水工钢结构设计Word下载.doc
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1.荷载与内力的计算 4
2.截面的选择 5
3.水平次梁的强度验算 6
4.水平次梁的挠度验算 6
5.顶梁和底梁 6
五、主梁设计 6
1.截面选择 6
2.截面改变 9
3.翼缘焊缝 10
4.腹板的加劲肋和局部稳定验算 10
5.面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算 11
六、横隔板设计 12
1.荷载和内力计算 12
2.横隔板截面选择和强度计算 12
七、纵向连接系设计 13
1.载荷和内力计算 13
2.斜杆截面计算 14
八、边梁设计 14
1.荷载和内力计算 15
2.边梁的强度验算 16
九、行走支承设计 16
十、胶木滑块轨道设计 17
1.确定轨道底板宽度 17
2.确定轨道底板厚度 17
十一、闸门启闭力和吊耳计算 17
1.启门力计算 17
2.闭门力计算 18
3.吊轴和吊耳板验算 18
一、设计资料
某供水工程，工程等级为一等一级，其某段渠道上设有节制闸。
节制闸工作闸门操作要求为动水启闭，采用平面定轮钢闸门。
本闸门结构设计按SL74—95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行，基本资料如下：
孔口尺寸：
6.0m×
6.0m（宽×
高）；
底槛高程：
23.0m;
正常高水位：
35.0m;
设计水头：
12.0m;
门叶结构材料：
Q235A。
二、闸门结构的形式及布置
例图1-1闸门主要尺寸（单位：
m）
1.闸门尺寸的确定（例图1-1）
闸门高度：
H=6.2m
闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：
L1=6m
闸门的计算跨度：
L=L1+2d=6+2×
0.2=6.4m
2.主梁的形式
主梁的形式应根据水头和跨度的大小而定，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。
3.主梁的布置
根据闸门的高跨比L=H，决定采用双主梁。
为使两个主梁在设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称与水压力的作用线。
单位宽度上的水压力P=（58.8+117.6）×
6÷
2=529.2（kN/m）
Y=（58.8×
6×
2÷
2+58.8×
3）÷
529.2=2.67（m）
要求下悬臂a0.12H和a0.4m，上悬臂c0.45H，取
a=0.77m≈0.12H=0.72m
主梁间距：
2b=2×
（2.67－0.77）=3.8m
则c=H－2b－a=6－3.8－0.77=1.43m<
0.45H（满足要求）
4.梁格的布置和形式
梁格采用复式布置和等高连接，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，使面板各区格需要的厚度大致相等，梁格布置的具体尺寸详见例图1-2。
例图1-2梁格布置尺寸图（单位：
mm）
5.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3道横隔板，其间距为1.6m，横隔板兼作竖直次梁。
（2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖直平面内，采用斜杆式桁架。
6.边梁与行走支承
边梁采用单腹式、行走支承采用胶木滑道。
三、面板设计
根据SL74—95《水利水电工程钢闸门设计规范》修订版，关于面板设计的计算，先估算面板的厚度，在主梁截面选择之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，面板厚度按下式据算：
t=a
当b/a3时，a=1.5，则t=a=0.068a
当b/a>
3时，a=1.5，则t=a=0.07a
现列例表1-1计算如下：
例表1-1
面板厚度的估算
区格
a
（mm）
b
b/a
k
p
（N/mm）
t
1
735
1590
2.16
0.699
0.061
0.206
10.29588
2
695
2.29
0.499
0.069
0.186
8.79036
3
655
2.43
0.077
0.196
8.72984
4
690
2.3
0.084
0.205
9.6186
5
0.091
0.213
9.99396
6
0.099
0.222
10.41624
7
0.106
0.23
10.2442
8
600
2.65
0.734
0.114
0.289
11.7912
注：
1.面板边长a、b都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽度为140mm（详见于后）；
2.区格1、8中系数k由三边固定一边简支板查得。
根据上表计算，选用面板厚度t=12mm。
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P，已知面板厚度t=12mm,并且近似地取板中最大弯应力σmax==160N/mm2，则
P=0.07tσmax=0.07×
12×
160=134.4（N/mm）
面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：
T==
计算面板与主梁连接的焊缝厚度：
面板与梁格连接焊缝最小厚度=6mm
四、水平次梁、顶梁和底梁的设计
1.荷载与内力的计算
水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在他们上面的水压力可按下式计算，即
现例表1-2计算后得：
例表1-2
水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算
梁号
梁轴线处水压强度p（kN/m）
梁间距
（m）
（kN/m）
1（顶梁）
58.8
0.4
23.52
65
0.8
52.00
3（上主梁）
72.8
0.78
56.78
80.3
0.76
61.03
87.7
66.65
95.2
72.35
102.6
77.98
8（下主梁）
110.1
0.715
78.72
9（底梁）
117.6
0.67
0.335
39.40
根据例表，水平次梁计算载荷取78.8kN/m，水平次梁为四跨连续梁，跨度为1.6m（例图1-3），水平次梁弯曲的边跨中弯矩为
M次中=0.077ql2=0.077×
78.8×
1.62=15.5（kN·
支座B处的负弯矩为
M次B=0.107ql2=0.107×
1.62=21.6（kN·
例图1-3水平次梁计算简图和弯矩图
2.截面的选择
W===135000（mm）
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选[18a，由附录三表4表查得：
A=2569（）；
WX=141400（）；
=12727000（）；
=68（mm）；
d=7（mm）
面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中最小值。
B≤+60t=68+60×
12=788（mm）
B=ξ1b（对跨间正弯矩段）；
B=ξ2b（对支座负弯矩段）；
按5号梁计算，设梁间距b=（b1+b2）/2=（840+810）/2=825（mm）.确定上式中面板的有效宽度系数ξ时，需要知道梁弯矩零点之间的距离L0与梁间距b之比值。
对于第一跨中正弯矩段取l0=0.8l=0.8×
1600=1280（mm）;
对于支座负弯矩段取l0=0.4l=0.4×
1600=640（mm）。
根据l0/b查表7-1得：
对于l0/b=1280/825=1.55,得ξ1=0.59,则B=ξ1b=0.59×
825=487（mm）
对于l0/b=640/825=0.78,得ξ2=0.24，则B=ξ2b=0.24×
825=198（mm）
对于第一跨中弯矩选用B=788（mm），则水平次梁组合截面面积（例图1-4）为
A=2569+788×
12=12025（mm2）
组合截面形心到槽钢中心线的距离：
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为
例图1-4面板参加水平次梁工作后的组合截面
对支座段选用B=198（mm）.则组合截面面积：
A=2569+198×
12=4945（mm2）
e=（198×
96）/4945=46（mm）
支座处组合截面的惯性矩及截面模量：
I次B=12727000+2569×
462+198×
522=24587708（mm4）
Wmin=24587708/136=180792（mm2）
3.水平次梁的强度验算
由于支座处B弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即：
==21.6×
106/180792=119.5（N/mm2）<
[σ]=160（N/mm2）
说明水平次梁选用[18a槽钢满足要求。
扎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，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯矩已经求得M次B=21.6kN·
m,则边跨挠度可近似地按下式计算：
=-
=0.0003163=
故水平次梁选用[18a槽钢满足强度和刚度要求。
5.顶梁和底梁
顶梁和底梁均采用[18a.
五、主梁设计
（一）设计资料
（1）主梁跨度（例图1-5）：
净跨（孔口宽度）Lo=6m，计算跨度L=6.4m，荷载跨度L1=6m；
（2）主梁荷载：
q=264.6kN/m；
（3）横向隔板间距：
1.6m；
（4）主梁容许挠度[w]=L/600。
（二）主梁设计
主梁设计内容包括：
1.截面选择；
2.梁高改变；
3.翼缘焊缝；
4.腹板局部稳定验算；
5.面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。
1.截面选择
（1）弯矩与剪力。
弯矩与剪力计算如下：
Mmax=
例图1-5平面钢闸门的主梁位置和计算简图
（2）需要的截面抵抗矩已知Q235钢的容许应力=160N/mm,考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.
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