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1、蓼叶水利工程溢洪道弧形钢闸门设计计算书目 录1 计算目的与要求12 设计计算内容13 设计依据14 基本资料和结构布置34.1 基本参数34.2 基本结构布置44.3 荷载计算44.4 面板弧长64.5 主框架位置75 结构计算75.1 面板75.2 水平次梁85.3 中部垂直次梁（隔板）115.4 边梁145.5 主框架145.6 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力146 启闭力的计算236.1 闸门闭门力的计算236.2 闸门启门力的计算247 闸门支铰的计算247.1 荷载计算247.2 铰轴计算257.3 铰链与支臂的连接计算267.4 铰座计算27溢洪道弧形闸门计算稿1 计算目的与
2、要求 本项目属于技施阶段，通过对该结构的稳定、强度及应力计算，为绘制施工图提供依据。2 设计计算内容（1）框架内力分析（2）框架结构计算（3）零部件的选定及启闭力计算3 设计依据1）水库特性指标正常蓄水位： 500.00m正常蓄水位以下库容： 1492万m3设计洪水位： 500.44m校核洪水位： 501.70m总库容： 1629万m3（校核洪水对应库容）死水位： 474.00m死库容： 327万m3调节库容： 1165万m32） 材料容重混 凝 土： 24kN/m3钢筋混凝土： 25kN/m3钢材容重： 78.5kN/m3 浆砌石： 23kN/m3水： 10kN/m33） 地质参数大坝坝型为
3、面板堆石坝，主堆石区以中下部强风化或弱风化岩体作为基础持力层，次堆石区以强风化岩体为基础持力层。趾板应放在弱风化岩体中下部。根据各阶段坝区岩石取样试验，并结合重庆地区工程经验，提出建基面岩石力学性质建值议如下：强风化砂岩承载力为0.4MPa，C=0.1MPa，f=0.35；强风化泥岩承载力为0.3MPa，C=0.05MPa，f=0.3；弱风化砂岩承载力为1.5MPa，C=0.45MPa，f=0.75，E0=3.0GPa；弱风化泥岩承载力为0.6MPa，C=0. 2MPa，f=0.5，E0=0.5GPa。边坡开挖采用坡率法：第四系覆盖层及全风化带岩石为1：1.5；强风化带岩石为1：1.0；弱风化
4、带岩石为1：0.5。对顺层面滑移变形体建议清除或锚固处理。4) 设计安全系数 抗剪断公式：基本荷载组合 K3.00特殊荷载组合 K2.505）规范、规程 混凝土面板堆石坝设计规范（SL228-98）碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）混凝土面板堆石坝施工规范（SL49-94）溢洪道设计规范（SL253-2000）水工混凝土结构设计规范（SL/T191-96）水力计算手册水力学 水工混凝土施工规范（DL/T5144-2003）水利水电工程钢闸门设计规范（DL/T5013-95）4 工程布置4.1 基本参数孔口形式：露顶式； 孔口宽度：9.0m；底槛高程：494.00m；正常高水位（设计洪
5、水位）：500.440m； 设计水头：6.44m；闸门高度：6.5m；孔口数量：1孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：6.5m；启闭机：前拉式固定卷扬机。4.2 基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置图见图4-1。弧门半径R=9.0m，支铰高度H2=4.2m。垂直向设置三道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为2.25m，边梁距闸门面板边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了5根水平次梁，其中上主梁以上布置1根，两主梁之间布置4根。支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”行橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接
6、。采用2160kN固定式卷扬机操作。本闸门结构设计按SL74-95水利水电工程钢闸门设计规范进行。门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：= 150MPa， = 90MPa；第2组：= 140MPa，= 85MPa；ZG310-570：= 140MPa，= 105MPa。4.3 荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平水压力和垂直水压力组成，如图4-2所示。水平水压力：(kN)垂直水压力：图4-1 主横梁式弧形闸门结构简图（单位：mm）图4-2 静水压力式中：=(6.44-4.2)/9=0.249,所以=14.412=4
7、.2/9=0.467,所以=27.818=42.23=0.737=sin55.636=0.825=-sin13.406=-0.232=sin42.23=0.672=-sin6.703=-0.117故 =457.82(kN)总水压力： =1921.6(kN)总水压力作用方向：=457.8/1866.3=0.2453所以 =13.7834.4 面板弧长闸门门叶垂直高度为6.5m，支铰中心水平线以上弧形面板包角为=14.807总水压力作用线上、下的弧长L上、L下分别为L上=0.01745 = 0.017459.0（14.807+13.783）= 4.490（m）L下=0.01745 = 0.0174
8、59.0（27.818-13.783）= 2.204（m）面板总弧长L总为L总= L上+ L下 = 4.49+2.204 = 6.694（m）4.5 主框架位置根据等荷载原则，闸门上、下主梁与支臂组成的主框架平面布置应与总水压力作用线对称，使两框架受力均匀。两主梁之间的弧长为3.925m，上、下主框架之间的夹角为，即=1803.925/28.274=24.987所以 =12.494上、下框架与水平线的夹角（负号表示位于水平线的上方）为=13.783-12.494=1.289=13.783+12.494=26.2775 结构计算5.1 面板面板厚度按下列公式初选，并按表5-1计算。式中：为弹塑性
9、薄板支承长边中点弯曲应力系数；为弹塑性调整系数（b/a3时，=1.4；b/a3时，=1.5）；为面板计算区格中心的压力强度，N/mm2；a、b为面板计算区格的短边和长边长度，mm，从面板与主（次）梁的连接焊缝算起；为钢材的抗弯容许应力。表5-1 面板厚度计算表区格abb/akyq(mm)(mm)(N/mm2)(N/mm3)(mm)1120022501.88 0.4930.0063 1.51504.4 2118022501.91 0.4930.0188 1.51507.6 368522503.28 0.50.0289 1.41505.7 471522503.15 0.50.0368 1.4150
10、6.7 571522503.15 0.50.0446 1.41507.4 671522503.15 0.50.0525 1.41508.0 771522503.15 0.50.0603 1.41508.6 8129225017.44 0.50.0656 1.41501.6 注 主梁前翼缘宽度取100mm，次梁前翼缘宽度取70mm。根据表5-1的计算结果，面板厚度选定为=10mm。5.2 水平次梁5.2.1荷载及内力水平次梁荷载按“近似取相邻间距和之半法”计算单位宽度荷载，见表5-2。表5-2 水平次梁荷载计算表顶次梁次梁底次梁12345承载宽度（弧长）（m）0.450 1.575 1.325
11、0.810 0.810 0.810 0.130 中心水压（KN/m2）2.3 12.4 26.9 37.6 45.7 53.8 58.5 水压力（KN/m）1.0 19.5 35.6 30.4 37.0 43.5 7.6 全部次梁及顶、底次梁采用同一截面，按其中最大荷载的一根次梁（次梁5）进行计算。水平次梁按受均布荷载的六跨连续梁计算，其计算简图见图5-1。图5-1 水平次梁计算简图（单位：m）水平次梁参数为： =43.5kN/m， =2.25m。最大支座弯矩： =0.10643.52.252 =23.3（kNm）最大跨中弯矩： =0.07843.52.252 =17.2（kNm）最大剪力：
12、=0.60643.52.25=59.3（kN）5.2.2次梁支座处截面特性次梁选用18a，参数如下：=25.69cm2；=0.7cm；=1272.7cm3，=6.8cm，=1.05cm。面板参与次梁作用的有效宽度：（cm）根据/查得=0.34，则（cm）次梁截面如图5-2所示，其截面特性为图5-2 次梁截面尺寸（单位：cm）（cm2）（cm3）（cm）（cm4）（cm3）（cm3）=152（cm3）5.2.3应力计算弯曲应力：(MPa)(MPa) 剪应力：(MPa) 最大跨中挠度：(mm) (mm)5.3 中部垂直次梁（隔板）中部隔板按两端悬臂简支梁计算，其计算简图见图5-3。图5-3 竖直次梁计算简图（单位：m）5.3.1荷载及内力荷载：（kN /m）（kN /m）（kN /m）（m），（m），（m），（m)支座反力：（kN）（kN）剪力：（kN）（kN）（kN）（kN）弯矩：（kNm）（kNm）跨中最大弯矩位置： 解得 （m）（kN/m）（kNm）5.3.2截面特性（跨中截面）面板参与隔板作用的有效宽度，m。查表得：，则 （m）又 （cm）根据以上计算结果选取面板有效宽度为60cm，隔板截面尺寸见图5-4，截面特性如下：图5-4 隔板截面尺寸（单位：cm）（cm2）（cm3）（cm） （cm4）（cm3）（cm3）（cm3）5.3.3应力验算：弯曲应力：(MPa)(MPa)
