水工钢结构课程设计-平面钢闸门的设计
钢结构平面钢闸门设计
钢结构平面钢闸门设计一、引言钢结构平面钢闸门是一种广泛应用于水利工程、市政建设和工业设施中的设备。
它具有结构稳定、安全可靠、使用寿命长等优点，因此受到广大用户和设计师的青睐。
本文将详细介绍钢结构平面钢闸门的设计过程。
二、设计要求1.安全性：钢结构平面钢闸门必须能够承受水的冲击力和重力，确保在极端情况下不会发生变形或损坏。
2.稳定性：闸门在开启和关闭过程中应保持稳定，不能出现晃动或倾斜。
3.耐久性：闸门应能够经受长期使用和环境的侵蚀，保持良好的工作性能。
4.易操作性：闸门的操作应简单、方便，便于工作人员进行操作和维护。
三、设计步骤1.确定尺寸和规格：根据实际应用需求，确定钢结构平面钢闸门的尺寸和规格。
2.选择材料：根据设计要求和使用环境，选择合适的钢材。
通常选用高质量的碳钢或不锈钢，以满足强度和耐久性的要求。
3.结构设计：根据尺寸和规格，进行钢结构平面钢闸门的结构设计。
主要考虑以下几点：a. 门叶结构：门叶是闸门的核心部分，需要考虑强度、刚度和稳定性。
可采用钢板焊接或型材拼接的方式，形成稳定的结构。
b. 支撑和固定结构：为了确保闸门的稳定性和安全性，需要设计合理的支撑和固定结构。
可采用柱式支撑、悬臂支撑或地脚螺栓固定等方式。
c. 止水装置：为防止闸门在关闭时出现漏水现象，需要设计可靠的止水装置。
可采用橡胶止水带或金属止水片等方式。
d. 操作装置：为方便工作人员进行操作和维护，需要设计简便的操作装置。
可采用手动操作杆、电动操作器或液压驱动器等方式。
4. 应力分析：利用有限元分析软件对钢结构平面钢闸门进行应力分析，确保在设计工况下，各部件的应力和变形都在允许范围内。
5.校核与优化：根据分析结果，对钢结构平面钢闸门的设计进行校核和优化，确保其满足各项设计要求。
6.绘制施工图：根据最终设计方案，绘制详细的施工图纸，包括各部件的详细尺寸、材料要求、制造工艺等。
7.制造与检验：按照施工图纸进行制造和加工，对每个环节进行严格的质量检验，确保最终产品符合设计要求。
水工钢闸门课程设计布置
7. 启闭设备：电动固定式启闭机 启闭设备： 8. 闸门所用材料： 闸门所用材料： 门叶承重钢结构： 门叶承重钢结构：Q235.B钢 钢 焊 条：E43型 型 行走支承：采用滚轮，材料为铸钢 行走支承：采用滚轮，材料为铸钢ZG45 止水橡皮：顶止水、侧止水—P形橡皮；底止水 条形橡皮。 形橡皮； 条形橡皮。 止水橡皮：顶止水、侧止水 形橡皮 底止水—条形橡皮 9. 制造条件： 制造条件： 金属结构制造厂制造，手工电焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准。 金属结构制造厂制造，手工电焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准。 10. 采用的设计规范：《水利水电工程钢闸门设计规范 采用的设计规范： 水利水电工程钢闸门设计规范SL74—95》 》
ΔH
闸底高程
a
b
C
•
潜孔式： 潜孔式：
H=胸墙底高程 闸底高程 +∆H 胸墙底高程-闸底高程 胸墙底高程
（安装顶止水构造要求，取∆H=0.25~0.3m） 安装顶止水构造要求， ）
ΔH 0.1m
胸墙高程
闸底高程
a
b
C
⑵、闸门总宽
B=L0+2d+La+b
L0---孔口尺寸 孔口尺寸 d---行走支承到闸墙边缘的距离（本次设计取 行走支承到闸墙边缘的距离（本次设计取0.2~0.3m） ） La---边梁两腹板中到中距离 （本次设计取 本次设计取0.4~0.5m） ） b---边梁一块下翼缘的宽度
(三) 技术设计图 三 • 根据结构布置和结构计算成果，绘制闸门结构详图。 根据结构布置和结构计算成果，绘制闸门结构详图。 • 要求作闸门门叶结构的三视图：立面图、水平剖示图、 要求作闸门门叶结构的三视图：立面图、水平剖示图、垂 直剖示图。 直剖示图。 • 应做到图面布局合理，投影关系正确，表达清晰， 应做到图面布局合理，投影关系正确，表达清晰，线条分 明，字体工整，符合工程制图标准。 字体工整，符合工程制图标准。 • 图纸规格： 图纸 图纸（ × 左右图框） 图纸规格：1#图纸（75×50cm2左右图框） (四) 主要参考书目： 四 主要参考书目： • 钢结构》教材（第三版）。曹平周、 ）。曹平周 《钢结构》教材（第三版）。曹平周、朱召泉编 • 水工钢闸门设计》安徽省水利局勘测设计院， 《水工钢闸门设计》安徽省水利局勘测设计院，水利出版 社1980年 年 • 水电站机电设计手册》金属结构（ ），水利水电出版 《水电站机电设计手册》金属结构（一），水利水电出版 社1987年 年
露顶式平面钢闸门设计 (1)
水工钢结构露顶式平面钢闸门设计一、 设计资料① 闸门形式：露顶式平面钢闸门； ② 孔口尺寸（宽×高）：22m ×15m ； ③ 上游水位：； ④ 下游水位：； ⑤ 闸底高程：0m ；⑥ 启闭方式：电动固定式启闭机； ⑦ 材料：钢结构：；焊条：E43；行走支承：滚轮支承或者胶木滑道；止水橡皮：侧止水用P 型橡皮，底止水用条形橡皮；⑧ 制造条件：金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准； ⑨ 规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005》二、 闸门结构的形式及布置1.闸门尺寸的确定闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为，故闸门高度=+=15m ； 闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：L 1=22m ； 闸门计算跨度：L=L 0+2d=22+2×=。
图一 闸门主要尺寸 (单位：m) 2.主梁的形式主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于大跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。
3.主梁的布置因为L=＜=×15=，所以选取7根主梁。
根据公式k y =]1)-(K -[K 32 1.51.5nH计算每一根主梁距水面的距离，取值为 y 1=4m ； y 2=7m ； y 3=9m ； y 4=11m ； y 5=12m ； y 6=13m ；y 7=14m 。
具体布置见下图：图二 主梁的布置 单位（m) 4梁格的布置和形式梁格采用复式布置和等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。
水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格的布置具体尺寸见下图图三 梁格布置尺寸图 单位（dm ）5.连接系的布置和形式（1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置10道横隔板，其间距为2m ，横隔板兼做竖直次梁。
（2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。
6.边梁与行走支承。
边梁采用双腹式，行走支承采用滚轮支承。
平面钢闸门设计
一、设计资料及有关规定1、闸门形式：潜孔式平面钢闸门2、孔口尺寸（宽×高）：7.0m×12.0m3、上游水位：67m4、下游水位：0.1m5、闸底高程：0m6、启闭方式：电动固定式启闭机7、材料：钢结构：Q235-A.F焊条：E43型行走支承：采用滚轮支承止水橡皮：侧止水和顶止水用P型橡皮，底止水用条型橡皮8、制造条件：金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足Ⅲ级焊缝质量检验标准。
9、规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL 1974-2005》二、闸门结构的形式及布置水利水电工程钢结构课程设计1、闸门尺寸的确定闸门高度：12.2m闸门的荷载跨度为两止水的间距：7.0m闸门计算跨度：10+2×0.22=7.44(m)设计水头：67m2、主梁的数目及形式主梁是闸门的主要受力构件，其数目主要取决于闸门的尺寸。
因为闸门跨度L=7m,闸门高度h=12m,L<h。
所以闸门采用6根主梁。
本闸门属中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。
3、主梁的布置本闸门为高水头的深孔闸门，主梁的位置可按主梁均匀间隔来布置。
设计时按最下面的那根受力最大的主梁来设计，各主梁采用相同的截面尺寸。
4、梁格的布置及形式梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。
水平次梁为连续梁，其间距应均匀，以减少计算量。
5、连接系的布置与形式（1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置5道横隔板，其间距为1.24m，横隔板兼作竖直次粱。
（2）纵向连接系，采用斜杆式桁架。
三、面板设计根据《钢闸门设计规范S74—95》关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择以后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。
1、估算面板厚度假定梁格布置尺寸如图2所示。
面板厚度按下式计算水利水电工程钢结构课程设计当b/a≤3时，a=1.5,则当b/a >3时，a=1.4,则现列表1计算如下：表1根据上表计算，选用面板厚度t=35mm2、面板与梁格的连接计算已知面板厚度t=35mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm2,则面板局部扰曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横向拉力P为：P=0.07tσmax =0.07×35×160=392(N/mm )面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力：面板与主梁连接的焊缝厚度：角焊缝最小厚度：面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度四、水平次梁，顶梁和底梁地设计1、荷载与内力验算水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可按下式计算，即现列表2计算如下表2水利水电工程钢结构课程设计由列表计算后得∑q=7258.8kN/m根据上表计算，水平次梁计算荷载取648.1kN/m，水平次梁为6跨连续梁，跨度为1.24m，水平次梁弯曲时的边跨弯距为:M次中＝0.072ql2=0.072×648.1×1.242=71.9(kN·m)支座B处的负弯距：M次B＝0.106ql2=0.106×648.1×1.24 2=105.4(kN·m)2、截面选择考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选［36a,由附录三表4查得：A=6089mm2；W x=mm3；I x=mm4；b1=96mm；d=9mm 面板参加次梁工作的有效宽度分别按下式计算，然后取其中较小值。
水工程钢结构课程设计--潜孔式平面钢闸门设计
水工程钢结构课程设计--潜孔式平面钢闸门设计
潜孔式平面钢闸门的设计是水利工程钢结构的一项重要课程设计。
这是一种细节设计
非常复杂的落水阀，其用途是控制水流量，引导水体流向特定方向。
该类落水阀采用潜孔式平面钢结构，可以实现水体狭小的开启和关闭，以及沿着水渠
或河道浮动控制管道。
其结构特征经过良好设计后，可以有效限制阀门的漂浮和旋转。
在设计中，潜孔式钢闸门的尺寸大小和参数定量化应该根据水体的性质及其与结构的
可承受应力和受力状况相结合，考虑到该类钢闸门在潜孔沟壑中受到局部流体力和水面波
动的影响，易受抗湍行为影响，要求对应力计算和水力性能计算稳健有效。
按照设计要求，结构参数应该满足要求，这里明确指出受力水平在概率变异限度，使用的材料符合用途的
性能需求，并符合抗腐蚀性能要求和安装要求。
在搭建钢结构时，必须采用有限元方法，以便得出结构的整体稳定性及构件的稳定性。
通过有限元分析，可以确定构件的稳定性及受力状态，并进行结构完整性计算，以保证设
计结构和构件能满足设计要求。
此外，还必须按设计要求处理各种涂层，以便防止潜孔式钢闸门构件在使用时受腐蚀，对符合要求的涂层、密封因素进行严格的检查，以保证构件的正常使用。
总之，潜孔式平面钢闸门的设计必须结合水体流动的特性、材料的受力能力、构件的
受力特性以及抗腐蚀涂层的质量，按照规范要求结合合理的结构形式和准确的计算方法，
才能保证设计方案的有效性和可行性。
水工钢结构第七章平面钢闸门
露顶式闸门
潜孔式闸门
3、按闸门的结构型式和构造特征可分为： ⑴平面门叶钢闸门：系指挡水面板形状为平面的一类钢闸门。 根据门叶结构的运移方式又可分为：直升式平面闸门、升卧式 平面闸门、横拉式平面闸门（船闸中采用）、绕竖轴转动的平 面形闸门（如船闸中的人字门和一字门）及绕横轴转动的平面 形闸门（如翻版闸门、舌瓣闸门和盖板闸门）等。
zh
2 m
y
(mx
0xB )2
m y ( m x
0xB )
1.1[]
（三）面板与梁格的连接计算
1）当水压力作用下面板弯曲时，由于梁格之间相互移近受到约束， 在面板与梁格之间的连接角焊缝将产生垂直于焊缝方向的侧拉力。 经分析计算，每毫米焊缝长度上的侧拉力可按下面的近似公式计算：
主梁
边梁 主轮（或主滑块） 主轨道 混凝土闸墩 闸门的传力路径
（三）闸门的启闭机械
常用的闸门启闭机有卷扬式、螺杆式和液压式三种。它们又 可分为固定式和移动式两类。启闭机的型号和选用详见《水电 站机电设计手册》（金属结构●二）的介绍。
二、平面钢闸门的结构布置
布置内容：确定闸门上需要设置的构件、每种构件需要的 数目以及每个构件的所在位置。应统筹考虑、全面安排并 进行必要的方案比较后最终确定。
直升式
横拉式
人字门
⑵弧形闸门：系指挡水面板形状为圆弧形的一类钢闸门。又可 分为绕横轴转动的弧形闸门、绕竖轴转动的立轴式弧形闸门等。
横轴式
竖轴式
(3)人字形闸门：人字形闸门是一种钢筋混凝土半固定式蓄水 闸门,由于支架为人字形状,故称人字闸。
三、闸门结构设计的基本要求
1、闸门结构的计算方法 《水利水电工程钢闸门设计规范》（SL74-95）规定钢闸门 结构采用容许应力法进行结构验算
(完整word版)水工钢结构课程设计
图12边梁计算图
1.
在闸门每侧边梁上各设3个胶木滑块,其布置见上右图
（1）水平荷载
主要是主梁传来的水平荷载,还有水平次梁和顶,底梁传来的水平荷载，为了简化起见，可假定这些荷载由主梁传给边梁，每个主梁作用于边梁荷载为
截面下半部对中和轴的面积矩:
因误差未超过10％，安全
（3）
翼缘焊缝厚度 按受力最大的支承端截面计算。
,
上翼缘对中和轴的面积距：
下翼缘对中和轴的面积距：
需要
角焊缝最小厚度 。
全梁的上下翼缘焊缝都采用 .
（4）
因 故需设置横向加劲肋，以保证腹板局部稳定性。因闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋，其间距 。腹板区格划分见下图。
跨中组合截面的惯性距及截面模量为：
对支座段选用 ，则组合截面面积： ;
组合截面形心到槽钢中心线得距离：
支座初组合截面的惯性距及截面模量为:
3.
由于支座B处处弯距最大,而截面模量较小,故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即
说明水平次梁选用 满足要求.
轧成梁的剪应力一般很小，可不必验算。
4.
受均布载的等跨连续梁，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯距已经求得M次B=19.41kN∙m，则边跨挠度可近似地按下式计算:
但在10%范围内，故符合要求。
（2）竖向荷载
有闸门自重，滑道摩阻力,止水摩阻力,起吊力等。
上滑块所受压力
最大弯矩
最大剪力
最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力，估计为 ，用 进行强度验算
2.
截面面积
面积矩
水工钢结构课程设计平面刚闸门
水工刚结构露顶式焊接平面钢闸门设计计算书 一、 设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门； 孔口净宽：9.00m ； 设计水头：5.50m ； 结构材料：Q235钢； 焊条：E43；止水橡皮：侧止水用P 型橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压和胶木为MCS-2； 混凝土强度等级：C20；二、 闸门结构的形式及布置（1）闸门尺寸的确定（图1） 1）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.2m ，故闸门高度=5.5+0.2=5.7(m)； 2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：19L m =；图1图23）闸门计算跨度：1L L 2d 920.29.40=+=+⨯= (m)。
（2）主梁的形式。
主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。
（3）主梁的布置。
根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。
为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压合力的作用线y=H/3=1.8m 。
（图2）并要求下悬臂a ≥0.12H 和a ≥0.4m 、上悬臂0.45c H ≤，今取 a=0.7≈0.12H=0.66(m)主梁间距 2b=2(Y —a)×(1.83—0.66)≈2.4(m) 则 c=H-2b-a=5.5-2.2-0.7=2.4(m)≈0.45H(满足要求) （4）梁格的布置和形式。
梁格采用复式布置和高等连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。
水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格的布置具体尺寸见图3。
图3（5）连接系的布置和形式。
1）横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为2.35m ，横隔板兼做竖直次梁。
2）纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。
（6）边梁与行走支承。
边梁采用单复试，行走支承采用胶木滑道。
三、 面板设计根据《钢闸门设计规范》（SL74-95）及2006修订送审稿，关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。
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水工钢结构课程设计-平面钢闸门的设计
### 一、概述
平面钢闸门是水工钢结构及水利iooocxx中常用结构形式之一，它由类似重锤头的重
门板、加强附件、主动节、水密密封铰链等零部件组成，可用于水坝、桥涵、泵站等水工
工程的闸门及安装在水厂总池等建筑物边缘上的用途。
本次课程设计旨在研究平面钢闸门的结构原理，设计符合工程要求的应用实例，分析
闸门的性能以及可能的故障现象，采取有效的解决方案以满足工程规范要求。
### 二、研究内容
1. 结构原理：分析平面钢闸门结构原理，了解它从几个方面来保证性能和工作效果，要求运行及操作方便，安装牢固可靠，抗压、抗拉能力强，止水性能优越。
2. 工程实例：根据工程要求，考虑抗震、抗风、抗滑水等等要求，确定合理的规范
尺寸，计算支撑力、稳定力及固定的力值，设计应用实例并做出相应的图纸。
3. 性能分析：分析闸门的型式（例如：滑动闸门、转轴闸门）、使用频率（例如：
经常开关或者严格控制）、耐久性（使用寿命、耐腐蚀性）、导流性能（抗决口、水位差）、防泄漏能力（密封性能）等等要求性能，完成性能的综合分析，基于此完善闸门的
结构构件。
4. 故障分析：分析可能出现的故障现象（例如：闸板断裂、节点受力大、闸板渗漏
等等），从成因及原因来考虑闸门的设计，采取有效的解决方案。
### 三、实施方案
1. 计算平面闸门的基本参数，如质量、支撑力及稳定力，根据水力学及结构力学原理，分析平面钢闸门的合理配置及设计标准；
2. 对工程实例进行尺寸估算、考虑抗震、抗风、抗滑水等要求，修正钢闸门的结构
图纸及构件；
3. 分析关于平面闸门性能的各个要求，并进行性能综合分析，完善自身结构，确保
抗压、抗拉能力强；
4. 对可能出现的故障现象进行科学的分析，采取有效的措施，使闸门的操作及运行
安全可靠。
本次课程设计旨在对平面钢闸门的设计进行研究，掌握平面钢闸门的结构原理、了解
使用频率、耐久性及性能要求等，以及分析可能出现的故障现象并采取适当措施。
本次课
程设计是一次系统性、全面性的工程设计，期盼以考虑全面性安全考量和结构效率为前提，设计出一套合理的平面钢闸门结构。