1、水工钢结构平面钢闸门设计计算书一、设计资料及有关规定：1. 闸门形式：潜孔式平面钢闸门。2. 孔的性质：深孔形式。3. 材料： 钢材：Q235焊条：E43；手工电焊；普通方法检查。止水：侧止水用 P型橡皮，底止水用条型橡皮。行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用 MCS2。砼强度等级：C20。启闭机械：卷扬式启闭机。4.规范：水利水电工程刚闸门设计规范（SL74-95） ，中国水利水电出版社 1998.8二、闸门结构的形式及布置（一）闸门尺寸的确定（图 1示）1.闸门孔口尺寸：孔口净跨(L)：3.50m。孔口净高：3.50m。闸门高度(H)：3.66m。闸门宽度：4.20m。荷载跨度(H1)：3.
2、66m。计算跨度(L1)：3.90m。学号为 1 学号为 2 学号为 3 学号为 4 学号为 5L=3.5m，L1=3.9mL=3.55m，L1=3.95mL=3.6m，L1=4.0mL=3.65m，L1=4.05mL=3.7m，L1=4.1mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05m学号为 6 学号为 7 学号为 8 学号为 9 学号为 0L=3.75m，L1=4.15mL=3.8m，L1=4.2mL=3.85m，L1=4.25mL=3.9m，L1=4.3mL=3.
3、95m，L1=4.35mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05m2.计算水头：50.00m。（二）主梁的布置1.主梁的数目及形式主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=3.50m,闸门高度 h=3.66m,L3时，a=1.55,则 t=a =0.067.现列表 1计算如下：表 1区格 a(mm) b(mm) b/a k PN/mm2 kpt(mm) 405 965 2.383 0.732 0.49 0.60 13.795 345 965
4、 2.80 0.50 0.49 0.50 11.2125 345 965 2.80 0.74 0.49 0.60 13.455根据上表计算，选用面板厚度 t=14mm 。2.面板与梁格的连接计算已知面板厚度 t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力 max=160N/mm 2,则p=0.0714160=156.8.2N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：T =02IVS ,/398376027149mN面板与主梁连接的焊缝厚度：，Phwtf 5././2面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度 。hf6四、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
5、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=p 2下上 a现列表 2计算如下：表 2梁号梁轴线处水压力强度 P（kN/mm 2）梁间距（m） 2下上 a（m）q=p 2下上 a(kN/m)1(顶梁) 454.13 0.225 115.800.512（主梁） 459.130.450.48 220.383（水平次梁） 463.54 0.45 208.590.454（主梁） 467.95 0.45 210.580.455（水平次梁） 472.36 0.45 212.560.456（主梁） 476.47 0.45 214.410.457（水平次梁） 481.18 0.45 216.530.
6、458（主梁） 485.59 0.45 218.510.459（底梁） 490 0.225 110.251727.61kN/m 根据上表计算，水平次梁计算荷载取 216.53kN/m，水平次梁为 4跨连续梁，跨度为0.90m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中0.077ql 2=0.077216.530.975 2=15.85kNm支座 B处的负弯距：M 次 B0.107ql 2=0.107216.530.975 2=22.0248kNm2.截面选择W= mm3 17656048.考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18b,由附录三表四查得：A=2929mm2 ; Wx=152200mm
7、3 ; Ix=13699000mm4 ; b1=70mm ; d=9mm 。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式 611及式 612计算，然后取其中较小值。式：611 Bb1+60t=70+6014=910mm ;式：612 B= 1b (对跨间正弯距段)B= 2b （对支座负弯距段） 。梁间距 b= 。对于第一跨中正弯距段m901l0=0.8l=0.8975=780mm ;对于支座负弯距段 l0=0.4l0.4975390mm 。根据 l0/b查表 61：对于 l0/b780/9000.867 得 10.40 ，得 B= 1b0.40900360mm ,对于 l0/b390/9000.430
8、得 20.16 ，得 B= 2b0.16900144mm ,对第一跨中选用 B360mm,则水平次梁组合截面面积（例图 4）:A=2929+36014=6961mm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e= =65mm ;869130跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中13699000+292965 2+3601435 229662171mm4Wmin= 6.0315153m对支座段选用 B144mm，则组合截面面积：A=2929+14414=4592mm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e= =35mm2.45981支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次 B13699000
9、+292943 2+1441435 223680365.8mm 4Wmin= 9.18.360m3.水平次梁的强度验算由于支座 B处（例图 3）处弯距最大，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 ,/160/24.169.18402. 22NN说明水平次梁选用18b 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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在 B支座处截面的弯距已经求得 M次 B=22.0248kNm,则边跨挠度可近似地按下式计算：次次次 EIlIqllwB1638453 296170.165482970.5 530.000
10、2 .lw故水平次梁选用18b 满足强度和刚度要求。五、主梁设计(一)设计资料 O(_)O1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）l03.5m ；计算跨度 l3.9m ；荷载跨度 l13.66m 。2）主梁荷载： 3) 横向隔板间kNPq 9.431/)2.634.892508.9(4 总距： 0.975m 。4）主梁容许挠度： W=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：弯距： mkNM81)46.329(.431max剪力： qlV70.21ax需要的截面抵抗距 已知 A3钢的容许应力=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力= 则需要
11、的截面抵抗矩为；,/1469. 2mN W= 。36max5814081cmM（3）腹板高度选择 按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：经济梁高： 。cmWhec 43.98).6(35/25/2 ,.70/10.3/208. 5minlwEf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 h090cm 。(4)腹板厚度选择选用 tw1.0cm 。,86.1/90/cmtw(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为 ,5903.56201htWAw下翼缘选用 t12.0cm（符合钢板规格） ，需要 取 B130cm,上翼缘,29581
12、cmtAb的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，b 116cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为Bb 1+60t16+601.4100cm 。上翼缘截面面积 A1=182.0+1001.4=172cm 2 。(6)弯应力强度验算截面形心距： ,8.312.96 cmy截面惯性距： ,37650129.112 43230 cmAyhtIw 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,.89.37631maxIW下翼缘底边 ,5.32in cyI弯应力： 安全,/4.169.0/45.1680 22minax cmkNckNM表 3部位截面尺寸（cmcm）截面面积A(cm2)各
13、型心离面板表面距离y（cm）Ay（cm 3）各型心离中和轴距离y=y-y 1(cm)Ay2(cm4)面板部分 1001.4 140.0 0.7 980 -27.21 103578上翼缘 162.0 32.0 2.4 76.8 -25.5 20808腹板 901.0 90.0 43.4 3906 15.5 19220下翼缘 302.0 60.0 84.4 5064 56.5 191405合计 312 9926.8 335011（7）因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。2. 截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度（节
14、约钢材） ，有必要将主梁承端腹板高度减小为 。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面cmhs546.0梁验算应力剪力强度。尺寸表 4所示：表 4部位截面尺寸（cmcm）截面面积A(cm2)各型心离面板表面距离y（cm）Ay（cm 3）各型心离中和轴距离y=y-y 1(cm)Ay2(cm4)面板部分 1001.4 140.0 0.7 980 -27.21 103578上翼缘 162.0 32.0 2.4 76.8 -25.5 20808腹板 541.0 54.0 43.4 2343.6 15.5 19220下翼缘 302.0 60.0 50.64 3038.4 56.5 191405合计
15、 286 8710.8 3350114301254cmIcmy45.3028671,609.86S因误差未超过 10，安全,/5.9/1.132547 220max ckNckNtIVw 3.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度 hf按受力最大的支承端截面计算。V max790kN。I 0=13122cm4，上翼缘对中和轴的面积距：S 1=32.025.5+14027.2=4624cm 3，下翼缘对中和轴的面积距：S 2=6056.53390cm 3S1,需要 5.034.6790.10 cmIShfwf 角焊缝最小， 。tf 7.251全梁的上下翼缘焊缝都采用 hf8mm 。4.加筋肋验算因 不需设置横向加
16、劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间,80.10wth距 a0.975m 。腹板区格划分见图 2。5.取面板区格验算其长边点的折算应力 ,/1016395.408.5 22 mNmy a=450-80-90=280mm, ,/. 2Vyx面板区格的长边中点的主梁弯距和弯应力 ,7842)15.0397.(4312975.063.41 2mkNM,/830 mNWx 该区格长边中点的折算应力 )()( 0202 xmyxmyzh 22 /64105./8.15315831 mNN故面板厚度选用 14mm满足强度要求 。六、横隔板设计1.荷载和内力计算如图所示水平次梁为 4跨均布连续梁，
17、R 可看作它所受的最大剪力，由规范表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：取 qq 次nlqR次)536.07.( ;241975.032164. kNmlM.658148122.横隔板和截面选择和强度验算腹板选用与主梁腹板同高，采用 80010mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm800mm 的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式 B1b 确定。查表,923.075/9/0bl得 10.369 ，B=0.369975=360mm，取B360mm 。计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板中心线距离： 108201364545e61mm 截面惯性距： 22668I 4210834
18、601m3min9IW，验算应力：/296105.7,2min NWM由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度hf6mm 。七、边梁设计边梁的截面形式采用单腹式，如下图，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装压合胶木滑块，下翼缘宽度不宜小于 300mm 。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时将容许应力值降低 20作为考虑受扭影响的安全储备。1.荷载和内力计算在闸门每侧边梁上各设 4个胶木滑块，其布置如下图： （1）水平荷载 主要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁和顶，底梁传来的水平
19、荷载，为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁，每个边梁作用于边梁荷载为 R790kN（2） 竖向荷载有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑块所受压力：，kNR7901下滑块所受压力：，1582,79.0maxmkMkNV790max最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为 650kN，有 N650kN 进行强度验算，,kfRN4.6012.586512.边梁强度验算截面面积 ,80422A4560210 3max mS。,37042186 43I 380296mIW截面边缘最大应力验算： 2263maxmax /157./1428508091.6 NmNWMAN 腹板最大剪应
20、力验算： ,/68.0./617 223ax mIItSVwz 腹板与下翼缘连接处则算应力验算： ,/4.2089617204.6 23max NyWMAN，31ax /4179mIItSVw。222222 /1860.8.0/1984. mNNh 均满足强度要求八、行走支承设计胶木滑块计算：下滑块受力最大，起值为 R1580kN，设滑块长度为 350mm，则滑块单位长度承受压力 由表 2查得轨顶弧面半径 R=200mm，轨头,/45130158mNq设计宽度为 b40mm，胶木滑块与规定弧面的接触应力验算：。22max /50/492051104 mNmNRqj九、胶木滑块轨道设计1. 确定
21、轨道底板宽度轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为7N/mm2 ，则所需轨道底板宽度为：.3275mqBn取 Bh350mm，故轨道底面压应力：2/4.635027mNh2.确定轨道底版厚度轨道底板厚度 按其弯曲强度确定，轨道底版的最大弯应力： 32tcn轨道底板悬臂长度C102.5mm，对于 A3查表得100N/mm2 ，故： ，故 t50mm 。mctn 9.4105.2.632十、闸门启闭力和吊座验算1.启门力：T 启 1.1G+1.2(T 2d+T2s)+PxG=0.022K1K2K3A1.34Hs0.639.8其中，A=3.53.5=12.25mm 2 ,可查知：系数
22、 K1,K2,K3，均取为 1.0 ，G=0.0221.01.01.012.25 1.3450 0.639.8=80.1kN ，滑道摩阻力： ,760.94.02 kNfpd 止水摩阻力： .413.65.2bhTs因橡皮止水与钢板间摩擦系数 f0.65， 橡皮止水受压宽度取为 b0.06m，每边侧止水受压长度 H3.66m ，侧止水平均压强： ,/.2.463912mkNP下吸力 Px底止水橡皮采用 I11016型，其规格为宽 16mm，长 110mm，底止水沿门跨长 3.9m，根据规范 SDJ1378，启门时闸门底缘平均下吸强度一般按 20kN/m2计算，则下吸力： kNPx 248.10
23、6.932故闸门启门力： .1428.)7( kNT启2.闭门力： ,79809.06).12d kGS （闭3.吊轴和吊耳板验算（1） 吊轴 采用 3号钢，由第一章表 19查得=65n/mm 2,采用双吊点，每边启吊力为： ,.6854.2.1kNTP启吊轴每边剪力： ,.32.685V需吊轴截面积： 2370651.4mA由 有：d 取 d100mm，,785.0422dA ,8375.028.mA（2） 吊耳板强度验算 按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按下式计算，查表 19得 A3得 cj=80N/mm,t 固在边梁腹板上端部的两侧各焊一块为 45mm的轴承,86012.653mdPcj 板。轴承板采用圆形，其直径取为 3d3100300mm，吊耳孔壁拉应力计算： 8.02KkYR，吊耳板直径 R=150mm,轴孔半径 Y=50mm，由表 13/1.76092.685mNtdPcj 9查得： k=120N/mm2，故孔壁拉应力：，满足要求。222 /96108./.9515.76 mNk
