水工钢结构平面钢闸门设计计算书.

水工钢结构平面钢闸门设计计算书

一、设计资料及有关规定：

1.闸门形式：潜孔式平面钢闸门。

2. 孔的性质：深孔形式。

3. 材料：钢材：Q235

焊条：E43；手工电焊；普通方法检查。

止水：侧止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮。

行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用MCS—2。

砼强度等级：C20。

启闭机械：卷扬式启闭机。

4.规范：水利水电工程刚闸门设计规范（SL74-95），中国水利水电出版社1998.8

二、闸门结构的形式及布置

（一）闸门尺寸的确定（图1示）

1.闸门孔口尺寸：

孔口净跨(L)：3.50m。

孔口净高：3.50m。

闸门高度(H)：3.66m。

闸门宽度：4.20m。

荷载跨度(H1)：3.66m。

2.计算水头：50.00m。

（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=3.50m,闸门高度h=3.66m,L

2.主梁的布置

本闸门为高水头的深孔闸门，孔口尺寸较小，门顶与门底的水压强度差值相对较小。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

梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承。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

三、面板设计

根据《钢闸门设计规范SDJ—78（试行）》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

kp

t=a

a

[

]

9.0

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

=0.067

现列表1计算如下：

2.面板与梁格的连接计算

已知面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则

p=0.07х14х160=156.8.2N/mm ,

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：

T ＝0

2I VS =

,/39837767700002272

141000107903mm N =⨯⨯⨯⨯⨯ 面板与主梁连接的焊缝厚度：

mm T P h w t f 51137.0/398][7.0/22=⨯=⨯+=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216.53kN/m ，水平次梁为4跨连续梁，跨度为0.90m ，

水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M 次中＝0.077ql 2=0.077х216.53х0.9752

=15.85kN ∙m

支座B 处的负弯距：

M 次B ＝0.107ql 2=0.107х216.53х0.9752=22.0248kN ∙m

2.截面选择

W=137655160

100248.22][6=⨯=σM mm 3 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［18b,由附录三表四查得：

A=2929mm 2 ; W x =152200mm 3 ; I x =13699000mm 4 ; b1=70mm ; d=9mm 。

面板参加次梁工作的有效宽度分别按式6—11及式6—12计算，然后取其中较小值。 式：6—11 B ≤b1+60t=70+60Х14=910mm ; 式：6—12 B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b （对支座负弯距段） 。 梁间距b=

m m b b 9002

900

900221=+=+ 。对于第一跨中正弯距段l 0=0.8l=0.8Х975=780mm ;对于支座负弯距段l 0=0.4l ＝0.4Х975＝390mm 。 根据l 0/b 查表6—1：

对于l 0/b ＝780/900＝0.867 得ζ1

＝

0.40 ，得B=ζ1b ＝0.40Х900＝360mm , 对于l 0/b ＝390/900＝0.430 得ζ

2

＝

0.16 ，得B=ζ2b ＝0.16Х900＝144mm ,

对第一跨中选用B ＝360mm,则水平次梁组合截面面积（例图4）:

A=2929+360Х14=6961mm 2 ;

组合截面形心到槽钢中心线得距离：

e=8689

9814360⨯⨯=65mm ;

跨中组合截面的惯性距及截面模量为：

I 次中＝13699000+2929Х652+360Х14Х352

＝

29662171mm 4

W min =

26.203165155

33130025

mm = 对支座段选用B ＝144mm ，则组合截面面积：A=2929+144Х14=4592mm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：

e=2

.459298148.118⨯⨯=35mm

支座初组合截面的惯性距及截面模量为：

I 次B ＝13699000+2929Х432+144Х14Х352＝23680365.8mm 4

W min =

29.189442125

8

.23680365mm = 3.水平次梁的强度验算

由于支座B 处（例图3）处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即

σ次＝

,/160][/24.1169

.189442100248.22226

mm N mm N =<=⨯σ 说明水平次梁选用[18b 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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B 支座处截面的弯距已经求得M 次B=22.0248kN ∙m,则边跨挠度可近似地按下式计算：

次

次次EI l M EI ql l w B 1638453

-⨯= ＝296621711006.216975

100248.22296621711006.2384]975[53.21655

653⨯⨯⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯ ＝0.0002≤004.0250

1

][==

l w 故水平次梁选用[18b 满足强度和刚度要求。 五、主梁设计