?乎Pzs=0.06x5x24.5=7.35kNTzs=2?3Pzs=2x0.7x7.35=10.29kw下吸力？?！过排气孔消除，现不计，排气孔直径为 ？=300mm则闸门启门力?=1.1G+1.2+(?+ ?劫?=1.1X79.33+1.2X(62+10.9)=173.98Kn单根边梁所受启门力为：N=1.2=104.4Kn27.3.边梁强度验算验算截面为主梁与边界相交处对滚轮支撑？ = ?-a?扬?+ 碗=104.4/8轰3 0.3 X60+ 1 = 90.1?截面面积：A=410 X20 X2+800X10X2=32400?面积矩：S=410X20 X410+800X10X200=4962000?截面惯性矩：I=2xL X10+8003+2X- 410X203+20X4102=3610720000?1212?3610720000截面模重： W=?= 420= 85