水工钢结构课程设计

课程设计说明书

课程名称:水利水电工程钢结构课程计

课程代码: 8203281 题目:潜孔式平面钢闸门设计

学生姓名:

学号: 312009********* 年级/专业/班: 2009级水利水电2班

学院(直属系) :能源与环境学院

指导教师:徐良芳

开题时间：2011年12月12日

完成时间：12月18日

目录1设计资料

2闸门结构的形式及布置

3面板设计

4水平次梁、顶梁和底梁的设计5主梁设计

6 横隔板设计

7 纵向连接系

8 边梁设计

9 行走支撑设计

10滚轮滑道设计

11 闸门启闭力和吊耳计算

一、设计资料

闸门形式：潜孔式平面刚闸门

孔口尺寸（宽×高）：10.0m ×10.0m

上游水位：55.0m

下游水位：0.1m

闸底高程：0m

启闭方式：电动固定式启闭机

材料钢结构：Q235—A.F

焊条：E43型

行走支承：胶木滑道或滚轮支承

止水橡皮：側止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮

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：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974—2005》

二、闸门结构的形式及其布置

（一）、闸门尺寸的确定

如图1

图1 闸门主要尺寸图（单位：m）

1.闸门孔口尺寸：

孔口净宽：10.0m

孔口高度：10.0m

闸门高度：10.0m

闸门的宽度：10.4m

荷载跨度：10.0m

计算跨度：10.4m

2、计算水头：54.9m

（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=10.4m,闸门高度h=10.0m,L

2.主梁的位置

因为该设计的水头比较高，属于高水头,而孔口尺寸相对比较小，门顶与门底的水压强度

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

梁格是用来支承面板的。在钢闸门中，面板的用钢量占整个闸门重量的比例较大，而且钢板也较贵，为了使面板的厚度经济合理，根据闸门跨度的大小，可以将梁格的布置分为三种情况。该闸门的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。布置梁格时，竖直次梁的间距一般为1到2m，本设计取1.486m。水平次梁的间距一般为40到120cm，本设计取100cm。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

图2 梁格布置尺寸图（单位：m）

（三）、连接系的布置和形式

1、横向连接系：

根据主梁的跨度，决定布置6道横隔板，其间距为1.486m，横隔板兼作竖直次梁。

2、纵向连接系：

设在四个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。

（四）边梁与行走支承

边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮支承。

三、面板设计

根据SL74—95《水利水电工程钢闸门设计规范》修订送审稿，关于面板的计算，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

t=a

]

[9.0σa kp

当b/a ≤3时，a=1.65,则t=a 160

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

k —四边固定矩形弹性薄板在支承长边中点的弯应力系数，第1和10区格按附录九表3查得，其余区格按附录九表2查得。

p —面板计算区格中心的水压强度（p=γhg=0.0098h N/mm ²） γ—水的密度，一般淡水取10KN/㎥ h ―区格中心的水头，单位m a 、b ―面板的短边和长边的长度 现列表1计算如下：

2.面板与梁格的连接计算

面板局部挠区时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P 按式P=0.07t σmax 计算， 已知面板厚度t=36mm,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则

p=0.07х36×160=403.2N/mm

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：

T ＝

2I VS =

mm N /69400

2705920200

21061382.2×61196

=⨯⨯

面板与主梁连接的焊缝厚度：

mm T

P h w

t f 1.101137.0／6.802][7.0/2

2

=⨯=⨯+=

τ，

面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 11=。

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：

根据上表计算，水平次梁计算荷载取529.74 kN/m ，水平次梁为7跨连续梁，跨度为1.486m （如图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯距为:

M 次中＝0.077ql 2=0.077х529.74х 1.486 ²=90.07kN ∙m

支座B 处的负弯距：

M 次B ＝0.107ql 2=0.107х529.74х 1.486 ²=125.17 kN ∙m

图3 水平次梁计算简图和弯矩图

2.截面选择

W=

5.782187160

10

17.125]

[6

=⨯=

σM mm

3

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［40a,由附录三表四查得：

A=7505mm 2 ; W x =868900mm 3 ; I x =175779000mm 4

; b1=100 mm ；d=tw=10.5mm 。 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式7—11及式7—12计算，然后取其中较小值。 式：7—11 B ≤b1+60t=100+60Х36=2260mm ; 式：7—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 10002

1000

10002

2

1=+=

+ 。

于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х1486=1188.8mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х1486=594.4mm 。 根据l 0/b 查表7—1：

对于l 0/b ＝1188.8/1000＝1.189得ζ1＝0.472，得B=ζ1b ＝0.472×1000＝472㎜ 对于l /b ＝594.4/1000＝0.594得ζ＝0.188，得B=ζb ＝0.188×1000＝188㎜