水工钢结构课程设计

露顶式平面钢闸门设计

1、设计资料

1.1闸门形式：露顶式平面钢闸门。 1.2设计水头：6.00m 。 1.3孔口净宽：9.00m 。

1.4结构材料：碳素钢Q235B-F 。 1.5焊条：E43型手工焊。

1.6止水橡皮：侧止水用P 型橡皮，底止水用条形橡皮。 1.7行走支承：采用胶木滑道，压合木为MCS-2。 1.8启闭方式：电动固定式启闭机。

1.9制造条件：金属结构制造，手工电弧焊，焊缝满足III 级质量检验标准。 1.10执行规：《水利水电工程钢闸门设计规》(SL74-95)

2、闸门结构的形式及布置

2.1 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0.2m,故闸门高度=6.0+0.2=6.2（m ）； (2)闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=9(m); (3)闸门的计算跨度：L=L0+2×0.2=9.0+0.4=9.4(m);

2.2主梁的形式

主梁的形式根据水头合跨度大小而定，本闸门属中等跨度为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

2.3 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承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y =H/3=2.0(m)（图1）,并要求下悬臂a ≥0.12H 和a ≥0.4m,上悬臂、c ≤0.45H,今取，a=0.7m ≈0.12H=0.67（m ） 则主梁间距：)(6.2)(22m a y b =-=

则H m a b H c 45.0)(7.27.06.262==--=--=（满足要求）

2.4 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，梁布置的具

体尺寸详见图2。

2.5 连接系的布置和形式

横向联接系 根据主梁的跨度决定布置三道隔板，其间距为2.6m,横隔板兼作竖直次梁。 纵向联接系 设在两个主梁下翼缘的竖平面，采用斜杆式桁架。

2.6 边梁与行走支承

边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。

3、面板设计

3.1 估算面板厚度

假定梁格布置如图2所示。面板厚度按[]

σα92.0kp

a

t =

当b/a ≤3时，a=1.5，则t=a

160

5.19.0⨯⨯kp

=0.068a kp

当b/a>3时，a=1.4则t=a 160

4.19.0⨯⨯kp

=0.07a kp

3.2 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 ，已知面板厚度t=8mm,并且近

似地取板中最大弯应力[]2

max /160mm N ==σσ, 则

)/(6.8916087.007.02

max mm N t P =⨯⨯==σ

面板与主梁连接焊缝方向单位长度的剪力: T=

20/2071617000000

2306

86204410002mm N I VS =⨯⨯⨯⨯= 计算面板与主梁连接的焊缝厚度：

[])

(8.2)1157.0/(2076.89)7.0/(2222mm T P h t f =⨯+=+=ω

τ

面板与梁格连接焊缝最小厚度mm h f 6=。

4、水平次梁、顶梁和底梁的设计

4.1 荷载与力计算

水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按 q=P

2

下

上a a + 现列表计算如下：

∑q =80.3

梁号

梁轴线水压强度

（2

mm kN ）

梁间距 (mm) 2下上

a a +(m

)

q=p

2

下上a a +

(m) 备注：

1.顶梁荷载按图计算

1R =

68.372

.1351

.124.1557.1=⨯⨯)/(m KN

1（顶梁） 1.72

2

15.4

1.425

21.95 1.13

3（上主梁） 26.5 1.040

27.56 0.95

4 35.8 0.895

32.04 0.84

5

44.0

0.825

36.30 0.81

6（下主梁） 51.9

0.705

36.59

0.60

水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6m(图3)。所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为:)/(9.186.23.36077.0077.02

2

m KN ql M =⨯⨯==

支座B 处的负弯矩为：

)·(26.266.23.36107.02m KN M B =⨯⨯=

4.2 截面选择

[])(16412516

1026.2636

mm M

W =⨯==σ 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢18a ，由表查得：

A=25692mm ； X W =1414003mm ; Ix =127270004

mm ；1b =68mm; d=7mm 。 面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取较小值。 )(54886068601mm t b B =⨯+=+≤ B=ξ1b( 对跨间正弯矩段）； B=ξ2b(对支座负弯矩段）；

按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=825mm 。确定上式中面板的有效宽度系数ξ

时，需要知道梁弯矩零点之间的距离L 0与梁间距b 之比值。对于第一跨中正弯矩段取L0=0.8L=2080mm;对于支座负弯矩段取L0=0.4L=1040mm.根据L0/b 查表2-1得： L/b=2.521，得ξ1=0.78，则B=ξ1b=)(644mm ； 对于261.1/0=b l ，得ξ2=0.364，则 B=ξ2b=300（mm ）。

对于第一跨中弯矩选用B=543mm ，则水平次梁组合截面面积（图4）： )(69532

mm A =

组合截面形心到槽钢中心线的距离： )(59mm e =