露顶式平面钢闸门设计1

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1、露顶式平面钢闸门设计水工钢结构课程设计 露顶式平面钢闸门设计 一：设计资料 闸门形式：露顶式平面钢闸门。 孔口尺寸： ; 上游水位：; 下游水位： 闸底高程：0 m 启闭方式：电动固定式启闭机 结构材料：平炉热轧碳素钢Q235 ; 焊条：E43型; 止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮。 行走支承：滚轮支承或胶木滑道. 制造条件：金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足III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 1 水工钢结构课程设计 二：闸门结构的形式及布置 1.闸门尺寸的确定。如下图 闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为,故闸门高度=+=14m；

2、闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=20m; 闸门的计算跨 度：L=L1+2=; 2.主梁的形式 主梁的形式根据水头合跨度大小而定，本闸门属大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4根主梁，为使两个主梁在设计水位时2 水工钢结构课程设计 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 H/3=/3=。H=，n=4 当k=1时，y1= 当k=2时，y2= 当k=3时，y3= 当k=4时 Y4=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

3、板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具体尺寸详见下图 3 水工钢结构课程设计 5连接系的布置和形式 横向联接系 根据主梁的跨度决定布置9道隔板，其间距为2m,横隔板兼作竖直次梁。 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 边梁采用复合腹式，行走支承采用胶木滑道。 三：面板设计 1.估算面板厚度 kp假定梁格布置如图1所示。面板厚度按t=? 当b/a3时，?=，当b/a3时，?=, 现列表计算如下面板的厚度估算 区格 1 2 3 4 5 6 7 8 a(mm) b(mm) b/a 1225 1175 1125 1075 1000 975 925 900 20

4、00 2000 2000 2000 2000 2000 2000 20002 k h p t (mm)4 水工钢结构课程设计 9 10 11 12 13 14 15 16 875 850 775 750 650 600 500 300 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 20004 根据上表计算，选用面板厚度t=14mm. 1.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=14mm,并且近似地取板中最大弯应力?max=?=160NP=?max=*14*160=/mm 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力 mm2 则

5、T=VS=2335270*1240*14*/(2*44989771400)=/mm 2I0计算面板与主梁连接的焊缝厚度： hf= /(2) 2?/?113? = 面板与梁格连接焊缝最小厚度hf=6mm 5 水工钢结构课程设计 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隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按q=Pa上?a下 2现列表计算如下： ?q=/m 水平次梁，顶梁和底梁均布荷载的计算 梁号 梁轴线水压强梁间度 (mm) 2mm0 3 4 5主梁 6 7 8 9主梁 10 11 6 距 a上?a下(m) 2q=pa上?a下(m) 21顶梁 21水工钢结构课

6、程设计 12主梁 13 1480 15主梁 16 17底梁根据上表计算，水平次梁计算荷载取/m, 水平次梁为10跨连续梁，跨度为2m.如下图所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： M次中=*4=m支座B处的负弯矩为： M次B=*4=m 2.截面选择 W=M=(*10)/160= ?考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽7 20b.表查得： 水工钢结构课程设计 A=3283mm2； WX=1914000mm3; IX=19137000mm4； b1=75mm; d=9mm; h=200mm 面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。 Bb1+60t=75+60*14=915mm B=1

7、b( 对跨间正弯矩段）； B=2b(对支座负弯矩段）； 按11号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(850+775)/2=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=*2000=1600mm;对于支座负弯矩段取L0=*2000=800mm.根据L0/b查表2-1得： 对于L0/b=1600/=得 1= 则B=1b=*= 对于L0/b=800/= 得2= 则 B=2b=*= 对于第一跨中弯矩选用B=，则水平次梁组合截面面积：8 水工钢结构课程设计 A=3283+14*= 组合截面形心到槽钢中心线的距离： e=(*14*107

8、)/= 跨中组合截面的惯性矩及截面模量为： I次中=19137000+3283*+*14* = Wmin=/= 对支座段选用B= 则组合截面面积：A=3283+*14= 组合截面形心到槽钢中心线的 距离：e=(*14*107)/= 支座处组合截面的惯性矩及截面模量： I次B=19137000+3283*+*14* = Wmin=/= 3.水平次梁的强度验算 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： M次B ?次=*106/= mmWminmm2说明水平次梁选用20b槽钢满足要求。 9 水工钢结构课程设计 扎成梁的剪应力一般很小，可不必验算。 4.水平次梁的挠度

9、验算 受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，于水平次梁在B支座处，截面的弯矩已经求得M次B=m,则边跨挠度可近似地按下式计算： w/l=5ql/(384EI次)-M次Bl/(16EI次)= ?w1?L?=250= 故水平次梁选用20a槽钢满足强度和刚度要求。 5.顶梁和底梁 顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用20b槽钢。 五主梁设计 设计资料 1.主梁跨度如下图，净宽L0=;计算跨度L=； 荷载跨度L1=20m. 2.主梁荷载q=/m. 3.横向隔间距：2m。 4.主梁容许挠度：?w?=1/600 10 水工钢结构课程设计 11 水工钢结构课程设

10、计 主梁设计1.截面选择 弯矩与剪力 弯矩与剪力计算如下： Mmax=(*20/2)*(/2-20/4)=mV=ql1/2=*20/2= (2)需要的截面抵抗矩已知Q235钢的容许应力?=160KN/mm2 考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力 ?=*160=144N/mm2,则需要的截面抵抗矩为 W=Mmax?=*100/(144*)= (3)腹板高度选择按刚度要求的最小梁高：Hmin=*?L ?w/L?E=*144*100*100*600/(*10) = 对于变截面梁的经济梁高，hec=/5=*/5=现选用腹板高度h0=220cm. (4)腹板厚度选择按经验公式计算： tw=h/1

11、1=,选用 tw= (5)翼缘截面选择 每个翼缘需要截面为： A1=w/h0-twh0/6=/*220/6cm=332cm B1=h0/3h0/5=220/3220/5=44cm 12 水工钢结构课程设计 B1Q235:b1=l1/16=200/16= 选b1=60cm t1=A1/b1=/60= t1=b1/30* 选t1= 上翼缘的部分截面可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用t1=,b1=40cm.面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为： B=b1+60t=40+60*=124cm. (6)弯应力强度验算 主梁跨中截面 积离面板2A(CM) 距离y,(cm) 各形心离Ay2(cm

12、4) 中合轴距离y=y,-y1(cm) 面板部分 上翼缘板 腹板 下翼缘板 合计 124*40* 224 220* 352 60* 336117 41184 - - 13 水工钢结构课程设计 截面形心矩：y1=(Ay)/A=/= 截面惯性矩:I=twh0/12+Ay=*220/12+ = 截面抵抗矩： 上翼缘顶边Wmax=I/y1=/= 下翼缘底边Wmax=I/y2=/= 弯应力=Mmax/Wmin=/ =整体稳定性与挠度验算 因主梁上翼缘直接同钢板相连，按规范规定可不必验算整体稳定性。又因梁高大于刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。 2.截面改变 14 水工钢结构课程设计 因主梁跨度较

13、大，为减小门槽宽度和支承边梁高度，有必要将主梁支承段腹板高度宽度减小h0s=*220=143cm. 梁高开始改变的位置取在临近支承段的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承段的距离为2000-100=1900mm=190cm.如下图。 主梁支承端截面图 主梁变截面位置图 15 水工钢结构课程设计 剪切强度验算：考虑到主梁段部的腹板及翼缘部分分别同支承 边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字钢截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何特性如下表。以及变截面后的尺寸 部位 截面尺寸 2,3A(cm) y(cm) Ay(cm) y=y,-y1(cm) Ay2(cm4) 面板部分 上翼缘板 腹板 下翼缘板 合计

14、124* 40* 224- -*143 60* 336截面形心距：y1=/= 截面惯性矩：I0=(*143)/12+=。 截面下半部中和轴的面积矩： S=336*+*/2= 剪应力：=Vmax*S/I0tw=*/(*) =翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。最大剪力Vmax=截面惯性矩I= 上翼缘对中和轴的面积矩 S1=*+224*= 下翼缘对中和轴的面积矩 S2=336*=16 水工钢结构课程设计 hf=VS1/(f)=*/(*)= 角焊缝最小厚度 hf=t=*56= 全梁的上下翼缘焊缝都采用hf=12mm. 4腹板的加劲肋和局部稳定验算 加劲肋的布置：因为 220/=80 故需设置横向加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。因闸门上已布置横向隔板兼作加劲肋，其间距a=200cm。腹板区格划分主梁变截面位置图 . 该区格的腹板平均高度h0