弧门计算(毕设选题)

1计算成果汇总表

2说明

2.1目的与要求

本阶段为施工图设计，主要计算内容为：确定闸门面板厚度、计算主梁、水平次梁、纵梁、边梁、支臂、支铰等构件的强度及刚度，计算启闭门力，选择启闭机。

2.2计算依据

计算依据为水工专业提供的“专业互提资料单”。南水北调中线总干渠某渡

槽进口节制闸工作闸门为露顶式弧形门，共3扇，孔口尺寸（宽×高）7.0×6.7m。闸室底板高程为75.211m，设计水位81.031m，加大水位81.434m。闸门为动水启闭。

闸门采用双主横梁斜支臂，弧形面板曲率半径约取闸门高度的 1.4倍，为9.5m，支铰位置选择在倒虹吸出口加大水位以上，高程81.911m。启闭机采用后拉式弧门液压启闭机。启闭机活塞缸支铰布置在支臂支铰上游，相距4141mm，高程84.657m。

2.3计算原则

按照规范要求的内容和深度计算，闸门厚度选择时考虑一定的锈蚀余量，在闸门启闭门力计算时选择最不利工况进行计算。

2.4计算方法

闸门主梁受力分析时，分两种工况：

（1）工况一：当闸门处于关闭状态时，计算仅在静水压力作用下框架内力及应力，并核算其强度、刚度；

（2）工况二：当闸门刚刚开启的瞬间，计算在静水压力及启门力共同作用下框架内力及应力，并核算其强度、刚度；

2.5规程、规范及参考书

《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95)

《水利水电工程启闭机设计规范》(SL41-93)

《水电站机电设计手册》金属结构㈠(1988年5月第一版）

《闸门与启闭机》(第二版)

《建筑结构静力计算手册》(中国建筑工业出版社)

《水工钢闸门设计》安徽省水利局勘测设计院

《水工钢结构》 水利电力出版社

3 计算过程

3.1 荷载计算

3.1.1 闸门在关闭位置的静水压力

闸门在关闭位置的静水压力，由水平水压力和垂直水压力组成，闸门所受水压力简图见错误！未找到引用源。。

作用在弧形面板上的水平压力P s 按式(3-1)计算：

21

2

s s P H B γ=

(3-1)

作用在弧形面板上的垂直压力V s 按式(3-2)计算：

()21212112sin cos sin 2sin 221802s V R B πφγφφφφ⎡⎤=+-+⎢⎥⎣⎦

(3-2)

作用在弧形面板上的总水压力P 按式(3-3)计算：

s

s P V tg P α=⎬=⎪

⎭

(3-3)

计算过程及结果如下：

3.1.2 闸门刚刚开启时的荷载

闸门刚刚开启时，作用在下主梁上的荷载由启门力产生的荷载及水压力荷载组成。

（1）由启门力产生的荷载P q ，按下式计算：

cos q P P α'=

(3-4)

（2）闸门刚启时，其水压力荷载可视与闸门关闭挡水状态相同。

3.2 面板厚度计算

3.2.1 面板厚度计算

面板厚度按式(3-5)：

δ= (3-5)

面板区格划分见错误！未找到引用源。。闸门计算水头按6.7m 计。面板厚度计算列错误！未找到引用源。进行。

3.3 主梁计算

3.3.1 主梁荷载

闸门为露顶弧形钢闸门，梁系采用双主横梁。主梁为承受均布荷载和启门荷载的框架结构。上、下主框架对称于总水压力作用线布置，上、下主框架之间的夹角为2θ=23.2222（θ=11.6111），则每个框架上的静水荷载为：

（1）工况一：

当闸门处于关闭位置时，主梁荷载仅由静水压力产生的均布荷载，其值为： 本计算工况先考虑在闸门闭合的时候核算主梁承受水压力情况。所以不考虑框架承受启闭机的启门拉力。

（2）工况二：

当闸门刚开启时，框架上所承受的荷载既包括静水均布荷载又包括启门力在主梁上产生的分力荷载。

3.3.2 主横梁、支座及支臂截面特性

主梁截面尺寸见错误！未找到引用源。。

面板兼作主梁翼缘有效宽度B （下主梁）按(3-6)计算，并取其中较小值。

160l B b B b ξδ=⎫

⎬≤+⎭

(3-6)

3.3.3 框架内力 3.3.4 框架应力验算

（1）主横梁： 1）跨中截面应力

2）支座截面应力 （1）工况一： （2）工况二：

（2）支臂： 1）支臂应力验算

0.9[]h

M N A W

σσ=

±< (3-7)

2）弯矩作用平面内的稳定验算按下式(3-16)计算：

0.9[]zh P N

A

σσφ=

< (3-8)

式中：P φ－弯矩作用平面内的稳定系数；根据截面型式，偏心方向，偏心率ε及

细比λ从《水电站机电设计手册》金属结构㈠ (1988年5月第一版）P258表6－1、表6－2和表6－3查用； N ––– 支臂轴向压力； A ––– 构件的截面面积。

其中偏心率ε和长细比λ分别用式(3-17)和式(3-18)计算。 偏心率：M A

N W ε=

(3-9)

长细比：h r

μλ'

=

(3-10)

式中：M ––– 支臂最大弯矩；

W ––– 最大受压纤维的截面抵抗矩；

h ’ ––– 支臂长度；

μ ––– 计算长度系数，可根据单位刚度比K 0及支臂与支座的连接方式选定；

r ––– 构件在弯矩作用平面内的回转半径。 工况一： 工况二：

3）弯矩作用平面外的稳定验算按下式(3-19)进行：

10.9[]zh N

A

σσφ=

< (3-11)

式中：1φ ––– 弯矩作用平面外的稳定系数。对于对称工字形截面，根据偏心率ε 及长细比y λ从《水电站机电设计手册》金属结构㈠ (1988年5月第一版）P264表6－4和表6－5查用；

其中偏心率ε和长细比y λ分别用式(3-20)和式(3-21)计算。 偏心率：M A

N W

ε'=

(3-12)

长细比：y y y

l r λ=

(3-13)

式中：M ’ ––– 近似地取M ’=M ；

y l ––– 支臂两侧向固定点之间长度；

μ ––– 计算长度系数，可根据单位刚度比K 0及支臂与支座的连接方式选定；

y r ––– 构件在垂直弯矩作用平面内的回转半径。 工况一： 工况二：

4）主横梁局部稳定性验算