钢结构水工钢闸门课设

2014年 1月

一、设计资料

专业年级 11级水工5班 学 号 1102010521

姓 名 王旭 指导教师 伞冰冰 潜孔式平面钢闸门设

计

1.闸门型式：潜孔式平面钢闸门。

2.孔口尺寸：10.0m×5.8m

3.上游水位：▽27.5m

4.下游水位：▽22.5m

5.闸底高程：▽20.0m

6.胸墙底高程：▽25.8m

7.启闭方式：电动固定式启闭机

8. 材料：钢材：Q235B钢

焊条：E43

止水：侧止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮

行走支承：采用滚轮，材料为铸钢ZG45

9.制造条件：金属结构制造厂制造，手工电焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准。

4.规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL 74-1995)

二、闸门结构的形式及布置

1.闸门尺寸的确定

闸门高度：考虑到安装顶止水构造要求，取ΔH=0.3m故

闸门高度H=25.8-20.0+0.3=6.1m

闸门的荷载跨度为两侧止水的距离

L

q

=10.0m

闸门计算跨度

L=L

+2d=10+2×0.2=10.4m

闸门总宽

B=B=L

0+2d+L

a

+b=10.0+2×0.2+0.4+0.2=11.0m

L

---孔口尺寸

d---行走支承到闸墙边缘的距离 (本次设计取0.2m)

L

a

---边梁两腹板中到中距离 (本次设计取0.4m)

b---边梁一块下翼缘的宽度

1.主梁的型式

主梁的型式根据水头和跨度大小确定，本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

2.主梁布置

根据闸门的高跨比(L≥1.2B)，决定采用双主梁。为了使两根主梁所受的水

压力相等，两根主梁的位置对称于水压力合力P的作用线y

c

=2.5m。并要求上悬臂c≤0.45H=2.745且不宜大于3.6m，底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求(即α≥30°)，取c=1.92m，则主梁间距

2b=2(H-y

c

-c)=2×(6.1-2.5-1.92)=3.36m

a=H-2b-c=6.1-3.36-1.92=0.82m

3.梁格的布置及形式

梁格采用复式布置和齐平连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格布置的具体尺寸如图所示

4.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3道横隔板，其间距为2.6m，

横隔板兼做竖直次梁。

(2)纵向联结系。采用斜杆式桁架，布置在2根主梁下翼缘的竖平面内。 5.边梁与行走支承

为了便于制造，边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮。

二、面板设计

根据《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-1995）关于面板的设计，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

]

[σa kp

当b/a ≤3时，a=1.5,则t=a

160

5.1⨯kp

=0.065kp a

当b/a >3时，a=1.4,则t=a 160

4.1⨯kp

=0.067kp a

现列表1计算如下：

2.面板与梁格的连接焊缝计算

已知面板厚度t=8mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则

N t =0.07t σmax =0.07×8×160=89.6N/mm ,

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：

T ＝0

2I VS =,/2101025602373

8620105806

3mm N =⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 面板与主梁连接的焊缝厚度：

mm T N h w f

t f 84.2]115[7.0/2106.89][7.0/2

222

=⨯+=⨯+=τ， 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 6=。

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46.41kN/m ，水平次梁为4跨连续梁，跨度为 2.6m ，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中＝0.077ql 2=0.077×46.41×

2.62=24.2kN ∙m

支座B 处的负弯距：

M 次B ＝0.107ql 2=0.107×46.41×2.62=33.57kN ∙m

2.截面选择

W=5.209812160

1057.33][6=⨯=σM mm 3

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［20b,由附录三表四查得：

A=3280mm 2 ; W x =191000mm 3 ; I x =19140000mm 4 ; b l =75mm ; d=9.0mm 。 面板参加次梁工作的有效宽度分别按式8—15及式8—16计算，然后取其中较小值。

式：8—15 B ≤b l +60t=75+60×8=555mm ; 式：8—16 B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b （对支座负弯距段）

按6号梁计算，梁间距b=2

下上a a +=2830

790+=810。对于第一跨中正弯距段

l 0=0.8l=0.8×2600 =2080mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4×2600＝1040mm 。 根据l 0/b 查表8—1：

对于l 0/b ＝2080/810＝2.568 得ζ1＝0.79，得B=ζ1b ＝0.79×810＝640mm ,

对于l 0/b ＝1040/810＝1.284 得ζ2＝0.37 ，得B=ζ2b ＝0.37×810＝298mm ,