水工鋼結(jié)構(gòu)鋼閘門專業(yè)課程設(shè)計樣本(共20頁)

1、水工鋼結(jié)構(gòu)鋼閘門專業(yè)課程設(shè)計 水工剛結(jié)構(gòu)潛孔式焊接平面鋼閘門設(shè)計計算書一、設(shè)計資料及有關(guān)規(guī)定：閘門形式：潛孔式平面鋼閘門孔口凈寬：10m孔口凈高：13m上游水位：73m下游水位：閘底高程：0m啟閉方式：電動固定式啟閉機(jī)啟閉機(jī)械：液壓式啟閉機(jī)材料： 鋼材：；焊條：E43型；行走支承：采用滾輪支承；止水橡皮：側(cè)止水和頂止水用P型橡皮，底止水用條型橡皮。制造條件： 金屬結(jié)構(gòu)制造廠制造，手工電弧焊，滿足III級焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：水利水電工程剛閘門設(shè)計規(guī)范 SL 1974-2005混凝土強(qiáng)度等級：C307310二、閘門結(jié)構(gòu)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：10

2、m 孔口凈高：13m 閘門高度: 閘門寬度: 荷載跨度: 計算跨度: 2 計算水頭:73m（二）主梁的布置 主梁是閘門的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門的尺寸。因?yàn)殚l門跨度L=10m,閘門高度h=13m,L<h。所以閘門采用5根主梁。本閘門屬中等跨度，為了便于制造和維護(hù)，決定采用實(shí)腹式組合梁。 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(qiáng)度差值相對較小。所以，主梁的位置按等間距來布置。設(shè)計時按最下面的那根受力最大的主梁來設(shè)計，各主梁采用相同的截面尺寸。梁格采用復(fù)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(xù)梁，間距應(yīng)上疏下密，使面板個區(qū)格需要的厚度大致相等，布置

3、圖2示 三、面板設(shè)計根據(jù)鋼閘門設(shè)計規(guī)范SDJ78（試行）關(guān)于面板的設(shè)計，先估算面板厚度，在主梁截面選擇以后再驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。 假定梁格布置尺寸如圖2所示。面板厚度按下式計算t=a 當(dāng)b/a3時，a=,則t=a= 當(dāng)b/a >3時，a=,則t=a=現(xiàn)列表1計算如下：區(qū)格a(mm)b(mm)b/akpt199520702.0800.6830.5930.63643.1299520702.0800.4970.6040.54835.4399520702.0800.4970.6150.55335.7499520702.0800.4970.6260.57835.759952

4、0702.0800.4970.6370.56336.1699520702.0800.4970.6470.56736.3799520702.0800.4970.6580.57236.7899520702.0800.4970.6690.57736.9999520702.0800.4970.6800.58137.21099520702.0800.4970.6910.58637.611109020702.0800.4970.7020.59137.91290020702.0800.4970.7120.61942.1 根據(jù)上表計算，選用面板厚度t=44mm 。已知面板厚度t=44mm ,并且近似地取板中最

5、大彎應(yīng)力max=160N/mm2,則p=,面板與主梁連接焊縫方向單位長度內(nèi)地應(yīng)力：T=面板與主梁連接的焊縫厚度：，面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度。四、水平次梁，頂梁和底梁地設(shè)計水平次梁和頂，底梁都時支承在橫隔板上地連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力可按下式計算，即q=p現(xiàn)列表2計算如下：表2梁號梁軸線處水壓力強(qiáng)度P（kN/mm2）梁間距（m）（m）q=p(kN/m) 1頂梁600.350.55330.201.1 2水平次梁611.001.1672.11.13（主梁）622.001.1684.21.14（水平次梁）633.001.1696.3 1.15（主梁）644.001.1708.41.16

6、（水平次梁）655.001.1720.5 1.1 7（主梁）666.001.1732.61.18（水平次梁）677.001.1744.71.19（主梁）688.001.1756.81.110（水平次梁）6991.1768.9 1.111（主梁）7101.1781.01.112水平次梁（）721.000.975793.1 0.8513（底梁）728.50.4225409.2 KN根據(jù)上表計算，水平次梁為5跨連續(xù)梁，水平次梁彎曲時的邊跨彎距為: M次中=m 支座B處的負(fù)彎距：M次B=m W=mm3 考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選56C由附錄三表四查得：A= ; Wx= ; Ix=71430

7、cm4 ; b1=170mm ; d= 。面板參加次梁工作的有效寬度分別按式611及式612計算，然后取其中較小值。 式：611 Bb1+60t=170+6044=2810mm ; 式：612 B=1b (對跨間正彎距段) B=2b （對支座負(fù)彎距段） 。 梁間距b= 。 對于第一跨中正彎距段l0=1644mm ;對于支座負(fù)彎距段l0=832mm 。根據(jù)l0/b查表61： 對于l0/b1664/1110 得1 ，得B=1b634mm , 對于l0/b832/1110 得2 ，得B=2b ,對第一跨中選用B634mm取640mm,則水平次梁組合截面面積（例圖4）:20756064044A=+=

8、;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：207e=207mm ; 跨中組合截面的慣性距及截面模量為：I次中71430+Wmin=640對支座段選用B260mm，則組合截面面積：A=+= ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=支座初組合截面的慣性距及截面模量為：44I次B71430+Wmin= 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(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，即次說明水平次梁選用56c滿足要求。 軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗(yàn)算。 受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在便跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎距已經(jīng)求得M次B=m,則邊跨撓度可近似地按下式計算： 故水平次梁選用56c滿足

9、強(qiáng)度和剛度要求。5,頂梁和底梁頂梁和底梁受得水壓力都比較大，所以都采用56c五、主梁設(shè)計(一)設(shè)計資料1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）lo10m ；計算跨度l ；荷載跨度l1 。2）主梁荷載： 3) 橫向隔板間距： 。4）主梁容許撓度： W=L/750 。（二）主梁設(shè)計（1） 彎距和剪力 彎距與剪力計算如下：彎距： 剪力： 需要的截面抵抗距 已知A3鋼的容許應(yīng)力=145N/mm2 ,考慮鋼閘門自重引起附加應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力= 則需要的截面抵抗矩為； W= （3）腹板高度選擇 按剛度要求的最小梁高（變截面梁）為：經(jīng)濟(jì)梁高： 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

10、為小，但不小于hmin。現(xiàn)選用腹板厚度h0300cm 。(4)腹板厚度選擇選用tw 。(5)翼緣截面選擇：每個翼緣需要截面為下翼緣選用t1（符合鋼板規(guī)格），需要取B190cm,上翼緣的部分截面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的翼緣板同面板相連，選用t18cm，b180cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為Bb1+60t16+344cm 。上翼緣截面面積A1=808+= 。(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算截面形心距：截面慣性距：截面抵抗距：上翼緣頂邊 下翼緣底邊 彎應(yīng)力：安全表3部位截面尺寸（cmcm）截面面積A(cm2)各型心離面板表面距離y（cm）Ay（cm3）各型心離中和軸距離y=y-y1(cm)Ay2(c

11、m4)面板部分3444.41513.62.23329.9-99.9815129946.21 上翼緣14X81128.42688 - 93.7 2809500.8腹板3001.5450162.47308060.31636240.5下翼緣908720316.4227808214.333065632合計3003.6306905.952641320.3（7）因主梁上翼緣直接同面板相連，可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性，因梁高大于按高度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗(yàn)算。1. 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(jié)約鋼材），有必要將主梁承端腹板高度減小為?？紤]到主梁端部腹板及翼緣相焊接，故可按工

12、字截面梁驗(yàn)算應(yīng)力剪力強(qiáng)度。尺寸表4所示：180 表4部位截面尺寸（cmcm）截面面積A(cm2)各型心離面板表面距離y（cm）Ay（cm3）各型心離中和軸距離y=y-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分344.1.41513.62.23329.9-71.37694673.2上翼緣1481128.42688-66.9501268.32腹411059227.14795505下翼緣908720196.4 141408121.110558951.2合計3425.6258017.919550398.66 截面下半部對中和軸的面積矩:因誤差未超過10，安全翼緣焊縫厚度hf按受力最

13、大的支承端截面計算。Vmax。I0=，上翼緣對中和軸的面積距：S1=+=，下翼緣對中和軸的面積距：S2=86472cm3<S1,需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf28mm 。因<80不需設(shè)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 。腹板區(qū)格劃分見圖2。驗(yàn)算其長邊點(diǎn)的折算應(yīng)力 面板區(qū)格的長邊中點(diǎn)的主梁彎距和彎應(yīng)力該區(qū)格長邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力 故面板厚度選用44mm滿足強(qiáng)度要求 。六、橫隔板設(shè)計 如圖所示水平次梁為5跨均布連續(xù)梁，R可看作它所受的最大剪力，由規(guī)范表查知：作用于豎直次梁上由水平荷載傳遞的集中荷載： 取qq次1261740240200x20200x

14、20腹板選用與主梁腹板同高，采用300060mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm20mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B1b 確定。 查表得1 ，B=×2080=，取B870mm 。計算如下圖所示截面幾何特性截面型心到腹板3000x60中心線距離： 24CM截面慣性距：870x44 ，驗(yàn)算應(yīng)力： 由于橫隔板截面高度較大，剪切強(qiáng)度更不必驗(yàn)算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度hf6mm 。七、縱向連接系 縱向連接系承受閘門自重。潛孔式平面鋼閘門門葉自重按下式計算G= =縱向連接系視作平面簡支桁架，如圖8所示縱向連接系視作平面簡支桁架，其結(jié)點(diǎn)荷載為 ，同時考慮閘門偶然扭矩時可能

15、造成的壓力，故細(xì) 長比的限制應(yīng)該與壓桿相同。即 選用單角鋼L100X16，由附錄三表2查得： 截面面積A= 回轉(zhuǎn)半徑iy0 =斜桿計算長度l= 長細(xì)比 驗(yàn)算拉桿強(qiáng)度八、邊梁設(shè)計由于深孔大孔口，行走支承采用滾輪式。所以這里用雙腹式組合邊梁。邊梁的截面尺寸按構(gòu)造要求確定，梁高850mm，上翼緣直接采用面板，下翼緣用200mmX40mm的扁鋼做成。腹板厚度40mm。邊梁是閘門的重要受力構(gòu)件，由于受力情況復(fù)雜，做設(shè)計時將容許應(yīng)力值降低20%作為考慮受扭影響的安全儲備。1、 荷載和內(nèi)力計算 滾輪采用等荷載布置，在每個主梁上分別布置6個大小相等的主輪。每個主輪受力為8589KN。具體計算根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器

16、。 最大彎矩Mmax= 最大剪力Vmax=4294KN 最大軸向力為作用在邊梁上的一個起吊力，估為1699X2=3398KN在最大彎矩作用截面上軸向力為：N=2540KN 截面面積=74mm上半部分對中和軸的面積矩下半部分對中和軸的面積矩 。截面邊緣最大應(yīng)力驗(yàn)算：腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算： 均滿足強(qiáng)度要求九、行走支承設(shè)計采用滑動式滾輪支承，軸孔采用滑動軸承，輪徑D=1600mm,寬度b=200mm,輪軸直徑d=300mm,軸套工作長度b1=180mm，；輪子材料用ZG35GrlMo.滾輪驗(yàn)算：膠木軸套內(nèi)徑d1=240+=241mm 膠木軸套外徑d2=240+25=265mm則以上計算均滿足強(qiáng)度要求。

17、10、 止水布置方式側(cè)向止水采用P型橡皮，頂止水采用P型橡皮，底止水采用條形橡皮，布置方式如圖十一、閘門啟閉力閘門自重G=1176KN滑動摩擦阻力 止水摩阻力 上托力Pt=0KN閉門力起門力計算下吸力 WX=0 KN 則啟門力為：十二、埋固構(gòu)件 門槽的埋固構(gòu)件主要有：行走支承的軌道、與止水橡皮相接觸的型鋼、為保護(hù)門槽和孔口邊棱處的混凝土免遭破壞所設(shè)置的加固角鋼等。 側(cè)止水座 底止水座 十三、軌道設(shè)計 滾輪荷載R=4294KN,軌道材料為35Mn2,軌道截面尺寸如圖所示：（1）軌道底板混凝土承壓應(yīng)力： 二期混凝土為C30,其=11（N/mm） (2)軌道橫斷面彎曲應(yīng)力： 故滿足要求。十四、閘門的

18、啟閉機(jī)械 由于啟閉力T=4600KN3000KN，故采用液壓式啟閉機(jī)。查資料如下 QPKY系列平面快速閘門液壓啟閉機(jī) QPKY系列液壓啟閉機(jī)共14種規(guī)格，適用于水利水電工程水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)口、調(diào)壓井下游快速事故閘門的啟閉，也可用于一般平面事故閘門啟閉，本系列液壓缸按閘門利用水柱壓力或部分加重可關(guān)閉孔口而無需投運(yùn)油泵電機(jī)組的條件進(jìn)行設(shè)計。型號表示方法 Q P K Y / 液壓缸支承型式或 行程（m） 啟門力（KN） 持住力（KN） 液壓傳動 快速關(guān)閉 平面閘門 啟閉機(jī) 表QPKY系列快速閘門液壓啟閉機(jī)基本參數(shù)序號 參數(shù) 型號持住力Fg（KN）啟門力Fq（KN）最大行程Lman（m）缸內(nèi)徑D（mm

19、）活塞桿直徑d(mm）缸內(nèi)計算壓力Fg/ Fq（MPa）速度Vg/Vq（m/min）1QPKY-60/60-8*60608.0100509.99/9.99Vg=3.08.5Vq=0.251.02QPKY-80/80-8*80808.01106010.39/10.393QPKY-100/100-8*1001008.01256310.7/10.74QPKY-125/125-8*1251258.01407010.6/10.65QPKY-160/160-8*1601608.0160709.7/9.76QPKY-200/200-8*2002008.01809010.29/10.297QPKY-250/250-8*2502508.020010010.4/10.48QPKY-320/320-11.5*32032011.522010010.33/10.339QPKY-400/400-11.5*40040011.525011010.0/10.010QPKY-500/250-11.5*50025011.530012010.39/5.2811QPKY-630/320-11.5*63032011.530012010.39/5.2812QPKY-800/400-11.5*80040011.5320