水工鋼結(jié)構(gòu)平面鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、水工鋼結(jié)構(gòu)平面鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)一、設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定：1. 閘門(mén)形式：潛孔式平面鋼閘門(mén)。2. 孔的性質(zhì)：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(cè)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MCS2。砼強(qiáng)度等級(jí)：C20。啟閉機(jī)械：卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)。4.規(guī)范：水利水電工程剛閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL74-95），中國(guó)水利水電出版社1998.8二、閘門(mén)結(jié)構(gòu)的形式及布置（一） 閘門(mén)尺寸的確定（圖1示）1.閘門(mén)孔口尺寸：孔口凈跨(L)：3.50m?？卓趦舾撸?.50m。閘門(mén)高度(H)：3.66m。閘門(mén)寬度：4.20m。荷載跨度(H1)：3.66m。

2、計(jì)算跨度(L1)：3.90m。學(xué)號(hào)為1學(xué)號(hào)為2學(xué)號(hào)為3學(xué)號(hào)為4學(xué)號(hào)為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學(xué)號(hào)為6學(xué)號(hào)為7學(xué)號(hào)為8學(xué)號(hào)為9學(xué)號(hào)為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, H

3、1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05mH=4.05m, H1=4.05m2.計(jì)算水頭：50.00m。（二） 主梁的布置1.主梁的數(shù)目及形式 主梁是閘門(mén)的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門(mén)的尺寸。因?yàn)殚l門(mén)跨度L=3.50m,閘門(mén)高度h=3.66m,L<h。所以閘門(mén)采用4根主梁。本閘門(mén)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。2.主梁的布置 本閘門(mén)為高水頭的深孔閘門(mén)，孔口尺寸較小，門(mén)頂與門(mén)底的水壓強(qiáng)度差值相對(duì)較小。所以，主梁的位置按等間距來(lái)布置。設(shè)計(jì)時(shí)按最下面的那根受力最大的主梁來(lái)設(shè)計(jì)，各主梁采用相同的

4、截面尺寸。3.梁格的布置及形式梁格采用復(fù)式布置與等高連接，水平次梁穿過(guò)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(gè)區(qū)格需要的厚度大致相等，布置圖2示三、面板設(shè)計(jì)根據(jù)鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ78（試行）關(guān)于面板的設(shè)計(jì)，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。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(jì)算t=a 當(dāng)b/a3時(shí)，a=1.65,則t=a=0.065 當(dāng)b/a >3時(shí)，a=1.55,則t=a=0.067現(xiàn)列表1計(jì)算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akPN/mm2t(mm)4059652.3830.7320.490

5、.6013.7953459652.800.500.490.5011.21253459652.800.740.490.6013.455根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=14mm 。2.面板與梁格的連接計(jì)算已知面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力max=160N/mm2,則p=0.0714160=156.8.2N/mm ,面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)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(jì)1.荷載與內(nèi)力地驗(yàn)算水平次梁和頂，底梁都時(shí)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(jì)算，即q=p現(xiàn)列表2計(jì)算如下：表2

6、梁號(hào)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)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）4900.225110.251727.61kN/m 根據(jù)上表計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取216.53kN

7、/m，水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為0.90m，水平次梁彎曲時(shí)的邊跨彎距為: M次中0.077ql2=0.077216.530.9752=15.85kNm支座B處的負(fù)彎距：M次B0.107ql2=0.107216.530.9752=22.0248kNm 2.截面選擇W=mm3 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：A=2929mm2 ; Wx=152200mm3 ; Ix=13699000mm4 ; b1=70mm ; d=9mm 。面板參加次梁工作的有效寬度分別按式611及式612計(jì)算，然后取其中較小值。 式：611 Bb1+60t=70+6014=910mm ; 式

8、：612 B=1b (對(duì)跨間正彎距段) B=2b （對(duì)支座負(fù)彎距段） 。 梁間距b= 。對(duì)于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.8975=780mm ;對(duì)于支座負(fù)彎距段l0=0.4l0.4975390mm 。根據(jù)l0/b查表61： 對(duì)于l0/b780/9000.867 得10.40 ，得B=1b0.40900360mm , 對(duì)于l0/b390/9000.430 得20.16 ，得B=2b0.16900144mm ,對(duì)第一跨中選用B360mm,則水平次梁組合截面面積（例圖4）:A=2929+36014=6961mm2 ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=65mm ;跨中組合截面的慣性距及截面模

9、量為：I次中13699000+2929652+3601435229662171mm4Wmin=對(duì)支座段選用B144mm，則組合截面面積：A=2929+14414=4592mm2 ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=35mm支座初組合截面的慣性距及截面模量為：I次B13699000+2929432+1441435223680365.8mm4Wmin= 3.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)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(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，即次說(shuō)明水平次梁選用18b滿足要求。 軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗(yàn)算。4.水平次梁的撓度驗(yàn)算 受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在便跨

10、，由于水平次梁在B支座處截面的彎距已經(jīng)求得M次B=22.0248kNm,則邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算： 0.0002 故水平次梁選用18b滿足強(qiáng)度和剛度要求。五、主梁設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)資料O(_)O1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）l03.5m ；計(jì)算跨度l3.9m ；荷載跨度l13.66m 。2）主梁荷載：3) 橫向隔板間距： 0.975m 。4）主梁容許撓度： W=L/750 。（二）主梁設(shè)計(jì)1.截面選擇（1） 彎距和剪力 彎距與剪力計(jì)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=160N/mm2 ,考慮鋼閘門(mén)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= （

11、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(mén)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?，F(xiàn)選用腹板厚度h090cm 。(4)腹板厚度選擇選用tw1.0cm 。(5)翼緣截面選擇：每個(gè)翼緣需要截面為下翼緣選用t12.0cm（符合鋼板規(guī)格），需要取B130cm,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t12.0cm，b116cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為Bb1+60t16+601.4100cm 。上翼緣截面面積A1=182.0+1001.4=172cm2 。(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算截面形心距：截面

12、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(cm4)面板部分1001.4140.00.7980-27.21103578上翼緣162.032.02.476.8-25.520808腹板901.090.043.4390615.519220下翼緣302.060.084.4506456.5191405合計(jì)3129926.8335011（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。2. 截面改變

13、因主梁跨度較大，為減小門(mén)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，故可按工字截面梁驗(yàn)算應(yīng)力剪力強(qiáng)度。尺寸表4所示：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1001.4140.00.7980-27.21103578上翼緣162.032.02.476.8-25.520808腹板541.054.043.42343.615.519220下翼緣302.060.050.643038.456.5191405合計(jì)2868710.8335011

14、 因誤差未超過(guò)10，安全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。Vmax790kN。I0=13122cm4，上翼緣對(duì)中和軸的面積距：S1=32.025.5+14027.2=4624cm3，下翼緣對(duì)中和軸的面積距：S2=6056.53390cm3<S1,需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf8mm 。4.加筋肋驗(yàn)算因不需設(shè)置橫向加勁肋。閘門(mén)上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，其間距a0.975m 。腹板區(qū)格劃分見(jiàn)圖2。5.取面板區(qū)格驗(yàn)算其長(zhǎng)邊點(diǎn)的折算應(yīng)力 a=450-80-90=280mm,面板區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)的主梁彎距和彎應(yīng)力該區(qū)格長(zhǎng)邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力 故面板厚度選用14

15、mm滿足強(qiáng)度要求 。六、橫隔板設(shè)計(jì)1.荷載和內(nèi)力計(jì)算 如圖所示水平次梁為4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2.橫隔板和截面選擇和強(qiáng)度驗(yàn)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。查表得10.369 ，B=0.369×975=360mm，取B360mm 。計(jì)算如下圖所示截面幾何特性截面型心到腹板中心線距離： 61mm截面慣性距： ，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

16、hf6mm 。七、邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用單腹式，如下圖，邊梁的截面尺寸按構(gòu)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(mén)的重要受力構(gòu)件，由于受力情況復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)時(shí)將容許應(yīng)力值降低20作為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。1.荷載和內(nèi)力計(jì)算在閘門(mén)每側(cè)邊梁上各設(shè)4個(gè)膠木滑塊，其布置如下圖： （1）水平荷載 主要是主梁傳來(lái)的水平荷載，還有水平次梁和頂，底梁傳來(lái)的水平荷載，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁，每個(gè)邊梁作用于邊梁荷載為R790kN（2） 豎向荷載有閘門(mén)自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上

17、滑塊所受壓力：，下滑塊所受壓力：， ,最大阻力為作用于一個(gè)邊梁上的起吊力，估計(jì)為650kN，有N650kN進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算， ,2.邊梁強(qiáng)度驗(yàn)算截面面積 。截面邊緣最大應(yīng)力驗(yàn)算：腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算：腹板與下翼緣連接處則算應(yīng)力驗(yàn)算：， 。均滿足強(qiáng)度要求八、行走支承設(shè)計(jì)膠木滑塊計(jì)算：下滑塊受力最大，起值為R1580kN，設(shè)滑塊長(zhǎng)度為350mm，則滑塊單位長(zhǎng)度承受壓力由表2查得軌頂弧面半徑R=200mm，軌頭設(shè)計(jì)寬度為b40mm，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應(yīng)力驗(yàn)算：。九、膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)1. 確定軌道底板寬度軌道底板寬度按砼承壓強(qiáng)度確定，查表得：砼允許承壓應(yīng)力為7N/mm2 ，則所需軌道底板寬度為： 取B

18、h350mm， 故軌道底面壓應(yīng)力： 2.確定軌道底版厚度軌道底板厚度按其彎曲強(qiáng)度確定，軌道底版的最大彎應(yīng)力：軌道底板懸臂長(zhǎng)度C102.5mm，對(duì)于A3查表得100N/mm2 ，故：，故t50mm 。十、閘門(mén)啟閉力和吊座驗(yàn)算1.啟門(mén)力：T啟1.1G+1.2(T2d+T2s)+Px G=0.022K1K2K3A1.34Hs0.639.8其中，A=3.53.5=12.25mm2 ,可查知：系數(shù)K1,K2,K3，均取為1.0 ，G=0.0221.01.01.012.251.34500.639.8=80.1kN ，滑道摩阻力：止水摩阻力：因橡皮止水與鋼板間摩擦系數(shù)f0.65， 橡皮止水受壓寬度取為b0.06m，每邊側(cè)止水受壓長(zhǎng)度H3.66m ，側(cè)止水平均壓強(qiáng)：下吸力Px底止水橡皮采用I11016型，其規(guī)格為寬16mm，長(zhǎng)110mm，底止水沿門(mén)跨長(zhǎng)3.9m，根據(jù)規(guī)范SDJ1378，啟門(mén)時(shí)閘門(mén)底