(完整word版)水工钢结构课程设计

边梁是闸门的重要受力构件,由于受力情况复杂，故在设计时将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。
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
截面惯性矩
截面模量
截面边缘最大应力验算
腹板最大剪应力验算
腹板与下翼缘连接处则算应力验算
，
但不超过 ，满足强度要求.
十、
胶木滑块计算：滑块受力最大值为 ，设滑块长度为 ，则滑块单位长度承受压力 根据上述 ，查表得轨顶弧面半径 ，轨头设计宽度为 ，胶木滑块与规定弧面的接触应力验算
图8主梁变截面位置图（mm)
梁高与弯矩都较大的格局可按式 验算.
区格Ⅱ左边及右边截面的剪力分别为
区格Ⅱ截面的平均剪应力为
区格Ⅱ左边及右边截面上的弯矩分别为
区格Ⅱ的平均弯矩为
区格Ⅱ的平均弯应力为
计算 ，由于区格长短边之长为 ，采用下式计算:
将以上数据代入验算式：
(满足局部要求)
故在横隔板之间区格 不应增设横加劲肋。
13989.22
682716
主梁跨中截面见下图
截面形心距：
截面惯性距：
截面模量：上翼缘顶边
下翼缘底边
弯应力： (安全）
g)整体稳定性与挠度验算。
因主梁上翼缘直接同面板相连，可不必验算整体稳定性,因梁高大于按高度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。
（2）
因主梁跨度较大,为减小门槽宽度与支承边梁高度(节约钢材），有必要将主梁承端腹板高度减小为 。改变 后，主梁跨中截面见下图。
。
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。
；
（对跨间正弯距段)
（对支座负弯距段）
按5号梁计算,设梁间距
对于第一跨中正弯距段
对于支座负弯距段
根据 查表：
对于 得 ，得 ，
对于 得 ,得 ,
对第一跨中选用B＝564mm，则水平次梁组合截面面积见下图
面积为
组合截面形心到槽钢中心线得距离：
16.99
IV
1075
1790
1。665
0。484
0.09339
0.212605
15。54
V
845
1790
2.118
0。500
0。10383
0.227849
13.09
VI
760
1790
2.355
0。718
0。11255
0。284273
14。69
注：1。面板边长 都从面板与梁格的连接焊缝算起，主梁上翼缘宽度为 ；
（1）
a)弯距和剪力。弯距与剪力计算如下：
弯距：
剪力：
b)需要的截面模量
已知Q235A钢的容许应力 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响，取容许应力 则需要的截面模量为：
c)腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为：
经济梁高：
由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁高度宜选得比 为小，但不小于 。现选用腹板高度 。
图10纵向连接系计算图（mm）
2.
斜杆承受最大拉力
同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力，故其长细比的限值取与压杆相同即
选用单角钢 ，由附录三表2查得
斜杆的计算长度
长细比
0.85为考虑单角钢受力偏心影响的容许应力折减系数。
九、
边梁的截面形式采用单腹式，见下左图，边梁的截面尺寸按构造要求确定,即截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装压合胶木滑块，下翼缘宽度不宜小于 .
。
选定胶木高 ，宽 ,长 。
十一、
1.
轨道底板宽度按砼承压强度确定，查表得：砼允许承压应力为 ，则所需轨道底板宽度为
取
故轨道底面压应力
胶木滑块支承轨道截面见下图
图13胶木滑块支撑轨道截面
2.
轨道底板厚度δ按其弯曲强度确定,轨道底版的最大弯应力
轨道底板悬臂长度 ,对于A3查表得
故所需轨道底板厚度
,故 。
孔口尺寸:宽为 ,高为 ；
底槛高程： ;
正常高水位： ；
设计水头： ;
门叶结构材料：Q235A.
三、
1.
闸门高度： （安装顶止水构造要求取 ）
闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：
闸门计算跨度：
图1闸门尺寸图(m）
2.
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 ，闸门高度 ， 。所以闸门采用3根主梁.本闸门属于中等跨度，为了便于制造和维护，决定采用实腹式组合梁。
3.
（1）吊轴
采用Q235号钢，查得 ，采用双吊点，每边启吊力为:
吊轴每边剪力：
需吊轴截面积： 由
有： 取 ，
（2）吊耳板强度验算
按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按下式计算，查表得A3得
固在边梁腹板上端部的两侧各焊一块为 的轴承板。轴承板采用圆形,其直径取为 ,
吊耳孔壁拉应力计算：
，吊耳板直径 ,轴孔半径 ，由表查得: ,故孔壁拉应力
图7主梁支撑端截面（mm）
梁高开始改变的位置取在临近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承端的距离为 。
剪切强度验算：考虑到主梁端部的腹板及翼缘都分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接。可按工字型截面来验算剪应力强度，主梁支承端面的几何特性见表4。
表4主梁端部截面的几何特性
部位
截面尺寸
截面面积
各形心离面板表面距离
按下式计算，即
表2水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算
梁号
梁轴线处水压强度
梁间距
1（顶梁）
40.18
8。35
1.93
2（主梁）
59。09
1.695
100。16
1.46
3（水平次梁)
73。40
1。430
104.96
1.40
4（主梁）
87。12
1.290
112.38
1。18
5（水平次梁）
98。69
1.065
纵向连接系,设在两个主梁下翼的竖平面内，采用斜杆式桁架。
6.
边梁采用单腹式,行走支撑采用胶木滑道。
图2闸门尺寸布置图（mm)
四、
根据《钢闸门设计规范SDJ—78(试行）》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.
假定梁格布置尺寸如图2所示。面板厚度按下式计算
105.10
0.95
6（主梁)
108.00
0.890
96.12
0.83
9(底梁）
116.13
0.515
59.81
顶梁荷载按下图计算：
图3顶梁荷载计算图
根据计算,水平次梁计算荷载取 ,水平次梁为4跨连续梁，跨度为 ，水平次梁弯曲时的边跨弯距为：
支座B处的负弯距：
图4水平次梁计算简图和弯矩图
2.
考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选 ，由附录三表四查得：
3.
本闸门为潜孔式闸门，按公式
计算,（其中 , 为水面至门顶止水的距离)
经计算：
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.
梁格采用复式布置与等高连接，水平次梁穿过横隔板所支承.水平梁为连续梁，间距应上疏下密，使面板各区格需要的厚度大致相等。
5.
横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道隔板，其间距为 ，横隔板兼作竖直次梁.
再从剪力最大的区格Ⅰ来考虑：
该区格的腹板平均高度 ，不必验算，故在梁高减小的区格Ⅰ内也不必另设横向劲肋。
（5）
从上述的面板计算可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格Ⅲ所需要的板厚较大，这就意味着该区格的长边中点应力也较大，所以选择区格Ⅲ按下列验算其长边的折算应力。
对应于面板区格Ⅲ的长边中点的主梁弯距和弯应力：
十二、
1.
其中闸门自重
滑道摩阻力
止水摩阻力
下吸力 底止水橡皮采用I110—16型，其规格为宽 ，长 ，底止水沿门跨长 ,根据规范SDJ13—78，启门时闸门底缘平均下吸强度一般按 计算，则下吸力:
故闸门启门力：
2.