1、水工钢闸门课程设计计算书（第二组）姓名：蔡荨学号：0915010329班级：水工 3 班2011.1.10一设计资料(1)闸门型式：提升式平面钢闸门（潜孔式）(2)孔口尺寸（宽高）：10.05.2m 2(3)上游水位：27.5m(4)下游水位：无(5)闸底高程：20.0m(6)胸墙底高程：25.2m(7)启闭设备：电动固定式启闭机(8)闸门所用材料：门叶承重钢结构：Q235.B 钢焊 条：E43 型行走支承：采用滚轮，材料为铸钢 ZG45止水橡皮：顶止水，侧止水P 形橡皮；底止水条形橡皮(9)制造条件：金属结构制造厂制造，手工电焊，满足级焊缝质量检验标准。(10) 采用的规范：水利水电工程钢闸
2、门设计规范 SL7495二闸门结构的型式及布置(1)闸门尺寸的确定闸门总宽： bLdBa20L0 孔口宽度d 行走支承到闸墙边缘的距离(0.2m)La 边梁两腹板中到孔中距离(0.4m)b 边梁下翼缘宽度(0.2m) )(0.124.02.10mB闸门高度：H=胸墙底高程-闸底高程+H（安装顶止水构造要求取H=0.3m） )(5.30.25m闸门的荷载跨度为两侧止水的间距： )(2.10.1020 mLq 闸门的计算跨度： )(40d(2)主梁的数目型式及位置。 2.185./1/0HL主梁数目：采用双主梁主梁形式：单轴对称工字形截面焊接组合梁主梁位置：根据等荷载原则，两根主梁的位置应对称于水
3、压力合力的作用线，且应满足：且 且Ha12.0m4.0mD6.0且 （式中 H 取闸门止水压力作用高度，取孔口高度+100mm）c45.0m63计算 yc 简图如图 3 所示rgrfssssssss)(56.21)3.7(8.91kPaP52 )(17.2/)(/2112 mHPyc取 yc=2.2ma63.050取 ，则：m7bc9.2)(mH85.24.815. (3)梁格的连接型式及布置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，梁格布置具体尺寸如图 4 所示：(4)联结系的布置和形式横向
4、联结系。根据主梁的跨度，决定布置 3 道横隔板，其间距为 2.5m，横隔板兼作竖直次梁。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)边梁与行走支承变量选用双腹板型式，行走支承采用滚轮式，且 D=600mm，滚轮位置沿门高布置按等荷载原则，采用筒支定轮。三、版面设计根据水利水电工程钢闸门设计规范 SL7495关于版面的计算，先估算面板厚度，在主（次）梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。1.估算版面的厚度。初步布置梁格尺寸如图 4 所示，面板厚度按下式计算 kpat当 时， ，则3/ab5.1kpat065.当 时， ，则47现将计算结果列于下表：
5、区格 )(ma)(ba/k)/(2mNpkp)(mt 800 2590 3.24 0.75 0.0244 0.135 7.24 780 2590 3.32 0.5 0.0330 0.129 6.72 740 2590 3.50 0.5 0.0415 0.144 7.14 680 2590 3.81 0.5 0.0492 0.157 7.15 620 2590 4.18 0.5 0.0563 0.168 6.97 570 2590 4.54 0.5 0.0631 0.178 6.78 500 2590 5.18 0.75 0.0695 0.228 7.65注：1.t 的最终确定。任意两个区格的厚
6、度之差满足 ；mt12.面板边长 a，b 都从面板与梁格的连接焊缝算起；3.区格、系数按三边固定一边简支查得。根据表 1 计算结果，选用面板厚度 。t82.面板与梁格的连接焊缝计算面板局部弯曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力 Nt 按下式计算max07.t已知 ，并且近似取板中最大弯应力 ， ，则：mt82/160mNt /.8916.面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为（主梁的最大剪力及相应的截面特性 S 及 I见后）四水平次梁、顶梁和底梁的设计。1.荷载与内力计算水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上的水压力的计算式为：q=p(a 上 a 下 )/2计算列于表 2
7、.梁号轴线水压PkPa梁间距(m)(a 上+a 下)/2q 备注1 12.120.872 28.62 0.885 25.330.93 37.44 0.865 32.394 45.57 0.83 0.79 36.00顶梁荷载按下图计算0.755 52.92 0.72 38.100.696 59.68 0.69 41.180.697 66.44 0.655 43.520.628 72.52 0.10 0.36 26.11 mkNR/12.根据表 2 计算结果，水平次梁荷载取 43.52kN/m，水平次梁为四跨连续梁，跨度为 2.5m，如图 5 所示水平次梁的跨中的正弯矩为 M 次中 =0.077q
8、l=20.94kNm支座 B 处的负弯矩为：M B 次 =0.107ql=29.10kNm2.截面选择 3618750/1.29/W考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选20a，查得： mdbImA cxx 7,3,0,7,80 432 面板参加次梁翼缘工作的有效宽度分别按式(8-15) 及式(8-16)计算，然后取其中较小值。式(8-15) 中 mtbBc 5386073式(8-16) 中跨间正弯矩段 1对支座负弯矩段bB2按 7 号梁计算，该梁平均间距 b=655mm，对于等跨中正弯矩段，弯矩零点之间距离：ml2058.00对于支座负弯矩处，弯矩零点间距离： l14.0根据表 8-1 得：
9、得 ，053.6/2/0bl 843.01mbB521得 ，271278对第一跨中选用 ，则水平次梁的组合截面面积为：mB296580A组合截面形心到槽钢中心线距离：me37214跨中截面的惯性矩及截面模量为：I 次中 =17800000+2880*632+552*8*412=36654016mm4Wmin=I 次中 /ymax=224871mm3对支座选用 ，则mB782510870A组合截面形心到槽钢中心线距离me42支座处的截面参数：I 次 B=17800000+2880*452+278*8*592=31373744mm4Wmin=I 次 B/ymax=216370mm33.水平次梁强度
10、验算因支座 B 处弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座 B 处截面的抗弯强度，即：22min /160/5.134/ mNNM满足强度要求。轧成梁的剪应力一般很小，故不再验算。4.水平次梁的挠度验算水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁，最大挠度发生在边跨，可按式(8-14)计算。 04.17.5364010.25463.01 4 EIqllW满足刚度要求5.顶梁和底梁顶梁和底梁也采用和中间次梁相同的截面，故也选20a。五主梁设计（一）已知条件(1)主梁跨度计算跨度 mL4.10荷载跨度 q2(2)主梁荷载： kNp/0.16/(3)横隔板间距：2.5m主梁容许挠度： 75Lw（二）主梁设计1.
11、截面选择(1)主梁的内力计算，计算式为： mkNLqMq 17032/)4.0/.1(2.016)42(max kNVq 7.5/.0/a(2)需要的截面抵抗矩，已知钢材 Q235B 的容许应力 ，初估翼缘厚度为2/160第一组钢材，考虑闸门自重引起的附加应力影响，取容许应力为 ，则2/149.mN所需的截面抵抗矩为： 33max 18264/0179.0/ cmMW(3)腹板高度 h0 选择。为减小门槽宽度，主梁采取变梁高形式，则按刚度要求的最小梁高为： cmLwE4.120/9.23.96min 经济两高为： Whec .37.1. 4.05/2选用 0(4)腹板的厚度选择。由经验公式：，
12、选用cmhtw02.1/0ctw05.1(5)翼缘截面的选择。每个翼缘所需截面积为：201 7.6/cmhtWAw下翼缘选用 ，则需要 选用 （在 2550cm 之间）ct.1 cmtb36/1b381上翼缘的部分面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用 。mt0.21b61面板兼作主梁上翼缘的有效宽度 B 可按下列二者计算，然后取其较小值。ctB41下主梁与相邻两水平次梁的平均间距较小，其值为 cmb5.6由 ，查表 8-1 得8.156/0/bL，则.1cmb故面板可利用的有效宽度为 62cm，则主梁上翼缘总面积为21 .83.0642A(6)弯应力强度验算：主跨中截面如图
13、所示，截面形心矩为： cmy 5.6323805.16. 8.161.1 截面惯性矩为： 42308073/cmyAhtIiw截面抵抗矩为： 32min1ax 1284.6/873/ 95cyIW弯应力： 223inax /149.0/5.7/0/ mNmNM满足要求(7)整体稳定与挠度验算，因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按钢结构设计规范（GB50017-2003）规定可不必验算其整体稳定性，又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。2.截面改变因主梁跨度较大，为节约钢材，同时为减小门槽宽度，决定降低主梁端部高度，如图所示，取主梁支承端腹板高度为： mhd7506.0梁开始改变的
14、位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，若隔板的下翼缘宽取为 200mm，则梁高改变位置离开支承的距离为 2500-200/2=2400mm剪切强度验算：若主梁端部的腹板及翼缘都分别与支承边梁的腹板及翼缘焊接，可按工字型截面来验算剪切应力强度。主梁支承端的截面参数计算如下：截面形距： cmAyii39/1截面惯性矩：423078031/cmyAhtIidwx 截面上半部分对中和轴的面积矩： 3815cmS则 22ax /95/0./ mNNtIV3.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度 hf 按受力最大的支承端截面计算，最大剪力 kNV650max截面惯性矩427803cmIx上翼缘对中和轴的面积矩：217
15、.6cS下翼缘对中和轴的面积矩： 1284S需要 mIVShwfxf 0.)4./(1角焊缝的最小厚度 tf 7651则主梁上下翼缘焊缝全长均取 。hf84.腹板的加劲肋和局部稳定验算加劲肋的布置：因为 ，故需要设置横向加劲肋，以ywfth/23580195./2/0保证腹板的局部稳定性，因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间距a=2500mm。腹板区格划分如图所示，梁高较大的区格按 验算20/wthV格区左边截面的剪力： kNV4.32)5.1(0.265该截面的弯矩： mM9/.7.220 /51073856391Iy腹板边缘的弯曲压应力：查表 5-9 得42.)/(20wth964
16、.由 查表 5-10 得 .ba8.0493.0)/1(22htw所以225 /76/6.4).12/(4.3 mNmNAV故在区段的横隔板之间不必再增设加劲肋。再从剪力最大的区格来考虑：该区格的腹板平均高度： ch102/)751(0因 ，需要设置横向加劲肋，现按式(5-59)进行验算ywfth/23589/0区格左边截面的剪力： kNV4.637).(6该截面弯矩 mM.129/.012.650腹板边缘的弯曲压应力/.NIyx查表 5-9 得 4.8)10/(2wth0.1由 得 有5.ba659.0272.0)/(2htw所以22/3.16/7.60).1/(374. mNmNAV故在该
17、区段之间也不必再设加劲肋。六、面板参加主（次）梁工作的折算应力验算主（次）梁截面选定后，还需按式（8-4）验算面板的局部弯曲与主（次）梁整体弯曲的折算应力，由图 6 可知，因水平次梁的截面很不对称，面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力 次 与其参与主梁翼缘工作的整体弯曲应力 主 要小得多。故只需要验算面板参加主oxox梁工作时的折算应力。由前文的面板计算可知，直接与主梁相应的面板区格只有区格所需的板厚较大，这就意味着该区格的长边中点应力也较大，所以选取图 4 中区格按式 8-4 验算。面板区格在长边中点的局部弯应力为： 2 222/1.6/6.038/509.7/mNmNtkpamyxy对应于面
18、板区格的长边中点的主梁弯矩和弯应力为： kM1582/7.306/85.30.281921/Wox 面板区格的长边中点的折算应力为： 2222 /4.61./5.40)()( mNmNoxmyoxmyzh 故面板厚选用 8mm，满足强度要求。七横隔板设计横隔板同时兼作竖直次梁，主要承受水平次梁、顶梁和底梁传递的集中荷载和面板传递的分布荷载，计算时可把这些荷载以梯形分布的水压力来代替（图 11） ，横隔板按支承在主梁上的双悬臂梁计算，则每道横隔板在悬臂的最大弯矩为：mkNpMyc0.129/5.3248.1.)(12横隔板的腹板选用与主梁腹板相近，采用 。上翼缘利用面板，下翼缘采用83的扁钢。上
19、翼缘可以利用的面板宽度按式 计算。其中横隔板平均m0 bB2间距 ，按 查表 8-1 得 则b2514.250/96/0bl 34.0，取 验算，如图 12 所示，截面参数为：B834. mB8截面形心到腹板中心线的距离：e16301285056 42223 47185306104988/1 mI 3maxin794yW弯应力验算： 22in 6/5./ mNM由于横隔板的截面高度较大，剪应力强度不必验算。横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度 。hf八纵向联结系设计纵向联结系承受闸门自重，潜孔式平面滚轮闸门的自重可按附录五估算即： kNHAKGS 4.1528.9.7521.073.89073. 0
20、93.07.093.21 下游面纵向联结系按承受 计算。纵向联结系按支承边梁上kNG8641524的简支平面桁架设，其腹杆布置形式如图 13 所示，节点荷载为 ，P./.6杆件内力计算如图 13 所示。斜杆承受最大拉力 N=29.93kN，同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力，故其长细比的限值取与压杆相同即 。20选用单角钢1006，由附表 3-8 查得cmicAy.,9.102斜杆的计算长度 ml 52.3.096.25. 长细比 17/3/0yi拉杆长度验算 22/13685.0/5.9/2/ NNAN0.85 为考虑单角钢受力偏心影响的容许应力折减系数。九边梁设计边梁的截面形式采用双腹式（
21、图 14） ，边梁的截面尺寸按构造要求确定，截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁厚度相同。在闸门每侧两边梁中间各设两个滚轮，其布置尺寸如图 15。边梁所承受的水平荷载主要是主梁传来的支座反力及水平次梁顶底梁传递的水平荷载。为了简化计算，可假设这些荷载完全由主梁传给边梁。每根主梁作用于边梁的集中荷载 kNR650边梁所受的竖向荷载包括：闸门自重、支承摩擦阻力、止水摩擦力、起吊力等，如图 15 所示，可计算得滑块所受压力： 21边梁最大弯矩 mkNM26054.0max最大剪力 kRV1最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力，计算式如下：xzsdPGT1.)(2.1其中，闸门自重 kN452支
22、承摩擦阻力)(1kzdfrRW式中 7.69.09滚轮半径 ，滚轴半径m3m0ffk1,.1故 kNTzd 263/)1.0(47.2569止水摩阻力 bHpfPfzszs32式中：橡皮止水与钢板间摩擦系数 ，受压宽度取7.03f mb06.每边侧止水受压长度 m5.侧止水平均压强2/9.26/8kNp故 Tzs 41.067.2根据水利水电工程钢闸门设计规范 （SL74-1995） ，下游无水时不计下吸力， 0xP则闸门启门力为： kNT78.5014.2.1)45.26(.1则起吊力为 TN3/取最大轴向力 k0边梁的强度验算：截面面积： 23570205.1726 mA截面形心矩为： cmAyii3/1截面上部分面积矩：31 5.28045.104260S界面下部分面积矩：32 .174.7m截面惯性矩： 42223 6850406705.101/750.1 mI 截面抵抗矩：3maxin847yIW界面边缘最大应力 22minaxmax /10580/9.3/ mNNWMAN式中 0.8 为考虑到边梁为闸门的重要受力构件，且受力复杂，故将容许应力降低 20%作为考虑受扭等影响的安全储备，一下计算相同。 22max /76958.0./9.42ItSVw 由于腹板与下翼缘连接处 ，所以其折算应力：maxy8.0max
