水库工作闸门计算说明书.docx

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水库工作闸门计算说明书

水库放水闸工作闸门

2×2.5-7.25m

计

算

书

2005.11

一．基本资料

1.孔口尺寸（BH）2.5×2m

2.进口底坎高程：

950.40m

3.检修平台高程：

959.50m

4.上游校核洪水位：

956.86m

5.上游设计水位：

957.65m

6.死水位：

950.40m

二．布置

该闸门采用设计水头7.25m，运行条件为动水启闭，利用螺杆下压力动水闭门，动水启门。

面板设置在上游面，止水布置在下游，止水高度2.6m，止水宽度2.1m。

由于闸门孔口尺寸较小，梁系按照结构布置，要满足主梁和主轮的布置要求。

还要满足闸门底缘下游倾角不小于30°的布置要求。

由于闸门孔口尺寸较小，闸门主轮未能作等荷布置，且兼作控制闸门反位移支承，侧滑块作控制闸门侧向位移支承，侧滑块布置在门体上游侧的面板上。

考虑闸门结构尺寸较小，孔口尺寸宽高比等于0.8小于1，故闸门采用单吊点启吊，吊耳设置在门顶,边梁布置为单腹板。

悬臂轮布置为双腹板.

顶、侧止水均采用P型橡塑复合止水，底止水为I型平板橡皮，底侧止水也为平板橡皮。

三．结构计算

1.总水压力：

结构布置见下图

Hs=7.25m，h=2.6m，Bz=2.1m，P=1/2λ（2Hs-h）hBzs=0.51（27.25-2.6）2.62.1=32.49t

面板与梁格布置简图

2.面板初选面板厚度按下式计算：

考虑到淤沙和锈蚀的作用，初选面板厚度为：

δ=1.2cm;

计算面板厚度采用：

δ=0.84cm;

设计面板厚度为：

δ=1.2cm;

3.面板与梁格的连接计算：

由于该闸门的尺寸较小，属于潜孔低水头闸门，故不设置水平次梁，顶、底梁均采用与主梁类似的截面。

4.主梁的计算

1荷载分析

主梁可视为支承在边梁上的简支梁，承受水平方向传递来的均布水压力。

由于该闸门主梁设计未能采用等间距布置，计算中取荷载最大的中下主梁进行计算设计。

q

l=210cm

q=（5.69+6.51）/2×（6.51-5.69）=5.0t/m

2内力分析

Mmax=ql2/8=5.0×2.12÷8=2.79t-m=2.79×105（kg·cm）

Qmax=ql/2=5.0×2.1÷2=5.31t=5.31×103（kg）

那么截面所需的W=Mmax/0.85

=2.79×105÷0.85*1600

=205（cm3）

3截面设计

按刚度要求的最小梁高为：

=（0.208×1600×210）÷（2.1×106×（1/750））

=25（cm）

根据经济梁高计算：

=3.1×2052/5=26（cm）

选定主梁为：

I28a则；h=28cm，b=12.2cm，d=0.85cm，Wx=508cm3，，Ix=7114cm4，Ix:

Sx=24.62

面板参加主梁作用的宽度为；

⑴

=30×1.2+12.5=48.5cm

⑵

l0=l=210cm,b=12.2cm

l0/b=210÷12.2=17.21查图表得ξ1=0.99

B=0.99×12.2=12.1cm

为考虑适当裕度，不考虑面板参与主粱作用。

4应力验算

σ1=MMAX/WX=2.79×105/508=549（kg/cm2）

254（kg/cm2）

从以上计算可知主梁的截面型式能满足强度要求。

5挠度计算

主梁高度是大于最小梁高的，固不必验算挠度。

=0.19（cm）<1/750＝210/750=0.28

可见主梁的挠度满足规范要求。

由于h0/δ=28/0.85=32.94≤80×（2400/σs）1/2=60可不必验算腹板的局部稳定性。

5.顶、底梁的设计

由于顶、底梁所受的荷载相对于第三根主梁而言要小，又闸门的吊耳设置在顶梁腹板上，顶梁在动水闭门时承受部分水柱压力，故将其设计成与第三根主梁近似的截面形式，强度及稳定均能满足要求。

6.纵梁

该闸门上的纵梁按构造要求与门叶、主梁等齐平连接，截面形式如主梁，那么强度与挠度均能满足要求。

7.边梁

边梁可简化为支承在两个主轮上的双悬臂梁，承受由顶梁、中横梁、底梁传递来的集中荷载，计算简图如下：

P10.42mP20.88mP30.12mP4

R10.17m0.65mR2

①荷载分析

P1=（4.65+4.95）×0.3×2.1×÷2÷2=1.51t

P2=（4.95+5.69）×0.74×2.1×1÷2÷2=4.14t

P3=（5.69+6.51）×0.82×2.1×÷2÷2=5.25t

P4=（6.51+7.15）×0.64×2.1×÷2÷2=4.59t

ΣPi=R1+R2

0.59P2+1.47P3+2.24P4=0.42R1+2.12R2

R1=7.29t;R2=8.19t;

②内力计算

05.78t1.65t

0.17m0.88m4.59t（Qt）

0.42m-1.51t0.65m0.12m

-3.61t

-0.5508t·m

-0.6378t·m（Mt.m）

+0.3449t·m+1.7925t·m

从剪力与弯矩图可知：

Qmax=5.78t;

Mmax=1.7925t·m;320

③截面特性：

12

边梁所受的最大弯矩较主横梁要的多30428012

，采用与主梁近似的截面，只是面板

兼作前翼缘宽度B值取为320mm，12220

=

=13.42（cm）

y2=30.4-13.42=16.98（cm）

Ix=15704（cm4）

S=581.85（cm3）

④应力验算

=153（kg/cm2）

=194（kg/cm2）

178（kg/cm2）

从以上计算可知边梁的截面型式能满足强度要求。

通过以上的分析计算，可知门叶结构的布置，主梁、顶、底、边梁的截面形式的设计均是合理的，稳定及挠度能满足规范要求。

四.主轮设计

本套闸门上共设置4个主轮，并兼作反向支承。

取主轮的直径为φ380，轮缘宽度a=80mmcL

轴径d=80mm,100b95300

d1=90mm,L=300mm，b=100mm，c=95mm,80

滚轮与轨道的接触应力：

a

≤

=3×2400=7200（kg/cm2）

滚轮的材料选用ZG35，轨道的材料采用Q235，两者较小的

=2400kg/cm2。

轮轴的弯曲应力：

轮轴材料选用40Cr号优质合金钢调质热处理。

轮轴剪应力

轴套的承压应力

轴套采用ZQAL9-4的复合轴承。

轴承座的局部紧接承压应力

五.轨道

轨道采用组合梁的形式，材料选用Q235钢，厚度为10mm的钢板，二期砼标号为C25，

。

1.轨道底板与砼承压应力：

2.轨道横断面弯曲应力

3.轨道颈部的局部承压应力

4.轨道底板弯曲应力

通过以上计算轨道的设计能够满足要求。

六.启闭力的计算

该闸门为工作闸门，操作条件为动水启启。

用螺杆机平压启门

1闭门力

根据技施图得知闸门重约2吨,作用的闸门上的总水压力P=0.5×（2Hs-h）hBzs=0.5×（2×7.25-2.6）2.1×2.6=32.49t

G=2t

+Pt

Tzd=P/R×（f1r+f）=32.49/19×（0.3×3.5+0.1）=1.97t

Tzs=Pzsf3=0.7×（2×0.05×2.6×5.95+0.05×2.1×5.95）=1.52t

上托力Pt=γβtHsD1Bzs=1×0.8×7.25×0.028×2.1=0.34t

+Pt=1.2（1.97+1.52）-1×2+0.34=2.53t

2启门力

闸门启门为动水启门，那么闸门所受的总水压力为：

P=0.5×（2Hs-h）hBzs=0.5×（2×7.25-2.6）2.1×2.6=32.49t

TZd=P×（f1r+f）/R=32.49×（0.3×3.5+0.1）/19=1.97t

Tzs=Pzsf3=0.7×（2×0.05×2.6×5.95+0.05×2.1×5.95）=1.52t

FQ=nt（Tzd+Tzs）+Px+n’GG+Gj+Ws

=1.2（1.97+1.52）+1.1+1.1×2+0+4.02

=11.5t

Ws=0.264×2.1×7.25=4.02t　　

Px=psD2Bzs=2×0.264×2.1=1.1t

所以启闭机选用LQ-150kN的手电两用螺杆式启闭机。