露顶式平面钢闸门课程设计钢结构

1、 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11.闸门尺寸的确定12.主梁的形式13.主梁的布置14.梁格的布置和形式25.连接系的布置和形式25-1横向联接系25-2纵向联接系26.边梁与行走支承2三、面板设计21.估算面板厚度22.面板与梁格的连接计算4四、水平次梁，顶梁和底梁的设计41.荷载与内力计算42.截面选择63.水平次梁的强度验算84.水平次梁的挠度验算85.顶梁和底梁8五、主梁设计81.设计资料82.主梁设计82-1截面选择82-2截面改变122-3翼缘焊缝142-4腹板的加劲肋和局部稳定验算142-5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161.荷载和内力计算162.横隔板截面选择和强度计算16七、纵向连接设计171.荷载和

2、内力的计算172.斜杆截面计算17八、边梁设计181.荷载和内力的计算181-1水平荷载181-2竖向荷载182.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201.确定轨道底板宽度202.确定轨道底板厚度20十一、闸门启闭力和吊座计算201启门力计算202闭门力计算213吊轴和吊耳板213-1吊轴213-2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+20.2=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

3、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a0.12H和a0.4m，上悬臂c0.45H，今取，a=0.7m0.12H=0.72主梁间距：2b=2(y-a)21.3=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当b/a3时， a=1.5，则t=akp0.9a=akp0.91.5160=0.068akp当b

4、/a3时，a =1.4，则t=akp0.9a=akp0.91.4160=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/akp(N/mm2)kpt(mm)91320572.250.740.0060.0666334.13686391320572.250.50.0150.0866035.37663251620573.990.610.0240.1209964.24550358620573.510.50.0270.116194.62991968620573.000.50.0330.1284525.99204461620573.340.50.0370.1360155.69738458620573.510.50.0440.1483245.91041455620573.700.50.0510.1596876.037453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=7mm2. 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max=160N/mm2 由此P=0.07tmax=0

5、.077160=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=VS2I0=4410006207306(21617000000)=181(N/mm)计算面板与主梁连接的焊缝厚度：hf=P2+T2(0.7t)=78.42+1812(0.7113)=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2pa上+a下2备注1（顶梁）3.68顶梁荷载按下图计算R1=1.571.5421.5731.72=3.68kN/m2 1.7427.3151.5811.591.433（上主梁）17.3581.2822.241.14423.0341.0524.250.97529.480.8825.830.786（下主梁）37.0260.6724.910.56743.8020.4620.340.37850.2480.2713

6、.660.189（底梁）56.3640.095.02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=0.07725.832.0672=8.50KNm支座B处的负弯矩为：M次B=0.107ql2=0.10725.832.0672=11.81KNm2. 截面选择W=M=11.81106160=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。Bb1+60t=60+607=480mmB=1b1（对跨间正弯矩段）B=2b1（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 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=

7、0.8l=0.82067=1654mm;对于支座负弯矩段取l0=0.4l=0.42067=827mm.根据l0b=1654575=2.88得1=0.839则B=1b=0.839575=482mm 根据l0b=827575=1.44得1=0.418则B=2b=0.418575=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+4606=4611mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(460673)4611=44mm跨中组合截面的惯性矩及截面模量为： I次中=5637000+1851442+4606322=12046766mm4Wmin=12046766116=103852mm2对支座段选用B=385mm.则组合截面面积：A=1851+3856=79520mm2组合截面形心到槽钢中心线的距离：e=(360673)4161=38mm.支座处组合截面的惯性矩及截面模量：I次B=5637000+1851442+4606322=11432376mm4wmin=11432376116=98554mm43. 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：次=M次Wmin=6.2110698554=63.018 N /mm2=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：l=5ql3384EI次-M次Bl16EI次=528.83（2067）33842.0610512046766-9.211062067162.0610512046766

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