潛孔式鋼閘門課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、水工鋼閘門課程設(shè)計(jì)計(jì)算書一 設(shè)計(jì)資料(1)閘門型式：提升式平面鋼閘門（潛孔式）(2)孔口尺寸（寬×高）：10.0×5.0m2(3)上游水位：27.5m(4)下游水位：無(5)閘底高程：20.0m(6)胸墻底高程：25.0m(7)啟閉設(shè)備：電動(dòng)固定式啟閉機(jī)(8)閘門所用材料：門葉承重鋼結(jié)構(gòu)：Q235.B鋼 焊 條：E43型 行走支承：采用滾輪，材料為鑄鋼ZG45 止水橡皮：頂止水，側(cè)止水P形橡皮；底止水條形橡皮(9)制造條件：金屬結(jié)構(gòu)制造廠制造，手工電焊，滿足級(jí)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。(10) 采用的規(guī)范：水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL7495二閘門結(jié)構(gòu)的型式及布置(1)閘門尺寸的

2、確定閘門總寬：L0 孔口寬度d 行走支承到閘墻邊緣的距離(0.2m)La 邊梁兩腹板中到孔中距離(0.4m)b 邊梁下翼緣寬度(0.2m)閘門高度：H=胸墻底高程-閘底高程+H（安裝頂止水構(gòu)造要求取H=0.3m）閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：閘門的計(jì)算跨度：(2)主梁的數(shù)目型式及位置。主梁數(shù)目：采用雙主梁主梁形式：?jiǎn)屋S對(duì)稱工字形截面焊接組合梁主梁位置：根據(jù)等荷載原則，兩根主梁的位置應(yīng)對(duì)稱于水壓力合力的作用線，且應(yīng)滿足：且且且（式中H取閘門止水壓力作用高度，取孔口高度+100mm）計(jì)算yc簡(jiǎn)圖如圖3所示取yc=2.2m取，則：(3)梁格的連接型式及布置梁格采用復(fù)式布置和齊平連接，水平次梁穿過橫

3、隔板上的預(yù)留孔并被橫隔板所支承。水平次梁為連續(xù)梁，其間距應(yīng)上疏下密，使面板各區(qū)格所需要的厚度大致相等，梁格布置具體尺寸如圖4所示：(4)聯(lián)結(jié)系的布置和形式橫向聯(lián)結(jié)系。根據(jù)主梁的跨度，決定布置3道橫隔板，其間距為2.5m，橫隔板兼作豎直次梁。縱向聯(lián)結(jié)系。采用斜桿式桁架，布置在2根主梁下翼緣的豎平面內(nèi)。(5)邊梁與行走支承變量選用雙腹板型式，行走支承采用滾輪式，且D=600mm，滾輪位置沿門高布置按等荷載原則，采用筒支定輪。三、版面設(shè)計(jì)根據(jù)水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL7495關(guān)于版面的計(jì)算，先估算面板厚度，在主（次）梁截面選擇之后再驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。1.估算版面的厚度。

4、初步布置梁格尺寸如圖4所示，面板厚度按下式計(jì)算當(dāng)時(shí)，則當(dāng)時(shí)，則現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于下表：區(qū)格80025903.240.750.02440.1357.2478025903.320.50.03300.1296.7274025903.500.50.04150.1447.1468025903.810.50.04920.1577.1562025904.180.50.05630.1686.9757025904.540.50.06310.1786.7850025905.180.750.06950.2287.65注：1.t的最終確定。任意兩個(gè)區(qū)格的厚度之差滿足；2.面板邊長(zhǎng)a，b都從面板與梁格的連接焊縫算起；3.

5、區(qū)格、系數(shù)按三邊固定一邊簡(jiǎn)支查得。根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，選用面板厚度。2.面板與梁格的連接焊縫計(jì)算面板局部彎曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫拉力Nt按下式計(jì)算已知，并且近似取板中最大彎應(yīng)力，則：面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的剪力為（主梁的最大剪力及相應(yīng)的截面特性S及I見后）四水平次梁、頂梁和底梁的設(shè)計(jì)。1.荷載與內(nèi)力計(jì)算水平次梁和頂、底梁都是支承在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上的水壓力的計(jì)算式為：q=p(a上a下)/2計(jì)算列于表2.梁號(hào)軸線水壓PkPa梁間距(m)(a上+a下)/2q備注112.12頂梁荷載按下圖計(jì)算0.87228.620.88525.330.9337.440.86532.39

6、0.83445.570.7936.000.75552.920.7238.100.69659.680.6941.180.69766.440.65543.520.62872.520.3626.110.10根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，水平次梁荷載取43.52kN/m，水平次梁為四跨連續(xù)梁，跨度為2.5m，如圖5所示水平次梁的跨中的正彎矩為M次中=0.077ql²=20.94kN·m支座B處的負(fù)彎矩為：MB次=0.107ql²=29.10kN·m2.截面選擇考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選20a，查得：面板參加次梁翼緣工作的有效寬度分別按式(8-15)及式(8-16

7、)計(jì)算，然后取其中較小值。式(8-15)中式(8-16)中跨間正彎矩段對(duì)支座負(fù)彎矩段按7號(hào)梁計(jì)算，該梁平均間距b=655mm，對(duì)于等跨中正彎矩段，彎矩零點(diǎn)之間距離：對(duì)于支座負(fù)彎矩處，彎矩零點(diǎn)間距離：根據(jù)表8-1得： 得 ， 得 ，對(duì)第一跨中選用，則水平次梁的組合截面面積為：組合截面形心到槽鋼中心線距離：跨中截面的慣性矩及截面模量為：I次中=17800000+2880*632+552*8*412=36654016mm4Wmin=I次中/ymax=224871mm3對(duì)支座選用，則組合截面形心到槽鋼中心線距離支座處的截面參數(shù)：I次B=17800000+2880*452+278*8*592=31373

8、744mm4Wmin=I次B/ymax=216370mm33.水平次梁強(qiáng)度驗(yàn)算因支座B處彎矩最大，而截面模量較小，故只需驗(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，即：滿足強(qiáng)度要求。軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，故不再驗(yàn)算。4.水平次梁的撓度驗(yàn)算水平次梁為受均布荷載的四跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，可按式(8-14)計(jì)算。滿足剛度要求5.頂梁和底梁頂梁和底梁也采用和中間次梁相同的截面，故也選20a。五主梁設(shè)計(jì)（一）已知條件(1)主梁跨度計(jì)算跨度荷載跨度(2)主梁荷載：(3)橫隔板間距：2.5m主梁容許撓度：（二）主梁設(shè)計(jì)1.截面選擇(1)主梁的內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算式為：(2)需要的截面抵抗矩，已知鋼材Q235B的容許應(yīng)力

9、，初估翼緣厚度為第一組鋼材，考慮閘門自重引起的附加應(yīng)力影響，取容許應(yīng)力為，則所需的截面抵抗矩為：(3)腹板高度h0選擇。為減小門槽寬度，主梁采取變梁高形式，則按剛度要求的最小梁高為：經(jīng)濟(jì)兩高為：選用(4)腹板的厚度選擇。由經(jīng)驗(yàn)公式：，選用(5)翼緣截面的選擇。每個(gè)翼緣所需截面積為：下翼緣選用，則需要 選用（在2550cm之間）上翼緣的部分面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的上翼緣板同面板相連，選用 。面板兼作主梁上翼緣的有效寬度B可按下列二者計(jì)算，然后取其較小值。下主梁與相鄰兩水平次梁的平均間距較小，其值為由，查表8-1得，則故面板可利用的有效寬度為62cm，則主梁上翼緣總面積為(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)

10、算：主跨中截面如圖所示，截面形心矩為：截面慣性矩為：截面抵抗矩為：彎應(yīng)力：滿足要求(7)整體穩(wěn)定與撓度驗(yàn)算，因主梁上翼緣直接同鋼面板相連，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）規(guī)定可不必驗(yàn)算其整體穩(wěn)定性，又因梁高大于按剛度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗(yàn)算。2.截面改變因主梁跨度較大，為節(jié)約鋼材，同時(shí)為減小門槽寬度，決定降低主梁端部高度，如圖所示，取主梁支承端腹板高度為：梁開始改變的位置取在鄰近支承端的橫向隔板下翼緣的外側(cè)，若隔板的下翼緣寬取為200mm，則梁高改變位置離開支承的距離為2500-200/2=2400mm剪切強(qiáng)度驗(yàn)算：若主梁端部的腹板及翼緣都分別與支承邊梁的腹板及翼緣焊接

11、，可按工字型截面來驗(yàn)算剪切應(yīng)力強(qiáng)度。主梁支承端的截面參數(shù)計(jì)算如下：截面形距：截面慣性矩：截面上半部分對(duì)中和軸的面積矩：則3.翼緣焊縫翼緣焊縫厚度hf按受力最大的支承端截面計(jì)算，最大剪力 截面慣性矩上翼緣對(duì)中和軸的面積矩：下翼緣對(duì)中和軸的面積矩： 需要角焊縫的最小厚度則主梁上下翼緣焊縫全長(zhǎng)均取。4.腹板的加勁肋和局部穩(wěn)定驗(yàn)算加勁肋的布置：因?yàn)?，故需要設(shè)置橫向加勁肋，以保證腹板的局部穩(wěn)定性，因閘門上已布置橫向隔板可兼作橫向加勁肋，其間距a=2500mm。腹板區(qū)格劃分如圖所示，梁高較大的區(qū)格按驗(yàn)算格區(qū)左邊截面的剪力：該截面的彎矩：腹板邊緣的彎曲壓應(yīng)力： 查表5-9得由 查表5-10得 所以故在區(qū)段的

12、橫隔板之間不必再增設(shè)加勁肋。再從剪力最大的區(qū)格來考慮：該區(qū)格的腹板平均高度：因，需要設(shè)置橫向加勁肋，現(xiàn)按式(5-59)進(jìn)行驗(yàn)算區(qū)格左邊截面的剪力：該截面彎矩腹板邊緣的彎曲壓應(yīng)力 查表5-9得 由 得 有所以故在該區(qū)段之間也不必再設(shè)加勁肋。六、面板參加主（次）梁工作的折算應(yīng)力驗(yàn)算主（次）梁截面選定后，還需按式（8-4）驗(yàn)算面板的局部彎曲與主（次）梁整體彎曲的折算應(yīng)力，由圖6可知，因水平次梁的截面很不對(duì)稱，面板參加水平次梁翼緣整體彎曲的應(yīng)力次與其參與主梁翼緣工作的整體彎曲應(yīng)力主要小得多。故只需要驗(yàn)算面板參加主梁工作時(shí)的折算應(yīng)力。由前文的面板計(jì)算可知，直接與主梁相應(yīng)的面板區(qū)格只有區(qū)格所需的板厚較大，

13、這就意味著該區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)應(yīng)力也較大，所以選取圖4中區(qū)格按式8-4驗(yàn)算。面板區(qū)格在長(zhǎng)邊中點(diǎn)的局部彎應(yīng)力為：對(duì)應(yīng)于面板區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)的主梁彎矩和彎應(yīng)力為：面板區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力為：故面板厚選用8mm，滿足強(qiáng)度要求。七橫隔板設(shè)計(jì)橫隔板同時(shí)兼作豎直次梁，主要承受水平次梁、頂梁和底梁傳遞的集中荷載和面板傳遞的分布荷載，計(jì)算時(shí)可把這些荷載以梯形分布的水壓力來代替（圖11），橫隔板按支承在主梁上的雙懸臂梁計(jì)算，則每道橫隔板在懸臂的最大彎矩為：橫隔板的腹板選用與主梁腹板相近，采用。上翼緣利用面板，下翼緣采用的扁鋼。上翼緣可以利用的面板寬度按式計(jì)算。其中橫隔板平均間距，按查表8-1得 則，取驗(yàn)算，如圖1

14、2所示，截面參數(shù)為：截面形心到腹板中心線的距離：彎應(yīng)力驗(yàn)算：由于橫隔板的截面高度較大，剪應(yīng)力強(qiáng)度不必驗(yàn)算。橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度。八縱向聯(lián)結(jié)系設(shè)計(jì)縱向聯(lián)結(jié)系承受閘門自重，潛孔式平面滾輪閘門的自重可按附錄五估算即：下游面縱向聯(lián)結(jié)系按承受計(jì)算?？v向聯(lián)結(jié)系按支承邊梁上的簡(jiǎn)支平面桁架設(shè)，其腹桿布置形式如圖13所示，節(jié)點(diǎn)荷載為，桿件內(nèi)力計(jì)算如圖13所示。斜桿承受最大拉力N=29.93kN，同時(shí)考慮閘門偶然扭曲時(shí)可能承受壓力，故其長(zhǎng)細(xì)比的限值取與壓桿相同即。選用單角鋼100×6，由附表3-8查得斜桿的計(jì)算長(zhǎng)度長(zhǎng)細(xì)比拉桿長(zhǎng)度驗(yàn)算0.85為考慮單角鋼受力偏心影響的容許應(yīng)力折減系數(shù)。九邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用雙腹式（圖14），邊梁的截面尺寸按構(gòu)造要求確定，截面高度與主梁端部高度相同，腹板厚度與主梁厚度相同。在閘門每側(cè)兩邊梁中間各設(shè)兩個(gè)滾輪，其布置尺寸如圖15。邊梁所承受的水平荷載主要是主梁傳來的支座反力及水平次梁頂?shù)琢簜鬟f的水平荷載。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可假設(shè)這些荷載完全由主梁傳給邊梁。每根主梁作用于邊梁的集中荷載邊梁所受的豎向荷載包括：閘門自重、支承摩擦阻力、止水摩擦力、起吊力等，如圖15所示，可計(jì)算得滑塊所受壓力：邊梁最大彎矩最大剪力最大軸向力為作用在一個(gè)邊梁上的起吊力，計(jì)算式如下：其中，閘門自重支承摩擦阻力式中滾輪半徑，滾軸半徑故止水摩阻