钢结构设计(平板钢闸门)

漏顶式平面钢闸门设计

一、设计资料

闸门形式：溢洪道漏顶式平面钢闸门

孔口净宽：10m

设计龙头：5.8m

结构资料：3号钢（Q235）

焊条：E43型

止水橡皮：侧止水为P型橡皮，底止水为条形橡皮

行走支承：采用双滚轮式，采用压合胶木定轮轴套，滚轮采用国家定型产品

钢筋混凝土强度等级：C20

二、闸门结构的形式及布置

1、闸门尺寸的确定

闸门高度：不考虑风浪所产生的水位超高，H=5.8m；

闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L1=10m；

闸门的计算跨度：L=L0+2d=10+2×0.2=10.4m，其中，d为行走支承中心线到闸墩侧壁的距离。

2、主梁的形式

主梁的形式应根据木头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

3、主梁的布置

由于L>1.5H，所以采用双主梁式。为使两个主梁在合计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称与水压力合力的作用线y'=H/3=1.93m，并要求下悬臂a≥0.12H，且a≥0.4m，同时满足于上悬臂c≤0.45H，且a≤3.6m，今取a=0.7m≈0.12H=0.696m；

主梁间距：2b=2（y'-a）=2×（1.93-0.7）=2.46m；

则c=H-2b-a=5.8-2.46-0.7=2.64m≈0.45H=2.61m，且c<3.6m，满足要求；

闸门的主要尺寸如图所示.

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小孔并被横隔板所支承，水平次梁为连续梁，其间距上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置的具体尺寸见图2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，决定布置三道横隔板，其间距为10.4/4=2.6m，横隔板兼做竖直次梁。

（2）纵向联结系

设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杠式桁架。

6、边梁采用双复板式，行走支承采用双滚轮式；滚轮安装于边梁双腹板中间，为减小滚动摩擦力，采用压合胶木定轮轴套；滚轮采用国家定型产品。

三、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、底梁都是支承在横隔板上的连接梁，作用在它们上面的水压力课塞纳式（2-8）计算，即q=p(a上+a下)/2

现列表计算如表2:εq=164.28KN/m

根据上表计算，水平次梁计算荷载取32.89KN/m，水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.6m，（如图）。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为：M次中=0.077ql2 =0.077*32.89*2.62 =17.12kNm,支座B处的负

弯矩为：M次B =

0.107ql2=0.107*32.89*2.62=23.79kNm

2、截面选择

W=M/[σ]=23.79*106/160=148688mm3

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选[18a，由附录一表4查得：

A=2569mm2,Wx=141400mm3,Ix=12727000mm4,b1=68mm,d=7mm.。

面板参加次梁工作有效宽度分别按式（6-11）和（6-12）计算，然后取其中较小的值。

式（6-11）B≤b1+60t= 68=60*8=548mm

式（6-12）B=ε1b（对于跨间正弯矩段）;

B=ε2b （对于跨间正弯矩段）

按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(770+780)/2=775mm。确定上式中面板的有效宽度系数ε时，需要知道梁弯矩零点之间的距离和梁间的距离I0 与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩段，I0=0.81=0.8*2600=2080mm；对于支座伏弯矩段，取I0=0.41=0.4*2600=1040mm。根据I0/b查表2-1：对于I0/b=2080/775=2.684，得ε=0.802,则B=ε1b=0.802*775=622mm；

对于I0/b=1040/775=1.342，得ε=0.382,则B=ε2b=0.382*775=296mm；

对于第一跨中选用B=548mm，则水平次量组合截面面积（如图）：

A=2569+548*8=6953mm2

组合截面形心到槽钢中心线的距离:E=548*8*94/6953=59mm

跨中组合截面的惯性矩及截面的模量为：

I次中=12727000+2569*592+548*8*352=27040000mm4 W min=12727000/149=181500mm2

对于支座段选用B=296mm，则

组合截面面积：A=2569=296*8=4937mm2

组合截面形心到槽钢中心线的距离：E=296*8*94/4937=45mm

支座处组合截面的惯性矩用截面模量；

I次B=12727000+2569×452+296×8×492=23614793mm4

W min=23614793/135=174924mm2

3、水平次梁的强度验算

由于支座B处弯矩最大，而截面模量较小，故只需要验算支座B处截面的抗弯强度，即：σ次=M /W min=23.79×106/174924=136N/mm2<[σ]=160N/mm2

次B

说明水平次梁选用[18a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，由于水平次梁在B支座处截面的弯矩已经求得M次B=23.79kN.m，则边跨挠度可近似地按下式计算：

w/L=5/384×ql3/EI次-M次B l/16EI次=5×32.89×（2.6×103）3/384×2.06×105×2704×104-23.79×106×2.6×103/16×2.06×105×2704×104=0.000725<[W/L]=1/250=0.004

故水平次梁选用[18a满足强度和刚度要求。

5、顶梁和底梁

顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，所以也采用[18a。底梁也采用[18a。

四、主梁设计

（一）设计资料

1）主

梁跨

度

（如

图所

示）：

净跨

（孔

口宽度）L0=10m，计算跨度L=10.4m，荷载跨度L1=10m；

2）主梁荷载：q=82.42kN/m；

3）横向隔板间距：2.6m；

4）主梁容许挠度：[w]=L/600。

（二）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。

1、截面选择

（1）弯矩与剪力

M max=82.42×10/2×（10.4/2-10/4）=1113kN.m

V max=qL1/2=82.42×10/2=412KN

（2）需要的截面抵抗矩

已知Q235号钢的容许应力[σ]=160N/mm2，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力为[σ]=0.9×160N/mm2=144N/mm2,则所需要的截面抵抗矩为：

W=M max/[σ]=1113×100/144×0.1=7729cm2

（3）腹板高度选择