钢闸门计算书

一、设计基本资料
1、闸门型式：露顶式平面钢闸门；
2、孔口净宽：5米；
3、设计水头：2.5米；
4、结构材料：平炉热轧碳素钢A3；
5、止水橡皮：侧止水采用P型橡皮，底止水用条形橡皮；
6、参考资料：《水工钢结构》P202页；
二、闸门的结构的型式及布置
1、闸门尺寸的确定
闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.5米，故闸门高
度=2.5+0.5=3米。

闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=5米
闸门计算跨度：L=L0+2d=5+2*0.2=5.4米
2、主梁型式
主梁的型式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属中等跨
度，为了便于制造，决定采用型钢。

3、主梁的布置
根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。

为使两个主梁在设计
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Y=H/3=2.5/3=0.83米，上悬臂C≤0.45H，今
取：主梁兼底梁，为了便于布置底止水，底梁不到底，所以
取a=0.25米。

主梁间距：2b=2(Y- a)=2×（0.83-0.25）=1.16米；
则C=H-2b- a=2.5-1.16-0.25=1.09米≤0.45H=1.125米
满足要求。

4、梁格的布置和型式
梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁为连续梁，其间距
上疏下密。

三、面板设计
根据《钢闸门设计规范SDJ13-78（试行）》关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁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
面板厚度按式（6-3）计算：
t=a(kp/0.9a[σ])0.5
已知：b=1240mm，a1=760 mm，a2=380 mm
当b/a1=1240/760=1.63≤3时，α=1.65，则t=4.91 mm
当b/a3=1240/380=3.26≥3时，α=1.55，则t=7.88 mm
根据上面计算，选用面板厚度t=8mm。

2、对底梁下至底止水的面板悬出段，应按悬臂板进行验算：
在面板悬出段上取单位宽度的面板按悬臂梁验算，
q=（p1+p2）/2=（0.0098*2.5+0.0098*2.4）/2=0.024N/mm
W=bh2/6=1*64/6=10.67
M=qL2/2=0.024*1002/2=120N·mm
σmax=M/W=120/10.67=11.25 N/mm2＜[σ]=160 N/mm2
Q=qL=0.024*100=2.4N
τ=Q/A=2.4/1*8=0.3 N/mm2＜[τ]=95 N/mm2
3、主梁设计
因为水头不大，所以主梁采用型钢，即槽钢28b。

确定主梁有关的设计资料：
主梁跨度：净跨L0=5米
计算跨度：L=5.2米
荷载跨度；L1=5米
内力计算与截面选择：
q=9.8*2.5*0.5*2.5/2=15.31kN/m
⑴计算弯距与剪力:
V max=qL1/2=15.31*5.2/2=39.81 kN
M max=qL12/8=15.31*5.2*5.2/8=51.75 kN·m
⑵需要截面模量：由表1—5查得3号钢的容许弯应力[σ]=160N/mm2,考虑钢闸门自重引起的应力影响，取容许[σ]=0.9*160=144N/mm2，则需要截面抵抗矩为：
W=M max/[σ]=(51.75*100)/(144*0.1)=359.375cm3
因主梁采用槽钢，考虑利用面板作为主梁的一部分参加抵抗弯矩，所以可选槽钢40a，W=878.9 cm3
因考虑面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为：
B=b1+60δ=10+60*0.8=58cm
取B=50 cm
上翼缘截面积：A1=10*1.8+50*0.8=58cm2
⑶弯应力强度验算：主梁跨中截面的几何特性如下：
截面形心距：Y1=1559.78/114.22=13.66 cm
截面惯性距：I=1.05*36.43/12+20449.98=24669.98cm4
截面抵抗距：上翼缘顶边：
W max=I/Y1=24669.98/13.66=1806.00 cm3
下翼缘底边：W min=I/Y2=24669.98/27.14=908.98 cm3
弯应力：
σ=M max/W min=51.75*100/908.98=5.69kN/cm2<0.9*16=14.4kN/cm2弯应力符合安全应力值。

截面下半部对中性轴的面积矩：
S=10*1.8*26.24+25.34*1.05*12.67=809.43 cm3
⑷剪应力强度计算
τ=V max S/I0t w=39.81*809.43/24669.98*1.05= 1.24kN/cm2<[τ]
剪应力符合安全应力值。

⑸挠度验算
由均布荷截引起的挠度：
f max=qcL3*{8-4(c/L)2+(c/L)3}/384EI
=15.31*5*5.23*{8-4(5/5.2)2+(5/5.2)3}/384EI
=10763.54*{8-3.698+0.889}/384EI
=10763.54*5.191/384EI
=0.00286m=2.86mm<[f]=4.43mm
刚度满足要求。