水工钢结构课程设计高利华

露顶式平面闸门设计

1、设计资料

闸门形式：露顶式平面闸门设计；

空口净宽：8.00m；

设计水头：5.2m；

结构材料：Q 2 3 5 B — F；

焊条：焊条采用E 4 3 型手工焊；

止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；

行走支撑：采用胶木滑道，压合胶木为MCS — 2；

启闭方式：电机固定启闭机；

混凝土强度等级：C 2 0；

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

执行规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74—1995）。

2、闸门结构的形式及布置

（1）闸门尺寸的确定（图1）。

1）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m，故闸门高度=5.2+0.2=5.4(m); 2）闸门的和在跨度为两侧止水的间距：L1=8m;

3) 闸门计算跨度：L=L0+2d=8+2 0.2=8.40(m)。

（2）主梁的形式。主梁的形式应根据水头的大小和跨度的大小而定，本闸门属于中等跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

（3）主梁的布置。根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线ӯ=H/3=1.73m（图1）并要求下悬臂a≥0.12H和a≥0.4m、上悬臂c≤0.45H，今取:

a=0.12H=0.67(m)

主梁间距：

2B=2(ӯ－a)＝2⨯1.13=2.26(m)

则

=

2

.2

-

=

52

-

-

=

-

2.5

H

b

a

H

.2

c45

61

.0

.0

67

（4）梁格的布置和形式。梁格采用复式布置和高等连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支撑。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置具体尺寸如图2所示。

（5）连接系的布置和形式。

1）横向连接系，跟据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为2.1m，横隔板兼竖直次梁。

2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。

（6）边梁与行走支撑。边梁采用单腹式，行走支撑采用胶木滑道。

3、面板设计

根据《钢闸门设计规范》(SL 74—95)及2006修订送审稿，关于板面的计算，西安估算板面厚度，在主梁截面选择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。面板厚度计算公式如下 t=a

]

[9.0σa kp

当b/a ≤3时，a=1.5，则t=

160

5.19.0⨯⨯kp

=0.68a kp

当b/a 3时，a=1.4，则t=

160

4.19.0⨯⨯kp

=0.07a kp

现列表1进行计算。

面板厚度的估算

注 1 面板边长a\b 都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽为140mm 。 2 Ⅰ、Ⅵ中系数k 由三边固定一边简支板查得。

根据表1.1计算，选用面板厚度t=7mm 。

（2）面板与梁格的连接计算。面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力计算，已知面板厚度t=7mm ，并且近似的取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2，则

2

max 0.070.07716078.4/t N t N mm σ==⨯⨯=

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为

T=360308105408264

=17222102310

VS N mm I ⨯⨯⨯⨯=⨯⨯ 计算面板与主梁连接的焊缝厚度为

/(0.7[])w f f h τ≥

()/0.7115 2.3mm

=

⨯=

面板与主梁连接焊缝取其最小厚度h f =6mm 。

4、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平压力按下式计算，

2

下

上a a p

q += 梁号 梁轴线处水压强度p(kN

/m 2)

梁间距(m)

2

下

上a a + (m)

2

下

上a a p

q += (kN/m)

备注

1（顶梁）

顶梁荷载按下图计算

)/(52.4885

.13735

.12735.1171m KN R =⨯⨯=

1.49

2 15.4 1.380

21.95 0.99

3（上主梁） 26.1 1.010

26.36 0.83

4 35.2 0.865

30.45 0.73

5（下主梁） 43.1 0.800

34.48 0.71

6 50.9 0.680

34.61 0.51

7（底梁）

56.6

0.335

18.96

根据上表计算，水平次梁计算荷载取34.61KN/m ， 水平次梁为四跨连续梁，跨度为 2.1m （图3）。水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为：

2

2

0.0770.07734.61 2.111.75M ql kN m ==⨯⨯=⋅次中

支座B 处的负弯矩为：

22

0.0770.10734.61 2.116.33M ql kN m ==⨯⨯=⋅次B

（2）截面选择。

W=M/[]σ= 6

3

16.3310/160102071mm

⨯=

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选[16a ，由表查得 A=22002

mm ,W x =1083003

mm ,

x I =86600004mm ,l b =63mm,d =6.5mm 。

面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中较小值。