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1、课程设计说明书 课 程 名 称: 水利水电工程钢结构课程计 课 程 代 码: 8203281 题 目: 潜孔式平面钢闸门设计 学 生 姓 名: 学 号: 312009080801209 年级/专业/班: 2009 级水利水电 2 班 学 院 (直 属 系 ) : 能源与环境学院 指 导 教 师: 徐良芳 开题时间：2011 年 12 月 12 日完成时间：12 月 18 日目 录1 设计资料2 闸门结构的形式及布置3 面板设计4 水平次梁、顶梁和底梁的设计5 主梁设计6 横隔板设计7 纵向连接系8 边梁设计9 行走支撑设计10 滚轮滑道设计11 闸门启闭力和吊耳计算一、 设计资料闸门形式：潜孔
2、式平面刚闸门孔口尺寸（宽高）：10.0m 10.0m上游水位：55.0m下游水位：0.1m闸底高程：0m启闭方式：电动固定式启闭机材料 钢结构：Q235A.F焊条：E43 型行走支承：胶木滑道或滚轮支承止水橡皮：側止水和顶止水用 P 型橡皮，底止水用条形橡皮制造条件 金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足级焊缝质量检验标准规范：水利水电工程钢闸门设计规范 SL 19742005二、闸门结构的形式及其布置（一） 、闸门尺寸的确定如图 1图 1 闸门主要尺寸图（单位：m）1. 闸门孔口尺寸：孔口净宽： 10.0m孔口高度： 10.0m闸门高度：10.0m闸门的宽度：10.4m荷载跨度：10.0m计算
3、跨度：10.4m2、计算水头：54.9m（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=10.4m,闸门高度 h=10.0m,L3 时，a=1.55,则 t=a =0.0670.90kpk四边固定矩形弹性薄板在支承长边中点的弯应力系数，第 1 和 10 区格按附录九表 3 查得，其余区格按附录九表 2 查得。p面板计算区格中心的水压强度（p=hg=0.0098h N/mm）水的密度，一般淡水取 10KN/h区格中心的水头，单位 ma、b面板的短边和长边的长度现列表 1 计算如下：表 1 面板厚度估算区格 a(mm) b(mm) b/
4、a k P(N/mm) kp t(mm)1 930 1476 1.59 0.589 0.446 0.512 32.412 895 1476 1.65 0.605 0.456 0.525 31.953 895 1476 1.65 0.605 0.466 0.531 32.304 895 1476 1.65 0.605 0.475 0.536 32.635 895 1476 1.65 0.605 0.485 0.542 32.986 895 1476 1.65 0.605 0.495 0.547 33.307 895 1476 1.65 0.605 0.505 0.553 33.648 895 1
5、476 1.65 0.605 0.514 0.558 33.959 895 1476 1.65 0.605 0.524 0.563 34.2810 930 1476 1.59 0.589 0.534 0.568 35.94根据上表计算，选用面板厚度 t=36mm.2.面板与梁格的连接计算面板局部挠区时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力 P 按式 P=0.07tmax 计算，已知面板厚度 t=36mm,并且近似地取板中最大弯应力 max=160N/mm 2,则p=0.0736160=403.2N/mm 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：由后面主梁的设计计算得 V=6119KN ；I 0=27
6、059202cm4；S2663.664.161382.2T =02IVSmN/694075921638.1面板与主梁连接的焊缝厚度：，TPhwtf 1.037.68./2 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度 。mhf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=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） （m2下上 a）q=p (kN/m)2下上 a1(顶梁) 441.45 0.5 220.7312（水平次梁）451.26 1 451.2613（主梁
7、） 461.07 1 461.0714（水平次梁）470.88 1 470.8815（主梁） 480.69 1 480.6916（水平次梁）490.50 1 490.5017（主梁） 50031 1 500.3118（水平次梁）510.12 1 510.1219（主梁） 519.93 1 519.9310（水平次梁） 529.74 1 1 529.7411（底梁） 539.55 1 05 269.78q4905.01kN/m 根据上表计算，水平次梁计算荷载取 529.74 kN/m，水平次梁为 7 跨连续梁，跨度为1.486m（如图 3） 。水平次梁弯曲时的边跨中弯距为: M 次中 0.077
8、ql 2=0.077529.741.486 =90.07kNm支座 B 处的负弯距：M 次 B0.107ql 2=0.107529.741.486 =125.17 kNm图 3 水平次梁计算简图和弯矩图2.截面选择W= mm3 5.7821160.25M考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选40a,由附录三表四查得：A=7505mm2 ; Wx=868900mm3 ; Ix=175779000mm4 ; b1=100 mm ；d=tw=10.5mm 。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式 711 及式 712 计算，然后取其中较小值。式：711 Bb1+60t=100+6036=2260mm ;
9、式：712 B= 1b (对跨间正弯距段)B= 2b （对支座负弯距段） 。梁间距 b= 。 mb001于第一跨中正弯距段 l0=0.8l=0.81486=1188.8mm ;对于支座负弯距段l0=0.4l0.41486=594.4mm 。根据 l0/b 查表 71：对于 l0/b1188.8/10001.189 得 10.472，得 B= 1b0.4721000472对于 l0/b594.4/10000.594 得 20.188，得 B= 2b0.1881000188对第一跨中选用 B472mm,水平次梁组合截面面积（图 41）:A=75054723624497 槽钢的高为 400组合截面形
10、心到槽钢中心线得距离：e= =151mm ;24972/)360(图 41、42 面板参加水平次梁后的工作截面 跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中 1757790007505151472364918423177593Wmin= 312056434279对支座段选用 B188mm，则组合截面面积（图 42）：A=75051883614273mm 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e= =103mm1427386支座处组合截面的惯性距及截面模量为：I 次 B1757790007505103188369718344906345Wmin= 318053096m3.水平次梁的强度验算由于支座 B
11、处（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 ,/160/9.10857.12 226 mNmN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=125.17kNm,则边跨挠度可近似地按下式计算：次次次 EIlMIqllwB1638453 423175906.186542379106.3848590.000126 20lw故水平次梁选用40a 满足强度和刚度要求。5、顶梁和底梁顶梁和底梁也采用40a五、主梁设计（
12、一)设计资料1）主梁跨度（图 5）：净跨（孔口净宽）l。=10.0m ；计算跨度 l10.4m ；荷载跨度l10.0m 。2）主梁荷载： kNPq 8.1234/)9.481.925.481.9( 总3) 横向隔板间距：1.486m 。4）主梁容许挠度： W=L/750 。（二）主梁设计内容包括：截面选择；梁高改变；翼缘焊缝；腹板加劲肋；面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。1.截面选择（1） 弯距和剪力 弯距与剪力计算如下：弯距： mkNM4.2307)14.0(28.13max剪力： qlV69.1ax图 5 平面钢闸门的主梁位置和计算简图（2）需要的截面抵抗距 已知 Q235 钢的
13、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= 则需要的截面抵抗矩为；,/14609. 2mN W= 。33max1240.27 cM（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 36.74)1602(.31. 5/5/2,9.1/.4/ .07minlwE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，一般选择梁高比经济梁小 1020。根据以上选择腹板高度 h0330cm 。(4)腹板厚度选择选用 tw6.0cm 。,65.1/301/cmtw(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要
14、截面为: ,1563026201 chtWAw下翼缘选用 t12.0cm（符合钢板规格） ，需要 （在腹板高度的三分之cmtAb7821561一到五分之一 66110cm 之间）上翼缘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 150cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为 Bb 1+60t50603.6266cm上翼缘截面面积 A1=502.02663.61057.6 cm 2(6)弯应力强度验算。主梁跨中截面（图 61）的几何特性见表 3图 61、62 主梁跨中截面（单位：mm）截面形心距： ,0.126.3948 cmAy截面惯性距： ,45071397812 43230 cmyhtIw 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,0.164593maxIW下翼缘底边 ,251.7332in cyI弯应力： 安全,/4.69.0/.10954.237 22minax cmkNckNM表 3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
