2022年2022年露顶式施工钢闸门平面设计 .pdf

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1、水平钢闸门设计1 / 19水工钢结构暨露顶式平面钢闸门课程设计一、设计资料闸门的形式：暨露顶式平面钢闸门；孔口净宽： 8.00m 设计水头： 5.00m 刚才结构： Q235 镇静钢焊条： E43 止水橡皮 :：侧止水选用P60A 型橡皮，底止水选用I11016 型。行走支撑：采用胶木滑道，压合胶木为MCS2；混凝土强度等级： C20 二、设计内容及步骤1、闸门尺寸的确定，如下图所示：闸 门的 高 度 ：考 虑风 浪 所 产生 的水 位 超 高为 0.2m， 所 以 ，闸 门 的 高 度H=5.0+0.2=5.2m 闸门的和和在跨度为两侧止水间的跨度：L0=8.0m 闸门的计算跨度： L=L0

2、+20.3=8.6m 2、主梁形式的确定：主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本设计采用焊接组合截面形式，闸门的长度（ L1=8m 多） 。3、主梁的布置因为 L=8.6m，且 L/H=1.651.5 ，所以采用双主梁名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计2 / 19根 据公 式计 算每一根主梁距水面的距离，K 及第 K 跟主梁，得：y1=2.26m y2=4.4m 如右图所示4、梁格的布置和连接形式梁

3、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，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，初步估测水平次梁为 3 根，竖直次梁为3 根,且竖直次梁的间距b=8.6/4=2.15m 。梁格的布置具体尺寸如下页所示。5、连接系的布置和形式（1）横向连接系，根据主梁的跨度设置横隔板3 道，其间距为 2.15m 。横隔板兼做竖直次梁使用。（2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。6、边梁与行走支撑边梁采用单腹式， 行走支撑发采用滑动式。 每个边梁上不知梁格行走支撑，共有P 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

4、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计3 / 194 个行走支撑。三、面板的设计假设梁格的布置如上图所示，面板的厚度按下式计算：式中0.9面板参加主梁工作需要保留一定的强度储备系数；弹塑性调整系数， 当 b/ 3 时， =1.4; 刚才的抗弯容许应力，以N/mm2计。 a水平次梁轴线间的距离。当 b/ 3时，=1.4, 则现列下表计算如下：区格 （mm） b（mm） B/k P(N/mm2) t(mm) I 1500 2150 1.43 0.440 0.00

5、7 0.055 5.61 II 960 2150 2.23 0.498 0.019 0.097 6.33 III 850 2150 2.53 0.500 0.028 0.118 6.82 IV 750 2150 2.87 0.500 0.036 0.134 6.83 V 540 2150 3.98 0.500 0.042 0.145 5.48 VI 600 2150 3.58 0.500 0.048 0.155 6.51 根据上表计算，选用面板厚度为t=8mm。四、水平次梁、顶梁、底梁的设计首先采用 Q235 不等肢角钢设计，顶、底梁全采用槽钢设计。（1）荷载与内力的计算水平次梁和顶底梁都是支

6、承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可公式（78）计算： q=p（a上+a下）/2 列列表计算后得现列表计算如下：水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算梁号梁轴线处水压强度 p(kN/m2) 梁间距（ m ）（ a上+a下）/2(m) q=p（ a上+a下）/2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计4 / 191( 顶梁) 2.39 1.5 2 12.74 1.050 13.38 0.6 3（主梁）

7、 18.62 0.725 13.50 0.85 4 26.95 0.800 21.56 0.75 5 34.30 0.645 22.12 0.54 6（主梁）40.18 0.570 22.90 0.6 7 49.00 0.400 19.60 顶梁荷载按下图计算 : 根据上表计算， 水平次梁计算荷载取22.10KN/m，水平次梁为四跨连续梁， 跨度为 2.15m，水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为M次中=0.077ql2=0.07722.10 2.152=7.87(kNm) 支座 B处得负弯矩为M次 B=0.107ql2=0.10722.10 2.152=10.93（kNm ）（2）截面选择W=M/

8、=10.93 106/160=68313(mm3考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初步选定L125808，有附录三查的A=1600mm2 IX=83500mm3名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计5 / 19面板参与次梁工作有效宽度分别按式（711）及式（712）计算，然后取其中最小的值。式（711） B1.0.采用式 (458b)计算s:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

9、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计12 / 19则 cr=1-0.59(S-0.8)=1-0.59(0.9-0.8)95=89.4(N/mm2) c=0 将以上数据代入式 (466)有:故横隔板之间（区格2）不必增设横向加劲肋。再从剪力最大的区格1 来考虑：该区格的腹板平均高度为：h0=0.5(80+48)=64cm 因 h0/tw=71，不必验算，故在梁高减小的区格1 内也不必另设横向加劲肋。（五）面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算从上述的面板计算

10、可见， 直接与主梁相邻的面板区格， 只有区格所需要的板厚较大，这意味这该区格的长边中点应力也较大，所以选取区格按式验算其长边中点的折算应力。面板区格在长边中点的局部弯曲应力：对应于面板区格在长边中点的主梁弯矩和弯应力：M=62.2543.2262.252.9222=536（kNm）面板区格的长边中点的折算应力为：上式中 my 、mx 、ox的取值均以拉应力为正，压应力为负。故面板厚度选择 8mm ，满足强度要求。六、横隔板的设计1、荷载和内力计算横隔板同时兼做竖直次梁， 她主要承受水平次梁、 顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替，名师资

11、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计13 / 19并且吧横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为： M=(2.1418.62) 22.15 2.14 3=30.56(kNm) 2、横隔板截面选择和强度计算其腹板选用与主梁腹板同高，采用800mm 9mm ，上翼缘利用面板，下翼缘采用200mm 8mm 的扁钢。上翼缘可利用面板的宽度按B=2b 确定，其中 b=2150mm ，按

12、L0/b=22140/2150=1.99 ， 从 71 表中查的有效宽度系数 2=0.50， 则 B=0.502150=1.075mm 。取 B=1100mm。计算如下图的截面几何特性：截面形心到腹板的中心线的距离：截面惯矩：截面模量：验算弯应力：由于横隔板截面高度较大， 剪切强度更不用验算。 横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度 hf=6mm。七、纵向连接系设计1、荷载和内力的计算纵向连接系承受闸门自重，露顶式平面钢闸门门叶自重G 按附录十一式计算：下游纵向连接系承受0.4G=0.464.3=25.72KN 纵向连接系视作简支的平面桁架。其桁架腹板布置如下图所示：其结点荷载为： 25.724=6.

13、43kN 杆件内力计算结果如下图所示。2、斜杆截面计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计14 / 19斜杆承受的最大的拉力N=16.5kN，同时考虑闸门的偶然扭曲时可能承受压力，长细比的限制值应与压杆相同，即 =200. 选用单角钢 L1008. 又附录三表二查得：截面面积 A=15.6cm2=1560mm2回转半径 iy0=1.98cm=19.8mm 斜杆的计算长度：长细比：验算拉杆强度：考虑到

14、单角钢受力偏心的影响，将容许应力降低15% 进行强度验算。八、边梁的设计边梁的截面形式采用单腹式， 边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁端高度相同， 腹板的厚度与主梁的腹板相同，为了便于安装压合胶木滑块。 下翼缘宽度不宜小于300mm 。边梁是闸门的重要受力构件， 由于受力情况复杂， 故在设计时可将容许应力值降低 20% 作为考虑受扭影响的安全储备。1、荷载和内力的计算在这门每侧边梁上各设两个胶木滑块。其布置尺寸如下图所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14

15、 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计15 / 19(1) 水平荷载。主要是主梁传来的水品荷载，还有水平次梁和定顶梁、底梁传来的水平荷载。 为了简化起见。 可假设这些荷载有主梁传给边梁。每个主梁作用于边梁的荷载为R=245KN 。竖向荷载。 有闸门自重、 滑道摩阻力、 止水摩阻力、起吊力等。上滑板所受的压力 R1=2452.14 2.84=185（KN ）下滑板所受的压力 R2=490-185=305 （KN ）最大的弯矩 Mmax=1850.7=129.5 （KN m ）最大的剪力 Vmax=R1=185（KN ）最大轴向力为作用在一个边梁的吊力。估计为150

16、KN （详细计算见后）。在最大弯矩作用截面说那个的轴向力，等于起吊力减去上滑块的摩阻力。该轴向力N=150-R1f=150-185 0.12=127.8 （KN ）2、边梁的强度验算截面面积 A=480 10+230014=13200(mm2) 面积矩 Smax=14300247+10240120=1061400 （mm3）截面惯性矩：截面模量 W=60463500/254=2380455(mm3) 截面边缘最大应力验算：腹板最大剪应力验算：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

17、 第 15 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计16 / 19腹板与下翼缘连接处折算应力验算：以上验算均满足强度要求。九、行走支撑设计胶木滑块计算：滑块位置如图所示，下滑快受力最大，其值为R2=305kN。设置滑块长度为 350mm， 则滑块单位长度的承压力为： q=3051000350=871(N/mm) 根据上述 q 值由表 72 查得轨顶弧面半径R=100mm，轨头设计宽度为 b=25mm 。胶木滑道与轨顶弧面得接触应力按式（713）进行验算：选定胶木高 30mm ，宽 100mm ，长 300mm 。如下图所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

18、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计17 / 19十、胶木滑块轨道设计1、确定轨道底板的宽度轨道底板宽度按混凝土承压强度决定。根据 C20混凝土由附录十表2 查得混凝土的容许压应力为 h=7N/mm2，则所需要的轨道底板宽度为：故轨道底面压应力：2、确定轨道底板厚度轨道底板厚度 按其弯曲强度确定。轨道底板的最大弯应力：式 中轨 道底 板的悬 臂长度c=102.5mm ，对于Q235 由第 二 章表28 查 得 =100N/mm2. 故所需轨

19、道底板的厚度为：十一、闸门启闭力和吊座得计算1、启门力按式（ 7250计算: 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计18 / 19其中闸门自重： G=64.3kN 滑道摩阻力：止水摩阻力： Tzs=2fbHp 因橡皮止水与钢板间摩擦系数 f=0.65 橡皮止水受压宽度取为 b=0.06 每侧止水受水压长度为 H=5.0m 侧止水平均压强 p=24.5Kn/m2故 Tzs=20.65 0.065.0 2

20、4.5=9.6kN 下吸水 Px底止水橡皮采用 I110 16 型，启规格为宽 16mm ，长 110mm 、底止水沿们跨长8.6m。根据SL7495 修订稿：启门时闸门底缘平均下吸强度一般按20Kn/m2计算，则下吸力： Px=208.6 0.016=2.8KN 故闸门启门力： T启=1.164.3+1.2 （117.6+9.6 ）+2.8=226KN 2、闭门力按式 (724)计算3、吊轴和吊耳板验算如下图(1) 吊轴。采用Q235钢，由第二章表 28 查得 =65N/mm2, 采用单吊耳。则吊耳的吊力为：吊耳的剪力为 V=P=271.2KN 需要吊轴截面积：又故吊轴直径：名师资料总结 -

21、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 19 页 - - - - - - - - - 水平钢闸门设计19 / 19（2）吊耳板强度验算： 按局部紧接承压条件， 吊耳板需要厚度按式 (7-26) 计算，由第二章表 28 查得 Q235钢的 cj=80N/mm2，故：因此在边梁腹板上端部得两侧各焊一块厚度为20mm 的轴承板，轴承板采用圆形，其直径取为 3d=380=240mm。吊耳壁拉应力按（ 727）计算：式中吊 耳 板 的 半 径 R=100mm， 轴 孔 半 径r=25mm， 有 第 二 章 表 2 8 查 得 k=120N/mm2. 所以孔壁拉力为：满足要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 19 页 - - - - - - - - -