模板潛孔式平面鋼閘門設(shè)計(jì)

.z目錄一、設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定·············································2二、閘門構(gòu)造的形式及布置···········································2三、面板設(shè)計(jì)·······················································3四、水平次梁、頂梁和底梁地設(shè)計(jì)·····································4五、主梁設(shè)計(jì)·······················································7六、橫隔板設(shè)計(jì)····················································10七、縱向連接系····················································11八、邊梁設(shè)計(jì)······················································11九、行走支承設(shè)計(jì)··················································13十、軌道設(shè)計(jì)·····················································14十一、止水布置方式················································14十二、埋固構(gòu)件····················································15十三、閘門啟閉力··················································15十四、閘門的啟閉機(jī)械··············································15一、設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定1、閘門形式：潛孔式平面鋼閘門2、孔口尺寸〔寬×高〕：5.0m×5.0m3、上游水位：45m4、下游水位：0m5、閘底高程：0m6、啟閉方式：電動(dòng)固定式啟閉機(jī)7、材料：鋼構(gòu)造：Q235-A.F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8、制造條件：金屬構(gòu)造制造廠制造，手工電弧焊，滿足Ⅲ級焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。9、規(guī)*：?水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)*SL1974-2005?二、閘門構(gòu)造的形式及布置1、閘門尺寸確實(shí)定閘門高度：頂止水△H=0.2m，故閘門高度5.2m閘門的荷載跨度為兩止水的間距：5.0m閘門計(jì)算跨度：5+2×0.2=5.4(m)設(shè)計(jì)水頭：45m2、主梁的數(shù)目及形式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=5m,閘門高度h=5m,L<h。所以閘門采用6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。3、主梁的布置本閘門為高水頭的深孔閘門，主梁的位置可按主梁均勻間隔來布置。設(shè)計(jì)時(shí)按最下面的那根受力最大的主梁來設(shè)計(jì)，各主梁采用一樣的截面尺寸。4、梁格的布置及形式梁格采用復(fù)式布置與等高連接，水平次梁穿過橫隔板上的預(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)均勻，以減少計(jì)算量。5、連接系的布置與形式〔1〕橫向連接系，根據(jù)主梁的跨度，決定布置5道橫隔板，其間距為1.24m，橫隔板兼作豎直次粱。〔2〕縱向連接系，采用斜桿式桁架。三、面板設(shè)計(jì)根據(jù)?鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)*S74—95?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。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/a≤3時(shí)，a=1.5,則t=a當(dāng)b/a>3時(shí)，a=1.4,則t=a現(xiàn)列表1計(jì)算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akp[N/mm2]kpt(mm)191012301.350.5100.5440.52732.61291012301.350.4290.5540.48830.20391012301.350.4290.5640.49230.44491012301.350.4290.5730.49630.69591012301.350.4290.5830.50030.94691012301.350.4290.5930.50431.19791012301.350.4290.6030.50931.50891012301.350.4290.6130.51331.74991012301.350.4290.6220.51731.991091012301.350.4290.6320.52132.241191012301.350.4290.6420.52532.491286012301.430.5390.6520.59334.68根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=35mm2、面板與梁格的連接計(jì)算面板厚度t=35mm,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力σma*=[σ]=160N/mm2,則面板局部擾曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的橫向拉力P為：P=0.07tσma*=0.07×35×160=392(N/mm)面板與主梁連接焊縫方向單位長度內(nèi)的剪力：T=面板與主梁連接的焊縫厚度：h角焊縫最小厚度：h面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度h四、水平次梁，頂梁和底梁地設(shè)計(jì)1、荷載與內(nèi)力驗(yàn)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梁號梁軸線處水壓力強(qiáng)度P〔kN/mm2〕梁間距〔m〕a〔m〕q=p(kN/m)1(頂梁)5390.5075273.51.0152〔主梁〕548.91.015557.11.0153〔水平次梁〕558.91.015567.31.0154〔主梁〕568.81.015577.31.0155〔水平次梁〕578.81.015587.51.0156〔主梁〕588.71.015597.51.0157〔水平次梁〕598.71.015607.71.0158〔主梁〕608.61.015617.71.0159〔水平次梁〕618.61.015627.91.01510(主梁)628.51.015637.91.01511〔水平次梁〕638.51.015648.11.01512〔主梁〕648.40.990641.90.96513〔底梁〕657.90.4825317.4由列表計(jì)算后得∑q=7258.8kN/m根據(jù)上表計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取648.1kN/m，水平次梁為6跨連續(xù)梁，跨度為1.24m，水平次梁彎曲時(shí)的邊跨彎距為:M次中＝0.072ql2=0.072×648.1×1.242=71.9(kN·m)支座B處的負(fù)彎距：M次B＝0.106ql2=0.106×648.1×1.242=105.4(kN·m)2、截面選擇W=考慮利用面板作為次梁截面的一局部，初選［36a,由附錄三表4查得：A=6089mm2；W*=659700mm3；I*=118742000mm4；b1=96mm；d=9mm面板參加次梁工作的有效寬度分別按下式計(jì)算，然后取其中較小值。B≤b1+60t=96+60×35=2196(mm)B=ξ1b(對跨間正彎距段)B=ξ2b〔對支座負(fù)彎距段〕按11號梁計(jì)算，梁間距b=對于第一跨中正彎距段：l0=0.8l=0.8×1240=992(mm)對于支座負(fù)彎距段：l0=0.4l＝0.4×1240＝496(mm)根據(jù)l0/b查表7-1：對于l0/b＝992/1015＝0.997得ξ1＝0.40，得B=ξ1b＝406(mm)對于l0/b＝496/1015＝0.489得ξ2＝0.16，得B=ξ2b＝162.4(mm)對第一跨中選用B＝406mm,則水平次梁組合截面面積〔如圖〕:A=6089+406×35=21199(mm2)組合截面形心到槽鋼中心線得距離:e=跨中組合截面的慣性距及截面模量為：I次中＝118742000+6089×1322+406×35×65.52＝285801188(mm4)W對支座段選用B＝162.4mm，則組合截面面:A=6089+162.435=11773(mm2)組合截面形心到槽鋼中心線得距e=支座初組合截面的慣性距及截面模量為：慣性距：I次中截面模量：W3.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座B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:σσ說明水平次梁選用[36a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，由于水平次梁在B支座處截面的彎距已經(jīng)求得M次B=71.86kN?m,則邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算：ω故水平次梁選用[36a度和剛度要求。五、主梁設(shè)計(jì)〔一〕設(shè)計(jì)資料〔1〕主梁跨度：凈跨〔孔口凈寬〕L0＝7.0m；計(jì)算跨度L＝7.44m；荷載跨度L1=7m；〔2〕主梁荷載：q=〔3〕橫向隔板間距：1.24m〔4〕主梁容許撓度：[W]=L/600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：M剪力：V〔2〕需要的截面抵抗距：Q235鋼的容許應(yīng)力[σ]=160N/mm2，考慮鋼閘門自重引起附加應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力[σ]=0.9×160=144N/mm2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：h經(jīng)濟(jì)梁高：h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?，F(xiàn)選用腹板厚度h0＝240cm?！?〕腹板厚度選擇tw=h11〔5〕翼緣截面選擇：每個(gè)翼緣需要截面為A下翼緣采用t1=2cm〔符合鋼板規(guī)格〕需要b1=A1t1=上翼緣的局部截面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的翼緣板同面板相連，選用t1＝2cm，b1＝14cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為B＝b1+60δ＝14+60×3.5＝224(cm)上翼緣截面面積A1=14×2.0+224×3.5=812(cm2)(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算截面形心距：y截面慣性距：I=截面抵抗距：上翼緣頂邊W下翼緣底邊彎應(yīng)力：σ表3部位截面尺寸〔cmcm〕截面面積A(cm2)各型心離面板外表距離y′〔cm〕Ay′〔cm3〕各型心離中和軸距離y=y′-y1(cm)Ay2(cm4)面板局部224×3.57841.751372-78.354812758上翼緣14×2284.5126-75.6160030腹板240×4960125.512048045.41978714下翼緣60×2120246.529580166.43322675合計(jì)189215155810274177〔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h0s考慮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)各型心離面板外表距離y′〔cm〕Ay′〔cm3〕各型心離中和軸距離y=y′-y1(cm)Ay2(cm4)面板局部224×3.57841.751372-40.851308278上翼緣14×2284.5126-38.140645腹板144×457677.54464043.9701573下翼緣60×2120150.518060107.91397089合計(jì)1508641983447585截面形心距：y截面慣性距：I截面下半部對中和軸的面積距：S=120剪應(yīng)力：τ3、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。Vma*＝4184.6kN。I0=4442913cm4，上翼緣對中和軸的面積距：S1=784×40.85＋28×38.1=33093(cm3)下翼緣對中和軸的面積距：S2=120×107.9＝12948(cm3)﹤S1需要h角焊縫最小厚度h全梁的上下翼緣焊縫都采用hf＝21mm。4、腹板的加勁肋加勁肋的布置：因h0t5、面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力的驗(yàn)算取面板區(qū)格12驗(yàn)算其長邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力計(jì)算σσ面板區(qū)格12的長邊中點(diǎn)的主梁彎矩和彎應(yīng)力M=1195.6σ該區(qū)格長邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力σ故面板厚度選用35mm滿足強(qiáng)度要求。橫隔板設(shè)計(jì)1、荷載和內(nèi)力計(jì)算橫隔板同時(shí)兼作豎直次粱，主要承受水平次粱、底梁和頂梁傳來的集中荷載以及面板傳來的分布荷載，則每片橫隔板在上懸臂的最大負(fù)彎矩為：M=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2400mm×20mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm×10mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B＝ξ2b確定其中b=1240mm,按l0/b=2×1.015/1.24=1.64,查表得ξ2＝0.46，則B=0.46×1240=570mm，取B＝570mm。計(jì)算如以下圖所示截面幾何特性。截面型心到腹板中心線距離e=截面慣性距：I=截面模量：W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hf=1.520=6.7(mm)，選取h七、縱向連接系1、荷載和內(nèi)力計(jì)算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(jì)算G=0.073則下游縱向連接系承受0.4G=464KN縱向連接系視作平面簡支桁架，其結(jié)點(diǎn)荷載為4642、斜桿截面計(jì)算斜桿承受的最大的拉力為305KN，同時(shí)考慮閘門偶然扭矩時(shí)可能造成的壓力，故細(xì)長比的限制應(yīng)該與壓桿一樣。即λ≤選用單角鋼L110×12，由附錄三表2查得：截面面積A=25.2cm2回轉(zhuǎn)半徑iy0=21.5cm斜桿計(jì)算長度l長細(xì)比λ驗(yàn)算拉桿強(qiáng)度σ八、邊梁設(shè)計(jì)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1460mm，上翼緣直接采用面板，下翼緣用150mm×20mm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(jì)時(shí)將容許應(yīng)力值降低20%作為考慮受扭影響的平安儲藏。荷載和內(nèi)力計(jì)算滾輪采用等荷載布置，在每個(gè)邊梁上分別布置6個(gè)大小相等的主輪。每個(gè)主輪位于主梁后面。每個(gè)主輪受力為2092.3kN。具體計(jì)算根據(jù)構(gòu)造力學(xué)求解器。最大彎矩Mma*=2092.3kN/m最大剪力Vma*=4184.6kN最大軸向力為作用在邊梁上的一個(gè)起吊力，估為2300kN在最大彎矩作用截面上軸向力為：N=2300-4184.6×0.1=1881.5kN2、邊梁強(qiáng)度驗(yàn)算截面面積A=490y1=700mm上半局部對中和軸的面積矩S下半局部對中和軸的面積矩S截面慣性距：I=3.31176×1010(mm4)截面模量：W=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(jì)采用滑動(dòng)式滾輪支承，軸孔采用滑動(dòng)軸承，輪徑D=900mm,寬度b=150mm,輪軸直徑d=200mm,軸套工作長度b1=250mm，；輪子材料用ZG35GrlMo.滾輪驗(yàn)算圓柱形滾輪與平面軌道接觸應(yīng)力： Pl：一個(gè)輪子的計(jì)算壓力，N；b、R：輪緣寬度和輪半徑，mm； E：材料的彈性模量，N/mm2；fy：屈服強(qiáng)度，N/mm2。軸和軸套間接觸應(yīng)力：σd：軸的直徑，mm；b1：軸套的工作長度，mm； [σcg]：滑動(dòng)軸套的容許應(yīng)力，N/mm2。輪軸與軸承板間局部承壓應(yīng)力σ N：軸承板所受的壓力〔N=Pl/2〕，N；∑t：軸承板疊總厚度，mm；[σcj]：容許應(yīng)力，N/mm2。以上計(jì)算均滿足強(qiáng)度要求。十、軌道設(shè)計(jì)滾輪荷載R=2092.3kN,混凝土為C25,其[σh]=9N/mm。軌道材料為35Mn2,軌道選I56c,由附錄三表4查得：W*=2551400mm3；I*=714300000mm4；b=170mm；tw=16.5mm；h=560mm1、軌道底板混凝土承壓應(yīng)力：σ2、軌道局部承壓應(yīng)力：aσ故滿足要求。十一、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、閘門啟閉力閘門自重G=1160kN滾動(dòng)摩擦阻力T止水摩阻力T上托力Pt=0KN閉門力T起門力計(jì)算下吸力P則啟門力為：T十四、閘門的啟閉機(jī)械由于啟門力為2352kN，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局部加重可關(guān)閉孔口而無需投運(yùn)油泵電機(jī)組的條件進(jìn)展設(shè)計(jì)。型號表示方法QPKY□/□—□—□液壓缸支承型式Ⅰ或Ⅱ行程〔m〕啟門力〔kN〕持住力〔kN〕液壓傳動(dòng)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)根本參數(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〕d(mm〕Fg/Fq〔MPa〕速度Vg/Vq〔m/min〕1QPKY-60/60-8*60608.0100509.99/9.99Vg=3.0～8.5Vq=0.25～