水工建筑钢结构钢闸门图文讲义

第六章平平面钢闸闸门第一节概述闸门是用来来关闭、开开启或局部部开启水工工建筑物中中过水孔口口的活动结结构——控制水位，，调节流量量作用。闸门类型：：1、按工作性性质：工作闸门：：调节孔口口流量，在在动水中启启闭事故闸门：：上下游水水道或设备备发生事故故时，能在在动水中关关闭，一般在静水水中开启检修闸门：：检修设备备时用以挡挡水的闸门门，在静水水中启闭施工闸门：：用来封闭闭施工导流流孔口的闸闸门，在动动水中关第六章平平面钢闸闸门第一节概述闸门类型：：2、闸门孔口口位置露顶闸门：：门顶露出出水面潜孔闸门：：门顶潜没没于水面以以下3、结构形式式：门叶的形状状平面闸门：：弧形闸门：：弧形的挡水水门叶人字形闸门门第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置一、平面钢闸闸门的组成三大部分组成成：门叶结构（上上下移动，承承重结构）埋固构件启闭机械第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置（一）门叶结结构竖放着的板梁梁结构第六章平平面钢闸门第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置组成：1、面板：直接接承受水压，，并传给梁格格2、梁格：次梁梁（顶梁、底底梁、水平次次梁、竖直次次梁），主梁，边梁——形成骨架，承承受由面板传传来的水压（减小面板板跨度，从而而减小面板厚厚度）第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置3、横向联结系系：位于闸门横向向竖平面内（（兼作竖直次次梁）作用：增加横横向刚度（并支承底梁梁、顶梁，水水平次梁）实腹隔板式（（横隔板）桁架式第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置4、纵向联结系系：位于闸门门主梁下翼缘缘平面内作用：增加纵纵向刚度、承承受部分自重重（40％自重，另60％由面板承担担）及竖向荷荷载一般采用桁架架式：弦杆为上下主主梁的下翼缘缘，竖杆为横横隔板的下翼翼缘，斜杆另另设设，支支承在边梁上上第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置5、行走支承：：保证闸门移动动在边梁上设置置滚轮（主轮轮、反轮、侧侧轮）或滑块块侧轮、反轮：：防止闸门左左右倾斜被卡卡住或前后碰碰撞6、吊耳：将闸门与吊索索或吊杆相连连的装置7、止水（水封封）：门叶结构和孔孔口周围缝隙隙之间设置，，防止闸门漏漏水第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置（二）埋固构构件（埋设在在门槽内）行走支承轨道道、止水座、、保护门槽的的加固角钢等等荷载传递途径径：第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置二、平面钢闸闸门的结构布布置确定所需构件件、构件数目目、构件位置置（一）主梁的的布置1、主梁的数目目：由闸门尺寸确确定跨度L≤闸门高度H,采用多主梁（（主梁数目多多于两根）跨度L≥1.5H，采用双主梁梁第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置为什么跨度大大，而主梁数数目反而减少少？L增大，比L增加更快，为了满足强度度和刚度要求增大I、W（）增大梁高h效果最好第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置多个小主梁的的材料集中在在少数梁上使使用例：H≤L≤1.5H，经过计算比比较后选用第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置2、主梁的位置置根据等荷载的的原则布置（（每个主梁承承受相等水压压力）双主梁：对称于总水压压力合力作用用线布置两主梁间距尽尽可能大，但但要满足构造造要求第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置多主梁：有几几个主梁将水水压分布图分分成面积相等的几几等份，每块块等分面积的形心线处为为主梁位置主梁至水面的的距离由公式式（6-1）和（6-2）求得第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置3、构造要求（（双主梁）（1）主梁间距b尽量大一些使闸门上悬臂臂不会过长，，增加闸门空空间刚度（2）ｃ≤0.45H保证门顶悬臂臂部分有足够够刚度（3）ａ下主梁到门底底的距离，应满足底缘布布置要求下游倾角：避免门底水水流冲击主梁梁腹板引起闸闸门振动第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置（二）梁格布布置梁格支承面板板，起着减小小面板跨度，，减小面板厚度度的作用合理布置：使使面板和梁格格所用材料最最省梁格布置有简简式（纯主梁梁式）、普通通式、复式梁梁格第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置梁格布置一般般要求：1、竖直次梁间间距：1～2m2、水平次梁间间距：水压力力变化上疏下下密。40～120cm3、面板厚度为为8～25mm第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置（三）梁格连接接形式齐平（等高连连接）：水平次梁、竖竖直次梁、主主梁上翼缘与与面板齐平。。梁格与面板板形成刚强整整体水平次梁遇到到竖直次梁，，水平次梁需需切断，横隔板兼作竖竖直次梁时，，可在横隔板板上预留开孔孔，使水平次次梁成为连续续梁。降低连接：主梁、水平次次梁与面板直直接相连，竖直次梁降低低到水平次梁梁的下翼缘底底，使水平次次梁成为连续续梁第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置第六章平平面钢闸门第二节平面钢闸门的的组成和结构构布置（四）边梁的的布置单腹式：构造造简单，抗扭扭刚度差，主主要用于滑道道支承的闸门门双腹式：抗扭扭刚度大，构构造复杂，用用钢量较大，，主要用于滚轮轮支承的闸门门第六章平平面钢闸门第三节面板板和次梁的设设计一、面板设计计先初选面板厚厚度，验算面面板强度（一）面板厚厚度视视面板为为四边固定板板计算时：近似取面板区区格中心处的的水压强度作为面板区格格的均布荷载载第六章平平面钢闸门第三节面板板和次梁的设设计四边固定的面面板在均布荷荷载作用下，，最大弯矩在在面板支承边边长边中点处处长边中点A为面板应力控控制点：k：弯应力系数数（与支承情情况有关，查查表得到）：弹塑性调整整系数；时，时，0.9：考虑面板参参与主梁共同同工作，保留留一定的强度度储备系数a、b：区格短边、、长边长，从从面板与梁连连接焊缝算起起（梁的净距距离）第六章平平面钢闸门第三节面板板和次梁的设设计注：1.各区格面板厚厚度大致相等等（若相差过大大，调整区格格竖向间距重重选）2.3.顶、底梁区格格按三边固定定、一边简支支计算第六章平平面钢闸门第三节面板板和次梁的设设计（二）面板参参加主（次））梁整体弯曲曲时的强度验验算在水压力作用用下，面板自自身会局部弯弯曲，同时参与梁共共同工作，随随梁整体弯曲曲，处于双向应力力状态，计算算折算应力1、当，且长边方向向沿主梁轴线线方向，只需验算A点上游面的折折算应力第六章平平面钢闸门水压力作用时时，在面板（（四边固定））A点上游面受拉拉，下游面受压压；参与梁整体弯弯曲时，梁上上翼缘受压，，板也受压板上游面处于于异号应力作作用，易破坏坏。第六章平平面钢闸门第三节面板板和次梁的设设计ａ、面板A点上游面局部部弯应力：垂直于梁轴线线方向沿梁轴线方向向ｂ、面板兼作作梁翼缘整体体弯应力（拉）（压）折算应力：（6-4）第六章平平面钢闸门2、或长边方向垂垂直主梁轴线线方向，还需验算B点下游面的折折算应力B点下游面虽是是同号应力状状态，但较大，可能比比A点上游面更早早进入塑性状状态第六章平平面钢闸门第三节面板板和次梁的设设计，由附录九表表2，知时，系数与比较接近，相对较大（1）（2）长边方向垂垂直主梁轴线线方向时：B点沿梁轴线方方向用附录九表2中计算，较大大B点远远离离轴轴线线有较较大大衰衰减减第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计（三三））面面板板与与梁梁格格连连接接计计算算面板板受受水水压压力力自自身身弯弯曲曲时时，，焊焊缝缝约约束束梁梁格格之之间间互互相相移移近近垂直直焊焊缝缝长长度度方方向向的的单单位位长长度度上上的的侧侧拉拉力力2、面面板板兼兼作作梁梁翼翼缘缘，，梁梁弯弯曲曲时时，，焊焊缝缝阻阻止止板板与与翼翼缘缘发发生生相相对对滑滑移移沿焊焊缝缝长长度度方方向向的的单单位位长长度度上上的的水水平平剪剪力力第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计水工工钢钢结结构构按按容容许许应应力力法法计计算算时时，，角焊焊缝缝统统一一按按角角焊焊缝缝容容许许剪剪应应力力计计算算且第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计二、、次次梁梁设设计计（一一））次次梁梁的的荷荷载载计计算算简简图图1、降降低低连连接接面板板水水压压力力按按面面板板跨跨度度的的中中心心线线划划分分传给给水水平平次次梁梁受受到到均均布布荷荷载载p：次次梁梁轴轴线线处处的的水水压压强强度度a上、a下：水水平平次次梁梁轴轴线线到到上上下下相相邻邻梁梁之之间间的的距距离离水平平次次梁梁支支承承在在竖竖直直次次梁梁上上，，为连连续续梁梁第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计水平平次次梁梁计计算算简简图图：：竖直直次次梁梁为为支支承承在在主主梁梁上上的的简简支支梁梁，，承受受由由水水平平次次梁梁传传来来的的集集中中荷荷载载R，R为水水平平次次梁梁的的支支座座反反力力竖直直次次梁梁计计算算简简图图：：（（如如图图c）第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计2、齐齐平平连连接接水平平次次梁梁和和竖竖直直次次梁梁同同时时支支承承着着面面板板，，面板板上上的的水水压压力力由由水水平平次次梁梁和和竖竖直直次次梁梁共共同同分分担担，，面板板上上的的水水压压力力按按梁梁格格夹夹角角的的平平分分线线划划分分各各梁梁所所承承担担的的水水压压力力第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计水平平次次梁梁：：承担担的的水水压压力力作作用用面面积积为为六六边边形形，，换换算算到到水水平平次次梁梁上上的的荷荷载载分分布布图图为为梯梯形形p：六六边边形形面面积积中中心心处处的的水水压压强强度度水平平次次梁梁穿穿过过横横隔隔板板的的预预留留孔孔：：按连连续续梁梁计计算算第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计水平平次次梁梁在在竖竖直直次次梁梁处处断断开开：：按简简支支梁梁计计算算竖直直次次梁梁:承受受水水平平次次梁梁传传来来的的集集中中荷荷载载，，承受受面面板板直直接接传传来来的的水水压压力力，，水压压力力作作用用面面积积为为一一条条对对角角线线与与梁梁轴轴垂垂直直的的正正方方形形，，换算算到到竖竖直直次次梁梁上上的的荷荷载载分分布布图图为为三三角角形形第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计（二二））截截面面设设计计由次梁梁型型钢钢号号计算算时时，，考考虑虑面面板板兼兼作作次次梁梁翼翼缘缘，，有有效效宽宽度度B的取取值值：：B取以以下下两两式式算算得得的的较较小小值值局部部稳稳定定要要求求（面面板板兼兼作作翼翼缘缘受受压压时时不不会会丧丧失失稳稳定定））第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第三三节节面面板板和和次次梁梁的的设设计计2.考虑虑面面板板宽宽度度上上应应力力分分布布不不均均，，折折算算有有效效宽宽度度正弯弯矩矩段段：：负弯弯矩矩段段：：由查表表，，为梁梁弯弯矩矩零零点点间间距距离离第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第四四节节主主梁梁设设计计一、、主主梁梁形形式式由闸闸门门的的跨跨度度和和水水头头大大小小决决定定轧制制梁梁：：跨跨度度小小水水头头低低的的闸闸门门组合合梁梁：：中中等等跨跨度度6～10m桁架架：：跨跨度度>12m第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第四四节节主主梁梁设设计计二、、主主梁梁计计算算简简图图主梁梁受受竖竖直直次次梁梁传传来来的的集集中中荷荷载载，，还还承承受受面面板板直直接接传传来来的的分分布布荷荷载载为简简化化计计算算，，近近似似将将主主梁梁上上的的荷荷载载换换算算为为均均布布荷荷载载。。主梁梁按按等等荷荷载载原原则则布布置置，，把闸闸门门在在跨跨度度方方向向的的单单位位长长度度上上的的总总水水压压力力除除以以主主梁梁根根数数n，得到到每每根根主主梁梁的的均均布布荷荷载载单位位长长度度上上的的总总水水压压力力N/m梁上上的的均均布布荷荷载载第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第四四节节主主梁梁设设计计计算算简简图图：：荷载载跨跨度度两侧侧止止水水之之间间的的距距离离计算算跨跨度度：：闸门门行行走走支支承承中中心心线线之之间间的的距距离离：闸闸门门孔孔口口宽宽度度第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第四四节节主主梁梁设设计计三、、主主梁梁设设计计1、面板板兼兼作作主主梁梁上上翼翼缘缘0.9考虑虑主主梁梁下下翼翼缘缘兼兼作作纵纵向向联联结结系系杆杆件件承承受受闸闸门门部部分分自自重重2、3、挠挠度度满满足足刚刚度度要要求求4、整整体体稳稳定定（（与与面面板板可可靠靠连连接接，，可可不不验验算算））5、局局部部稳稳定定（（设设置置加加劲劲肋肋））第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第五五节节横横向向、、纵纵向向联联结结系系、横横向向联联结结系系传递递内内力力，，保保证证闸闸门门刚刚度度桁架架式式：：主梁梁截截面面高高度度和和间间距距较较大大时时采采用用，，节节约约钢钢材材隔板板式式：：支支承承在在主主梁梁上上的的双双悬悬臂臂梁梁计计算算截面面高高度度＝＝主主梁梁截截面面高高度度面板板兼兼作作上上翼翼缘缘，，第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第五五节节横横向向、、纵纵向向联联结结系系二、、纵纵向向联联结结系系承受受闸闸门门部部分分自自重重以以及及其其它它竖竖向向荷荷载载（n为节节间间数数））G由附附录录11中估估算算公公式式计计算算第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第六六节节边边梁梁设设计计、荷荷载载水平平荷荷载载：：梁格格传传来来的的水水平平水水压压力力（为为简简化化计计算算，，均均由由主主梁梁传传给给边边梁梁））行走走支支承承反反力力R1、R2竖向向荷荷载载：：闸门门自自重重G/2行走走支支承承和和止止水水与与埋埋固固构构件件间间的的摩摩阻阻力力启吊吊力力T门底底过过水水下下吸吸力力Px等处对对应应轴轴心心拉拉力力第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第六六节节边边梁梁设设计计截面面尺尺寸寸按按构构造造要要求求确确定定截面面高高度度＝＝主主梁梁端端部部截截面面高高度度腹板板厚厚度度＝＝主主梁梁端端部部腹腹板板厚厚度度翼缘缘宽宽度度≥300mm验算算：：折算算应应力力第六六章章平平面面钢钢闸闸门门第七节行行走支承行走支承有有滑道式和和滚轮式两两种胶木滑道将总宽为100～150mm的三条胶木木压入宽度度稍小的夹夹槽中，通过横向加加紧力来提提高承压面面强度第六章平平面钢闸闸门第七节行行走支承支承胶木滑滑道的钢轨轨1、轨头的设设计宽度b和轨顶圆弧弧半径R:由滑块单位位长度上的的计算荷载载q查表6-2q=滑块受到的的压力/滑块长度胶木滑道与与轨道弧面面之间的最最大接触应应力：胶木容许接接触应力,第六章平平面钢闸闸门第七节行行走支承2、钢轨底板板宽度B由混凝土容容许承压强强度确定3、底板厚度度：由弯曲强度度确定（按倒置的的悬臂梁计计算，沿轨轨道方向取取单位长度度板条验算算）第六章平平面钢闸闸门第七节行行走支承底板压应力力最大弯应力力4、钢轨高度度第六章平平面钢闸闸门第七节行行走支承胶木滑道夹夹槽强度验验算槽壁的侧压压力N/mm:胶木弹性模模量2500～3000N/mm2:胶木宽度公公盈量与夹夹槽宽度的的比值（1.3～1.7）％h：夹槽深度第六章