露顶式平面钢闸门设计答案.docx

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露顶式平面钢闸门设计答案

露顶式平面钢闸门设计说明书

、设计资料

⑴闸门型式:

露顶式平面钢闸门

⑵孔口净宽：

8.0m

⑶设计水头:

7.0m

235qa

F⑷结构材料：

E43型手工焊⑸焊条：

焊条采用P型橡皮，底止水用条形橡皮;

行走支承：

采用胶木滑道，压⑻止水橡皮：

侧止水用MCS2合胶木为⑼混泥土强度等级：

C20

面雯硕严水戈次诿尊間隔板

边梁

图8-1平面钢闸门门叶结构立体示意禺

二、闸门结构的型式及布置

1.闸门尺寸的确定：

⑴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=5.4m

⑵闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距L=8.0m。

⑶闸门计算跨度L=L0.3=8.6m

+2d=8+2o-

2.主梁的型式

主梁的型式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度（L=5〜10），为了便于制造和维护，

采用实腹式组合梁，焊接组合截面。

3.主梁的布置

L8.6根据闸门的高垮比==1.65>1.55，决定采用双主梁，为使两根主梁在设计水位时所受_

-H5.2H5水压力相等，两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y==1.67m，并要求下

悬33臂a>0.12H和a>0.4m，上悬臂c<0.45H和cv3.6m。

且使底主梁到底止水的距

离尽量符合底缘布置要求（即a>30°），先取a=0.12H=0.6m，则主梁间距：

2b=2（y-a）=2X

（1.67-0.6）=2.14m

4.梁格的布置和形式

水平次梁

格采用复式布置和高等连接，三根水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。

为连

续梁，其间距上疏下密，面板各区格所需要的厚度大致相等。

梁格的布置及具体尺寸如下图所

示：

联结系5.

的布置和形式）横向1（道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联3联结系：

根据主梁的跨

度，采用布置8.6=2.15m

结间距为L=—4根等4:

2（）纵向联结系采用斜杆式桁架，布置在两根主梁下翼缘的竖平面

内，并设有肢角钢的斜杆。

•

边梁与行走支承6.

采用单腹式边梁，行走支承采用双股式滚动行走支承。

三、面板设计估算面板厚度1.

kpa2mm

，且假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式t=t-t

a=1.5当b/a1601.05.9kpakpt=，则时，a0.07a=1.4当b/a>316040..91现列表计算如下：

格区

a（mm）

b（mm）

b/a（mm）

k（mm）

=P（N/mm）

kp

t（mm）

I

1500

2150

1.43

0.537

0.0076

0.064

6.53

n

960

2150

2.24

0.491

0.020

0.099

6.46

川

850

2150

2.53

0.500

0.028

0.118

6.82

IV

660

2150

3.26

0.500

0.036

0.134

6.19

V

630

2150

3.41

0.500

0.042

0.145

6.39

600

2150

3.58

0.750

0.048

0.190

7.98

注：

区格i,w中系数k按三边固定一边简支查表得根据计算结果，选用面板厚度t=8mm

四、水平次梁、顶梁和底梁的设计

1.荷载与内力计算

aa下上计算q=p水平次梁和顶、底梁都是支承横隔板的连续梁，作用在上面的水压力按

1梁号

梁轴线水压强度p2KN/m

（）

梁间距

（m）

aa下上2）

（m

aa下上

q=p2（m）

备注：

顶梁荷载按下图下式计算

1（顶梁）2

14.70

1.230

2.76

18.08

1.3014.71.3023R=11.50?

=2.76KN/m

1.50

0.96

0.85

0.66

0.63

0.60

3（上主梁）

24.11

0.905

21.82

4

32.44

0.755

24.49

5

38.91

0.645

25.10

（下主梁）

6（底梁）7

45.08

50.96

0.615

0.300

27.72

15.29

据表中结果，水平次梁计算荷载取最大值25.10KN/m,水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.15m

水平次梁计算结构简图及弯矩图如下：

q=25.LOKN/m

%

2=8.93KN/mX25.10X2.15水平次梁边跨中的正弯矩为：

M=0.077qL=0.077次中2KN/m

2.15=12.42=0.107ql=0.107X25.10X支座B处的负弯矩为：

M次6104212.M3mm==776252、

截面选择1602mm；A=1851槽钢14a由附表查得：

考虑利用面

板作为次梁截面的一部分，初选24mmmmbIW=58mm;d=6mm

=5637000;=80500;1xx面板参加次梁翼缘工作的有效宽度按下式计算，然后取最小值。

b+60t=58+60XB<8=538mmB=Eb（对跨间正弯矩段）；1B=Eb（对支座负弯矩段）；

2（b1+b2）660+630按5号梁进行计算，设该梁平均间距b===645mm，对于第一跨中正弯矩

22l0.8l0.821501720mm,对于支座负弯矩段取：

段，零点之间的

距离:

0l0.4l0.42150860mm，根据L/b查表2—1;

0。

1172002.667得E=0.80，贝UB=Eb=0.80X645=516mm由”—

645b860b3331.645=245mmb=0.380X由=0.380，则B=E得E22645b

8=5978mmxB=516mm，则水平次梁的组合截面积：

A=1851+516对于第一跨中，选用

组合截面形心到槽钢中心线的距离：

748X516=51mm

e=5978

跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：

422,23=12635136mmXX51+5168X=5637000+1851I次中

126351362

mm=104423=Wmm121.

组合截面形心到槽钢中心线的距离：

516X8X74e==51mm

59782

8=3811mnX,则水平次梁的组合截面积：

A=1851+245对于支座段，选用B=245mm7XX8245=38

mm

6=组合截面形心到槽钢中心线的距离：

3811224

=10850004mmX8X36支座处截面的惯性矩及截面模量为：

I=5637000+1851X38+245b次10850004?

W==100463mm1082.水平次梁的强度验算支座B处弯矩最大，截面模量也较大，

跨中弯矩小，故两处截面的抗弯强度都需要验算。

M6108.93次中2

2=160N/mm<===85.52N/mm次中104423WminM61011.78次B22V

=160N/mm===123.63N/mmb次100463minW满足弯应力强度要求。

综上可知水平次梁选用［14a3.水平次梁的扰度验算，水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁，其

最大扰度发生在边跨，已求得M=12.42KN/mB次1w”00630k=0.004

=I=10850004mm，四跨连续梁，B次_L250335ql102.1525.10WW”ok=O.OO63X

=0.0007v==0.004，满足挠度要求。

—_

5LL004.10852.0610Eb次4.顶梁和底梁

底梁计算简图和弯矩图

2Mlq2=7.56KN•m

15.29=0.107X2.15x=0.107支座M610.567支座33cm.mm254747250W==

需16033W47.cm25cm=62.137[12选用=>W需底梁弯应力强度验算：

M310567.支座22cmmm121.67N/,满足弯应力要求。

=v=160N/

62.W137y底梁刚度验算：

3ql5310.1515.292ww”k=0.0063x=0.00119v=0.004=满足刚度要求。

一一

5LEL466.103912.06b次顶梁采用和底梁相同的槽钢即[12「顶

梁弯应力强度验算：

2Mbq=1.37kn-x2.15m=0.107x=0.1072.76支座M3101.37支座22cmmm05N/22.满足

应力强度要求。

=160N/v=62.W137y顶梁的刚度验算：

3ql5310762.152.Ww"k=0.0063x=0.00021v=0.004满足刚度要求。

=——

5LEL466.10391062.b次五、主梁设计

（一）已知条件

ll=8.0mL=8.6m主梁跨度：

净跨度，荷载跨度=8.0m，计算跨度

（1）"1p22q=,5.0=61.25KN/m

H=122.5KN/m=主梁荷载：

（2）P=X9.8X_222（3）横隔板间隔：

2.15m

1w。

主梁容许绕度：

=（4）—

L600

（二）主梁设计截面选择1.

）主梁内力分析如图：

（1主梁简支于边梁上，最大弯矩在跨中,

大剪力在支承处qll61.2588M（L）（8.6）563.5KN•==m

axm4264211Vql61.258245KN

=max22

（2）需要的截面抵抗矩（考虑闸门自重引起的附加应力的影响）

选择（刚度条件求得最小梁高h）mino2010.921608.6Lh73.62cmxxx=0.960.208

x0.960.208min5L/WE600/11006.2.

52/2/5hcm.W05843828x=3.1=3.1echh。

一般应大于稍小，故应选取但比h=80cm经济梁高

选取的梁高hecmin80h0.81tt=1.0cm=，选（4）腹板厚度选择：

腹板厚度=ww1111（5）

翼缘截面选择：

th38281.080W20Wcm每个翼缘所需截面为：

A==34.52

h68060A34.52117.26cmt2.0cm,bcmb25下翼缘选用（在，因此需要选用。

—m2t1hh3216cm之间）上翼缘的部分截面面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘，

2.55t2.0cm,b14cm。

板同面板相连，选用nb+5t=14+50xB=0.8=54cm面板兼做主

梁上翼缘的有效宽度12cm.2.8712.054014A上翼缘截面面积16）弯应力强度验算：

（主

梁跨中截面的几何特性如下表；

1部位

截面尺

寸2cm

截面面积

2cm

各形心离面板表面距离y/

'Ay

各形心离中心

-y

y=y/轴距离

2Ay

面板部分

x0.854

43.2

0.4

17.28

-37.78

61660.59

上翼缘板

x142.0

28.0

1.8

50.4

-36.38

37058.12

腹板

1.080x

80

42.8

3424

4.62

1707.55

下翼缘板

2.0x25

50

83.8

4190

45.62

104059.22

合计

201.2

7681.68

204485.48

'Ay58.768138.18cm=y=主梁跨中截面形心距面板表面的距离1

A2201

区格划分如图:

CM

截面惯性矩为

33ht80.0142owcm48247152Ay204485.I:

截面抵抗矩为1212247152l2cmW6473上翼缘顶边

maxi8y38.i247152l2cmW5910下翼缘底边

min82.y4l2M100.556322maxcm/9.53KNcm23=21.16KN/v0.92x弯应力，安全

5910Mmin7）主梁支承端剪应力强度验算

（3561120.8.241.821S14cm3417898.41.820.4S540.，

123cm2909.91789.341120.56SSS

2133SV102909.92451022maxmm95N/mm/.85N28v

4|t0.101247152w（8）整体稳定与刚度验算。

规定可不必验算一2003）因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按《钢结构设计规范》（GB50017其整体

稳定性。

又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的刚度也不必验算。

2.翼缘焊缝

3cm.7436.382650Ay43.237.7828S上翼缘对中和轴的面积矩上3cm228145.62S50S下翼缘对中和轴的面积矩v下上33SV102650.2451074max上cm670.35cm1.5t2h.需

要焊缝厚度

maxf4w80102471521.41.4fmm9h。

因此全梁上、下翼缘焊缝均取f腹板的加劲肋和局部

稳定验算3.h235800668080＞加劲肋的布置：

，因此需设置横加劲肋，以保证腹板

345t1.0w的局部稳定性。

因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间据a=2150mm腹板

KN245v左边及右边的截面剪力分别为区格I左IKN.69131）052-245v61.25（.1-.3I，区

格右I截面平均剪力为

2v）/（v2.69）/（2451312右ii左mm/5N23.左边及右边截面上的弯矩I区格

0.1ht8Ow02）.3-0

（2.15M5421.9.15-61.2524520M,m

分别为KN-左i右i2MM5421.90右左8M210.9m

区格I的平均弯矩：

KN-

i226yM10210.98353.82oi30.21N/mm的平均弯应力：

区格I

14110247152fh23580y。

45.0=0.85

vb02351771.235t177w2mmN/160cr1.0

由区格长短边之比为2.15/1.15=1.87计算〉crft/h8O/1.O235ywo0.8v1.2

s23523®2）4（h/a）215115/344（.415.415341.1951.1mm/N55.680;

ccr221.37S2225..212330c0.2130满足局稳要求,

1.0在区v6816055.crcrcrc.格I的横隔

板之间不必再增设加劲肋。

区格II左边及右边的截面剪力分别为

v245-61.25（4-2.15）131.688KNv0,右ii左ii区格II截面平均剪力为

（vv）/2（131.6880）/222右左iiiimm/.8282KN/cmN.0

ht801.0w0区格II左边及右边截面上的弯矩分别为

2/2）421.95.25（42.15M2452.1561KN-m,左iiMM563.5KN-m

max右iiMM563.5421.95右ii左ii492.M725KNII区格•的平均弯矩：

mii22.

mm70.53N/的平均弯应力：

II区格一

270.538.c2070.0

57.16072crcrc.cr的横隔板之间不必再增设加

劲肋。

故在区段II六、面板参加主（次）梁工作的折算应力验算）验算面板局部弯曲与主次

8-4（!

.与曲的折算应力。

因水平次梁聞要小的多，故只需验算面板参加应力。

由前文的面板计算可见，直接与验算其长边中点的折算应8-4这意味着该

梁整体弯p2761.主（次）梁截面选定后，还需要按式的截面很不对称，面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力主梁工作是的折算其参加主梁翼缘工作的整体弯曲应力主梁相邻的面板区格，只有区格W所需要的板厚较大，

25

区格的场边中点应力也较大，所以选取区格W按式

面板区格w在长边中点的局部弯曲应力为

22600kpa00470.752mmN/198.3

my228t2mm/N198.359.50.3mymx对应于面板区格w的

长边中点的主梁弯矩和弯应力为2925.61.25252843.225M61.25m

KN•2610M5282mm81.57N/

cr6473W22）（（）面板区格W的长边中点的折算应力为

oxmxzhmymymxox222mm/.57）176.78N59.（59.58157）198.3（.5813198.=22

N/mm=176.78N/mm故面板厚度选用x1.4x160=246.48mm,满足强度要求。

v1.1zh2•面板

与梁格连接焊缝计算并且近似地取已知面板厚度t=8mm,P面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长

度方向的横拉力，Nmm/.6N80716089tp0.070.=160=板中最大弯应力则2maxmmmax

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力38.3778VS245105402mmN/80.89

421102471522

2222p89680.89.mm.08h1面板与主梁连接焊缝厚度

f160700.7.wmm6h故面板与梁格的连接焊缝取其最小厚度f-横隔板（竖向次梁）设计七、

横向连接系20mm800mm隔板厚度与主梁腹板厚度一致取隔板高度取与主梁相同的高度定为，即规定b=140mm厚度t=10—12mm的扁钢，上翼缘利用面板不设，下翼缘采用b=100—200mm

t=10mm的扁钢。

由构造要求确定的尺寸其横隔板的应力很小，故可以不进行强度验算。

八、纵

向联结系设计G按下式计算1、纵向联结系承受闸门自重，露顶式平面钢闸门的自重

880^43BHk.8kkG90.,B813,H5.0.k1.0,k10,k0.即，，式中

Gc2G2c8843.0.1.430.88BkkHG598.8k79.339.81.01.00.13则KNgc27331.937.73Gg0.431.，

纵向联结系按KN下游面纵向联结承受，则节点荷载为KN4支承在边梁上的简支平面桁

纵向连接系计算图2.斜杆截面计算斜杆计算长度

8816..965）N2（15.93同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受KN斜杆承受的最大拉力，]=200

<[入的压力，故长细比的限制值应与压杆相同，即入mm619.iLA=1930mm，回转半径根据附

录三：

选用角钢，截面面积y1010022m74.152.l0.92.1520l.9斜杆计算长度：

03110742.0139.80v[长细比：

入]=200

i19.6y»3108816.758严（拉杆强度验算0.85]=136N/mm0.85[N/mmv^满足强度要求。

1930为考虑单角钢受力偏心影响的容许应力折减系数）

九、边梁设计.

边梁的截面形式采用双腹式，边梁的截面尺寸按构造要求确定，截面高度与主梁端部高度相同，

腹板厚度与主梁腹板厚度相同。

为了便于腹板的焊接两腹板间距为300—400mm闸门每侧边梁

上各设两个滚轮。

边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时可将容许应力值

降低20%作为考虑受扭影响安全储备。

1.荷载和内力计算

（1）水平荷载：

边梁所受的水平荷载主要是主梁传来的支座反力及水平次梁、顶梁传来的水平荷载、为了简化计算，可假设这些荷载完全是由主梁传给边梁。

1122P..05H1229.85闸门所受荷载：

KN225P122.2561.qKN

主梁作用于边梁的集中荷载2225q61.2458pp8KN

边梁所受荷载2122

（2）竖直荷载：

边梁所受的竖向荷载：

闸门自重、滑道摩擦力、

止水摩擦力、起吊力等。

142.2.4561184.RKN

:

如图所示，可计算岀上滑块所受的压力

170.2.1419305..16R2452184R（pp）KN

下滑块所受压力：

122161.R184129.23V.M184610.7，最大剪力：

KN边梁最大弯矩：

KN-mmaxmaxW（1.GpT）2TT1.1）frT（f，对于滑动轴承的滚轮：

启门力：

一xzszdk1zd启

R10.25,ff0.R=D/2=300mm

D=600mm，初定滚轮直径查附录十二得k11122980889.wH5lr=50mm

1641..1）50T（0.250KN——

zd30065f0.fTp，查附录十二得止水摩擦力：

3zs3Es58H9.5p.24?

KM/m，

s22752...p2*******22KM/mx

5..5730.6524pbHpKNszs55..59520.6573T2fpKN

zs3zsp1.1G（2TT）T1.79.33+2.752=254.07KN

X41.16+95.55）+1.1=1.2X（xzdzs启T254.07/2=152.4KNXX/2=1.2单根边梁受到的启门力:

N=1.2启边梁强度验算2.

20=34200mmX10X2+460截面面积：

A=450X20+800X

Ay8302024204604502010800104.422e

34200A截面上半部分对中和轴的面积矩I23mr6105249257.2（820422.4）S46020（830422.4）_

2123）4420（42210I2800.220800截面惯性矩一

124mm）830422.10）446020（42245020（.4=

391264888539126488853mm23w7139870.截面惯性模量

548.4840422截面边缘最