水工钢闸门结构设计

《水工钢闸门结构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水工钢闸门结构设计（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、6 金属结构设计6.3 金属结构设计计算6.3.1 设计资料(1)闸门型式：露顶式平面钢闸门(2)孔口尺寸(宽x高)：6mx3m( 3 )设计水头 :3.16m(4)结构材料： Q235 钢( 5 )焊条： E43(6) 止水橡皮：侧止水型号采用P45-A，底止水型号采用1110-16(7) 行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为 MCS-2( 8)混凝土强度等级： C25( 9)规范：利水电工程钢闸门设计规范( SL74-95) 6.3.2 闸门结构的形式及布置6.3.2.1 闸门尺寸的确定1. 闸门高度:考虑风浪产生的水位超高，将闸门的高度确定为 3m2. 闸门的荷载跨度为两侧止水的间距： L

2、0=6.0m3. 闸门计算跨度： L=L0+2d=6.0+2x0.15=6.3m6.3.2.2 静水总压力 闸门在关闭位置的静水总压力如图 6.1 所示，其计算公式为9.8 x 32_ 44.1kN / m图 6.1 闸门静水总压力计算简图6.3.2.3 主梁的形式 主梁的形式应根据水头的大小和跨度大小而定，本设计中主梁采用实腹式组 合梁。6.3.2.4 主梁的布置 根据主梁的高跨比，决定采用双主梁。两根主梁应布置在静水压力合力线上下等距离的位置上，并要求两主梁的距离值要尽量大些，且上主梁到闸门顶缘的 距离c小于0.45H,且不宜大于3.6m,底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的 要求。故主梁

3、的布置如图 6.2 所示图 6.2 主梁及梁格布置图6.3.2.5 梁格的布置和形式梁格采用复式布置并等高连接,并使用实腹式竖向隔板兼作竖直次梁,使水 平次梁穿过隔板上的预留孔而成为连续梁,其间距上疏下密,面板各区格需要的 厚度大致相等,具体布置尺寸如图 6.2 所示。6.3.3 面板设计根据利水电工程钢闸门设计规范（SL74-95）,关于面板的计算，先估算 面板厚度，在主梁截面选择之后再计算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应 力。初选面板厚度。面板厚度计算公式为：当 b/a3 时，a=1.4；当 b/a3 时，a=1.5。列表进行计算，见表 6.1：表 6.1 面板厚度计算表区格a(mm)

4、b(mm)b/akq(N/mm2)6(mm)I65021003.231y0.7500.00322.13II65021003.2310.5000.00963.01III46621004.5060.5000.01502.70w46621004.5060.5000.02003.11V46621004.5060.5000.02423.4230021007.0000.7500.02792.90由上表的计算结果，再加上 2mm 的腐蚀余度，选用面板厚度为 6mm。6.3.4 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、底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用其上的水平压力可按下式计算：列表计算

5、，具体计算过程见表 6.2：表 6.2 水平梁水平压力计算表梁号梁轮线处静水压强 q （kN/nf）梁间韭（jii）p (kN/m)1 （顶梁）6. 370. 9756.21 12 ( h匸梁)12.740. 650. 5607. 134317.310.47(1. 470S. 13642L890.470.470W.网5 ( K上梁)26, 460.47俪10. 187n （底梁）29+40. 3C. 1 504.410经计算，水平次梁计算荷载取10.3kN/m，水平次梁为三跨连续梁，跨度为 2.1m。计算简图如图6.3所示：图 6.3 水平次梁计算简图q=10.3kN/m故水平次梁弯曲时跨中弯

6、矩为：M = 0.08ql 2 = 0.08 x 10.3 x 2.12 = 3.63kN m 1支座 B 处的弯矩为：M = O.lql 2 = O.lxlO.3 x 2上=4.54kN - mB2）截面选择4.54 x106160二 28375mm3考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选14a，查表得：A=1851mm2；Wx=80500mm3；Ix=5640000mm4；b=58mm；d=6mm。 面板参加次梁工作的有效宽度：B = 605 + b = 60 x 6 + 58 = 418mmlB = g b （正弯矩段）1B = g b （负弯矩段）2按4号梁进行计算，梁间距为b=470

7、mm，对于连续梁的正弯矩段/ 二 0.81二 0.8x 2100 二 1680mm，/ /b 二 1680/470 二 3.57，查表得乙=0.87,故 B = g b0 0 1 1 =409mm。对于其负弯矩段 1 二 0.4/ = 0.4 x 2100 二 840mm，1 / b 二 840 / 470 二 1.79，查表00得 &=0.64，故 B = g b =301mm。22 面板参加水平次梁工作后的组合截面如图6.4所示图 6.4 组合截面图对于第一跨中，选用B=409mm，则水平次梁的组合截面积为A=1851+409x6=4305mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离为：409 x

8、 6 x 73“e 二二 42mm4305跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：I = 5640000 +1851 x 422 + 409 x 6 x 31 = 11263458mm 41Wmin11263458H2二 100567mm3对支座段选用B=301mm，则组合截面面积为：A=1851+301x6=3657mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离为：301x6x73e 二二 36mm3657支座组合截面的惯性矩及截面模量为：I = 5640000 + 1851x 362 + 301x 6 x 372 = 10511310mm41Wmin1051131016二 99163mm33）水平次梁的强

9、度验算由于支座 B 处弯矩最大，且截面模量最小，故只需验算支座 B 处截面的抗弯强度，即 G =仏=4.54x106 =45.78N/mm2vb=160N/mm2b W 99163min故水平次梁选用14a满足要求。轧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，则边跨挠度可近似地计算为：f 二0.677 理 二0.677x 10.3x2.13 x19 二0.0003f = 0.004l100EIl100 x 2.06 x105 x10511310L 门1故水平次梁选用14a满足强度和刚度要求。

10、（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，故米用16a。底梁米用14a。6.3.5 主梁设计 （1）设计资料主梁荷载： q=P/2=22.05kN/m 主梁跨度：计算跨度 L=6.3m ，荷载跨度 Lq=6m 隔板间距： 2.1m主梁允许挠度：f=l/600（2）内力计算 主梁计算简图如图 6.5 所示： 图 6.5 主梁计算简图q=22.05kN/mq xL L L 22.05 x 66.36M =q （ 一 q） =x （ 一 ） = 109.15kN - mmax224224qL 22.05x6V = q = 66.15kNmax 2 2（3

11、）需要的截面模量已知Q235钢的允许应力o=160N/mm2，考虑钢闸门自重引起的附加应力 作用，取允许应力为o=0.9xl60=144N/mm2，则需要的截面模量为：M109.15x1000W = m=144= 758cm3考虑利用面板作为主梁截面的一部分，初选I40a，查表得：A=86.1cm2；Wx=1090cm3；Ix=21700cm4；b=142mm；d=10.5mm；t=16.5mm。 面板参加主梁工作有效宽度：B = 605 + b = 60 x 6 +142 = 502mml取 b=0.5m, l0=6.3m, l0/b=12.6，查表得 =0.99,故B = g b =0.9

12、9x0.5=495mm1故选用B=495mm，则主梁组合截面面积为：A=86.1+49.5x0.6=115.8cm2 组合截面形心到工字钢中心线的距离为：49.5x 0.6x 20.3e = 5.2cm115.8组合截面的惯性矩及截面矩为：I = 21700 + 86.1 x 5.22 + 49.5 x 0.6 x 15.1 = 30800cm 41Wmin3080025.2=1222.2cm34）弯应力验算_ MCT =maxWminS = 14.2 X 1.65 X 24.4 + 0.5x1.05 x 23血=864.1cm3109.15 X106 =89.3N / mm2 V144 N

13、/ mm21222.2 x 103_V S_ 66.15 x103 x 864.1x103Tmax max1830800 x104 x10.5117.67 MPaV t 120 MPa校核主应力:、逗 2 + 3xt 2 、.；89.32 + 3x17.672 94.4MPavb予 maxmax故满足要求。5）挠度验算f 5 ql 3T 384 EI15 x 22.05 x 63 x109384 x 2.06 x105 x 30800 x1040.001- 0.0017（6）面板参加主梁工作的折算应力验算由上述的面板计算可知，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格V所需要的板厚较大, 这意味着该区

14、格的长边中点应力也较大，所以选取区格V验算其长边中点的折算应力。面板 区格V在长边中点的局部弯曲应力为：T =k qa2 / 8 2 = my y0.5x 0.0242 x 466262=73 N / mm2T =凹 =0.3 x 73=21.9 N /mm2 mx my对于面板区格V在长边中点的主梁弯矩为:M=109.15kNmM 109.15x106T=0x二一 89.3N / mm2W 1222.8 x103故折算应力为:T=)2+ (c p )2- (c ) 9 p )=121.6N/mm2 1.1a c 246.4N/mm2zhmymx 0xmymx 0x故面板厚度选用6mm,满足强度要求。6.3.6 竖直次梁（隔板） 竖直次梁按支承在主梁上的双悬臂梁计算，