钢结构课程设计露顶式平面钢闸门设计word精品文档14页Word格式.docx
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学生姓名：
单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。
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这样,即巩固了所学的材料,又锻炼了学生的写作能力,同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等,达到“一石多鸟”的效果。
学号：
指导老师：
设计地点：
东大九龙湖校区
交通学院港航系
露顶式平面钢闸门设计
一、设计资料
1）闸门型式。
露顶式平面钢闸门。
2）空口尺寸（宽×
高）。
12m×
6.0m。
3）上游水位。
▽9.0。
4）下游水位。
无。
5）闸底高程。
▼3.0。
6）启闭方式。
电动固定式启闭机。
7）材料。
钢结构：
Q235AF；
8）焊条：
E43型；
行走支承：
胶木滑道，压合胶木为MCS-2；
止水橡皮：
侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；
混泥土强度等级：
C20（200号）。
9）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。
10）规范。
《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-2019）。
二、闸门结构的型式及布置
1.闸门尺寸的确定
2.闸门高度：
考虑风浪所产生的水位超高为0.2m，故
闸门高度
闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距
闸门计算跨度
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，为了便于制造和维护，采用实腹式组合梁。
3.主梁的布置
根据闸门的高垮比，决定采用双主梁。
为使2根主梁在设计时水压力相等，2根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线
，并要求上悬臂
，且使底主梁到底止水的距离尽量符合底缘布置要求（即
），取
，则主梁间距
4.梁格的布置和形式
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，其间距上疏下密，面板各区格所需要的厚度大致相等。
5.联结系的布置和形式
（1）横向联结系。
根据主梁的跨度，采用布置3道横隔板，其间距为3.1m，横隔板兼作竖直次梁。
（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。
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
1.估算面板厚度
当
时，
当
；
（h为区格中心的水头，单位m）
设计时选用[20b
计算结果
注1.竖直次梁腹板厚取8㎜；
2.主梁上翼缘宽度取140㎜。
3.区格1，4中系数k按三边固定一边简支查得
根据计算结果，选用面板厚度
。
2.面板与梁格的连接焊缝计算
面板局部弯曲式产生的垂直于焊缝长度方向上的横拉力Nt。
近似取板中最大弯应力
面板与梁连接焊缝方向单位长度内剪力
面板与主梁连接的焊缝厚度
面板与梁格的连接焊缝取其最小厚度
四、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、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在他们上面的水压力的计算式为
计算列表
梁号
梁轴线处
水压强度p
（kN/m2）
梁间距
（m）
（kN/m）
1
（顶梁）
—
3.68
1.72
2
15.386
1.425
21.95
1.13
3
（上主梁）
26.46
1.040
27.56
0.95
4
35.77
0.895
32.04
0.84
5
44.002
0．825
36.30
0.81
6
（下主梁）
51.94
0.705
36.59
0.60
7
（底梁）
57.82
0.400
23.12
0.10
根据表计算结果，水平次梁计算荷载取最大值36.30KN/m，水平次梁为四跨连续梁，跨度为3.1m，水平次梁边跨中的正弯矩为
支座B处的负弯矩为
2.截面选择
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选[20b由附表3-6，查得
面板参加次梁翼缘工作的有效宽度
按5号梁进行计算，该梁平均间距
对于第一跨中正弯矩段，零点之间的距离
，由
查表得
，
对于支座负弯矩段，
对第一跨中，选用
，则水平次梁的组合截面积为
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
对支座，选用
支座处截面的惯性矩及截面模量为
3.水平次梁的强度验算
支座处弯矩最大截面模量较小，故只需检验支座处截面的抗弯强度，即
满足强度要求。
轧成梁的剪应力一般很小，故不再验算。
4.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，最大扰度发生在边跨，查表得
，则
满足刚度要求
5.顶梁和底梁
顶梁和底梁也采用和中间次梁相同的截面，故也选用[20b。
五、主梁设计
（一）已知条件
（1）主梁跨度：
计算跨度
，荷载跨度
（2）主梁荷载：
（3）横隔板间隔：
3.1m。
（4）主梁容许绕度：
（二）主梁设计
1.截面选择
（1）主梁内力
（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，取容许应力为
）
（3）腹板高度h0选择
为减小门槽的宽度，主梁采取变梁高形式，按刚度要求的最小梁高为
经济梁高
则选取的梁高h一般应大于
但比
稍小，选取
（4）腹板厚度选择
由经验公式
选用
（5）翼缘截面选择
每个翼缘所需截面积为
下翼缘选用
，需要
，选用
上翼缘的部分面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用
面板兼做主梁上翼缘的有效宽度B可按下列二者计算，然后取较小值
下主梁与相邻两水平次梁的平均间距较小，为
由
，查表得
故面板可利用的有效宽度为
，则主梁上翼缘的总面积为
（6）弯应力强度验算
主梁跨中截面形心距面板表面的距离
截面惯性矩为
截面抵抗矩为
弯应力
弯应力强度满足要求。
（7）整体稳定与绕度验算。
因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按《钢结构设计规范》（GB50017—2019）规定可不必验算其整体稳定性。
又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的绕度也不必验算。
2.截面改变
因主梁跨度较大，为节约钢材，同时减小门槽宽度，决定降低主梁端部高度，取主梁支承端腹板高度为
梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，若横隔板的下翼缘宽度取为200，则梁高改变位置离开支承端的距离为3100-200/2=3000
剪切强度验算：
主梁支承端截面参数
截面形心距面板表面的距离
截面下半部对中和轴的面积矩
则
剪切强度满足要求。
3.翼缘焊缝
翼缘焊缝厚度hf按受力最大的支承端截面计算。
最大剪力
，截面惯性矩
上翼缘对中和轴的面积矩
下翼缘对中和轴的面积矩
需要焊缝厚度
角焊缝
主梁上、下翼缘焊缝全长均取
4.腹板的加劲肋和局部稳定验算
加劲肋的布置：
因为
，故需设置横加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。
因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间据a=3100mm。
腹板区格划分如图。
梁高都较大的区格，按式（5-59）验算，即
区格II左边截面的剪力
该截面的弯矩
腹板边缘的弯曲压应力
查表5-9得内插法
0.9665由a/b=310/120=2.6查表5-10得
所以
故在区段II的横隔板之间不必再增设加劲肋。
再从剪力最大的区格I来考虑
需验算。
故需局部稳定性验算。
区格Ⅰ左边最大剪力
，该截面弯矩
则腹板边缘的弯曲压应力
由a/b=310/72=4.3查表得
故在区段Ⅰ的横隔板之间不必再增设加劲肋。
六、面板参加主（次）梁工作的折算应力验算
主（次）梁截面选定后，还需要按式8-4（p276）验算面板局部弯曲与主次梁整体弯曲的折算应力。
因水平次梁的截面很不对称，面板参加水平次梁翼缘整体弯曲的应力
与其参加主梁翼缘工作的整体弯曲应力
要小的多，故只需验算面板参加主梁工作是的折算应力。
由前文的面板计算可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格III所需要的板厚较大，这意味着该区格的场边中点应力也较大，所以选取区格III按式8-4验算其长边中点的折算应力。
面板区格III在长边中点的局部弯曲应力为
对应于面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯矩和弯应力为
面板区格Ⅲ的长边中点的折算应力为
（面板的边长比b/a=310/86=3.905>
3所以
故面板厚度选用8mm，满足强度要求。
七、横隔板（竖向次梁）设计
横隔板按支承在主梁上的双悬臂梁计算，则每道横隔板在上悬臂的最大负弯矩为
横隔板的腹板选用与主梁腹板相近，采用
，上翼缘利用面板，下翼缘采用
的扁钢。
利用面板的宽度计算
横隔板平均间距
选择较小的利用宽度
截面
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