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1、钢结构课程设计题目：露顶式平面钢闸门设计一.工程概况： 闸门是用来关闭、开启或者局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构。其主要作用是控制水位、调节流量。闸门是水工建筑物的重要组成部分，它的安全与适用，在很大程度影响着整个水工建筑物的原行效果。二.设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；孔口净宽：9.00m；设计水头：5.50m；结构材料：Q235钢；焊条：E43；止水橡皮：侧止水用p形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2；混凝土强度等级：C20。三.闸门结构形式与布置 （一）闸门尺寸的确定（图一）1.闸门高度：考虑风浪产生水位超高为0.2m,故闸门高度=5.5+0.2=5.7（
2、m）;2.闸门的荷载跨度为两侧止水的距离：=9m;3.闸门计算跨度：=+2d=9+20.2=9.40（m）;(二) 主梁的形式主梁的形式根据水头的大小和跨度大小决定，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。（三）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于水压力合力的作用线（图一）并要求下悬臂和、上悬臂，今取 主梁间距则 （四）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，梁格布局具体的尺寸如图二
3、。（五）连接系的布置和形式（1） 横向联接系，根据主梁的跨度，决定布置3道隔板，其间距为2.346m,横隔板兼作竖直次梁。（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。5.边梁与行走支承边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道，压合胶木为MSC-2。四.面板设计根据SL74-95水利水电工程钢闸门设计规范修订送审稿，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如图二所示。面板厚度按公式t（mm）计算，其中0.9-面板参加贮量工作需要保留一定的强度储备系数；-弹塑性调整系数，当b/a3时，=1.，当b/
4、a3时，=1.；-钢材的抗弯容许应力，以N/mm计则初取 t=a；当b/a3时，a=1.5，则t=a=0.068a当b/a3时，a=1.4,则t=a=0.07a现列表一表示计算结果如下：面板厚度的估计（表一）区格a(mm)b(mm)b/akP()t(mm) 150023401.560.5800.0060.0596.02 92023402.540.5000.0190.0976.07 78023403.000.5000.0280.1186.26 70023403.340.5000.0370.1366.66 62023403.770.5000.0440.1486.42 49023404.780.75
5、00.0510.1966.72 根据上表计算，选用面板厚度t=7mm。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拉力P按照P=0.07t计算，其中表示厚度为（mm）的面板中最大弯应力，计算时候可以采取，因为已经求知面板厚度t=7mm,并且近似地取板中最大弯应力=160 则 P=0.07t=0.07x7x160=78.4（/mm）面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： T=又面板与主梁连接的焊缝厚度可以近视的按照（0.7）和不应小于6mm确定，公式中的表示角焊缝容许剪应力，于是（0.7）面板与梁格连接焊缝最小厚度=6mm。五.水平次梁，顶梁和底梁的设计1、荷载与内力计算
6、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=P计算。其中P表示次梁轴线处的水压强度；分别表示水平次梁轴线到上、下相邻梁之间的距离。现列表二表示计算结果如下：梁间距 水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算表（表二）梁号梁轴线处水压强度p(kN/ m)梁间距（m）q=p(kN/m)备注1（顶梁）1.58214.01.31018.341.043（上主梁）24.20.95523.110.87432.70.82026.810.77540.30.75530.430.746（下主梁）47.50.64530.640.557（底梁）52.90.40021.16根据表二计算，水平次梁计算荷
7、载取q=30.43KN/m, 水平次梁为四跨连续梁，跨度为L=2.35m.如图3所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： =0.077qL2=0.077x30.43x=12.9(KN.m)支座B处的负弯矩为： =0.107qL2=0.107x30.43x=17.98(KN.m)2、 截面选择W=考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢16b.由表查得： A=2515； =116800; =9350000；=65mm; d=8.5mm。面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中最小值。（1）考虑面板兼作梁翼缘在受压时不致丧失稳定而限制的有效高度B+2c=+60t=65+60x7=485mm
8、（2）考虑面板沿宽度上应力分布不均二折算的有效高度B=1b( 对跨间正弯矩段）；B=2b(对支座负弯矩段）；按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(770+740)/2=755mm.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=0.82350=1880mm;对于支座负弯矩段取L0=0.4L=0.42350=940mm.根据L0/b查表得： 对于L0/b=1880/755=2.490得1=0.78则B=1b=0.78755=589mm 对于L0/b=940/755=1.245得2=0.490则 B=2b=0.490
9、755=370mm对于第一跨中弯矩选用B=485mm，则水平次梁组合截面面积（如图4）为： A=2115+4857=5910mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离为： e=(485783.5)/5910=48mm跨中组合截面的惯性矩及截面模量为： I次中=9350000+2515482+485735.53=19423109mm4 Wmin=19423109/128=151743mm2对支座段选用B=370mm.则组合截面面积：A=2515+3707=5105mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(370783.5)/5105=42mm.支座处组合截面的惯性矩及截面模量：I次B=9350000
10、+2515422+370745.52=19148408mm4 Wmin=19148408/122=156954mm23、水平次梁的强度验算 由于支座B（图三）处弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即： =17.98106/156954=114.6N/mm2=160N/mm2说明水平次梁选用16b槽钢满足要求。 同时扎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，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处，截面的弯矩已经求得M次B=9.21KNm,则边跨挠度可近似地按下式计算： =- =- =0.00063=0.004故水平次梁选用16b
11、槽钢满足强度和刚度要求。4、 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16b槽钢。六.主梁设计1、设计资料 （1）.主梁跨度（图5）净宽L0=9.00m;计算跨度L=9.4m；荷载跨度L1=9m. （2）.主梁荷载q=74.1KN/m. （3）.横向隔间距：2.35m。 （4）.主梁容许挠度：=L/600 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；面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力计算。1）.截面选择（1）弯矩与剪力。弯矩与剪力计算如下： Mmax=817kN； (2)需要的截面模量。已知Q235钢的容许应力=16
12、0KN/mm2， 考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.9160=144N/mm2,则需要的截面模量为 W=5674cm2.(3)腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为： min=0.960.23=0.960.23=87.1cm对于变截面梁的经济梁高，he=3.1w2/5=3.156742/5=98cm.由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增高，故主梁高度宜选得比he小，但不小于min，现选用腹板高度h0=97cm.(4) 腹板厚度选择。按经验公式计算： tw=0.90cm,选用 tw=1.0cm.(5) 翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为： A1=cm下翼缘选用 t1
13、=2.0cm(符合钢板规格）需要b1=,选用b1=22cm（).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=2.0cm,b1=14cm.面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为：B=b1+60t=14+600.7=56cm.上翼缘截面积142.0560.767.2（）弯应力强度验算。主梁跨中截面（见图)的几何特性如下表：主梁跨中界面的几何特性（表）部位截面尺寸(cmcm)截面面积A（）各形心离面板表面距离（cm）A()各形心离中和轴距离A（）面板部分56*0.739.20.3513.7-48.792970上翼缘板14*2.028.01.747.6-47.362644腹板97*1.09751.249662.2469下翼缘2*2.044.0100.8443551.7117607合计208.29462273690 截面形心矩：y1=截面惯性矩： =349746（cm4）截面抵抗矩：上翼缘顶边Wmax=.下翼缘底边： Wmax=弯应力：（7） 整体稳定性与挠度验算 因主梁上翼缘直
