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。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。碌強度等級：C20啟閉機械：卷揚式啟閉機。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二、閘門結構的形式及布置1. （一）閘門尺寸的確定（圖1示）閘門孔口尺寸：孔口凈跨（L）:。孔口凈高：。閘門高度（H）:。閘門寬度：。荷載跨度（H1）:計算跨度（L1）:學號為1學號為2學號為3學號為4學號為5L=,L1=L=,

2、L1=L=,L1=l=,L1=nL=,L1=H=,H1=H=,H1=H=,H1=H=,H1=H=,H1=學號為6學號為7學號為8學號為9學號為0L=,L1=L=,L1=L=,L1=L=,L1=一L=,L1=一H=,H1=H=,H1=H=,H1=H=,H1=H=,H1=2. 計算水頭：。1. （二）主梁的布置主梁的數目及形式主梁是閘門的主要受力構件，其數目主要取決丁閘門的尺寸。因為閘門跨度L=，閘門高度h=,L<h。所以閘門采用4根主梁。本閘門屆中等跨度，為了便丁制造和維護，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

3、，主梁的位置按等問距來布置。設計時按最下面的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SDA78（試行）»關丁面板的設計，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S,0.9kapkp當b/a<3時，a=,貝Ut=a,kp=a、/kp當b/a>3時，a=,貝Ut=a,=a*p現列表1計算

4、如下:表1區格a(mm)b(mm)b/akPN/mrft(mm)I405965n345965m345965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已知面板厚度t=14mm，并且近似地取板中最大彎應力0-max=b=160N/mn2,則p=x14x面板與主梁連接焊縫方向單位長度內地應力：-3398n/mm,VS79010100014272T=2I023776770000面板與主梁連接的焊縫厚度：hfJp2T2/0.7tw398/0.71135mm,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

5、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現列表2計算如下:表2梁號梁軸線處水壓力強度P（kN/mrri）梁問距（m(mj)a上a下q=p2(kN/m)1（頂梁）'2（主梁）13（水平次梁）4（主梁）5（水平次梁）6（主梁）7（水平次梁）8（主梁）9（底梁）490£=m水平次梁為4跨連續梁，跨度為，水平次梁彎曲時的邊跨根據上表計算，水平次梁計算荷載取門彎距為：M次中=xx=?m支座B處的負彎距：2.截面選擇w=MM次b=xx=?m必0248106137655mm160考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選18b,由附錄三表四查得：234A=2929mmWx=

6、152200mm;Ix=mm;b1=70mm;d=9mm。面板參加次梁工作的有效寬度分別按式6-11及式6-12計算，然后取其中較小值式：611B<b1+60t=70+60X14=910mm;式：612B=V1b（對跨問正彎距段）B=V2b（對支座負彎距段）。梁間距b=堂b2900900900mm。對丁第一跨中正彎距段l°=X975=780mm對丁支座22負彎距段"=X975=390mm。根據l°/b查表6-1:對丁lc/b=780/900=得，1=，得B="b=X900=360mm,對丁10/b=390/900=得I2=，得B="b=X

7、900=144mm,對第一跨中選用B=360mm則水平次梁組合截面面積（例圖4）:A=2929+36（X14=6961mn;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：3601498e=8689=65mm;跨中組合截面的慣性距及截面模量為：I次中=+2929X65主梁荷載：q也=（9.850509.846.34至34）/4431.9kN3）橫向隔板間距:+360X14X352=mrn項，331300252Win=203165.6mm155對支座段選用B=144mm則組合截面面積：A=2929+144,2X14=4592mm組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e_118.81498_35mm4592.2支座初組

8、合截面的慣性距及截面模量為:I次b=+2929X432+144X14X352=.8mn423680365.82VVin=189442.9mm1253. 水平次梁的強度驗算由丁支座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22.02481022。次=116.24N/mm160N/mm,189442.9說明水平次梁選用18b滿足要求。軋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，由丁水平次梁在B支座處截面的彎距已經求得M次B=?m則邊跨撓度可近似地按下式計算：=5216.539754224）主梁容許撓度：

9、W=L/750。22.02481069753842.0610（二）主梁設計29662171162.0610529662171=W四0.0041250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（n_n）O1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）10=；計算跨度1=；荷載跨度11=。1.截面選擇(1)彎距:彎距和剪力彎距與剪力計算如下:431.93.66,3.9Mmax366)818kNm4剪力:Vmax431.93.662790kN需要的截面抵抗距已知A3鋼的容許應力b=160N/mm2,考慮鋼閘門自重引起附加應力的影響,取容許應力b=0.9160144N/mm2,則需要的截面抵

10、抗矩為;Mmax818106VV-144(3)腹板高度選擇35681cm。按剛度要求的最小梁高(變截面梁)為:經濟梁高：hec3.1W2/5ec3.1(5681.833)2/598.43cm。2153.910342.5cm,hmin0.208些5Ew/l2.06101/750由丁鋼閘門中的橫向隔板重量將隨主梁增高而增加,現選用腹板厚度h°=90cm。(4)腹板厚度選擇tw而/11y'90/110.86cm,選用tw=。故主梁高度宜選得比hec為小，但不小丁hmin。(5)翼緣截面選擇：每個翼緣需要截面為卜翼緣選用=(符合鋼板規格)，需要b1At158229cm,取B1=30c

11、m,上翼緣的部分截面積可利用面板，故只需設置較小的翼緣板同面板相連，選用高度為B=b1+60t=16+60X=100cm。上翼緣截面面積A=18X+100X=172cm。(6)彎應力強度驗算=,b=16cm,面板兼作主梁上翼緣的有效截面形心距：yAyA9926.831.82cm,312截面慣性距：Itwhp12Ay240133501012377677cm4,截面抵抗距：上翼緣頂邊Wmaxyi37767731.8211869.17cm3,彎應力:卜翼緣底邊Wminy237767757.56568cm3,Mmax818Wmin100656812.45kN/cm20.91614.4kN/cm2，安全

12、部位截面尺寸(cmccm)截面面積A(cm)各型心離面板表面距離y'(cnj)Ay'(cm3)各型心離中和軸距離y=y-y(cm)Ay(cm4)面板部分100X980103578上翼緣16XP20808腹板90X390619220下翼緣30X5064191405合計312335011(7)因主梁上翼緣直接同面板相連，可不必驗算整體穩定性，因梁高大丁按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h00.6ho54cm。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

13、寸表4所示:表4部位截面尺寸(cmccm)截面面積A(cm)各型心離面板表面距離y'(cnj)Ay'(cm3)各型心離中和軸距離y=y-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分100X980103578上翼緣16XP20808腹板54X19220下翼緣30X191405合計286335011VmaxS7906584iokN/cm29.5kN/cm2,因誤差未超過10%,安全Iotw131221.03.翼緣焊縫翼緣焊縫厚度hf按受力最大的支承端截面計算。Vma尸790kN。I°=13122cm,上翼緣對中和軸的面積距：S=X+140X=4624cm,VS17904624下翼

14、緣對中和軸的面積距：&=60X=3390cn3<S,需要hff30.511cm,1.4I0j1.41312211.3角焊縫最小，hf1.51.206.7mm。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf=8mm。加筋肋驗算因炬絲80,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a=。腹tw1.0板區格劃分見圖2。取面板區格用驗算其長邊點的折算應力a=450-80-90=280mm,區板區格in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/mm21.65160264N/mm2故面板厚度選用14mm荷足強度要求。IK六、

15、橫隔板設計q荷載和內力計算梁，R可看作丁豎直次梁如圖所示水平次梁為4跨均布連續tttTtTtTtYT它所受的最大剪力，由規范表查知：作用上由水平荷載傳遞的集中荷載：R(0.6070.536)q次ln1.143216.530.975241kN;取q=q次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800X10mm上翼緣利用面板，下翼緣采用200mmC800mm勺扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式hf=6mm。B=，1b確定。10/b900/9750.923,查表得11=,B=x975=360mm取B=360mm。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：3601040520

16、08405e=61mnft36010200面慣性距：108003I80012108800102一210618200465.24436034412284010mmI32619190mm3,469驗算應力：由丁橫隔板截面高度較大,剪切強度更不Wmin必驗算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度七、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30044IV51端部高度相同，腹板厚度與主梁腹板厚度相同，為了便丁安裝壓合膠木滑塊，下翼緣寬度不宜小丁300mm。邊梁是閘門的重要受力構件，由丁受力情況復雜，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.

17、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，每個邊梁作用丁邊梁荷載為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,Mmax7900.9711kNm,Vmax790kN,最大阻力為作用丁一個邊梁上的起吊力，估計為650kN,有N=650kN進行強度驗算,N650R1f65015800.12460.4kN,2.邊梁強度驗算截面面積A2400208001628

18、800mm2,I1680024002041023372266667mm4,W8029206mm3。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：VmaxS79010340020410248N/mm,Itw16I2hJ232J84.42_3482119N/mm20.80.8160128N/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R=1580kN,設滑塊長度為350mm則滑塊單位長度承受3158010壓力q4514N/mm,350由表2查得軌頂弧面半徑R=200mm軌頭設計寬度為b=40mm膠木滑塊與規定弧面的接觸應力驗算：m

19、ax104-Rq45142q104.494N/mm2.200九、膠木滑塊軌道設計1.確定軌道底板寬度軌道底板寬度按碌承壓強度確定，查表得：碌允許承壓應力為(T=7N/mm2,則所需軌道底板寬度為：Bn若2257322mm.取Bh=350mm故軌道底面壓應力：2.確定軌道底版厚度軌道底板厚度a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C=，對丁A3查表得b=100N/mm2,22故：tI.1.44.9mm，故t=50mm。100十、閘門啟閉力和吊座驗算1.啟門力：T啟=+(T2d+T2s)+PxG=其中，A=X=,可查知：系數Ki,K2,K3,均取為，G=XXXX,滑道摩阻力：T2dfp0.124431.93.66760kN,止水摩阻力：T2s2fbhp20.650.063.66411.3117.4kN.因橡皮止水與鋼板問摩擦系數f=,橡皮止水受壓寬度取為b=,每邊側止水受壓長度H=,側止水平均壓強：下吸