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
⑷结构材料：
q235aF
⑸焊条：
焊条采用E43型手工焊
⑻止水橡皮：
侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；行走支承：
采用胶木滑道，压
合胶木为MCS2
⑼混泥土强度等级：
C20
（11）规范：
《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-1995）
图8-1¥価钢阿门门叶结构立体示意图
、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Ld=8.0m
⑶闸门计算跨度L=L0+2d=8+2X0.3=8.6m
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
y=-=3=1.67m，并要求下悬
33
H5.2
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）=2.14
m
4.梁格的布置和形式
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。
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。
梁格的布置及具体尺寸如下图所示：
5.联结系的布置和形式
（1）横向
导
-1
I\
、
、顶梁"
n
主梁
\
/
X
/
/
“\
/主孤
Z
VI
2150
2150
0I&UO
丄;
I'•
3
Ln-
联结系：
根据主梁的跨度，采用布置3道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联
8.6
结间距为l盲吃15m
（2）
4根等
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。
6.边梁与行走支承
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
1•估算面板厚度
假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式
kp
0.92
，且tmax-tmin<2mm
当b/aw3时，a=1.5，贝Ut=a
Ikp
'0.91.5160
0.068akp
当b/a>3时,
a=1.4,
则t=a
kp
'■0.91.4160
0.07akp
现列表计算如下:
格区
a（mm）
b（mm）
b/a（mm）
k（mm）
P（N/mm
2）
V^p
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
出
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
屮
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
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
q=p
计算
计算列表如下
梁号
梁轴线水压强度p
（KN/m2
梁间距
（m）
a上a下
a上a下
q=p
2
（m）
备注：
2
（m）
顶梁荷载按卜图卜
式计算
1（顶梁）
1.3014.7
1.30
1.50
2.76
R1=2
3
2
1.50
14.70
0.96
1.230
18.08
=2.76KN/m2
3（上主梁）
24.11
0.85
0.905
21.82
4
32.44
0.755
24.49
0.66
5
38.91
0.645
25.10
0.63
6（下主梁）
45.08
0.60
0.615
27.72
7（底梁）
50.96
0.300
15.29
wlCWm
■'fit
水平次梁边跨中的正弯矩为：
M次中=0.077qL=0.077X25.10X2.152=8.93KN/m
支座B处的负弯矩为：
M次B=0.107ql=0.107X25.10X2.152=12.42KN/m
2、截面选择
12.42106
160
3
=77625mm3
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l；lI跨度为2.15m。
水平次梁计算结构简图及弯矩图如下：
口’丄附—
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢14a由附表查得：
A=1851mm2；
24
Wx=80500mm;Ix=5637000mm;b1=58mm;d=6mm
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。
BB=&b（对跨间正弯矩段）；
B=歩（对支座负弯矩段）;
按5号梁进行计算，设该梁平均间距
b=
（b1+b2）
2
660+630
=2
=645mm,对于第一跨中正弯矩
段，零点之间的距离：
1。
0.8l0.821501720mm，对于支座负弯矩段取:
|00.4l0.42150860mm,根据Lo/b查表2—1;
1720
b645
2.667得^=0.80，则B=&b=0.80X645=516mm
由匕8601.333得富=0.380，贝UB=&b=0.380X645=245mm
b645
e=
对于第一跨中，选用B=516mm,则水平次梁的组合截
面积：
A=1851+516X8=5978mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
516X8X74
5978
=51mm
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为:
12635136
1中=5637000+1851X512+516X8X232=12635136mm4,Wmin=121
=104423mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
516X8X74
e=
5978
=51mm
对于支座段，选用B=245mm,则水平次梁的组合截面积：
A=1851+245X8=3811mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
245X8X74
e=
3811
=38mm
支座处截面的惯性矩及截面模量为：
I
次b=5637000+1851X30+245X8X3^=10850004mm4
10850004
Wmin=
108
=100463mm2
2.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。
次中=
M次中
Wmin
6
8.9310
104423
=85.52N/mm
2v
=160N/mm
6
=123.63N/mm
=160N/mm
M次B=11.7810
Wmin100463
综上可知水平次梁选用［14a满足弯应力强度要求。
3.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次b=12.42KN/m,
Ib=10850004mm4,四跨连续梁k"0.0063,
=0.004
250
w=k'也=0.0063X25.102・153105=0.0007V
LE次B2.06101085.004
w、
=0.004，满足挠度要求。
L
4.顶梁和底梁
底梁计算简图和弯矩图
M支座=0.107q丨2=0.107X15.29X2.152=7.56KN•m
M支座
W需=-
7.56106
160
3
47250mm
3
47.25cm
33
选用［12oW=62.137cm>W需=47.25cm
底梁弯应力强度验算:
M支座
Wy
7.56忖121.67N/mm2<
62.137
=160N/
cm2，满足弯应力要求。
底梁刚度验算:
.3
wqi
=k
L
35
15.292.1510
=0.0063X―=0.00119<
E次b2.0610391.466
w
=0.004满足刚度要求。
L
顶梁采用和底梁相同的槽钢即[12o，顶梁弯应力强度验算:
2
M支座=0.107ql=0.107X2.76X2.15^=1.37KN
M支座
Wy
1.37103
62.137
22.05N/mm2<
=160N/cm2满足应力强度要求。
顶梁的刚度验算:
wql
—=k=0.0063X
LE次b
35
2.762.1510
5
2.0610391.466
=0.00021<
=0.004满足刚度要求。
L
五、主梁设计
（一）已知条件
（1）
主梁跨度：
净跨度
l1=8.0m，计算跨度L=8.6m，荷载跨度l
=8.0m
11p
（2）主梁荷载：
P=—H2=—X9.8X5.02=122.5KN/m,口=上=61.25KN/m
222
（3）横隔板间隔：
2.15m。
w1
（4）主梁容许绕度：
w=丄。
L600
（二）主梁设计
1.截面选择
（1）主梁内力分析如图：
主梁简支于边梁上，最大弯矩在跨中,
最大剪力在支承处
ql
Mmax=（L
4
l、61.258
8
（8.6p
563.5KN•m
Vmax=£ql161.258245KN
（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）
max
0.92
563.5103
0.92160
3828cm3
（3）腹板高度h0选择（刚度条件求得最小梁高hmin）
hmin=0.96x0.208X—
EW/L
0.96X0.208X
1608.61020.92
2.061051/600
73.62cm
hec=3.1W2/5=3.1x38
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