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1、钢结构课程设计溢洪道露顶式平面钢闸门1基本资料闸门形式：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。2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：考虑风浪所产生的水位超高为m,故闸门高度H/3=1.80.2a=0.6C=2.5b=1.2b=1.2H=5.55.7 2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：;图1 闸门主要尺寸图 3）闸门计算跨度：（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
2、度，为了方便制造和维护，决定采用实复式组合梁。（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于水压力合理的作用线(图1)并要求下悬臂和,上悬臂,今取主梁间距 则 （满足要求）940023502223502350235020506502400600162010308507907605005700100I 横向隔板IIIIIIIVVVI边梁胶木滑块水平次梁主梁水平次梁主梁顶梁底梁 I（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
3、厚度大致相等，梁格布置具体尺寸如图2所示。100 1550 910 760 720 640 430 100 70 140 70 70 1402700 2400 600横隔板水平次梁主梁I-I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2.6m,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）边梁与行走支撑。边梁采用单复式，行走支撑采用胶木滑道。3面板设计 根据钢闸门设计规范（SL74-95）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在验算面板的局部弯曲与主梁整体弯
4、曲的折算应力。 （1）估算面板厚度。假定梁格布置尺寸如图2所示。面部厚度按式计算当时，则当时，则现列表进行计算。面板厚度的估算区格155023401.510.5700.0070.0636.6691023402.570.5000.0200.0996.1376023403.080.5000.0280.1186.28IV72023403.250.5000.0350.1326.68V64023403.660.5000.0420.1446.47VI43023405.440.7500.0470.1885.65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
5、格I、VI中系数由三边固定一边简支板查的。根据表计算，选用面板厚度=8mm。（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强度方向的横向拉力P按式计算，已知面板厚度8mm，并且近似的取板中最大弯应力，则面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为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4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、底梁都是支撑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计算后得水平次梁、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备注1（顶梁）顶梁荷载按下图计算0.15m 1.47mR1 1.72m R214.4
6、kN/m21.62m1.62214.41.32519.091.033（上主梁）24.50.94023.030.85432.80.82026.920.79540.60.77531.440.766（下主梁）48.00.63030.250.507（底梁）52.90.33317.61根据表计算，水平次梁计算荷载取32.0，水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6.水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为支座B处的弯矩为A B C D EA B C D Eq=32.0kN/m图3 水平次梁计算简图和弯矩图（2）截面选择考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18a由附录6附表查的：；。面板参加次梁工作有效宽度分别按式，或计
7、算，其中；然后取其中较小值。（对跨间正弯矩段）（对支座负弯矩段）按5号梁计算，设梁间距。确定有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离与梁间距的比值。对于第一跨中正弯矩段取。对于支座负弯矩取。根据查表，得31 149598548图4面板参加水平次梁工作后的组合截面对于，得0.78，则对于，得0.353，则对第一跨中选用，则水平次梁组合截面面积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选用，则组合截面面积为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处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度
8、，即说明水平次梁选用满足要求。轧成梁的剪应力一般很小，可不比验算。侧止水 主梁 I 面板横向薄板边梁胶木滑道I0.2m（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图5平面钢闸门的主梁位置和计算简图故水平次梁选用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，所以采用。5主梁设计（1）设计资料。1）主梁跨度：净跨（孔口宽度），计算跨度，荷载跨度；0.2m 2.5m 1.2m 1.2m 0.6mH=5.5m横隔板主梁水平次梁H/3=1.8m下主梁作
9、用力441kNq图6平面钢闸门I-I截面2）主梁荷载：;3）横向隔板间距: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；面部局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。1）截面选则。弯矩与剪力。弯矩与剪力的计算如下 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= ,需要的截面模量为W= 腹板高度选择。按刚度要求的最小高粱（变截面梁）为87.1经济高粱 =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：=11=0.86cm ，选用1.0
10、cm 。翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为下翼缘选用2.0cm （符合钢板规格）需要48/2=24,选用38cm（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,14cm面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为B=上翼缘截面积为B=62010xx90045549320208948图7主梁跨中截面图弯应力强度验算。主梁跨中截面的几何特性见表。截面形心矩为截面惯性矩=截面模量：上翼缘顶边 下翼缘底边 弯应力 ,安全表6.5 主梁跨中截面的几何特性部位截面尺寸截面面积A各形心离面板表面距离各形心离中和轴距离面板部分49.60.419.8-50.1124300上翼缘板28.01
11、.850.3-48.766200腹板9047.843022.3476下翼缘68.094.86446.453.3193200合计235.610818.5384176整体稳定性与挠度验算。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。又因梁高度大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。B=620Y1=300540588102）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梁高开始改变图8主梁支承端截面图的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承端的距离为 。边梁 I横隔板 II面板540900235023502600图9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强度。主梁支承端截面的几何性质见下表。 主梁支承端部截面的几何特性部分截面尺寸面板部分49.60.419.8-30.646443上翼缘板28.01.850.3-29.223874腹板5429.81609-1.277下翼缘68.063.8433832.873157合计199.66017.1143551截面形心距截面惯性矩156673截面下半部分对中和轴的面积矩剪应力 安全3）翼缘焊
