水工钢闸门结构设计(详细计算过程)

6金属结构设计

6.3金属结构设计计算

6.3.1设计资料

(1)闸门型式：露顶式平面钢闸门

(2)孔口尺寸(宽辭)：6mX3m

(3)设计水头:3.16m

(4)结构材料：Q235钢

(5)焊条:E43

(6)止水橡皮：侧止水型号采用P45-A,底止水型号采用1110-16

(7)行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2

(8)混凝土强度等级：C25

(9)规范：《利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95)

6.3.2闸门结构的形式及布置

6.3.2.1 闸门尺寸的确定

1.闸门高度：考虑风浪产生的水位超高，将闸门的高度确定为3m 2•闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L o=6.Om

3.闸门计算跨度：L=L+2d=6.0+2X).15=6.3m 6.3.2.2静水总压力

9.8 32

2 = 44.1kN /m

闸门在关闭位置的静水总压力如图 6.1所示，其计算公式为:

图6.1闸门静水总压力计算简图

632.3 主梁的形式

主梁的形式应根据水头的大小和跨度大小而定， 本设计中主梁采用实腹式组

合梁。

6.3.2.4主梁的布置

根据主梁的高跨比，决定采用双主梁。两根主梁应布置在静水压力合力线上 下等距离的位置上，并要求两主梁的距离值要尽量大些，

且上主梁到闸门顶缘的

距离c 小于0.45H ,且不宜大于3.6m ，底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的 要求。故主梁

的布置如图6.2所示

6.3.2.5 梁格的布置和形式

梁格采用复式布置并等高连接，并使用实腹式竖向隔板兼作竖直次梁， 使水 平次梁穿过隔板上的预留孔而成为连续梁， 其间距上疏下密，面板各区格需要的 厚度大致相等，具体布置尺寸如图 6.2所示。

6.3.3面板设计

根据《利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95），关于面板的计算，先估算 面板厚度，在主梁截面选择之后再计算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应 力。

初选面板厚度。面板厚度计算公式为:

当 b/a >3 时，a =1.4 ；当 b/a W 时，a =1.5。 列表进行计算，见表6.1

:

图6.2主梁及梁格布置图

二

a

A

B

C

D

表6.1面板厚度计算表

区格 a (mr) b (mr) b/a k y 2

q (N/mm ) S (mm)

I

650 r 2100 3.231 1 0.750 0.0032 2.13 : n

650 2100 3.231 0.500 0.0096 3.01 出 466 2100

4.506 0.500 0.0150 2.70 IV

466 2100 4.506 0.500 0.0200 3.11 V

466 2100 4.506 0.500 0.0242 3.42 出

300 2100 7.000 0.750 0.0279 2.90

由上表的计算结果，再加上2mm 勺腐蚀余度，选用面板厚度为 6mm

634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、底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用其上的水平压力可按 下式计算：

a 上+a 下

列表计算，具体计算过程见表6.2 :

表6.2水平梁水平压力计算表

梁号

架雜纯处静水賦强 q （kN/m*） 葉间距 （m ）

。上十叭“I 2 p (kN/m)

1 （顶梁） (i, 37

P 0 975 6.211 2 （上主集）

12.71 0,65 (1 560 7, 134 3 17,31 0* 47 0- 470 8. 136—4

r 2L89 n 0,47 P 0. 470

10. 288 5 （下上梁）

26-46 0.47 3B5 10. 187 fi 〔底梁）

29.1

0,3

d l&o

4,410

经计算，水平次梁计算荷载取10.3kN/m ，水平次梁为三跨连续梁，跨度为 2.1m 。计算简图如图6.3所示：

图6.3水平次梁计算简图

q=10.3kN/m

故水平次梁弯曲时跨中弯矩为：

2 2

M 1 =0.08q|2

=0.08 10.3 2.1 -3.63kN m

支座B 处的弯矩为:

M 4.54

106

k- I 160 =28375mm3

M B =0.1q|2 =0.1 10.3 2.12=4.54kN m

（2）截面选择

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［14a,查表得：

2 3 4

A=1851mm Wx=80500mm lx=5640000mm； b=58mm d=6mm 面板参加次梁工作的有效宽度：

B =60心丄b =60 6 58 = 418mm

B= \b （正弯矩段）

B=；b （负弯矩段）

按4号梁进行计算，梁间距为b=470mm对于连续梁的正弯矩段

l0 =0.81 =0.8X2100 =1680mm , l0 / b =1680 / 470 =3.57，查表得 &=0.87 , 故B = ©b

=409m m

对于其负弯矩段l°=0.4l=0.4 2100 =840mm , l°/b =840/470 =1.79，查表

得£=0.64，故B = 2b =301mm

面板参加水平次梁工作后的组合截面如图 6.4所示：