1、 课程设计(综合实验)报告( 2011- 2012 年度第 1 学期)名 称： 水工钢结构 题 目： 露顶式平面钢闸门设计 院 系： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 2 成 绩： 日期：2012 年 1 月 3 日课程设计（综合实验）报告i目录一、 设计资料 1闸门形式 1孔口净宽 1设计水头 1结构材料 1焊条 1止水橡皮 1行走支承. .1混凝土强度等级 1二、 闸门结构的形式及布置 11. 闸门尺寸的确定 12. 主梁的形式 13. 主梁的布置 14. 梁格的布置和形式 25. 连接系的布置和形式 25-1 横向联接系 25-2 纵向联接系 26. 边梁与行走支承
2、 2三、 面板设计 21. 估算面板厚度 22. 面板与梁格的连接计算 4四、 水平次梁，顶梁和底梁的设计 41. 荷载与内力计算 42. 截面选择 63. 水平次梁的强度验算 84. 水平次梁的挠度验算 85. 顶梁和底梁 8五、 主梁设计 81. 设计资料 82. 主梁设计 82-1 截面选择 82-2 截面改变 .122-3 翼缘焊缝 .142-4 腹板的加劲肋和局部稳定验算 .142-5 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算 .15六、 横隔板设计 .161. 荷载和内力计算 .162. 横隔板截面选择和强度计算 .16七、 纵向连接设计 .171. 荷载和内力的计算 .172.
3、斜杆截面计算 .17八、 边梁设计 .18课程设计（综合实验）报告ii1. 荷载和内力的计算 .181-1 水平荷载 .181-2 竖向荷载 .182. 边梁的强度验算 .19九、 行走支承设计 .19十、 胶木滑块轨道的设计 .201. 确定轨道底板宽度 .202. 确定轨道底板厚度 .20十一、 闸门启闭力和吊座计算 .201 启门力计算 .202 闭门力计算 .213 吊轴和吊耳板 .213-1 吊轴 .213-2 吊耳板强度验算 .22总结 .23参考资料 .24课程设计（综合实验）报告1一、 设计资料闸门形式：单孔露顶式平面钢闸门孔口净宽：10.00mm设计水头：6.00m结构材料：
4、平炉热轧碳素钢 Q235焊条：E43止水橡皮：侧止水用 P 型橡皮，底止水用条形橡皮。行走支承：采用胶木滑道，压合木为 MCS-2.混凝土强度等级：C20二、 闸门结构的形式及布置1. 闸门尺寸的确定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为 0.2m，故闸门高度=6+0.2=6.2m；闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L 1=10m；闸门的计算跨度： =0+2=10+20.2=10.4用 autocad 画出图形如下图 1 闸门主要尺寸图（单位 m）2. 主梁的形式主梁的形式根据水头合跨度大小而定，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。3. 主梁的布置根据闸门的高跨比，决定采用
5、双主梁。为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线 ，并要求下悬臂 和 ，上=H/3=2m a 0.12Ha 0.4m悬臂 ，今取， 0.45H =0.70.12=0.72主梁间距：课程设计（综合实验）报告22=2()21.3=2.6则 =2=62.60.7=2.7=0.45（ 满 足要求 ）4. 梁格的布置和形式梁格采用复式布置和等高连接，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，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具体尺寸详见图 2。5. 连接系的布置和形式5-1 横向联接系 根据主梁的跨度决定布置三道隔
6、板，其间距为 2.55m ，横隔板兼作竖直次梁。5-2 纵向联接系 设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。6. 边梁与行走支承边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。三、 面板设计1. 估算面板厚度假定梁格布置如图 2 所示。面板厚度按下式计算：= 0.9当 b/a3 时， a=1.5，则= 0.9= 0.91.5160=0.068当 b/a3 时，a =1.4，则= 0.9= 0.91.4160=0.070列表计算，如表 1表 1 面板厚度的计算区格 a(mm) b(mm) b/a k p(N/mm2) t(mm) 913 2057 2.25 0.74 0.006 0.066633 4
7、.136863 913 2057 2.25 0.5 0.015 0.086603 5.376632 516 2057 3.99 0.61 0.024 0.120996 4.245503 586 2057 3.51 0.5 0.027 0.11619 4.629919 686 2057 3.00 0.5 0.033 0.128452 5.992044 616 2057 3.34 0.5 0.037 0.136015 5.697384 586 2057 3.51 0.5 0.044 0.148324 5.910414 556 2057 3.70 0.5 0.051 0.159687 6.03745
8、3课程设计（综合实验）报告3图 2 梁格布置尺寸图（单位 mm）根据上表计算，选用面板厚度 t=7mm课程设计（综合实验）报告42. 面板与梁格的连接计算面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力 P，已知面板厚度 t=7mm，并且近似地取板中最大弯应力 =160/2由此 =0.07=0.077160=78.4(/2)面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为 =20=4410006207306(21617000000)=181(/)计算面板与主梁连接的焊缝厚度： =2+2(0.7)=78.42+1812(0.7113)=2.5面板与梁格连接焊缝最小厚度 =6四、 水平次梁，顶梁和底梁的设计
9、1. 荷载与内力计算水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按 =(上 +下 )2现列表计算如表格 2：得出 =152/课程设计（综合实验）报告5表 2 水平次梁、顶梁共和底梁的计算梁号梁轴线处的水压强度P(KN/m2)梁间距（m）上 +下2 上 +下2备注1（顶梁） 3.681.742 7.315 1.58 11.591.433（上主梁）17.358 1.28 22.241.144 23.034 1.05 24.250.975 29.48 0.88 25.830.786（下主梁）37.026 0.67 24.910.567 43.802 0.46 20.340.378
10、 50.248 0.27 13.660.189（底梁） 56.364 0.09 5.02顶梁荷载按下图计算1=1.571.542 1.5731.72=3.68/2根据上表计算，水平次梁计算荷载取 25.83KN/m， 水平次梁为四跨连续梁，跨度为 2.067m.如图 3 和图 4 所示。图 3 梁格布置局部尺寸图（单位 mm）课程设计（综合实验）报告6图 4 水平次梁计算简图和弯矩图水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为：次中 =0.077q2=0.07725.832.0672=8.50KNm支座 B 处的负弯矩为：次 =0.107q2=0.10725.832.0672=11.81KNm2. 截面选择
11、=11.81106160 =73812.53考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢 14b ，由表查得：A=18512;=805003； =56370004； 1=60mm; d=8.0mm面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。 1+60=60+607=480=11（ 对 跨 间 正弯矩段）=21（ 对 支座 负 弯矩段）按 5 号梁计算，设梁间距=1+22 =580+5702 =575确定上式中面板的有效宽度系数 时，需要知道梁弯矩零点之间的距离 l0与梁间距 b 之比值。 对于第一跨中正弯矩段取 l0=0.8l=0.82067=1654mm;对于支座负弯矩段取课程设计（综合
12、实验）报告70=0.4=0.42067=827mm.根据 0=1654575=2.88得 =0.839 则 1 B=1b=0.839575=482mm根据 0=827575=1.44得 =0.418 则 1 B=2b=0.418575=240mm对于第一跨中弯矩选用 B=460mm 作图（图 5）图 5 面板参加水平次梁工作后的截面（单位 mm）则水平次梁组合截面面积：A=1851+4606=4611mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(460673)4611=44mm跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：I次中 =5637000+1851442+4606322=12046766mm4W=1
13、2046766116=103852m2对支座段选用 B=385mm.则组合截面面积：A=1851+3856=79520m2课程设计（综合实验）报告8组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(360673)4161=38mm.支座处组合截面的惯性矩及截面模量：次 =5637000+1851442+4606322=11432376mm4=11432376116=98554mm43. 水平次梁的强度验算由于支座处 B 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：次 = 次=6.2110698554=63.018 /mm280因闸门已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距 。腹板区格划
14、分见图 10。a=280cm课程设计（综合实验）报告15图 10 腹板区格划分（单位 mm）梁高与弯矩都较大的区格 可按式()2+()2+( ， )21验算。对于区格 II，剪力为，左 =44188.2(52.6)=229 ； ，右 =0平均剪力为=(，左 +，右 )20 = 22921001=11.5/2该区格截面的弯矩 左 =4412.6-88.2(5-2.6)22=893 kN右 =1191 kN平均弯矩 =1042 kN平均弯应力= =1042477106467600104 =106.3/2由于，区格长短边之比大于 1，则= 10041 5.34+4(100260)2235235=1/
15、2则=10.59(0.8)=10.59(10.8)95=83.8/2=0验算(106.3160)2+(11.583.8)2+( 0， )2=0.461（安全）故，在区格 II 之间不必要增加劲肋。同理，区格 II 之间不必要增加劲肋。2-5 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算面板区格 IV 在长边中点的局部弯曲应力：课程设计（综合实验）报告16=22 =0.50.027586282 =72.442=0.372.44=21.732对应于面板 IV 长边中点的主梁弯矩和弯应力=88.253.988.23.722 =11160=11169.27=1202面板 IV 长边中点的折算应力=2+(+
16、0)2(+0)=72.442+(21.73120)272.44(21.73120)=148.421.55=2482满足要求，面板厚度取 8mm。六、 横隔板设计1. 荷载和内力计算首先，吧荷载用三角形分布的水压力来代替，见图 11。图 11 横隔板截面（单位 mm）课程设计（综合实验）报告17把隔板作为支撑在主梁上的双臂悬梁。则每块隔板的最大负载弯矩=2.826.52 2.62.83=90.032. 横隔板截面选择和强度计算其腹板选用和主梁同高度，采用 ，上翼缘采用 扁钢。上翼缘10008 2008 =1200截面形心到腹板中心线的距离：=12008504200850412008+8200+1
17、0008=210 截面惯性矩=2876231044截面模量=287623104760 =37845133验算弯应力=90.031063784513=23.792横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度 =6七、 纵向连接设计1. 荷载和内力的计算纵向连接系承受闸门自重，其中G=KKK1.430.889.8=0.7110.1361.43100.889.8=88.97 下游纵向连接系承受0.4G=0.488.97=35.59 由此，纵向连接系桁架腹杆布置图及其计算结果如图 12图 12 纵向连接系计算图（单位 mm）课程设计（综合实验）报告182. 斜杆截面计算斜杆承受的最大压力为 17.8KN，取长细比
18、=200选用单角钢 12.6，由此得出截面面积 ；回转半径 ；=15692 0=20.07斜杆计算长度 0=0.9 2.72+2.72+0.72=3.85长细比=00=3.8510320.07=185.8=200验算拉杆强度=17.81031569=11.3420.85=1332八、 边梁设计边梁设计采用单腹式，见图 131. 荷载和内力的计算在每侧闸门上设置两个胶木滑块，其尺寸见图 141-1 水平荷载主要用来传递主梁的水平方向的荷载，每个边梁的荷载为 450KN1-2 竖向荷载上滑块所受的压力 1=4502.0673.3=281.9课程设计（综合实验）报告19图 13 边梁截面（单位 mm
19、）图 13 边梁计算简图下滑块所受的压力 2=900281.9=618.8最大弯矩 =281.90.7=197.33课程设计（综合实验）报告20最大剪力 =618.82. 边梁的强度验算截面面积 =60010+400142=172002面积矩 =40014307+40010200=25192003截面惯性矩 =10600312+2400143072=7077944004截面模量 =707794400314=22541223截面边界最大应力验算=+=158.2417200+ 197.32254.122=8320.8=126/2腹板下翼缘连接处应力验算=+=158.2417200+ 197.322
20、54.122300314=72.62=618.8103251920070779440010 =22.0422=2+32=72.62+322.042=82.02420.8=1282九、 行走支承设计假设滑块的长度为 400mm。则滑块承受的压力为 =618.8410=1547由此得出轨道顶部弧面半径 ，轨道设计宽度为=160 =40验算=104=104 1547160=3022=5002选定胶木滑块的高为 40mm，宽 130mm 长 400mm十、 胶木滑块轨道的设计图 14 胶木滑块支撑轨道截面（单位 mm）1. 确定轨道底板宽度混凝土的容许压力 所需要的轨道底板的宽度=72轨道底板面压力
21、。=15477=221 =1547300=5.16/2课程设计（综合实验）报告212. 确定轨道底板厚度轨道底板的厚度=32 =35.161302100 =51.14取厚度 =60十一、 闸门启闭力和吊座计算1 启门力计算 启 =1.1+1.2（ +） +其中，闸门自重 =101.5滑道摩阻力 =0.121800=216止水摩阻力 =2=20.650.0660.1230=14下吸力 底止水橡皮采用 I110-16 型，其规格是 ，底止水沿门跨长 10.4m。根据 SL 74- 1611095 修订稿：启门时插门底缘平均下吸力按照 20 千牛每米计算，则下吸力 2010.40.016=3.3故闸
22、门的启动力 启 =1.1101.5+1.2（ 216+14） +3.3=390.952 闭门力计算 闭 =0.9+1.2（ +） =0.9101.5+1.2（ 216+14） =184.65课程设计（综合实验）报告22图 15 吊轴和吊耳板（单位 mm）3 吊轴和吊耳板3-1 吊轴采用 Q235 钢，得 ，采用双吊点，每边吊起的力为=652=1.2启 2=1.2390.952=234.57吊轴每边剪力 =2=234.572=117.285吊轴截面积=117.28510365 =1804.382又=24故吊轴直径=4=41804.38 =47.93取 =703-2 吊耳板强度验算由 Q235 钢
23、，得出 ，故=802= =234.571037080 =41.8875因此在边梁腹板上端部的两侧各焊接一块厚 30mm 的轴承板，抽承板采用圆形，其直径为370=210则有=2+222=2+222=234.571034070 1052+3521052352=104.71852满足要求。课程设计（综合实验）报告23总结弹指间，一学期的学习结束即将结束，感谢老师一学期来的敦敦教导，让学生受益匪浅。通过本次课程设计，学生将一学期的内容又重新复习一遍，对于钢闸门的各个组成部分的特点有了更加量化的认识，熟悉了钢结构简单设计的一般流程，加深了对本课程的认识与理解。让我对未来的就业、工作环境、工作形式、工作
24、性质及工作范围有了一个相对而言比较明晰的考理，对于以后的人生规划也有了一个理性而量化的考量标准。除此之外，通过本次课程设计，让学生深刻的认识到了认真的重要性，而却如何在设计中做到比较合理的流程规划。因为在课程设计的时候，我 MATLAB 做计算，但是，等做完之后，又不知道其中数据的具体含义，而且，用 autocad 画的图像无法与 word 完全的兼容。这一切的问题都是由于学生没有很好的工作流程所致的。老师，学生在绘制大图的时候，首先绘制了立体图形，但是在打印的过程中，无法将其中的尺寸很好的显示出来，包括部分填充，显示出来的图像只是黑嘿的一片，打印社的老板说打印机在打印 autocad的时候难
25、免出错，无奈，学生只能将尺寸标注减之又减，力图可以有更好的打印效果，但是打印出的图像仍不尽人意，只能力求其中的在设计说明书中的详图可以详细的表达，望老师见谅。课程设计已经结束，但是感谢老师的教导，祝老师工作顺利，生活快乐！课程设计（综合实验）报告24参考资料1 范崇仁, 水工钢结构. 中国水利水电出版社, 第四版. 2007 年 11 月2 刘卫国, MATLAB 技巧. 中国电力出版社, 第四版. 2006 年 3 月3 赵风华, 钢结构设计原理.高等教育出版社, 2005 年4 黄呈伟, 钢结构设计.科学出版社, 2005 年5 施勇, 中文版 AutoCAD 2011 建筑图形设计.清华大学出版社, 2011 年
