露顶式平面钢闸门设计答案
露顶式平面钢闸门设计说明书
、设计资料
⑴闸门型式：露顶式平面钢闸门
⑵孔口净宽：8.0 m
⑶设计水头：7.0m
⑷结构材料：Q235A F
⑸焊条：焊条采用E43型手工焊
⑻止水橡皮：侧止水用P型橡皮，底止水用条形橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压
合胶木为MCS 2
⑼混泥土强度等级：C20
(11)规范：《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL 74-1995)
图8-1 ￥価钢阿门门叶结构立体示意图、闸门结构的型式及布置
1. 闸门尺寸的确定：
⑴闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2 m，故闸门高度5.2+0.2=5.4 m
⑵ 闸门的荷载跨度为两侧止水间的间距L D=8.0 m
⑶ 闸门计算跨度L=L 0+2d=8+2 X 0.3=8.6 m
2. 主梁的型式
主梁的型式应根据水头和跨度大小而定， 本闸门属于中等跨度(L=5~10),为了便于制造和维
护，采用实腹式组合梁，焊接组合截面。
3. 主梁的布置
L 8.6
根据闸门的高垮比 =
=1.65>1.55，决定采用双主梁，为使两根主梁在设计水位时所受
H 5.2
水压力相等，两根主梁的位置应对称于水压力合力的作用线 臂a >0.12H 和a > 0.4 m ,上悬臂c < 0.45H 和c v 3.6 m 。且使底主梁到底止水的距离尽
量符
合底缘布置要求(即 a >30 °)，先取 a=0.12H=0.6 m ，则主梁间距:2b=2(y-a)=2 X (1.67-0.6)=2.14
m
4. 梁格的布置和形式
格采用复式布置和高等连接，三根水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。 水
联结系：根据主梁的跨度，采用布置
3道横隔板，横隔板兼作竖直次梁，其横向联
8.6
结间距为L 盲吃15 m
H 5
y=- =3 =1.67 m ，并要求下悬
3 3 平次梁为连 续梁，其间
距上疏下 密，面板各 区格所需要 的厚度大致 相等。梁格 的布置及具 体尺寸如下 图所示： 5.联结系 的布置和形 式 (1)横向
I \
、
、顶梁"
n
主梁
\
/
X / / ,“ \ /主孤
Z
VI
导
-1
2150
2150
0I&UO
丄
;
3
Ln-
(2) 纵向联结系：采用斜杆式桁架，布置在两根主梁下翼缘的竖平面内，并设有 肢角钢的斜
杆。
6.边梁与行走支承
采用单腹式边梁，行走支承采用双股式滚动行走支承。
三、面板设计
1?估算面板厚度
格区
a(mm) b(mm) b/a(mm) k(mm) P(N/mm
2
)
V^p t(mm) I 1500 2150 1.43 0.537 0.0076 0.064 6.53 n
960 2150 2.24 0.491 0.020 0.099 6.46 出
850 2150 2.53 0.500 0.028 0.118 6.82 IV 660 2150 3.26 0.500 0.036 0.134 6.19 V
630 2150 3.41 0.500 0.042 0.145 6.39 屮
600
2150
3.58
0.750
0.048
0.190
7.98
注：区格I,W 中系数 k 按三边固定一边简支查表得 根据计算结果，选用面板厚度 t=8 mm 四、水平次梁、顶梁和底梁的设计
1. 荷载与内力计算
梁号
梁轴线水 压强度p (KN/m 2
梁间距 (m)
a 上 a 下
a 上 a 下
q=p -------------
2
(m)
备注：
2
(m )
顶梁荷载按卜图卜 式计算
1(顶梁)
1.30 14.7 1.30
1.50
2.76
R 1=
2
3
2
1.50
14.70
0.96 1.230 18.08
=2.76KN/m 2
3 (上主梁) 24.11 0.85
0.905 21.82
4
32.44
0.755 24.49
0.66
5 38.91
0.645
25.10
0.63
4根等
假定梁格布置如图所示，面板厚度由公式
kp 0.92
，且 t max -t min < 2 mm
当 b / a w 3 时，a =1.5，贝U t= a
I kp
'0.9 1.5 160
0.068a kp
当b/a > 3时,
a =1.4 , 则t=a
kp
'■ 0.9 1.4 160
0.07a kp
水平次梁和顶、底梁都是支承横隔板的连续梁，作用在上面的水压力按 q=p
计算
1720
b 645
2.667 得 ^=0.80，则 B= &b=0.80X 645=516 mm 由匕 860
1.333 得富=0.380，贝U B= &b=0.380 X 645=245
mm
b 645
对于第一跨中，选用
B=516 mm ,则水平次梁的组合截
面积：A=1851+516 X 8=5978mm 2
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
516X 8X 74 5978
=51 mm
6 （下主梁） 45.08 0.60
0.615 27.72
7 （底梁）
50.96
0.300
15.29
据表中结果，水平次梁计算荷载取最大值 25.10KN/m ；水平次梁为四跨连续梁l ；l I 跨度为2.15m 。 水平次梁计算结构简图及弯矩图如下：
口 ’丄附—
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选
槽钢14a 由附表查得：A=1851 mm 2 ；
2
4
W X =80500 mm ; I X =5637000 mm ; b 1 =58 mm; d=6 mm
面板参加次梁翼缘工作的有效宽度按下式计算，然后取最小值。
B < b 1 +60t=58+60 X 8=538 mm
段，零点之间的距离：1。
0.8l 0.8 2150 1720mm ，对于支座负弯矩段取:
|0 0.4l
0.4 2150 860mm ,根据 L o /b 查表 2— 1;
2、截面选择
12.42 106
160
3
=77625 mm 3
B= &b （对跨间正弯矩段）； B=歩（对支座负弯矩段）;
按5号梁进行计算，设该梁平均间距
(b1+b2) 2
660+630 =2 =645 mm ,对于第一跨中正弯矩
w lCWm
■'fit
水平次梁边跨中的正弯矩为： M 次中=0.077qL=0.077 X 25.10X 2.152=8.93 KN/m
支座 B 处的负弯矩为：
M 次 B =0.107ql=0.107 X 25.10X 2.152=12.42 KN/m
e=
跨中组合截面的惯性矩及截面模量为:
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
516X 8X 74
对于支座段，选用 B=245 mm ,则水平次梁的组合截面积： A=1851+245 X 8=3811 mm 2
2.水平次梁的强度验算
支座B 处弯矩最大，截面模量也较大，跨中弯矩小，故两处截面的抗弯强度都需要验算。
6
M 次B =11.78 10 Wmin 100463
综上可知水平次梁选用［
14a 满足弯应力强度要求。
3. 水平次梁的扰度验算
水平次梁为受均布荷载的四跨连续梁，其最大扰度发生在边跨，已求得
M 次B =12.42 KN/m ,
12635136
1
中
=
5637000+1851
X
512+516
X 8X
232=
12635136mm4,
W
min
=
121
=104423 mm 2 e= 5978
=51 mm
组合截面形心到槽钢中心线的距离:
245X 8X 74 e= 3811 =38 mm
支座处截面的惯性矩及截面模量为：I
次 B
=5637000+1851 X 30+245 X 8X 3^=10850004 mm 4
10850004
W min =
108
=100463 mm 2 次中=
M 次中 Wmin
6
8.93 10 104423
=85.52 N/ mm 2v
=160 N/mm
=123.63 N/ mm =160 N/mm
I B =10850004 mm 4,四跨连续梁 k"
0.0063 ,
=0.004
250
w = k '也= 0.0063X 25.
10
2?
153 105
=0.0007V
L E 次B
2.06 10 1085.004
w 、
=0.004，满足挠度要求。
L
4.顶梁和底梁
底梁计算简图和弯矩图
M 支座=0.107q 丨 2=0.107X 15.29X 2.152 =7.56 KN ? m
3
3
选用［12 oW =62.137 cm > W 需 = 47.25cm 底梁弯应力强度验算:
底梁刚度验算:
顶梁采用和底梁相同的槽钢即 [12 o ，顶梁弯应力强度验算:
2
M 支座=0.107 q l =0.107X 2.76X 2.15^=1.37 KN
顶梁的刚度验算:
五、主梁设计 (一)已知条件
M 支座
W 需=-
7.56 106
160
3
47250mm
3
47.25cm
M 支座 W y
7.56
忖 121.67N/mm 2 <
62.137
=160 N/ cm 2，满足弯应力要求。
.3
w qi =k
L
3 5
15.29 2.15 10
= 0.0063X ― ------------ - --- =0.00119< E 次B 2.06 10 391.466 w =0.004满足刚度要求。
L
M 支座 W y
1.37 103
62.137
22.05N / mm 2 <
=160 N/ cm 2满足应力强度要求。
w ql
—=k ----------- = 0.0063X
L E 次B 3
5
2.76 2.15 10
5
2.06 10
391.466
=0.00021<
=0.004满足刚度要求。
L
(1)
主梁跨度：净跨度
l 1 =8.0m ，计算跨度L=8.6m ，荷载跨度l
=8.0m
1 1 p (2) 主梁荷载：P=— H 2=— X 9.8X 5.02=122.5 KN/m , 口 =上=61.25 KN/m
2
2
2
(3) 横隔板间隔：2.15m 。
w 1
(4) 主梁容许绕度：
w
= 丄。
L 600
(二)主梁设计
1.截面选择
(1)主梁内力分析如图：
主梁简支于边梁上，最大弯矩在跨中,
ql
M
max =
( L
4
l 、 61.25 8
8
(8.6 p
563.5 KN ? m
V max =￡ql 1 61.25 8 245 KN
(2)需要的截面抵抗矩(考虑闸门自重引起的附加应力的影响)
(3)腹板高度h 0选择(刚度条件求得最小梁高
h min )
h ec =3.1 W 2/5 =3.1 x 38282/5
84.05cm
经济梁高选取的梁高
h 一般应大于h min 但比h ec 稍小，故应选取h=80 cm 。
(4)腹板厚度选择： 腹板厚度 t w =
-
0.81，选 t w =1.0cm
11 11
(5)翼缘截面选择:
亦h 3216cm 之间)，上翼缘的部分截面面积可利用面板， 板同面板相连，选用t 1
2.0cm, b 14cm 。
面板兼做主梁上翼缘的有效宽度
B= b 1+5t=14+50 x 0.8=54cm
上翼缘截面面积 A 14 2.0 54 0.8 71.2cm 2 (6)弯应力强度验算： 主梁跨中截面的几何特性如下表;
Ay' 7681 58
主梁跨中截面形心距面板表面的距离
y 1=
=
38.18cm
A 201.2
max
0.92
563.5 103 0.92 160
3828cm 3
h mi n =0.96 x 0.208X
— E W/L
0.96X 0.208X
160 8.6 102 0.92
2.06 105 1/600 7
3.62cm
每个翼缘所需截面为:
A 1= W
t
w h 0
h 。
6 3828 80
1.0 80 6
2
=34.52 cm
F 翼缘选用t 1
2.0cm,b 1
A
t 1
34.52 2
17.26cm ，因此需要选用b 1 25cm 。（在
故只需设置较小的上翼缘