水工钢结构钢闸门课程设计

水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书

一、设计资料及有关规定：

闸门形式：潜孔式平面钢闸门 孔口净宽：10m 孔口净高：13m 上游水位：73m 下游水位：0.1m 闸底高程：0m

启闭方式：电动固定式启闭机 启闭机械：液压式启闭机 材料： 钢材：Q235-A.F ；

焊条：E43型；

行走支承：采用滚轮支承；

止水橡皮：侧止水和顶止水用P 型橡皮，底止水用条型橡皮。

制造条件： 金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足III 级焊缝质量检验标准 规范：《水利水电工程刚闸门设计规范 SL 1974-2005》 混凝土强度等级：C30

二、闸门结构的形式及布置

（一）闸门尺寸的确定（图1示）

1 闸门孔口尺寸：

孔口净跨：10m 孔口净高：13m 闸门高度: 13.2m 闸门宽度: 10.4m 荷载跨度: 13.2m

10.0 10.4

10

13.2

73

计算跨度: 10.4m

2 计算水头:73m

（二）主梁的布置

1.主梁的数目及形式

主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。因为闸门跨度L=10m,闸门高度h=13m,L

2.主梁的布置

本闸门为高水头的深孔闸门，孔口尺寸较小，门顶与门底的水压强度差值相对较小。所以，主梁的位置按等间距来布置。设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。

3.梁格的布置及形式

梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承。水平梁为连续梁，间距应上疏下密，使面板个区格需要的厚度大致相等，布置图2示

三、面板设计

根据《钢闸门设计规范SDJ—78（试行）》关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择以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

假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算

kp

t=a

a

[

]

9.0

当b/a ≤3时，a=1.65,则t=a

145

65.19.0⨯⨯kp

=0.065kp a

当b/a >3时，a=1.55,则t=a 160

55.19.0⨯⨯kp

=0.067kp a

根据上表计算，选用面板厚度t=44mm 。 2.面板与梁格的连接计算

已知面板厚度t=44mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则

p=0.07х44х160=492.8N/mm ,

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：

T ＝02I VS =

,/20621066.224663982103.714.4344858946

mm N =⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 面板与主梁连接的焊缝厚度：

mm T P h w t f 8.261137.0/6.2120][7.0/22=⨯=⨯+=τ， 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 27=。

四、水平次梁，顶梁和底梁地设计

1.荷载与内力地验算

水平次梁和顶，底梁都时支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可

按下式计算，即

q=p

2下

上a

a+

现列表2计算如下：

∑=8798KN

根据上表计算，水平次梁计算荷载取793.1kN/m，水平次梁为5跨连续梁，跨度为2.08m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M

次中

＝0.077ql2=0.077х793.1х2.082=246.2kN∙m

支座B 处的负弯距：

M 次B ＝0.107ql 2=0.107х793.1х2.082=366.31kN ∙m

2.截面选择

W=66

1053.2145

101.366][⨯=⨯=σM mm 3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［56C 由附录三表四查得： A=157.78cm 2 ; W x =2.551610⨯mm 3 ; I x =71430cm 4 ; b1=170mm ; d=16.5mm 。 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式6—11及式6—12计算，然后取其中较小值。

式：6—11 B ≤b1+60t=170+60Х44=2810mm ; 式：6—12 B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b （对支座负弯距段） 。 梁间距b=

mm b b 11102

1120

1100221=+=+ 。 对于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х2080=1644mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х2080＝832mm 。 根据l 0/b 查表6—1：

对于l 0/b ＝1664/1110＝1.499 得ζ1＝0.58 ，得B=ζ1b ＝0.58Х1110＝634mm , 对于l 0/b ＝832/1110＝0.430 得ζ2＝0.750 ，得B=ζ2b ＝0.16Х1110＝255.3mm , 对第一跨中选用B ＝634mm 取640mm,则水平次梁组合截面面积（例图4）:

A=157.78+64Х4.4=439.38cm 2 ;

组合截面形心到槽钢中心线得距离：

e=43938

32444640⨯⨯=207mm ;

跨中组合截面的惯性距及截面模量为：

I 次中＝71430+157.78Х20.72+64Х4.4Х9.52＝164451.4cm 4

W min =3cm 82.33767

.484.164451=

对支座段选用B ＝260mm ，则组合截面面积：A=1578.8+26Х4.4=271.58cm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：

e=26998

32444260⨯⨯=133.85mm

支座初组合截面的惯性距及截面模量为：

I 次B ＝71430+157.78Х13.462+26Х4.4Х16.82＝131682.25cm 4

W min =3cm 73.3180414

5.131682=

3.水平次梁的强度验算

由于支座B 处（例图3）处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即

σ次＝

,/145][/16.1153180730

1031.366226

mm N mm N =<=⨯σ 说明水平次梁选用[56c 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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B 支座处截面的弯距已经求得M 次B=22.0248kN ∙m,则边跨挠度可近似地按下式计算：

44

640

560 207