露顶式平面钢闸门课程设计-钢结构_精品文档.docx
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课程设计（综合实验）报告
（2011--2012年度第1学期）
名称：
水工钢结构
题目：
露顶式平面钢闸门设计
院系：
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
设计周数：
2
成绩：
日期：
2012年1月3日
课程设计（综合实验）报告
目录
一、 设计资料 1
闸门形式 1
孔口净宽 1
设计水头 1
结构材料 1
焊条 1
止水橡皮 1
行走支承. 1
混凝土强度等级 1
二、 闸门结构的形式及布置 1
1. 闸门尺寸的确定 1
2. 主梁的形式 1
3. 主梁的布置 1
4. 梁格的布置和形式 2
5. 连接系的布置和形式 2
5-1 横向联接系 2
5-2 纵向联接系 2
6. 边梁与行走支承 2
三、 面板设计 2
1. 估算面板厚度 2
2. 面板与梁格的连接计算 4
四、 水平次梁，顶梁和底梁的设计 4
1. 荷载与内力计算 4
2. 截面选择 6
3. 水平次梁的强度验算 8
4. 水平次梁的挠度验算 8
5. 顶梁和底梁 8
五、 主梁设计 8
1. 设计资料 8
2. 主梁设计 8
2-1 截面选择 8
2-2 截面改变 12
2-3 翼缘焊缝 14
2-4 腹板的加劲肋和局部稳定验算 14
2-5 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算 15
六、 横隔板设计 16
1. 荷载和内力计算 16
2. 横隔板截面选择和强度计算 16
七、 纵向连接设计 17
1. 荷载和内力的计算 17
2. 斜杆截面计算 17
八、 边梁设计 18
1. 荷载和内力的计算 18
1-1 水平荷载 18
1-2 竖向荷载 18
2. 边梁的强度验算 19
九、 行走支承设计 19
十、 胶木滑块轨道的设计 20
1. 确定轨道底板宽度 20
2. 确定轨道底板厚度 20
十一、 闸门启闭力和吊座计算 20
1． 启门力计算 20
2． 闭门力计算 21
3． 吊轴和吊耳板 21
3-1 吊轴 21
3-2 吊耳板强度验算 22
总结 23
参考资料 24
24
一、设计资料
闸门形式：
单孔露顶式平面钢闸门
孔口净宽：
10.00mm
设计水头：
6.00m
结构材料：
平炉热轧碳素钢Q235
焊条：
E43
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，压合木为MCS-2.
混凝土强度等级：
C20
二、闸门结构的形式及布置
1.闸门尺寸的确定
闸门高度：
考虑风浪所产生的水位超高为0.2m，故闸门高度=6+0.2=6.2m；
闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：
L1=10m；
闸门的计算跨度：
L=L0+2d=10+2×0.2=10.4m
用autocad画出图形如下
图1闸门主要尺寸图（单位m）
2.主梁的形式
主梁的形式根据水头合跨度大小而定，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，决定采用双主梁。
为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y=H/3=2m，并要求下悬臂a≥0.12H和a≥0.4m，上悬臂c≤0.45H，今取，
a=0.7m≈0.12H=0.72
主梁间距：
2b=2（y-a）≈2×1.3=2.6m
则
c=H-2b-a=6-2.6-0.7=2.7m=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，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁布置的具体尺寸详见图2。
5.连接系的布置和形式
5-1横向联接系根据主梁的跨度决定布置三道隔板，其间距为2.55m，横隔板兼作竖直次梁。
5-2纵向联接系设在两个主梁下翼缘的竖平面内，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
1.估算面板厚度
假定梁格布置如图2所示。
面板厚度按下式计算：
t=akp0.9a[σ]
当b/a≤3时，a=1.5，则
t=akp0.9a[σ]=akp0.9×1.5×160=0.068akp
当b/a≥3时，a=1.4，则
t=akp0.9a[σ]=akp0.9×1.4×160=0.070akp
列表计算，如表1
表1面板厚度的计算
区格
a（mm）
b（mm）
b/a
k
p（N/mm2）
kp
t（mm）
Ⅰ
913
2057
2.25
0.74
0.006
0.066633
4.136863
Ⅱ
913
2057
2.25
0.5
0.015
0.086603
5.376632
Ⅲ
516
2057
3.99
0.61
0.024
0.120996
4.245503
Ⅳ
586
2057
3.51
0.5
0.027
0.11619
4.629919
Ⅴ
686
2057
3.00
0.5
0.033
0.128452
5.992044
Ⅵ
616
2057
3.34
0.5
0.037
0.136015
5.697384
Ⅶ
586
2057
3.51
0.5
0.044
0.148324
5.910414
Ⅷ
556
2057
3.70
0.5
0.051
0.159687
6.037453
图2梁格布置尺寸图（单位mm）
根据上表计算，选用面板厚度t=7mm
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拉力P，已知面板厚度t=7mm，并且近似地取板中最大弯应力
σmax=σ=160N/mm2
由此
P=0.07tσmax=0.07×7×160=78.4（N/mm2）
面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为
T=VS÷2I0=441000×620×7×306÷（2×1617000000）=181（N/mm）
计算面板与主梁连接的焊缝厚度：
hf=P2+T2÷（0.7[τtω]）=78.42+1812÷（0.7×113）=2.5mm
面板与梁格连接焊缝最小厚度hf=6mm
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隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按
q=p（a上+a下）÷2
现列表计算如表格2：
得出
q=152kN/m
表2水平次梁、顶梁共和底梁的计算
梁号
梁轴线处的水压强度P（KN/m2）
梁间距（m）
a上+a下2
pa上+a下2
备注
1（顶梁）
3.68
顶梁荷载按下图计算
R1=1.57×1.542×1.5731.72=3.68kN/m2
1.74
2
7.315
1.58
11.59
1.43
3（上主梁）
17.358
1.28
22.24
1.14
4
23.034
1.05
24.25
0.97
5
29.48
0.88
25.83
0.78
6（下主梁）
37.026
0.67
24.91
0.56
7
43.802
0.46
20.34
0.37
8
50.248
0.27
13.66
0.18
9（底梁）
56.364
0.09
5.02
根据上表计算，水平次梁计算荷载取25.83KN/m，水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.067m.如图3和图4所示。
图3梁格布置局部尺寸图（单位mm）
图4水平次梁计算简图和弯矩图
水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为：
M次中=0.077ql2=0.077×25.83×2.0672=8.50KN·m
支座B处的负弯矩为：
M次B=0.107ql2=0.107×25.83×2.0672=11.81KN·m
2.截面选择
W=M[σ]=11.81×106160=73812.5mm3
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢14b，由表查得：
A=1851mm2;Wx=80500mm3；Ix=5637000mm4；b1=60mm;d=8.0mm
面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取最小值。
B≪b1+60t=60+60×7=480mm
B=ζ1b1（对跨间正弯矩段）
B=ζ2b1（对支座负弯矩段）
按5号梁计算，设梁间距
b=b1+b22=580+5702=575mm
确定上式中面板的有效宽度系数ζ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=0.8×2067=1654mm;
对于支座负弯矩段取
l0=0.4l=0.4×2067=827mm.
根据
l0b=1654575=2.88
得ξ1=0.839则
B=ξ1b=0.839×575=482mm
根据
l0b=827575=1.44
得ξ1=0.418则
B=ξ2b=0.418×575=240mm
对于第一跨中弯矩选用B=460mm作图（图5）
图5面板参加水平次梁工作后的截面（单位mm）
则水平次梁组合截面面积：
A=1851+460×6=4611mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离：
e=（460×6×73）÷4611=44mm
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：
I次中=5637000+1851×442+460×6×322=12046766mm4
Wmin=12046766÷116=103852mm2
对支座段选用B=385mm.则组合截面面积：
A=1851+385×6=79520mm2
组合截面形心到槽钢中心线的距离：
e=（360×6×73）÷4161=38mm.
支座处组合截面的惯性矩及截面模量：
I次B=5637000+1851×442+460×6×322=11432376mm4
wmin=11432376÷116=98554mm4
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：
σ次=M次Wmin=6.21×10698554=63.018N/mm2<[σ]=160N/mm2
说明水平次梁选用14b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=9.21KNm
则边跨挠度可近似地按下式计算：
ωl=5ql3384EI次-M次Bl16EI次=5×28.83×（2067）3384×2.06×105×12046766-9.21×106×206716×2.06×105×12046766=0
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