钢闸门设计

闸门高度： 1）
闸门的荷载跨
度为两侧止水
2）
的间距：
闸门的计算跨
3）
度为：
L=L0+2d
148.23
闸门挡水时， 考虑一定的安 5.90 全超高 9.00 9.40
2、主梁的形式 因本主梁属中等跨 度，采用实腹式组 合梁 3、主梁的布置
为使两个主梁
在设计水位时
所承受的水平
压力相等，两
个主梁的位置
应对称布于水
1） 截面选择 弯矩与剪力， 弯矩与剪力计
① 算如下：
M max
qL1 2
•
L 2
L1 2
Vm ax
qL1 2
Mmax(kN*m)
817.00 需要的截面模 量。已知Q235 钢的容许应力 〔σ〕 =160N/mm2， 考虑钢闸门自 重引起的附加 应力作用，取 ② 容许应力： σ=0.9〔σ〕 则需要的截面 模量为：
假定梁格布置 尺寸如图3所 示，面板厚度 按下式计算：
a
kp
mm
式中：
k---弹塑性薄板支 撑长边中点弯应力 系数，按附录表 G1~G3采用 а---弹塑性调整系 数，b/a>3时，а =1.4;b/a<=3时，а
=1.5;
当b/a>3时，а 1） =1.4;
b/a<=3时，а 2） =1.5;
A组合 4414.24
3、水平次梁的强 度验算： 第一跨跨中：
σ次（N/mm２）
支座C处：
86.89
σ次（N/mm２）
说明水平次梁选用 ［16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，则边 跨跨中挠度可近似 的按下式计算：
2515 116800 9350000
65 8.5
〔σ〕（N/mm ２） 160
mm2 mm3 mm4 mm mm
h 面板参加次梁工作 有效宽度分别按式 （6-11）式及（612）计算，然后取 其中较小值。
1） B≤b1+2C 式中： C---对三号钢 C=30t(t为面板 厚度)，对16锰 钢C=25t;
面板厚度计算 表格1
区格 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
a(mm) 1650 1010 790 710 620 430
b(mm) 2350.00 2350.00 2350.00 2350.00 2350.00 2350.00
b/a 1.424 2.327 2.975 3.310 3.790 5.465
k 0.535 0.499 0.499
翼缘截面选择
。每个翼缘需
W t h ⑤ 要截面为： A 1 h 6 0
0
A1(mm2)
W(mm3)
4954.01 下翼缘选用:
5673611.11
t1 需要
20.00
b1
247.70
h0/2.5
360.00
h0/5 上翼缘的部分 截面可利用面 板，故只需设 置较小的上翼 缘板同面板相 连，选用
180.00
2） B=ξ1b或B=ξ2b 式中： b=(b1+b2)/2--b1和b2分别为 次梁与两侧相 邻梁的间距； ξ1，ξ2----有效 宽度系数，可 按表G41查得 ξ1适用于梁的 正弯矩图为抛 物线的梁段， 如在均布荷载 作用下的简支 梁或连续梁的 跨中部分； ξ2适用于负弯 矩图可近似的 取为三角形的 梁段，如连续 梁的支座部分 或悬臂梁的悬 臂部分。 按5号梁计算 确定上式中面 板的有效宽度 系数是，需要 知道梁弯矩零 点之间的距离 L0与梁间距b之 比值。 对于第一跨中 正弯矩段取 L0=0.8L 对于支座负弯 矩段取 L0=0.4L
18.32
0.0 13.4 24.5 33.1 40.8 48.0 53.9
q（kN/m） 31.01
q（kN/m） 31.01
1720 1130 880 780 740 500 5750
L（m） 2.35
L（m） 2.35
1425 1005 830 760 640 300
k 0.0770
k 0.107
h0
90.00 30.00
0.90
81
47.7
2
60
93.7
208.2
45.86
cm
328061.60
cm4
7154.32
cm3
6716.39
cm3
121.64
（N/mm２）
54.00
cm
3、翼缘焊缝
梁高开始改变 的位置取在临 近支承段的横 向隔板下翼缘 的外侧，离开 支承段的距离 为:
235-10=225cm 。 剪切强度验 算： 考虑到主梁段 部的腹板及翼 缘部分分别同 支承边梁的腹 板及翼缘相焊 接，故可按工 字钢截面来验 算剪应力强度 。 主梁支承端截 面的几何特性 如下表:
w/l 0.000825556 0.000732309
q（N/mm） 31.008 31.008
L（mm） 2350.00 2350.00
五、主梁设计
1.设计资料
1） 主梁跨度：
净宽L0
计算跨度L
荷载跨度L1 2） 主梁荷载：
p(kN/m)
148.23
横向隔板间 3） 距：
2350.00 mm
4） 主梁允许挠度
B 取B 则水平次梁组 合截面面积 A：
A组合 5910 组合截面行心 到槽钢中心线 的距离 e 跨中组合截面 的惯性矩及截 面模量为:
I次中
Wmin
740.00
760.00
485
mm
485
A槽钢 2515
面板厚度t(mm) 7
48.00
19423108.75
mm4
151743.04
mm3
B(mm)
现列表计算：
水平次梁．顶梁和底梁的水压力计算
梁号
梁轴线处的水压强 度p (kN/mm２) 梁间距（mm）
（a上+a下）/２ （mm）
1（顶梁）
2次梁
３（上主梁）
4次梁
5次梁
6（下主梁）
7（底梁）
根据上表计算水平
次梁弯曲时的边梁
跨中弯矩为：
M次中(KN*m)
13.19
支座B处的负弯矩 为:
M次B(KN*m)
0.5 0.5 0.75
注：1、采用
a
kp
mm
2、面板与梁格的 连接计算
2、Ⅴ区格中系数k
由三边固定一边简
支板算得
根据上表计
算，选用面板
厚度
t
7
mm
面板局部挠曲 时产生的垂直 于焊缝长度方 向的横向的横 拉力p按式《 水工钢结构第 三版》（6-6） 计算，并且近 似地取板中最 大弯应力σmax= 〔σ〕 则p=0.07tσmax
压力合力的作
1）
用线
y=H/3
1.83
1.8
2）
下悬臂
a>=0.12H
0.66
0.6
3）
主梁间距：
2b=2*(y-a)
1.20
1.2
4）
上悬臂
c=H-2b-a
2.50
c<=0.45H
2.66
2.5
4、梁格的布置形
式
梁格采用复式布置
和等高连接，水平
次梁穿过横隔板上
的预留孔并横隔板
所支撑，水平次梁
为连续梁。
q(kN/m) 74.10
Vmax(kN) 333.45
cm3
E 206000.00
cm
[v/l] 0.0017
由于钢闸门中 的横向隔板质 量将随主梁增 高而增加，故 主梁高度宜选 得比hBC小，但 不小于hmin。 现选用腹板高 度。
h0 腹板厚度选择 。按经验公式 ④ 计算：
90.00
tw h /11
t1
20.00
b1 面板兼作主梁 上翼缘的有效 宽度取为：
140.00
B b1 60
弯应力强度验 ⑥算
主梁跨中截面 （见下图)的几 何特性如下 表：
560.00
cm
0.862
h0(mm) 900.00
mm 300.00
mm mm mm
部位
截面尺寸(cm)
面板部分
56
0.7
上翼缘板
14
2
0.90
cm
(w/l)=1/600
9 9.40
9 H(m) 5.50
0.001666667
m m m
q(kN/m) 74.10
E（N/mm2） 206000 206000
I次（mm4） 19423108.75 16894600.25
2.主梁设计
主梁设计内容：1) 截面选择；2)梁高 改变；3)翼缘焊 缝；4)腹板局部稳 定验算；5)面板局 部弯曲与主梁整体 弯曲的折算应力验 算。
整体稳定性与 挠度验算。因 主梁上翼缘直 接同钢板相 连，按《设计 规范>规定可 不必验算整体 稳定性。又因 梁高大于刚度 要求的最小梁 高，故梁的挠 度也不必验算 ⑦。
2） 截面改变 因主梁跨度较 大，为减小门 槽宽度和支承 边梁高度（节 省钢材），有 必要将主梁支 承段腹板高度 宽度减小
0.4h0=<h=<0.6
5、连接系的布置
和形式
横向连接系，
根据主梁的跨
1）
度，决定布置 3道横隔板，
横隔板兼作竖
直次梁。
其间距为：
2350.00 mm
纵向连接系， 2） 不设置纵向连
结系
6、边梁与行走支 撑 边梁采用双腹式， 行走支撑采用悬臂 式主轮并兼反轮。
三、面板设计 根据《水利水电工 程钢闸门设计规范 SL74-95》关于面 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
hf p2 T 2 / 0.7 t w
厚度hf(mm) 〔τtw〕（N/mm2）
2.21
115
面梁与梁格连
接焊缝取其最
小厚度
hf
6
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、 底梁都是支撑在横 隔板上的连续梁， 作用在它们上面的 水压力可按下式计 算;
q
p a上
a下 2
485.00 对于支座C段
面板厚度t(mm) 7.00
面板中心到槽 钢中心的距离
(mm) 83.50
B(mm) 271.32
面板厚度t(mm) 7.00
面板中心到槽 钢中心的距离
(mm) 83.50
0.36
940.00
e(mm) 48.00
e(mm) 36.00
跨中截面特性 A组合
5910.00 支座处截面特 性
q=p*（a上+a 下）/２ （kN/m） 3.84 19.10 24.62 27.47 31.01 30.72 16.17
3.872
2、截面选择
W
M
考虑利用面板作为 次梁截面的一部 分，初选［16，由 附录三表4查得：
W(mm3) 114517.8735
A Wx Ix b1 d
Mmax(N*mm) 18322859.76
p----面板计算区格 中心的水压力强 度，N/mm2; a、b---面板计算区 格的短边和长边长 度，mm，从面板 与主次梁的连接焊 缝算起； 〔σ〕---钢材的抗 弯容许应力，按表 4.2-1-2采用
а 1.4
а 1.5
〔σ〕 160
〔σ〕 160
（аσ）^0.5 0.06681531
（аσ）^0.5 0.064549722
W
M max
腹板高度选择 按刚度要求的 最小梁高（变 ③ 截面梁）为：
L(m) 9.40
144
hmin
0.96 0.23
E
L / L
hmin(cm) 87.05
经济梁高
σ（N/mm２） 144.00
hec 3.1W 2 / 5
L1(m) 9.00
N/mm2 5673.61
L(m) 9.40 98.38
厚度t(mm)
7 面板与主梁连 接焊缝方向单 位长度内的剪 力：
T=VS/2I0=36N /mm
V(N)
333450.00 由下式计算面 板与主梁连接 的焊缝厚度：
Βιβλιοθήκη Baidu
σmax 160
S( mm3) 1093766.96
p(N/mm2) 78.4
I0 1142010726.35
T(N/mm) 159.68
tw(mm) 9.00
mm mm mm
截面面积A(cm2)
各形心离面板 表面距离(cm)
39.2
0.35
28
1.7
腹板 下翼缘 合计
截面形心矩：
y1
Ay' A
截面惯性矩：
I t h03 Ay2
12
截面模量： 上翼缘顶边：
Wmin
I y1
下翼缘底边：
Wmin
I y2
弯应力：
M max Wmin
125.81
M次中(N*mm) 13185609.36
M次C(N*mm) 18322859.76
Wmin(mm3) 151743.04
Wmin(mm3) 145643.11
〔σ〕（N/mm ２） 160
〔σ〕（N/mm ２） 160
w
5
ql 3
M次Bl
l 384 EI 次 16 EI 次
故水平次梁选用 ［10满足强度和刚 度和刚度要求。 5、顶梁和底梁 顶梁所受荷载较 小，但考虑水平漂 浮物的撞击等影 响，必须加强顶梁 刚度，所以也采用 ［16。
一、设计资料
孔口净宽（m）
9
正常挡水位（m）
417
闸门底高程（m）
411.5
设计水头（m）
5.5
钢闸门形式：
采用露顶式平 面钢闸门
结构材料：
平炉热轧碳素 钢A3
焊条：
E侧4止3 水采用P
型橡皮，底止
止水橡皮：
水用条形橡皮
。
行走支撑：
采用滚轮。
砼标号：
C25
二、闸门结构的形 式及布置 1、闸门尺寸的确 定
b1(mm)
780.00
b1(mm)
160
b2(mm) 740.00 b2(mm)
mm
式（6-11）
式（6-12）
表G4 L0/b ξ1
ξ2
1880
940
b(mm) 760.00
b(mm)
对于跨中正弯矩段
ξ1
L0(mm)
0.78
1880.00
对于支座负弯矩段
ξ2
L0(mm)
780.00 对第一跨中选 用