露顶式平面钢闸门设计答案

露顶式平面钢闸门设计说明书

一、设计资料

⑴闸门型式：露顶式平面钢闸门 ⑵孔口净宽：8.0 m ⑶设计水头：7.0m

⑷结构材料：Q

235F A -

⑸焊条：焊条采用E 43型手工焊

⑻止水橡皮：侧止水用P 型橡皮，底止水用条形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为2-MCS

⑼混泥土强度等级：C20

⑾规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》 （SL 74-1995）

二、闸门结构的型式及布置 1. 闸门尺寸的确定:

⑴ 闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2 m ，故闸门高度5.2+0.2=5.4 m ⑵ 闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距L D =8.0 m ⑶ 闸门计算跨度L=L 0+2d=8+2×0.3=8.6 m

2. 主梁的型式

主梁的型式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度(L=5~10)，为了便于制造和维护，采用实腹式组合梁，焊接组合截面。 3. 主梁的布置

根据闸门的高垮比L H =8.6

5.2 =1.65>1.55，决定采用双主梁，为使两根主梁在设计水位时所受

水压力相等，两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y=H 3 =5

3 =1.67 m ，并要求下悬

臂a ≥0.12H 和a ≥0.4 m ，上悬臂c ≤0.45H 和c ＜3.6 m 。且使底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求（即α>30°），先取a=0.12H=0.6 m ，则主梁间距：2b=2(y-a)=2×(1.67-0.6)=2.14 m 4. 梁格的布置和形式

格采用复式布置和高等连接，三根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，其间距上疏下密，面板各区格所需要的厚度大致相等。梁格的布置及具体尺寸如下图所示： 5. 联结系的布置和形式

（1）横向

联结系：根据主梁的跨度，采用布置3道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联

结间距为L=8.6

4

=2.15 m

（2）纵向联结系:采用斜杆式桁架，布置在两根主梁下翼缘的竖平面内，并设有4根等

肢角钢的斜杆。

6. 边梁与行走支承

采用单腹式边梁，行走支承采用双股式滚动行走支承。 三、面板设计

1. 估算面板厚度

假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式t=[]

σ92.0kp

a

，且t max -t min ≤2 mm

当b ／a ≤3时，α=1.5，则t==⨯⨯160

5.19.0kp

a

0.068a kp

当b/a ＞3时，α=1.4，则t==⨯⨯160

4.19.0kp

a 0.07a kp

现列表计算如下：

根据计算结果，选用面板厚度t=8 mm 四、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、底梁都是支承横隔板的连续梁，作用在上面的水压力按q=p 2

下

上a a +计算 计算列表如下 ：

据表中结果，水平次梁计算荷载取最大值25.10KN/m ，水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.15m 。 水平次梁计算结构简图及弯矩图如下：

水平次梁边跨中的正弯矩为：M 次中=0.077qL=0.077×25.10×2.152

=8.93 KN/m

支座B 处的负弯矩为：M 次B =0.107ql=0.107×25.10×2.152

=12.42 KN/m

2、截面选择 []σ M =160

1042.126⨯=776253

mm

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢14a 由附表查得：A=1851 2

mm ；

X W =80500 2mm ；X I =5637000 4mm ；1b =58 mm; d=6 mm

面板参加次梁翼缘工作的有效宽度按下式计算，然后取最小值。

B ≤1b +60t=58+60×8=538 mm B=ξ1b( 对跨间正弯矩段）；

B=ξ2b(对支座负弯矩段）；

按5号梁进行计算，设该梁平均间距b=(b1+b2)2 =660+6302 =645 mm ，对于第一跨中正弯矩

段，零点之间的距离:mm l l 172021508.08.00=⨯==，对于支座负弯矩段取：

mm l l 86021504.04.00=⨯==，根据L 0/b 查表2—1;

由

667.264517200==b l 得ξ1=0.80，则B=ξ1b=0.80×645=516 mm 由333.1645

8600==b l 得ξ2=0.380，则B=ξ2b=0.380×645=245 mm 对于第一跨中，选用B=516 mm ，则水平次梁的组合截面积：A=1851+516×8=5978mm

2

组合截面形心到槽钢中心线的距离：

e=

516×8×74

5978

=51 mm

跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：

Ι次中=5637000+1851×512+516×8×232=12635136mm 4

，W min =12635136121

=104423 mm

2

组合截面形心到槽钢中心线的距离： e=516×8×745978

=51 mm

对于支座段，选用B=245 mm ，则水平次梁的组合截面积：A=1851+245×8=3811 mm 2

组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=245×8×74

3811

=38 mm

支座处截面的惯性矩及截面模量为：Ι次B =5637000+1851×382

+245×8×362

=10850004 mm

4

W min =10850004108

=100463 mm 2

2. 水平次梁的强度验算

支座B 处弯矩最大，截面模量也较大，跨中弯矩小，故两处截面的抗弯强度都需要验算。

次中σ=min W M 次中

=1044231093.86⨯=85.52 N/ mm 2 ＜[]σ=160 N/mm

2

B 次σ=min B

W M 次=100463

108.7116⨯=123.63 N/ mm 2 ＜[]σ=160 N/mm 2

综上可知水平次梁选用[14a 满足弯应力强度要求。 3. 水平次梁的扰度验算

水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁，其最大扰度发生在边跨，已求得M 次B =12.42 KN/m ，Ι次B =10850004 mm 4

， 四跨连续梁0063.0'

'=k ，⎥⎦⎤⎢

⎣⎡L w =250

1

=0.004 L w =B 3

0''次I E ql k =0.0063×004.10851006.21015.210.25553⨯⨯⨯⨯=0.0007＜⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡L w =0.004，满足挠度要求。 4. 顶梁和底梁

底梁计算简图和弯矩图

支座M =0.107q 2l =0.107×15.29×2.152 =7.56 KN ·m

需W =

[]

σ支座

M =

336

25.4747250160

106.57cm mm ==⨯ 选用[12σW =62.1373

cm ＞需W =3

25.47cm 底梁弯应力强度验算：