平面定轮钢闸门设计.pdf

《平面定轮钢闸门设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《平面定轮钢闸门设计.pdf（12页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、.目 录 1.水工刚结构平面定轮钢闸门设计计算书。1 1）设计资料及有关规定。1 2）闸门结构的形式及布置。1 闸门尺寸的确定。1 主梁的布置。1 3）面板设计。一.设计任务.2 二设计资料.2 三闸门结构形式及布置.2 四、面板设计.3 五、水平次梁，顶梁和底梁地设计.3 六、主梁设计.5 七、横隔板设计.8 八、边梁设计.9 九、行走支承设计.10 十、胶木滑块轨道设计（见图 10）.10 十一、闸门启闭力和吊座验算.11 。2 4）水平次梁、顶梁和底梁地设计。3 5）主梁设计。6 6）横隔板设计。8 7）边梁设计。9 8）行走支承设计。10 9）胶木滑块轨道设计。11 10）闸门启闭力和

2、吊座验算。11 2.水工刚结构平面定轮钢闸门设计图。（附图）.水工刚结构平面定轮钢闸门设计计算书 一.设计任务 钢结构课程设计的任务为某节制闸工作闸门的设计。二设计资料 某供水工程，工程等级为 1 等 1 级，其某段渠道上设有节制闸。节制闸工作闸门操作要求为动水启闭，采用平面定轮钢闸门。本闸门结构设计按 SL74-95水利水电工程钢闸门设计规范进行。基本资料如下：孔口尺寸：6.0m6.0m(宽高)；底槛高程：23.0m；正常高水位：35.0m；设计水头：12.0m；门叶结构材料：Q235A。三闸门结构形式及布置 1.闸门尺寸的确定 闸门的高度：H=6+0.5=6.5m 闸门的荷载跨度为两侧止水

3、的间距：L1=6.1m 闸门计算跨度：L=L0+2d=6+20.2=6.4m 2.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=6.4，闸门高度 H=6.5，L3 时，a=1.4,则 t=a1604.19.0kp=0.07kpa 计算表见附表 1.根据上表计算，选用面板厚度 t=12mm。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 表达式按下式计算，已知面板厚度 t=12mm,并且近似地取板中最大弯应力max=160N/mm2,则 p=0.0712160=134.4N/mm,面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：T

4、02IVS=,/3091012403222721286010.942443mmN 面板与主梁连接的焊缝厚度：mmTPhwtf.34113.70309.41347.0/2222，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mmhf6。五、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 按下式计算，即 q=p2下上aa 计算表格见附表 2。根据计算，水平次梁计算荷载取 71.08kN/m，水平次梁为 4 跨连续梁，跨度为 1.6m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为:M次中0.077ql2=0.07771.081.62=14.01kN m 支

5、座 B 处的负弯距：M次 B0.107ql2=0.10771.081.62=19.47kN m 2.截面选择.W=36mm121688160107.419M 考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18b,由附录三表四查得：A=2929mm2;Wx=152200mm3;Ix=13699000mm4;b1=70mm;d=9mm。面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。Bb1+60t=70+6012=790mm;B=1b (对跨间正弯距段)B=2b （对支座负弯距段）。按 3 号梁计算，设梁间距 b=mmbb94528901000221。对于第一跨中正弯距段l0=0.8l=0.8

6、1600=1280mm;对于支座负弯距段 l0=0.4l0.41600640mm。根据 l0/b 查表：对于 l0/b1280/94501.354 得10.53，得 B=1b0.53945501mm,对于 l0/b640/9450.677 得20.21，得 B=2b0.21945198mm,对第一跨中选用 B501mm,则水平次梁组合截面面积见附图 2:面积为 A=2929+50112=8941mm2;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=89419612501=65mm;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I次中13699000+2929652+5011231232814479mm4 Wmin=

7、221170612532814479mm 对支座段选用 B198mm，则组合截面面积：A=2929+19812=5305mm2;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=53059612198=43mm 支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I次 B13699000+2929432+1981253225788905mm4 Wmin=219390213325788905mm 3.水平次梁的强度验算 由于支座 B 处处弯距最大，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,/160/.4100193902107.419226mmNmmN 说明水平次梁选用18b 满足要求。轧成梁的剪应力一般

8、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=19.41kN m,则边跨挠度可近似地按下式计算：次次次EIlMEIqllwB1638453.328144791006.21610.61101.419328144791006.238410.61 8.0715536533 0.000274004.02501lw 故水平次梁选用18b 满足强度和刚度要求。六、主梁设计(一)设计资料 1）主梁跨度：净跨（孔口净宽）L06m；计算跨度 l6.4m；荷载跨度 l16.1m。2）主梁荷载：m.31394kNPq总)

9、横向隔板间距：1.6m。4）主梁容许挠度：W=L/750。（二）主梁设计 主梁的设计内容包括：截面选择；梁高改变；翼缘焊缝；腹板局部稳定验算；面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。1.截面选择（1）弯距和剪力。弯距与剪力计算如下：弯距：mkNM6.711)41.62.46(2.16.3139max 剪力：kNqlV9.4242.16.313921max 需要的截面抵抗距 已知 A3 钢的容许应力=160N/mm2,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力=,/1441609.02mmN 则需要的截面抵抗矩为；W=。36max.7494114410.6711cmM （3）腹板高度选择。按

10、刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：经济梁高：。cmWhec9.093).74941(1.31.35/25/2,1.74750/11006.2104.61014423.096.0/23.0960722mincmlwEflh。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 h090cm。(4)腹板厚度选择,86.011/9011/cmhtw选用 tw1.0cm。(5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为,.939690190.7494162001cmhthWAw.下翼缘选用 t12.0cm（符合钢板规格），需要,202.939111cm

11、tAb取 B120cm,上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 t12.0cm，b114cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为 Bb1+60t14+601.286cm。上翼缘截面面积 A1=142.0+861.2=131.2cm2。(6)弯应力强度验算.主梁跨中梁面的几何特性见附表 3.主梁跨中截面见附图 3.截面形心距：,.535.22612.58229yy1cmAy 截面惯性距：,36984130909112900.11243230cmAyhtIw 截面抵抗距：上翼缘顶边,10418.53536984131maxcmyIW 下翼缘底边,6195.75936984

12、132mincmyIW 弯应力：,/4.14169.0/.5116195100.671122minmaxcmkNcmkNWM安全。（7）整体稳定性与挠度验算。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最小梁高，故梁的挠度也不必验算。2.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cmhhs606.000。见附图 4.梁高开始改变的位置取在临近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承端的距离为 160-10=150.剪切强度验算：考虑到主梁端部的腹板及翼缘都分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接。可按工字型截面来验算剪应

13、力强度，主梁支承端面的几何特性见附表 4.43012403211091012541cmI cmy.118.22252.340821 ,23682.139.1391.140403cmS,/5.9/.180.11240322368.9424220maxcmkNcmkNtISVw因误差未超过 10，安全 3.翼缘焊缝 翼缘焊缝厚度 hf按受力最大的支承端截面计算。Vmax424.9kN。I0=124032cm4，上翼缘对中和轴的面积距：S1=103.217.5+2815.9=2251cm3，下翼缘对中和轴的面积距：S2=4040.11604cm31.0，采用下式计算：2200s/0.928.059.

14、01854.0235/434.541mmNfahhscrytw 将以上数据代入验算式.0.113.00.924.121604.5422（满足局部要求）故在横隔板之间区格 2 不应增设横加劲肋。再从剪力最大的区格 1 来考虑：该区格的腹板平均高度cm80cm72549021h0，不必计算，故在梁高减小的区格 1 内也不必另设横向劲肋。5.取面板区格验算其长边点的折算应力 从上述的面板计算可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格 3 所需要的板厚较大，这就意味着该区格的长边中点应力也较大，所以选择区格 3 按下列验算其长边的折算应力。,/18912895070.04850222mmNmy。,/57

15、1893.02mmNVmymx 面板区格的长边中点的主梁弯距和弯应力,6672)15.023.61(.313923165.033.1392mkNM,/641018.410106672660mmNWMx 该区格长边中点的折算应力)()(0202xmxmyxmxmyzh 2222/2401605.1/166)6457(189)6457(189mmNmmN 故面板厚度选用 8mm 满足强度要求。七、横隔板设计 1.荷载和内力计算 如图所示水平次梁为 4 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：nlqR次)536.0607.0(;255.61.

16、3139143.1kN 取 qq次 mkNRlqlM.71829.81255419.81.31398141812020 2.横隔板和截面选择和强度验算 腹板选用与主梁腹板同高，采用 90010mm，上翼缘利用面板，下翼缘采用 200mm800mm 的扁钢，上翼缘可利用面板的宽度公式按式 B2b 确定。,5625.01600/900/0bl查表得20.225，B=0.2251600=360mm，取 B360mm。计算如下图所示截面几何特性截面型心到腹板.中心线距离：82001090012360455820045612360e83mm 截面惯性距：2223373123605672008831090

17、01290010I4410178492mm 4min3125956571mmIW，验算应力：/.458312595610.7182,26minmmNWM 由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度 hf6mm。八、边梁设计 边梁的截面形式采用单腹式，见附图 7，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，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.荷载和内力计算在闸门每侧边梁上各设 4 个胶木滑块，其

18、布置见附图 6：（1）水平荷载 主要是主梁传来的水平荷载，还有水平次梁和顶，底梁传来的水平荷载，为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁，每个边梁作用于边梁荷载为 R424.9kN（2）竖向荷载 有闸门自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑块所受压力：kNR8001，下滑块所受压力：kNR.68998004.94242，,7099.81.9424800maxmkNM kNV.7474.9424.6899max,最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为 400kN，有 N400kN 进行强度验算，kNfRN3044001,2.边梁强度验算 截面面积,25400105402050022m

19、mA,316450013527010280500203maxmmS,16992200002802050021254010423mmI35859379290mmIW。截面边缘最大应力验算：.2263maxmax/1261578.0 8.0/1335859379107092540010304mmNmmNWMAN 但不超过 10%，满足强度要求。腹板最大剪应力验算：,/76958.0 8.0/8210316450010.7474223maxmmNmmNIItSVwmaz 但不超过 10%，满足强度要求。腹板与下翼缘连接处则算应力验算：,KN122290270585937910709254001030

20、463maxyyWMAN 231max/40102802050010304mmNIItSVw，2222222/1281608.0 8.0/1404031223mmNmmNh。但不超过 10%，满足强度要求。九、行走支承设计 胶木滑块计算：下滑块受力最大，其值为 R2899.6kN，设滑块长度为 350mm，则滑块单位长度承受压力,/257035010.68993mmNq根据上述 q，查表得轨顶弧面半径 R=200mm，轨头设计宽度为b40mm，胶木滑块与规定弧面的接触应力验算：22max/500/3732002570104104mmNmmNRqj。选定胶木高 30mm，宽 120mm，长 35

21、0mm。十、胶木滑块轨道设计（见图 10）1.确定轨道底板宽度 轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为7N/mm2，则所需轨道底板宽度为 .32272257mmqBnn 取 Bh400mm，故轨道底面压应力：2/4.64002570mmNh 2.确定轨道底版厚度 轨道底板厚度按其弯曲强度确定，轨道底版的最大弯应力：.322tcn 轨道底板悬臂长度 C180mm，对于 A3 查表得100N/mm2，故：mmctn.9781001804.63322，故 t80mm。十一、闸门启闭力和吊座验算 1.启门力：x2s2dP)T1.2(T1.1GT启 其中闸门自重 .2kN381.8912

22、661.01.01.10.0229.8HAkk0.022kG3.604.310.63s1.34321 滑道摩阻力：,.6434.56.3139412.02kNfpTd 止水摩阻力：.5435.785.5606.065.0222kNfbhpTs 下吸力 Px 底止水橡皮采用 I11016 型，其规格为宽 16mm，长 110mm，底止水沿门跨长 6.4m，根据规 范 SDJ13 78，启 门 时 闸 门 底 缘 平 均 下 吸 强 度 一 般 按 20kN/m2计 算，则 下 吸 力：kNPx48.02016.0.4620 故闸门启门力：.72848.02).543.6434(2.1.21381

23、.1kNT启 2.闭门力：,.3449.21389.0).543.6434(2.19.0)2.12d2kNGTTTS（闭 显然仅靠闸门自重是不能关闭闸门的。由于该溢洪道闸门孔口较多，若把闸门行走支承改为滚轮，则边梁需由单腹式改为多腹式，加上增设滚轮等设备。则总造价增加较多。为此，宜考虑采用一个重量为 200KN 的加载梁，在闭门时可以依次对需要关闭的闸门加载下压关闭。3.吊轴和吊耳板验算（1）吊轴 采用 Q235 号钢，9 查得=65N/mm2,采用双吊点，每边启吊力为：,.43627282.122.1kNTP启吊轴每边剪力：,.42182.84362kNPV 需 吊 轴 截 面 积：2333

24、606510.4218mmVA由,785.0422ddA有：d,65785.03360785.0mmA取 d80mm，（2）吊耳板强度验算 按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按下式计算，查表得 A3 得cj=80N/mm,.t,68808010.84363mmdPcj固在边梁腹板上端部的两侧各焊一块为 35mm 的轴承板。轴承板采用圆形，其直径取为 3d380240mm，吊耳孔壁拉应力计算：8.02222KkYRYR 23/78807010.8436mmNtdPcj，吊耳板直径 R=120mm,轴孔半径 Y=40mm，由表查得：k=120N/mm2，故孔壁拉应力：222222/961208.0/.597401204012078mmNmmNk，但不超过 10%，满足要求 吊轴与吊耳截面见附图 7.十二、参考文献 1.水工钢结构，主编范崇仁，中国水利水电出版社，2008 年 5 月第 4 版 2.钢结构设计规范（GB50017-2003），中国计划出版社，2003 年 10 月第 1 版.3.水利水电工程钢闸门设计规范（SL74-95），中国水利水电出版社，1995 年 8 月第 1 版