水工钢结构平面钢闸门设计计算书.doc
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水工钢构造平面钢闸门设计计算书一、设计资料及有关规定：1. 闸门形式：潜孔式平面钢闸门2. 孔的性质：深孔形式3. 材料： 钢材：Q235焊条：E43；手工电焊；普通方法检查止水：侧止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮行走支承：采用胶木滑道，压合胶布用MCS—2砼强度等级：C20启闭机械：卷扬式启闭机4.规：水利水电工程刚闸门设计规〔SL74-95〕，中国水利水电1998.8二、闸门构造的形式及布置（一） 闸门尺寸确实定〔图1示〕1.闸门孔口尺寸：孔口净跨(L)：3.50m孔口净高：3.50m闸门高度(H)：3.66m闸门宽度：4.20m荷载跨度(H1)：3.66m计算跨度(L1)：3.90m学号为1学号为2学号为3学号为4学号为5L=3.5m，L1=3.9mL=3.55m，L1=3.95mL=3.6m，L1=4.0mL=3.65m，L1=4.05mL=3.7m，L1=4.1mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05m学号为6学号为7学号为8学号为9学号为0L=3.75m，L1=4.15mL=3.8m，L1=4.2mL=3.85m，L1=4.25mL=3.9m，L1=4.3mL=3.95m，L1=4.35mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05m2.计算水头：50.00m。
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=3.50m,闸门高度h=3.66m,L
2.面板与梁格的连接计算面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm2,那么p=0.07х14х160=156.8.2N/mm ,面板与主梁连接焊缝方向单位长度地应力：T＝=面板与主梁连接的焊缝厚度：，面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度四、水平次梁，顶梁和底梁地设计1.荷载与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=p现列表2计算如下：表2梁号梁轴线处水压力强度P〔kN/mm2〕梁间距〔m〕〔m〕q=p(kN/m)1(顶梁)454.130.225115.800.512〔主梁〕459.130.48220.380.453〔水平次梁〕463.540.45208.590.454〔主梁〕467.950.45210.580.455〔水平次梁〕472.360.45212.560.456〔主梁〕476.470.45214.410.457〔水平次梁〕481.180.45216.530.458〔主梁〕485.590.45218.510.459〔底梁〕4900.225110.25∑＝1727.61kN/m 根据上表计算，水平次梁计算荷载取216.53kN/m，水平次梁为4跨连续梁，跨度为0.90m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: M次中＝0.077ql2=0.077х216.53х0.9752=15.85kN∙m支座B处的负弯距：M次B＝0.107ql2=0.107х216.53х0.9752=22.0248kN∙m 2.截面选择W=mm3 考虑利用面板作为次梁截面的一局部，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式6—11及式6—12计算，然后取其中较小值 式：6—11 B≤b1+60t=70+60Х14=910mm ;式：6—12 B=ζ1b (对跨间正弯距段) B=ζ2b 〔对支座负弯距段〕 梁间距b= 对于第一跨中正弯距段l0=0.8l=0.8Х975=780mm ;对于支座负弯距段l0=0.4l＝0.4Х975＝390mm 根据l0/b查表6—1： 对于l0/b＝780/900＝0.867 得ζ1＝0.40 ，得B=ζ1b＝0.40Х900＝360mm ,对于l0/b＝390/900＝0.430 得ζ2＝0.16 ，得B=ζ2b＝0.16Х900＝144mm ,对第一跨中选用B＝360mm,那么水平次梁组合截面面积〔例图4〕:A=2929+360Х14=6961mm2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e==65mm ;跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I次中＝13699000+2929Х652+360Х14Х352＝29662171mm4Wmin=对支座段选用B＝144mm，那么组合截面面积：A=2929+144Х14=4592mm2 ;组合截面形心到槽钢中心线得距离：e==35mm支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I次B＝13699000+2929Х432+144Х14Х352＝23680365.8mm4Wmin= 3.水平次梁的强度验算由于支座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σ次＝说明水平次梁选用[18b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,那么边跨挠度可近似地按下式计算： ＝ ＝0.0002≤ 故水平次梁选用[18b满足强度和刚度要求五、主梁设计(一)设计资料O(∩_∩)O1〕主梁跨度：净跨〔孔口净宽〕l0＝3.5m ；计算跨度l＝3.9m ；荷载跨度l1＝3.66m 2〕主梁荷载：3) 横向隔板间距： 0.975m 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： 剪力： 需要的截面抵抗距 A3钢的容许应力[σ]=160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力[σ]=那么需要的截面抵抗矩为；[ W]=〔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：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h0＝90cm 4)腹板厚度选择选用tw＝1.0cm 。
5)翼缘截面选择：每个翼缘需要截面为下翼缘选用t1＝2.0cm〔符合钢板规格〕，需要取B1＝30cm,上翼缘的局部截面积可利用面板，故只需设置较小的翼缘板同面板相连，选用t1＝2.0cm，b1＝16cm，面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B＝b1+60t＝16+60Х1.4＝100cm 上翼缘截面面积A1=18Х2.0+100Х1.4=172cm26)弯应力强度验算截面形心距：截面惯性距：截面抵抗距：上翼缘顶边 下翼缘底边 弯应力：平安表3部位截面尺寸〔cmХcm〕截面面积A(cm2)各型心离面板外表距离y′〔cm〕Ay′〔cm3〕各型心离中和轴距离y=y′-y1(cm)Ay2(cm4)面板局部100Х1.4140.00.7980-27.21103578上翼缘16Х2.032.02.476.8-25.520808腹板90Х1.090.043.4390615.519220下翼缘30Х2.060.084.4506456.5191405合计3129926.8335011〔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：表4部位截面尺寸〔cmХcm〕截面面积A(cm2)各型心离面板外表距离y′〔cm〕Ay′〔cm3〕各型心离中和轴距离y=y′-y1(cm)Ay2(cm4)面板局部100Х1.4140.00.7980-27.21103578上翼缘16Х2.032.02.476.8-25.520808腹板54Х1.054.043.42343.615.519220下翼缘30Х2.060.050.643038.456.5191405合计2868710.8335011因误差未超过10％，平安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Vmax＝790kNI0=13122cm4，上翼缘对中和轴的面积距：S1=32.0Х25.5+140Х27.2=4624cm3，下翼缘对中和轴的面积距：S2=60Х56.5＝3390cm3
