1、1钢结构水工钢闸门课设导读：就爱阅读网友为您分享以下“钢结构水工钢闸门课设”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对 的支持!潜孔式平面钢闸门设计 专业年级 学 号 姓 名 指导教师 二 0 一二年 一月 中国 南京 一、设计资料 1. 闸门型式：潜孔式平面钢闸门。 2. 孔口尺寸：210.0m5.8m 3. 上游水位：27.5m 4. 下游水位：22.5m 5. 闸底高程：20.0m 6. 胸墙底高程：25.8m 7. 启闭方式：电动固定式启闭机 8. 材料： 钢材：Q235B 钢 焊条：E43 止水：侧止水用 P 型橡皮，底止水用条型橡皮 行走支承：采用滚轮，材料为铸钢 ZG45 9.制造条件
2、：金属结构制造厂制造，手工电焊，满足级焊缝质量检验标准。 4.规范：水利水电工程钢闸门设计规范(SL 74-1995) 二、闸门结构的形式及布置 一）闸门尺寸的确定（图 1 ） 闸门高度：考虑到安装顶止水构造要求，取 H=0.3m 故 图 1 闸门高度 H=25.8-20.0+0.3=6.1m 闸门的荷载跨度为两侧止水的距离 Lq=10.0m 闸门计算跨度 L=L0+2d-La =10+20.2-0.4=10.0m 闸门总宽 B=B=L0+2d+La+b=10.0+20.2+0.4+0.2=11.0m L0-孔口尺寸 d-行走支承到闸墙边缘的距离 (本次设计取 0.2m) La-3-边梁两腹板
3、中到中距离 (本次设计取 0.4m) b-边梁一块下翼缘的宽度 计算水头：7.5m 二）主梁的型式和布置 1.主梁的型式 主梁的型式根据水头和跨度大小确定，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。 2.主梁布置 根据闸门的高跨比(L1.2B)，决定采用双主梁。为了使两根主梁所受的水压力相等，两根主梁的位置对称于水压力合力 P 的作用线 yc=2.6m。并要求上悬臂 c0.45H=2.745 且不宜大于 3.6m，底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求(即 30)，取 c=2.0m，则主梁间距 2b=2(H-yc-c)=2(6.1-2.6-2.0)=3.0m a=H-2b-
4、c=6.1-3.0-2.0=1.1m 3.梁格的布置及形式 梁格采用复式布置和齐平连接，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，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格布置的具体尺寸如图 2 所示 4.联结系的布置和形式 (1)横向联结系。根据主梁的跨度，决定布置 3 道横隔板，其间距为 2.65m，横隔板兼做竖直次梁。 4(2)纵向联结系。采用斜杆式桁架，布置在 2 根主梁下翼缘的竖平面内。 5.边梁与行走支承 为了便于制造，边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮。 图 2 二、面板设计 根据水利水电工程钢闸门设计规范 （SL74-1995）关于面板的设计，
5、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=akpa?当 b/a3 时，a=1.5,则 t=akp=0.065akp 1.5?160 当 b/a 3 时，a=1.4,则 t=a 现列表 1 计算如下： kp=0.067akp 1.4?160 表 1 区格 a(mm) 1175 1025 940 765 750 550 b(mm) 2490 2490 2490 2490 2490 2490 b/a 2.119 2.429 2.649 3.255 3.320 4.527 k p(Mpa)
6、 0.695 50.021 0.500 0.033 0.500 0.044 0.500 0.053 0.500 0.062 0.750 0.062 0.121 0.128 0.148 0.163 0.176 0.226 t(mm) 9.227 8.558 9.063 9.340 8.847 8.322 根据上表计算，选用面板厚度 t=10mm 。 2.面板与梁格的连接焊缝计算 已知面板厚度 t=10mm ,并且近似地取板中最大弯应力max=160N/mm2,则 Nt=0.07tmax=0.0710160=112N/mm , 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力： VS589?103?660?
7、10?340?273N/mm, T=2?24224100002I0 面板与主梁连接的焊缝厚度： hf?P2?T2/0.7?tw?1122?2732/0.7?115?3.67mm， 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度 hf?6mm。 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=pa 上?a 下 2 现列表 2 计算如下： 6表 2 梁号 梁轴线处水压力强度 P（kN/mm2） 15.0 27.3 梁间距（ m） 1.25 a 上?a 下 2（m） 0.796 1.200 q=pa 上?a 下 2
8、(kN/m) 11.94 32.76 41.88 47.14 49.54 47.42 21.96 1 顶梁 3 水平次梁 4 主梁 3 水平次梁 4 主梁 5 水平次梁 6 底梁 1.15 38.6 1.02 48.6 0.92 57.6 0.8 65.4 0.65 71.8 0.306 0.725 0.860 0.970 1.085 根据上表计算，水平次梁计算荷载取 47.42kN/m，水平次梁为 4 跨连续梁，跨度为 2.50m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中0.077ql2=0.07747.42 2.502=22.82kN?m 支座 B 处的负弯距： M 次 B0.107ql2=
9、0.10747.422.502=31.71kN?m 2.截面选择 M31.71?106?198187.5mm3 W=?160考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选20b,由附录三表四查得： A=3280mm2 ; Wx=191000mm3 ; Ix=19140000mm4 ; bl=75mm ; d=9.0mm 。 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式 815 及式 816 计算，然后取其中较小值。 7式：815 Bbl+60t=75+6010=675mm ; 式：816 B=1b (对跨间正弯距段) B=2b （对支座负弯距段） a 上?a 下 800?650 按 5 号梁计算，梁间距 b=7
10、25。对于第一跨中正弯距段22l0=0.8l=0.82500 =1600mm ;对于支座负弯距段l0=0.4l0.425001000mm 。 根据 l0/b 查表 81： 对于 l0/b1600/725 2.207 得 10.80，得B=1b0.80725587mm , 对于 l0/b1000/725 1.379 得 20.39 ，得B=2b0.4725290mm , 对第一跨中选用 B580mm,则水平次梁组合截面面积（图 4）: A=3280+58010=9150mm2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离： 580?10?105e=67mm ; 9150 图 4 跨中组合截面的惯性距及截面
11、模量为： I 次中 19140000+2570672+5801038239153010mm4 839153010?234449.2mm2Wmin= 167 图 5 对支座段选用 B290mm，(如图 5)则组合截面面积：A=3280+29010=6180mm2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离 290?10?105 e=49mm 6180 支座初组合截面的惯性距及截面模量为： I 次B19140000+3280492+2901056236109680mm4 Wmin=36109680?242346.8mm2 149 3.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
12、，故只需验算支座 B 处截面的抗弯强度，即 31.17?106?129N/mm2?160N/mm2, 次242346.8 说明水平次梁选用20b 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，最大挠度发生在边跨，由于9水平次梁在 B 支座处截面的弯距已经求得 M 次B=22.82kN?m,则边跨挠度可近似地按下式计算： 0.632?47.42?25003w0.632ql3 ?5100?2.06?10?39153010l100EI 次 w1?0.004 0.0006?l250 故水平次梁选用20b 满足强度和刚度要求 5.顶梁和底梁 顶梁和底梁
13、也采用和中间次梁相同的截面，故也选用20b。 五、主梁设计 (一)设计资料 1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）l010.0m ；计算跨度l10.0m ； 荷载跨度 lq10.0m 。 P 235.6/2?117.8kN/m 23)横向隔板间距： 2.5m 4)主梁容许挠度： =l/750 （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： 117.8?10.010.010.0?(?)?1472.5kN?m 弯距： Mmax?2242)主梁荷载：q?剪力： Vmax?ql1117.8?10.0?589kN 22(2)需要的截面抵抗距,已知钢材 Q235B 的容许应力=160N/mm
14、2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力 0.9=0.9?160?144N/mm2, 则需要的截面抵抗矩为； 10Mmax1472.5?103W= ?10225.7cm3。?144(3)腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高（变截面梁） hmin?0.9L0.96?0.23?144?102?0.9?10.0?0.96?0.23?104.2cm,Ew/l2.06?105?1/750 经济梁高：hec?3.1W2/5?3.1?(10225 .7)2/5?124.5cm。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。现选用腹板厚度 h0110cm 。 (4)腹板厚度选择 tw?h/11?110/11?0.95cm,选用 tw1.0cm 。 (5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为 A1?Wtwh010225.71.0?110?74.6cm2, h061106A174.6?37.3cm,取 b138cm,上翼缘的 t12 下翼缘选用 t12.0cm，需要 b1?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，b1 16cm。 面板兼作主梁上翼缘的有效高度为Bb1+60t 16+60?1.076cm 。 下主梁与相邻两水平次梁的平均间距较小，其值为 a 上?a 下 92?80b= =86cm
