1、水工鋼結構 平面鋼閘門設計計算書一、設計資料及有關規定：1. 閘門形式：潛孔式平面鋼閘門。2. 孔的性質：深孔形式。3.材料：鋼材： Q235焊條： E43；手工電焊；普通方法檢查。止水：側止水用 P 型橡皮，底止水用條型橡皮。行走支承：采用膠木滑道，壓合膠布用MCS 2。砼強度等級： C20。啟閉機械：卷揚式啟閉機。4. 規范：水利水電工程剛閘門設計規范（ SL74-95），中國水利水電出版社 1998.8二、閘門結構的形式及布置（一）閘門尺寸的確定（圖 1 示）1. 閘門孔口尺寸：孔口凈跨 (L) ：3.50m。孔口凈高： 3.50m。閘門高度 (H) ：3.66m。閘門寬度： 4.20m

2、。荷載跨度 (H1) ：3.66m。計算跨度 (L1) ：3.90m。學號為 1學號為 2學號為 3學號為 4學號為 5L=3.5m，L=3.55m，L=3.6m，L=3.65m，L=3.7m，L1=3.9mL1=3.95mL1=4.0mL1=4.05mL1=4.1mH=4.05m,H=4.05m,H=4.05m,H=4.05m,H=4.05m,H1=4.05mH1=4.05mH1=4.05mH1=4.05mH1=4.05m學號為 6學號為 7學號為 8學號為 9學號為 0L=3.75m，L=3.8m，L=3.85m，L=3.9m，L=3.95m，L1=4.15mL1=4.2mL1=4.25m

3、L1=4.3mL1=4.35mH=4.05m,H=4.05m,H=4.05m,H=4.05m,H=4.05m,H1=4.05mH1=4.05mH1=4.05mH1=4.05mH1=4.05m2. 計算水頭： 50.00m。（二）主梁的布置1.主梁的數目及形式L=3.50m,主梁是閘門的主要受力構件，其數目主要取決于閘門的尺寸。因為閘門跨度閘門高度 h=3.66m,L<h。所以閘門采用4 根主梁。本閘門屬中等跨度，為了便于制造和維護，決定采用實腹式組合梁。2.主梁的布置本閘門為高水頭的深孔閘門，孔口尺寸較小，門頂與門底的水壓強度差值相對較小。所以，主梁的位置按等間距來布置。設計時按最下面的

4、那根受力最大的主梁來設計，各主梁采用相同的截面尺寸。3. 梁格的布置及形式梁格采用復式布置與等高連接，水平次梁穿過橫隔板所支承。水平梁為連續梁，間距應上疏下密，使面板個區格需要的厚度大致相等，布置圖 2 示三、面板設計根據鋼閘門設計規范 SDJ 78（試行）關于面板的設計，先估算面板厚度，在主梁截面選擇以后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力。1. 估算面板厚度假定梁格布置尺寸如圖2 所示。面板厚度按下式計算t=akp0.9a 當 b/a 3 時， a=1.65, 則 t=akp=0.065 akp1.650.9160當 b/a >3時， a=1.55, 則 t=akp=0.06

5、7 akp1.550.9160現列表 1 計算如下：表 12區格a(mm)b(mm)b/akt(mm)PN/mm4059652.3830.7320.490.6013.7953459652.800.500.490.5011.21253459652.800.740.490.6013.455根據上表計算，選用面板厚度t=14mm 。2. 面板與梁格的連接計算2已知面板厚度 t=14mm ,并且近似地取板中最大彎應力 max=160N/mm, 則 p=0.07 14面板與主梁連接焊縫方向單位長度內地應力：T VS = 79010 3 1000 14 272398N / mm,2I 0237767700

6、00面板與主梁連接的焊縫厚度：hfP 2T 2/ 0.7 tw 398/ 0.7113 5mm ，面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度hf6mm 。四、水平次梁，頂梁和底梁地設計1. 荷載與內力地驗算水平次梁和頂，底梁都時支承在橫隔板上地連續梁，作用在它們上面的水壓力可按下式計算，即q=p a上a下2現列表 2 計算如下：表 2梁號梁軸線處水壓力強梁間距（ m）（ m）q=p a上 a下度 P22（ kN/mm）(kN/m)1(頂梁)454.130.225115.800.512（主梁）459.130.48220.380.453（水平次梁）463.540.45208.590.454（主梁）467.

7、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根據上表計算，水平次梁計算荷載取 216.53kN/m，水平次梁為 4 跨連續梁，跨度為 0.90m，水平次梁彎曲時的邊跨彎距為 : M 次中 0.077ql 2=0.077 216.53 0.975 2=15.85kN?m支座 B 處的負彎距：M次 B0.107ql 2=0.107 216.53

8、 0.975 2=22.0248kN?m2. 截面選擇M22.0248 1063W=160137655mm 考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選2W34; b1=70mm ;A=2929mm;x =152200mm; Ix面板參加次梁工作的有效寬度分別按式6 11 及式18b, 由附錄三表四查得：d=9mm。612 計算，然后取其中較小值。式： 611Bb1+60t=70+60 14=910mm ;式： 612B=1b (對跨間正彎距段 )B= b（對支座負彎距段） 。2梁間距 b= b1b2900900900mm 。 對于第一 跨中 正彎距段 l 0=0.8 l= 0.8 22975=78

9、0mm ;對于支座負彎距段l 0=0.4 l 0.4 975390mm。根據 l 0 /b 查表 61：對于 l 0/b 780/900 0.867得1 0.40 ，得 B= 1b0.40 900360mm ,對于 l 0 /b 390/900 0.430得 20.16，得 B=2b 0.16 900 144mm ,對第一跨中選用 B360mm,則水平次梁組合截面面積（例圖 4） :2A=2929+36014=6961mm;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：3601498e=65mm ;跨中組合截面的慣性距及截面模量為：224I 次中 65 +36014 35 mmWmin= 331300252

10、03165.6mm2155對 支座段 選 用B 144mm，則 組合 截面 面積 ：2A=2929+14414=4592mm;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=118.8 1498 =35mm4592.2支座初組合截面的慣性距及截面模量為：224I 次 B43 +1441435 mmWmin= 23680365.8189442.9mm21253.水平次梁的強度驗算由于支座 B 處（例圖 3）處彎距最大，而截面模量較小，故只需驗算支座B 處截面的抗彎強度，即 次 22.0248 10 6116.24N / mm2 160 N / mm2 ,189442.9說明水平次梁選用 18b 滿足要求。軋

11、成梁的剪應力一般很小，可不必驗算。4. 水平次梁的撓度驗算受均布荷載的等跨連續梁，最大撓度發生在便跨，由于水平次梁在B 支座處截面的彎距已經求得 M次 B=22.0248kN?m,則邊跨撓度可近似地按下式計算：5216.53 975322.024810 69753842.0610529662171162.06105296621710.0002 w 10.004l250故水平次梁選用 18b 滿足強度和剛度要求。五、主梁設計( 一) 設計資料 O(_ )O1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬） l03.5m；計算跨度 l 3.9m ；荷載跨度 l1 3.66m 。P總509.846.3446.34橫向隔

12、板間距：2）主梁荷載： q(9.8 50) / 4 431.9kN 3)4220.975m 。4）主梁容許撓度：W=L/750。（二）主梁設計1. 截面選擇（1） 彎距和剪力彎距與剪力計算如下：彎距： M max431.93.66 ( 3.93.66 )818kN m224剪力： Vmaxql1431.93.66790kN22需要的截面抵抗距已知 A3 鋼的容許應力 =160N/mm2 , 考慮鋼閘門自重引起附加應力的影響，取容許應力 =0.9 160144N / mm2 , 則需要的截面抵抗矩為；M max8181063 W=1445681cm 。 （3）腹板高度選擇按剛度要求的最小梁高（變

13、截面梁）為：hW2 / 53.1 (5681.833)2 / 5cm。經濟梁高： ec 3.198.43hmin 0.208fl0.162153.910342.5cm,2.0610 51/ 750E w / l 由于鋼閘門中的橫向隔板重量將隨主梁增高而增加，故主梁高度宜選得比hec 為小，但不小于 hmin。現選用腹板厚度 h090cm 。(4) 腹板厚度選擇t wh /11 90 / 11 0.86cm, 選用 t 1.0cm 。w(5) 翼緣截面選擇：每個翼緣需要截面為下翼緣選用 t 1 2.0cm（符合鋼板規格） ，需要b1A15829, 取130cm,上翼緣的部t12cmB分截面積可利

14、用面板，故只需設置較小的翼緣板同面板相連，選用t 12.0cm， b116cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為Bb +60t 16+601.4 100cm 。1上翼緣截面面積 A1=18 2.0+100 1.4=172cm2。(6) 彎應力強度驗算Ay '9926.831.82cm,截面形心距： y'312At wh03Ay21.0 9034,截面慣性距： I335010 377677 cm1212截面抵抗距：上翼緣頂邊WmaxI37767711869 .17cm3 ,y131.82下翼緣底邊 WminI3776776568cm3 ,y257.5彎應力：M max 818 10

15、012 .45kN / cm20.9 16 14.4kN / cm2, 安全Wmin6568表 3各型 心離中 和 Ay2部位截面尺寸截面面積各型心離面Ay（cmcm） A(cm2)板表面距離（cm3）軸距離(cm4)y（ cm）y=y-y (cm)1面板部分1001.4140.00.7980-27.21103578上翼緣16 2.032.02.476.8-25.520808腹板90 1.090.043.4390615.519220下翼緣30 2.060.084.4506456.5191405合計3129926.8335011（7）因主梁上翼緣直接同面板相連，可不必驗算整體穩定性，因梁高大于按

16、高度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗算。2. 截面改變因主梁跨度較大，為減小門槽寬度與支承邊梁高度 （節約鋼材），有必要將主梁承端腹板高度減小為 h0s 0.6h0 54cm 。考慮到主梁端部腹板及翼緣相焊接，故可按工字截面梁驗算應力剪力強度。尺寸表4 所示：表 4各型 心離中 和 Ay2部位截面尺寸截面面積各型心離面Ay（cmcm） A(cm2)板表面距離（cm3）軸距離(cm4)y（ cm）y=y-y 1(cm)面板部分1001.4140.00.7980-27.21103578上翼緣16 2.032.02.476.8-25.520808腹板54 1.054.043.42343.615.5

17、19220下翼緣30 2.060.050.643038.456.5191405合計2868710.8335011Vmax S790658410kN / cm22, 因誤差未超過 10，安全I 0 t w131221.0 9.5kN / cm3. 翼緣焊縫4翼緣焊縫厚度 hf 按受力最大的支承端截面計算。 Vmax790kN。I 0=13122cm，上翼緣對中和軸的面積距： S1=32.0 25.5+140 27.2=4624cm3，3下翼緣對中和軸的面積距：S2=6056.5 3390cm<S1,VS179046240.511cm,需要 hf1.4131221.4I 0 wf 11.3角

18、焊縫最小， hf1.5 t1.5206.7mm。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf 8mm。4. 加筋肋驗算因h08080,不需設置橫向加勁肋。閘門上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，其間距atw1.00.975m 。腹板區格劃分見圖2。5. 取面板區格驗算其長邊點的折算應力 a=450-80-90=280mm,面板區格的長邊中點的主梁彎距和彎應力該區格長邊中點的折算應力1102(3358) 2110(3358)100.8N / mm21.65 160264N / mm2故面板厚度選用 14mm滿足強度要求。六、橫隔板設計1. 荷載和內力計算如圖所示水平次梁為4 跨均布連續可看作它所受的最大剪力，由規范

19、表查作用于豎直次梁上由水平荷載傳遞的集中荷載：梁 ， R知：R(0.6070.536) q次l n1.143216.530.975241kN ;取 qq 次2. 橫隔板和截面選擇和強度驗算腹板選用與主梁腹板同高，采用80010mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm800mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式 B1b 確定。l0 / b900 / 9750.923, 查表得 10.369 ，B=0.369×975=360mm，取 B360mm。計算如下圖所示截面幾何特性截面型心到腹板中心線距離：e360104052008405 3601020088001061mm截面慣性距：3

20、1080022I80010618200465103603442122840104 mm4WminI2619190mm3，469驗算應力：由于橫隔板截面高度較大，剪切強度更不必驗算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度 hf 6mm。七、邊梁設計邊梁的截面形式采用單腹式，如下圖，邊梁的截面尺寸按構造要求確定，即截面高度與主梁端部高度相同，腹板厚度與主梁腹板厚度相同，為了便于安裝壓合膠木滑塊，下翼緣寬度不宜小于300mm。邊梁是閘門的重要受力構件，由于受力情況復雜，故在設計時將容許應力值降低20 作為考慮受扭影響的安全儲備。1. 荷載和內力計算在閘門每側邊梁上各設4 個膠木滑塊，其布置如下圖：（ 1）水

21、平荷載主要是主梁傳來的水平荷載，還有水平次梁和頂，底梁傳來的水平荷載，為了簡化起見，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁，每個邊梁作用于邊梁荷載為 R 790kN （2） 豎向荷載有閘門自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑塊所受壓力：R12790kN ，下滑塊所受壓力：R227901580kN ，M max7900.9 711kN m,Vmax 790kN ,最大阻力為作用于一個邊梁上的起吊力，估計為650kN，有 N650kN進行強度驗算，N650R1 f65015800.12460.4kN ,2. 邊梁強度驗算截面面積 A240020800 1628800mm2 ,I16 800 3240

22、020410 23372266667 mm4 , WI8029206mm3 。12420截面邊緣最大應力驗算：腹板最大剪應力驗算：腹板與下翼緣連接處則算應力驗算：Vmax S1790103 400204102，It w16I48N / mm2 h23 284.4 23 482119N / mm20.8 0.8 160 128N / mm2 。均滿足強度要求八、行走支承設計膠木滑塊計算：下滑塊受力最大，起值為R1580kN，設滑塊長度為350mm，則滑塊單位長1580103R=200mm，軌頭設計寬度度承受壓力 q4514N / mm, 由表 2 查得軌頂弧面半徑350為 b 40mm，膠木滑塊

23、與規定弧面的接觸應力驗算：max104qR1044514200494N/ mm2j 500N/ mm2 。九、膠木滑塊軌道設計1.確定軌道底板寬度軌道底板寬度按砼承壓強度確定，查表得：砼允許承壓應力為 7N/mm2，則所需軌道底板寬度為：q2257Bn322mm. n 7取 Bh350mm，故軌道底面壓應力：2. 確定軌道底版厚度軌道底板厚度 按其彎曲強度確定，軌道底版的最大彎應力：軌道底板懸臂長度C102.5mm，對于A3 查表得 100N/mm2，故：3n c23 6.4 102.52t10044.9mm，故 t 50mm。十、閘門啟閉力和吊座驗算+T )+Px1. 啟門力： T1.1G+1.2(T2d啟2sG=0.022K1K2 K3A1.34Hs0.63 9.8其中， A=3.53.5=12.25mm2 ,可查知：系數 K1,K 2,K 3，均取為 1.0， G=0.0221.0 1.0 1.0 12.25 1.34 500.63 9.8=80.1kN ，滑道摩阻力： T2dfp 0.124 431.9 3.66760kN ,止水摩阻力： T2s2 fbhp 20.65 0.06 3.