水工钢结构钢闸门课程设计.docx

1、水工钢结构钢闸门课程设计水工钢结构钢闸门课程设计水工刚结构 潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书一、设计资料及有关规定：闸门形式：潜孔式平面钢闸门孔口净宽： 10m孔口净高： 13m上游水位： 73m下游水位： 0.1m闸底高程： 0m启闭方式：电动固定式启闭机启闭机械：液压式启闭机材料： 钢材： Q235-A.F；焊条： E43 型；行走支承：采用滚轮支承；止水橡皮：侧止水和顶止水用 P型橡皮，底止水用条型橡皮。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规范：水利水电工程刚闸门设计规范 SL 1974-2005 混凝土强度等级： C30二、闸门结构的形式及布置17

2、3101310（一） 闸门尺寸的确定（ 图 1 示）1闸门孔口尺寸：孔口净跨： 10m孔口净高： 13m闸门高度 : 13.2m闸门宽度 : 10.4m荷载跨度 : 13.2m2计算跨度 : 10.4m2 计算水头 :73m（二）主梁的布置1.主梁的数目及形式主梁是闸门的主要受力构件， 其数目主要取决于闸门的尺寸。 因为闸门跨度 L=10m, 闸门高度 h=13m,L3时， a=1.55, 则 t=akp=0.067 akp1.551600.9现列表 1 计算如下：区格a(mm)b(mm)b/akpkpt199520702.0800.6830.5930.63643.1299520702.080

3、0.4970.6040.54835.4399520702.0800.4970.6150.55335.7499520702.0800.4970.6260.57835.7599520702.0800.4970.6370.56336.1699520702.0800.4970.6470.56736.3799520702.0800.4970.6580.57236.7899520702.0800.4970.6690.57736.9999520702.0800.4970.6800.58137.21099520702.0800.4970.6910.58637.611109020702.0800.4970.70

4、20.59137.91290020702.0800.4970.7120.61942.1根据上表计算，选用面板厚度 t=44mm 。2.面板与梁格的连接计算2已知面板厚度 t=44mm , 并且近似地取板中最大弯应力 max= =160N/mm, 则 p=0.07 44160=492.8N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：T VS =8589344 4.4 71.3 1062062 N / mm,2I 0222466398.66104面板与主梁连接的焊缝厚度：hfP2T 2/ 0.7 tw 2120.6 / 0.7113 26.8mm ，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度 hf

5、27 mm 。四、水平次梁，顶梁和底梁地设计1.荷载与内力地验算水平次梁和顶，底梁都时支承在横隔板上地连续梁，作用在它们上面的水压力可4按下式计算，即q=p a上a下2现列表 2 计算如下：表 2梁号梁轴线处水梁间距（ ）a上a下q=p a上a下压力强度P2m22（kN/mm）（m）(kN/m)1 顶梁600.350.55330.201.12 水平次梁611.001.1672.11.13（主梁）622.001.1684.21.14（水平次梁）633.001.1696.31.15（主梁）644.001.1708.41.16（水平次梁）655.001.1720.51.17（主梁）666.001.1

6、732.61.18（水平次梁）677.001.1744.71.19（主梁）688.001.1756.81.110（水平次梁）6991.1768.91.111（主梁）7101.1781.01.112 水平次梁（）721.000.975793.10.8513（底梁）728.50.4225409.28798KN根据上表计算，水平次梁计算荷载取 793.1kN/m，水平次梁为 5 跨连续梁，跨度为 2.08m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为 : M 次中0.077ql 2=0.077 793.1 2.08 2 =246.2kN?m5支座 B 处的负弯距：M次 B0.107ql 2=0.107 793.1

7、2.08 2=366.31kN?m2.截面选择W=M366.162.53 106 mm103145考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选56C由附录三表四查得：23I4A=157.78cm ; Wx=2.55110 6 mm ;x=71430cm ; b1=170mm ; d=16.5mm。面板参加次梁工作的有效宽度分别按式611 及式 612 计算，然后取其中较小值。式： 611B b1+60t=170+60 44=2810mm ;式： 612B= 1 b ( 对跨间正弯距段 )B=2b（对支座负弯距段） 。b1b2 110011201110mm。对于第一跨中正弯距段梁间距 b=22l 0=

8、0.8 l= 0.8 2080=1644mm ;对于支座负弯距段 l 0=0.4 l 0.4 2080832mm。根据 l 0/b 查表 6 1：对于 l 0/b 1664/1110 1.499得 10.58，得 B=1 b 0.58 1110 634mm ,对于 l 0/b 832/1110 0.430得 2 0.750，得 B=2b 0.16 1110255.3mm,对第一跨中选用 B 634mm取 640mm,则水平次梁组合截面面积（例图 4） :656206444A=157.78+64 4.4=439.38cm 2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e= 640 44324 =207m

9、m ;43938跨中组合截面的惯性距及截面模量为：7I 次中 71430+157.7820.7 2+64 4.4 9.5 2 164451.4cm4164451.43376.82cm3W =min48.7对支座段选用 B260mm，则组合截面面积： A=1578.8+264.4=271.58cm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：260 44 324e= =133.85mm支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I 次 B71430+157.7813.46 2+26 4.4 16.8 2 131682.25cm4Wmin=131682.53180.73cm 34143.水平次梁的强度验算由于

10、支座 B 处（例图 3）处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座B 处截面的抗弯强度，即 次 366.31 106115.16N / mm2 145N / mm2 ,3180730说明水平次梁选用 56c满足要求。轧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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B 支座处截面的弯距已经求得 M次 B=22.0248kN?m,则边跨挠度可近似地按下式计算：w5ql 3M 次 B ll384EI 次16EI 次75 793.1 20803366.3 10620802.06105164451104162.0610516445110

11、 43840.0002025 w 10.004l250故水平次梁选用 56c 满足强度和刚度要求。5, 顶梁和底梁顶梁和底梁受得水压力都比较大，所以都采用 56c五、主梁设计( 一) 设计资料1）主梁跨度：净跨（孔口净宽） lo 10m ；计算跨度 l 10.4m ；荷载跨度 l1 13.2m 。2）主梁荷载： qP总(9.8 73739.8 59.8 59.8) / 5 1717.92kN 3) 横向隔板间422距： 2.07m 。4）主梁容许挠度： W=L/750。（二）主梁设计1. 截面选择（ 1） 弯距和剪力 弯距与剪力计算如下：弯距： M max1717.91 13.2 (10.41

12、3.2)30613.3kNm224剪力： Vmaxql 11717.92 13.28589.5kN22需要的截面抵抗距已知 A3 钢的容许应力 =145N/mm2 , 考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力 =0.9145130.5N / mm2 ,则需要的截面抵抗矩为；M max30613 .31023 W=130.50.1234584.6cm 。 （ 3）腹板高度选择按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：经济梁高：hW 2/53.1( 234584.6)2 / 5436cm。ec 3.1hmin 0.208fl0.960.23130.5 10210.4 102750109.1cm,E

13、w / l 2.06 107由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比 hec 为小，但不小于 hmin。现选用腹板厚度 h0300cm 。(4)腹板厚度选择t wh / 11 300 /11 1.52cm, 选用 t 1.5cm 。w(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为8A1 Wtw h0234584.61.5 300721.8cm 2 ,h063006下翼缘选用 tA1721.8cm取 B 90cm,上1 8.0cm（符合钢板规格），需要 b1t1890.1 ,1翼缘的部分截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t 18cm，b 80cm，面板兼作主

14、梁上翼缘的有效高度为B b +60t 16+604.4 344cm 。11上翼缘截面面积 A1=808+3442(6) 弯应力强度验算截 面 形 心 距 ：Ay306905.9y102.1cm,A3003.6截面惯性距： It wh03Ay 21.5300352641320.3 56016320cm4 ,1212截面抵抗距：上翼缘顶边WmaxI56016320548641.7cm3 ,y1102.1下翼缘底边 WminI56016320256602.5cm3 ,y2218.3弯应力：M maxWmin截面尺寸部位（ cm cm）面板部3444.4分上翼缘14X8腹板3001.530613.3

15、10011.9 /cm20.914.5 13.05kN/cm2 ,安全256602.5kN表 3各 型 心 离 中 Ay2截面面积各型心离AyA(cm2)面板表面（cm3）和轴距离(cm4 )距 离 y y=y -y 1(cm)（cm）1513.62.23329.9-99.9815129946.211128.42688- 93.72809500.8450162.47308060.31636240.59下翼缘908720316.4227808214.333065632合计3003.6306905.952641320.3（7）因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性，因梁高大于按高度要求的

16、最小梁高，故梁的挠度也不必验算。1.截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度与支承边梁高度（节约钢材） ，有必要将主梁承端腹板高度减小为 h0s 0.6h0 0.6 300 180cm 。考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接，故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表 4 所示：180表 4各 型 心 离 中 Ay2截面尺寸截面面积各型心离Ay部位（ cm A(cm2)面板表面（cm3）和轴距离(cm4 )cm）距 离 y y=y -y 1(cm)（cm）面板部344. 1513.62.23329.9-71.37694673.2分1.4上翼缘1481128.42688-66.9501268.32腹板18

17、0 61080102.411059227.14795505下翼缘908720196.4141408121.110558951.2合计3425.6258017.919550398.66I 06180319550398.66cm4250817.912y175.3cm3425.6截面下半部对中和轴的面积矩 :S720121.1117.16117.1128329.23cm3 ,2Vmax S8589.5 128329.238.17kN / cm2 8.5kN / cm2 , 因误差未超过 10，安I 0 tw22466398.666全3.翼缘焊缝10翼 缘 焊 缝 厚 度 h按受力最大的支承端截面计算

18、。V 8589.5kN 。fmax4，I 0=22466398.66cm上翼缘对中和轴的面积距： S1=1513.6 71.3+1.2 66.9=115412.48cm3，下翼缘对中和轴的面积距：3S2=720121.1 86472cmS1,VS18589.5 115412.482.8cm,需要 h f1.422466398.66 11.31.4I 0 wf 角焊缝最小， h f1.5 t1.5 80 13mm。全梁的上下翼缘焊缝都采用 hf 28mm。4.加筋肋验算因h030050 80不需设置横向加劲肋。闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其t w6间距 a2.08m 。腹板区格划分见图

19、2。5.取面板区格验算其长边点的折算应力my0.497 0.712 9002148N / mm2,44 2mxVmy0.314844 /2,Nmm面板区格的长边中点的主梁弯距和弯应力M 8589.5 53.12 - 8589.5 2.9220.597320kN m,M9732010620 xW548641103177 N / mm ,该区格长边中点的折算应力20 x )2my ( mx0 x )zhmy(mx11482(44 -177)2148(44177)141.1N / mm2 1.65 160 264N / mm2故面板厚度选用 44mm满足强度要求 。六、横隔板设计1.荷载和内力计算如

20、图所示水平次梁为 5 跨均布连续梁，R可看作它所受的最大剪力，由规范表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：R(0.6070.536)q次 l n1.143 793.12.08 1881.2kN; 取 q q 次M1 ql 021 Rl 01793.1 2.082 11881.2 2.08 1406.1N m84842.横隔板和截面选择和强度验算1112 1724300870WminI122368cm 3，182验算应力：M1406.1106Wmin122368103腹板选用与主梁腹板同高，采用 300060mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用 200mm 20mm的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式 B 1b确定。 l 0 / b 2.2 / 2.08 1.05,查表得 10.418 ，200x20B=