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1、目录露顶式平面钢闸门设计1一、设计资料1二、闸门结构的形式及布置2三、面板设计4四、水平次梁、顶梁和底梁的设计6五、主梁设计11六、横隔板设计18七、纵向连接系设计20八、边梁设计22九、行走支承设计24十、胶木滑块轨道设计（图13）25十一、闸门启闭力和吊座计算26十二、 设计经验总结与不足29十三、 致谢30十四、参考文献31 露顶式平面钢闸门设计一、 设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；孔口净宽：10.00m；设计水头：6.80m；结构材料：Q235钢；焊条：E43；止水橡皮：侧止水用P形橡皮,底止水用条形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2；启闭方法：电动固定式启闭
2、机制造条件：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;执行规范：水利水电工程钢闸门设计规范 （SL 74-1995）。二、闸门结构的形式及布置（1）闸门尺寸的确定（图1）。1）闸门高度：考虑到风浪产生的水位超高为，故闸门高度=6.8+0.2=7.0（m）；2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距： 3）闸门的计算跨度：；图1 闸门的主要尺寸图（单位：m）（2）主梁的形式。主梁的形式应根据水头的大小和跨度的大小而定，本闸门属于中等跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。（3）主梁的布置。根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称
3、于水压力合力的作用线(图1) 并要求下悬臂和、上悬臂 ,今取 主梁间距则（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撑。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置具体尺寸如 (图2) 所示。图2 梁格布置尺寸图 （5）连接系的布置和形式。1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为 2.60 m，横隔板兼作竖直次梁。2）纵向连接系，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、面板设计根据水利水电工程钢闸门设计规范 （S
4、L 74-95）及2006修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主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）估算面板厚度。假定梁格布置尺寸 (图2) 所示。面板厚度按计算 当b/a 3 时，a = 1.5 ， 当b/a 3 时，a = 1.4 ，则现列表1进行计算。表1 面 板 厚 度 的 估 算区格a(mm)b(mm)b/akP(N/mm2)t(mm)I186325901.390.5240.0080.0658.23II114025902.270.5000.0240.1108.53III97125902.670.5000.0350.1328.72IV869259
5、02.980.5000.0450.1508.86V77925903.320.5000.0500.1588.62VI59925904.320.7500.0620.2169.06注 1、面板边长a、b都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽为140mm (详见后面)2、区格I、VI中的系数k由三边固定一边简支板查得。 根据表1计算，选用面板厚度t=10mm。 （2）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向拉力P按式max计算，则max =N/mm）面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为由计算面板与主梁连接的焊缝厚度为面板与梁格连接焊缝取其最小厚度。四、水平次梁、顶梁和
6、底梁的设计表2 水 平 次 梁 、 顶 梁 和 底 梁 均 布 荷 载 的 计 算梁号梁轴线处水压强度梁间距（m）（m）（kN/m）备注 1顶梁顶梁荷载按下图计算1.9421961.60931.541.283上主梁30.11.17535.371.07440.61.01141.050.95549.90.93246.510.926下主梁58.90.80047.120.687底梁65.50.27518.01（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，作用在它们上面的水平压力可按式计算。 列表2计算后得根据 表2计算，水平次梁计算荷载取46.51kN/m,水平次梁为四跨连续梁，
7、跨度为2.6m（图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为支座B处的弯矩为图3 水平次梁计算简图和弯矩图（2）截面选择。考虑到利用面板作为次梁截面的一部分，初选 20a 由附表6.3查得： ；;。面板参加次梁工作有效宽度分别按式及式或（其中）计算，然后取其其中较小值。（对胯间正弯矩段） （对支座负弯矩段） 按5号梁计算，设梁间距。确定式或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与梁间距b比值。对于第一跨中正弯矩段取。对于支座负弯矩段取 。表3 面 板 有 效 宽 度 系 数 和 0.51.01.52.02.53456810120.200.400.580.700.780.840.900.9
8、40.950.970.981.000.160.300.420.510.580.640.710.770.780.830.860.92根据查表3，得 对于，得，则; 对于 ，得，则。对第一跨中选用，则水平次梁组合截面面积(图4) 为组合截面形心到槽钢中心线的距离为跨中组合截面的惯性矩及截面模量为对支座段选用，则组合截面面积为图4 面板参加水平次梁工作后的组合截面组合截面形心到槽钢中心线的距离为支座处组合截面的惯性矩及截面模量为（3）水平次梁的强度验算。由支座B（图3）处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座B处的截面的抗弯强度，即说明水平次梁选用 20a 满足要求。轧成梁的剪应力一般很小，可不必
9、验算。（4）水平次梁的挠度验算。受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯矩已经求得，则边跨挠度可近似地计算为 故水平次梁选用 20a 满足强度和刚度要求。（5）顶梁和底梁。顶梁所受的荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁的刚度，所以也采用 20a。底梁也采用 20a。五、主梁设计（1）设计资料。1）主梁跨度（图5）；净跨（孔口宽度） ，计算跨度 ,荷载跨度 ；图5 平面钢闸门的主梁位置和计算简图2）主梁荷载： ；3）横向隔板间距：2.6m ；4）主梁容许挠度。（2）主梁设计。主梁设计包括：截面选择；梁高改变；翼缘焊缝；腹板局部稳定验算；面板局部弯
10、曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。 1）截面选择。弯矩与剪力。弯矩与剪力计算如下需要的截面模量。已知Q235 钢的容许应力 ，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力为 ，则需要的截面模量为 腹板高度选择。按刚度要求的最小高梁（变截面梁）为经济梁高 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 小，但不小于 。现选用腹板高度 。 腹板厚度选择。按经验公式计算： ，选用。 翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为 下翼缘选用（符合钢板规格） 需要，选用(在 之间）。 上翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用，。 面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为 上翼缘
11、截面积为弯应力强度验算。主梁跨中截面（图6）的几何特性见表4。截面形心矩为图6 主梁跨中截面积截面惯性矩截面模量： 上翼缘顶边 下翼缘底边 弯应力表4 主 梁 跨 中 截 面 的 几 何 特 性部位截面尺寸cmcm截面面积A(cm2)各形心离面板表面距离y(cm)Ay (cm3)各形心离中和轴距离y=y-y1(cm)Ay(cm)面板部分39.20.3513.7-52.25107018上翼缘板142.028.01.747.6-50.972543腹板1001.010052.752700.11下翼缘342.068.0103.7705251.1177562合计235.212383357124整体稳定性
12、与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按设计规范规定，可不必验算整体稳定性。又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度不必验算。2)截面改变。因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支承边梁高度（节省钢材），有必要将主梁支承端腹板高度减小为（图7）梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧（图8），离开支承端的距离为。图7 主梁支承端截面图图8 主梁变截面位置图剪切强度验算：考虑到主梁端部的腹板及翼缘都分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字形截面来验算剪应力的强度。主梁支承端截面的几何性质见 表5 。 表5 主 梁 端 部 截 面 的 几 何 特 性部位面板部分39.20.3513.7-32.741916上翼缘板28.01.747.6-31.327431腹板6032.71962-0.35.4下翼缘68.063.7433230.764089合计195.2
