露頂式平面鋼閘門：孔口凈寬：10.00m設計水頭：5.50m

課程設計課程名稱：水工鋼結構課程設計設計題目：露頂式平面鋼閘門設計學院：電力工程學院專業(yè)：水利水電工程年級：學生姓名：指導教師：肖偉榮日期：年月日教務處制課程設計任務書電力工程學院水利水電工程專業(yè)年級學生姓名：學號：課程設計題目：露頂式平面鋼閘門設計課程設計的主要內容：一、水工鋼閘門概述二、平面鋼閘門的組成和結構布置三、面板和次梁的設計四、主梁的設計五、橫向連接系（橫向支撐）和縱向連接系（縱向支撐）六、邊梁的設計七、行走支承八、軌道及其他埋件九、止水、啟閉力和吊耳設計指導教師（簽字）：教學基層組織負責人（簽字）：年月日目錄一、設計資料 4二、閘門結構的形式及布置 5（1）閘門尺寸的確定 5（2）主梁的形式 5（3）主梁的布置 5（4）梁的布置和形式 5（5）連接系的布置和形式 6三、面板設計 7（1）估算面板厚度 7（2）面板與梁格的連接計算 7四、次梁的設計 9（1）荷載與內力計算 9（2）截面選擇 9（3）水平次梁的強度驗算 12（4）水平次梁的撓度驗算 12五、主梁設計 13（1）設計資料 13（2）主梁設計 13六、橫隔板設計 17（1）荷載和內力計算 17（2）橫隔板截面選擇和強度計算 17七、縱向連接設計 19（1）荷載和內力計算 19（2）斜桿截面計算 19八、邊梁設計 21（1）荷載和內力計算 21（2）邊梁的強度驗算 23九、行走支承設計 24十、膠木滑塊軌道設計 25（1）確定軌道底板寬度 25（2）確定軌道底板厚度 25十一、閘門啟閉力和吊座計算 26（1）啟門力 26（2）閉門力 27（3）吊軸和吊耳板驗算 27參考文獻 29設計資料閘門形式：露頂式平面鋼閘門；孔口凈寬：10.3m設計水頭：6.8m結構材料：235;焊條：43；止水橡皮：側止水用型橡皮，底止水用條形橡皮；行走支承：采用膠木滑道，壓合膠木為;閘門結構的形式及布置（1）閘門尺寸的確定1）閘門高度：考慮到風浪產生的水位超高為0.2m，故閘門高度=6.8+0.2=7.0（m）；2）閘門的荷載跨度為兩側止水的間距：L1=10.3m；3）閘門的計算跨度：L=L0+2d=10.3+20.2=10.7(m)；圖1閘門的主要尺寸圖（單位：m）（2）主梁的形式。主梁的形式應根據(jù)水頭的大小和跨度的大小而定，本閘門屬于中等跨度，為了方便制造和維護，決定采用實腹式組合梁。（3）主梁的布置。根據(jù)閘門的高跨比，決定采用雙主梁。為使兩個主梁設計水位時所受的水壓力相等，兩個主梁的位置應對稱于水壓力的合力作用線=H/31.83(圖1)并要求下臂梁和0.4。上臂梁,今取主梁間距則（滿足要求）（4）梁的布置和形式。梁格采用復式布置和等高連接，水平次梁穿過橫隔板上的預留孔并被橫隔板所支承。水平次梁為連續(xù)梁，其間距應上疏下密，使面板各區(qū)格需要的厚度大致相等，梁格布置具體尺寸如(圖2)所示。圖2梁格布置尺寸圖（5）連接系的布置和形式。1）橫向連接系，根據(jù)主梁的跨度，決定布置3道橫隔板，其間距為2.35m，橫隔板兼作豎直次梁。2）縱向連接系，設在兩個主梁下的翼緣的豎平面內。采用斜桿式桁架。（6）邊梁與行走支承。邊梁采用單復式，行走支承采用膠木滑道。三、面板設計根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》（SL74-95），關于面板的計算，先估算面板的厚度，在主梁截面選擇之后再驗算面板的局部彎曲與主梁彎曲的折算應力。（1）估算面板厚度假定梁格布置尺寸(圖2)所示。面板厚度按式計算當b/a3時，a=1.5，則當b/a>3時，a=1.4，則現(xiàn)列表1進行計算。表1面板厚度的估算區(qū)格a(mm)b(mm)b/akP(N/mm)t(mm)I128025902.020.6850.00630.0665.745II111025902.330.4990.01800.0957.171III82025903.160.5000.02740.1176.716IV74025903.500.5000.03510.1326.838V59025904.390.5000.04160.1445.947VI54025904.800.7500.04710.1887.106注1、面板邊長a、b都從面板與梁格的連接焊縫算起，主梁上翼緣寬為140mm(詳見后面)2、區(qū)格I、VI中的系數(shù)k由三邊固定一邊簡支板查得。根據(jù)表1計算，選用面板厚度t=8mm。（2）面板與梁格的連接計算面板局部繞曲時產生的垂直于焊縫長度方向的橫向拉力P按式max計算，則max=面板與主梁連接焊縫方向單位長度內的剪力由式梁號梁軸線處水壓強度梁間距（m）（m）（kN/m）備注1頂梁2.13頂梁荷載按下圖計算1.36211.861.2815.181.203上主梁23.621.05524.920.91432.540.85527.820.80540.380.7429.880.686下主梁47.040.6430.110.67底梁52.920.37519.85面板與梁格連接焊縫取其最小厚度。四、次梁的設計（1）荷載與內力計算水平次梁是支承在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水平壓力可按式計算。列表2計算后得根據(jù)表2計算，水平次梁計算荷載取30.38kN/m,水平次梁為四跨連續(xù)梁，跨度為2.35m（圖3）。水平次梁彎曲時的邊跨中彎矩為支座B處的彎矩為圖3水平次梁計算簡圖和彎矩圖（2）截面選擇考慮到利用面板作為次梁截面的一部分，初選[18a由附表6.3查的：；；；;。面板參加次梁工作有效寬度分別按式及式或（其中）計算，然后取其其中較小值。（對胯間正彎矩段）（對支座負彎矩段）按5號梁計算，設梁間距（800+680）/2=740（mm）。確定式中面板的有效寬度系數(shù)時，需要知道梁彎矩零點之間的間距與梁間距b比值。對于第一跨中正彎矩段取=。對于支座負彎矩段取=表3面板有效寬度系數(shù)和0.51.01.52.02.53456810120.200.400.580.700.780.840.900.940.950.970.981.000.160.300.420.510.580.640.710.770.780.830.860.92根據(jù)查表3，得對于=2080/740=2.81，得=0.876，則B=;對于=1040/740=1.41，得=0.396，則B=;對第一跨中選用B=548mm，則水平次梁組合截面面積(圖4)為圖4面板參加水平次梁工作后的組合截面A=組合截面形心到槽鋼中心線的距離為跨中組合截面的慣性矩及截面模量為對支座B=273mm，則組合截面面積為A=組合截面形心到槽鋼中心線的距離為支座處組合截面的慣性矩及截面模量為（3）水平次梁的強度驗算由支座B（圖3）處彎矩最大，而截面模量最小，故只需驗算支座B處的截面的抗彎強度，即說明水平次梁選用[18a滿足要求。（4）水平次梁的撓度驗算受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎矩已經求得，則邊跨撓度可近似地計算為故水平次梁選用[18a滿足強度和剛度要求。五、主梁設計（1）設計資料1）主梁跨度（圖5）；凈跨（孔口寬度），計算跨度,荷載跨度；圖5平面鋼閘門的主梁位置和計算簡圖2）主梁荷載：；3）橫向隔板間距：2.6；4）主梁容許撓度。（2）主梁設計主梁設計包括：eq\o\ac(○,1)截面選擇；eq\o\ac(○,2)梁高改變；eq\o\ac(○,3)翼緣焊縫；eq\o\ac(○,4)腹板局部穩(wěn)定驗算；eq\o\ac(○,5)面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力驗算。1）截面選擇。eq\o\ac(○,1)彎矩與剪力。彎矩與剪力計算如下eq\o\ac(○,2)需要的截面模量。已知Q235鋼的容許應力，考慮鋼閘門自重應力引起的附加應力作用，取容許應力為，則需要的截面模量為eq\o\ac(○,3)腹板的高度選擇。按高度要求的最小高梁（變截面梁）為經濟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小，但不小于?，F(xiàn)選用腹板高度。eq\o\ac(○,4)腹板厚度選擇。按經驗公式計算：，選用。eq\o\ac(○,5)翼緣截面選擇。每個翼緣截面為下翼緣選用（符合鋼板規(guī)格）需要，選用(在之間）。上翼緣的部分截面面積可利用面板，故只需設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取為上翼緣的面積為eq\o\ac(○,6)彎應力強度驗算。主梁跨中截面（圖6）的幾何特性見表3。截面形心矩為圖6主梁跨中截面積截面慣性矩截面模量：上翼緣頂邊下翼緣底邊彎應力表3主梁跨中截面的幾何特性部位面板部分49.60.419.8-44.497779上翼緣板28.01.850.4-4351772腹板9047.843023810下翼緣6493.86003.249153664合計231.610375.4304025六、橫隔板設計（1）荷載和內力計算橫隔板同時兼作豎直次梁，它主要承受水平次梁、頂梁和底梁傳來的集中荷載以及面板傳來的分布荷載，計算時可把這些荷載用以三角形分布的水壓力來代替（圖1），并且把橫隔板作為支撐在主梁上的雙懸臂梁。則每片橫隔板在上懸臂的最大彎矩為（2）橫隔板截面選擇和強度計算其腹板選用與主梁腹板同高，采用，上翼緣利用面板，下翼緣采用的扁鋼。上翼緣可利用面板寬度按確定，其中b=2600mm,按1，從表3查得有效寬度系數(shù)，則，取。計算如(圖9)所示的截面幾何特性。圖9橫隔板截面圖截面形心到腹板中心線的距離為截面慣矩為截面模量為驗算彎應力為由于橫隔板截面高度較大，剪切強度更不必驗算。橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度6mm。七、縱向連接設計（1）荷載和內力計算縱向連接系承受閘門自重。露頂式平面剛閘門門葉自重G按附錄10中的式計算下游縱向連接系承受縱向連接系視作簡支的平面桁架，其桁架腹板桿布置如(圖10)所示，其結點荷載為桿件內力計算結果如(圖10)所示。（2）斜桿截面計算斜桿承受做大拉力N=19kN，同時考慮閘門偶然扭曲時可能承受壓力，故長細比的限制值應與壓桿相同，即200。圖10縱向連接系計算圖選用單角鋼L,由附錄三表二查得截面面積回轉半徑斜桿計算長度長細比驗算拉桿強度考慮到單角鋼受力偏心的影響，將容許應力降低15%進行計算。八、邊梁設計邊梁的截面形式采用單腹式（圖11），邊梁的截面尺寸按構造要求確定，即截面高度與主梁端高度相同，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。邊梁是閘門的重要受力構件，由于受力情況復雜，故在設計時可將容許應力值降低20%作為考慮受扭影響的安全儲備。（1）荷載和內力計算在閘門每側邊梁上各設兩個膠木滑塊。其布置尺寸見（圖12）。圖11邊梁截面圖圖12邊梁計算圖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。每個主梁作用于邊梁的荷載R=370.5。2）豎向荷載。有閘門自重、滑道摩阻力、止水摩阻力、啟吊力等。上滑塊所受的壓力下滑塊所受的壓力最大彎矩最大剪力最大軸向力為作用在一個邊梁上的啟吊力，估計為200kN（詳細計算見后面）。在最大彎矩作用截面上的軸向力，等于啟吊力減去上滑塊的摩阻力，該軸向力。（2）邊梁的強度驗算截面面積面積矩截面慣性矩截面模量截面邊緣最大應力驗算腹板最大剪應力驗算以上驗算均滿足強度要求。九、行走支承設計膠木滑道計算：滑塊的位置如（圖12）所示，下滑塊受力最大，其值為。設滑塊長度為350mm，則滑塊單位長度的承壓力為根據(jù)表2查得軌頂狐面半徑R=150mm，軌頭設計寬度為b=35mm。膠木滑道與軌頂弧面的接觸應力按式進行驗算選定膠木高30mm，寬120mm，長350mm。十、膠木滑塊軌道設計（1）確定軌道底板寬度軌道底板寬度按混凝土承壓強度確定。根據(jù)C20混凝土附錄十表二查得混凝土的容許承壓應力為，則所需的軌道底板寬度為故軌道底面壓應力為圖13膠木滑塊支承軌道截面圖（2）確定軌道底板厚度軌道