弧形钢闸门计算实例
弧形闸门闸孔出流流量计算举例.
2. 求解收缩断面水深 hc，判断闸室下游出流情况
c = ▽3 －▽1 = 107.00－104.00 = 3 m
c- e 3 -1 cos = = = 0.286 R 7
从课本或水力计算手册查得下表
= 73.6°
由θ值并采用内插法查上表，得垂向收缩系数 则
， ε′ = 0369 取
定时，影响过闸流量 Q 的因素是闸前作 用水头 H0、流量系数 μ0、淹没系数 σs 。
Q 与闸前作用水头 H0 的平方根成正比，H0 是影响过闸流量的主要因素。 σs 反映下游的水位对 Q 的影响。自由出流 σs =1.0，淹没出流 σs ＜1.0。
μ0 影响因素有垂向收缩系数ε’、流速系数 φ 及闸门相对开启高度 e/H。
水力分析与计算
弧形闸门闸孔出流水力分析与计算例题
主 讲 人： 王 俊 黄河水利职业技术学院
2014.09
水工建筑物
【例题 】
如图，水闸底坎与渠底齐平（平顶堰），弧形闸门控制水流。
已知: 闸底板高程为 ▽1 = 104.00m；
共 3 孔，每孔宽 b = 5m；
c
闸前水位 ▽2 = 109.00m； 弧形闸门半径 R = 7m； 转轴高程 ▽3 = 107.00m； 当闸门开度 e = 1m； 不计闸前行近流速； 若下游水位为 ▽4 = 108.03m。
3. 计算泄流量
Q s 0 nbe 2 gH0
因：cosθ = 0.286， 0 ＜ cosθ ＜ 0.3
e e 0 = 060- 0176 + （015- 02 ）cos H H 10 1.0 = 060- 0176× + （015- 02 × ） ×0286 = 0596 5 5
钢闸门重量计算
备注 B≤10m B>10m
Kb--孔口宽度系数；当B≤5m时，Kb=0.29,5m<B≤10m时，Kb=0.472,10m<B< Kb=0.075，B>20m时，Kb=0.105。
Kc--材料系数；闸门用普通碳素钢取1.0，用低合金钢取0.8。
P 1 h2b 2
KN；
81，滚轮支承取1.0，台车式支承取1.3。 0，用低合金钢取0.8。 6；当5m<H<8m时，取0.13。H>8m时，按下式
29,5m<B≤10m时，Kb=0.472,10m<B<20m时时， 0，用低合金钢取0.8。
FQ （0.10 ~ 0.12）P 1.2G
1.6
FW （0.10 ~ 0.12）P 1.2G
K1 工作门、事故门 检修门、导流门
K2 H/B≥2 H/B<1 其他情况
K3 Hs<60m Hs≥60m
备注 H<5m 5m<H<8m H>8m
KZ--闸门行走支承系数；滑动支承取0.81，滚轮支承取1.0，台车式支承取 Kc--材料系数；闸门用普通碳素钢取1.0，用低合金钢取0.8。
B（孔口宽度） H（孔口高度）
1
1.4
558来自9露顶式弧形钢闸门
G 4.00
Kb 0.472
16.40
0.075
Kc Hs(设计水头） B（孔口宽度） H（孔口高度）
1
2.5
10
3
1
3
平面弧形钢闸门自重公式
钢闸门自重(G)计算公式一、 露顶式平面闸门当5m ≤H ≤8m 时KN B H K K K G g c Z 8.988.043.1⨯= 式中 H 、B ----- 分别为孔口高度(m)及宽度(m); K z ----- 闸门行走支承系数;对滑动式支承K z = 0.81;对于滚轮式支承K z = 1.0;对于台车式支承K z = 1.3;K c ----- 材料系数:闸门用普通碳素钢时取1.0;用低合金钢时取0.8;K g ----- 孔口高度系数:当H<5m 时取0.156;当5m<H<8m 时取0.13;当H>8m 时,闸门自重按下列公式计算KN B H K K G c Z 8.9012.085.165.1⨯=二、 露顶弧形闸门当B ≤10m 时KN H B H K K G s b c 8.933.042.0⨯= 当B>10m 时KN H B H K K G s b c 8.91.163.0⨯= 式中 H s ----- 设计水头,m;K b ----- 孔口宽度系数: 当B ≤5m 时取0.29;当5m<B ≤10m 时取0.472;当10m<B ≤20m 时取0.075;当B>20m 时取0.105;其他符号意义、数值同前.三、 潜孔式平面滚轮闸门KN H A KK K K G s 8.9073.079.093.0321⨯= 式中 A ----- 孔口面积，m 2K 1----- 闸门工作性质系数：对于工作闸门与事故闸门取1.0；对于检修门与导流门取0.9；K 2----- 孔口宽度比修正系数：当H/B ≥2时取0.93；H/B<1取1.1；其他情况取1.0；K 3----- 水头修正系数：当H s <60m 时取1.0；当H s ≥60m时K 3 = 25.0)(AH s 其他符号意义同前四、潜孔式平面滑动闸门KN H A KK K K G s 8.9022.063.034.1321⨯= 式中 K 1----- 意义同前：对于工作闸门与事故闸门取1.1；对于检修门取1.0；K 3----- 意义同前：当H s <70m 时取1.0；当H s ≥70m时K 3 = 25.0)(AH s 其他符号意义同前五、 潜孔式弧形闸门KN H A K G s 8.9012.006.127.12⨯= 式中 K 2-----意义同前：当B/H ≥3时取1.2；其他情况取1.0； 其他符号意义同前。
弧形闸门启闭力计算
FQ R2 Gj R1 nT Tzd P R f R1 d r0 Tzs f3 PZS G nG r2 r1 Px
312.437 6 80 8 1.2 34.826 928.696 120 1 35 10 0.25 2.218 0.6 3.697 40.000 1.050 6.500 7.900 175.500
注：按公式在关门之前工况下计算，没有考力）KN 加重（或下压力）对弧形闸门转动中心的力臂m 摩擦阻力安全系数 滚动轴承的滚轮摩阻力KN 作用在闸门上的总水压力KN 滚轮半径mm 滚动摩擦力臂mm 滚动轴承的平均半径mm 滚动轴承的滚柱直径mm 转动胶摩阻力对弧形闸门转动中心的力臂 止水摩阻力KN 滑动摩擦系数 作用在止水上的压力KN 上托力KN 闸门自重KN 闸门自重修正系数 闸门自重对弧形闸门转动中心的力臂m 止水摩阻力对弧形闸门转动中心的力臂m 上托力对弧形闸门转动中心的力臂m 弧形闸门启门力计算 启门力KN 启门力对弧形闸门转动中心的力臂m 加重KN 加重（或下压力）对弧形闸门转动中心的力臂m 摩擦阻力安全系数 滚动轴承的滚轮摩阻力KN 作用在闸门上的总水压力KN 滚轮半径mm 滚动摩擦力臂mm 滚动轴承的平均半径mm 滚动轴承的滚柱直径mm 转动胶摩阻力对弧形闸门转动中心的力臂m 止水摩阻力KN 滑动摩擦系数 作用在止水上的压力KN 闸门自重KN 闸门自重修正系数 闸门自重对弧形闸门转动中心的力臂m 止水摩阻力对弧形闸门转动中心的力臂m 下吸力KN
水深HS 闸门宽B 9.98 10
FQ R2 Gj R1 nT Tzd P R f R1 d r0 Tzs f3 PZS G nG r2 r1 Px D2 ps r4
698.466 4.87 0 0 1.2 186.760 4980.278 120 1 35 10 0.25 5.976 0.6 9.960 200.000 1.050 8.400 3.950 175.500 0.975 20.000 8.850
弧形钢闸门计算实例
弧形钢闸门计算实例一、基本资料和结构布置1．基本参数孔口形式：露顶式；孔口宽度：12.0m；底槛高程：323.865m；检修平台高程：337.0m；正常高水位（设计水位）：335.0m；设计水头：11.135m；闸门高度：11.5m；孔口数量：3孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：11.2m；启闭机：后拉式固定卷扬机。
2．基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。
孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。
垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。
支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。
在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。
采用2×500KN 固定式卷扬机操作。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。
门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。
材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。
3．荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：水平水压力：()kN B H P s s 3.74390.12135.1110212122=⨯⨯⨯==γ垂直水压力：()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s式中：()471.19,3333333.0155sin 14224,409.0155135.11sin 222111======-==φφφφ所以所以R H 。
弧型钢闸门吊装方案及计算
闸门安装 的安全措施 应从 “ 人 、材 、机 、法、环”五个
方面综合考虑 ，对 “ 起重、安装、 电焊 、气 割、涂装”等工
序提出切实有效 的安全要求 ，并贯彻在 安装 过程 的始终 ，才 能有效 的保证施 工人员的安全和健康 。保证 建设项 目设施 不 受损害 。
１ 安 全 生 产 管理 措 施
用 １ ３ ０ ｔ吊车 ，采 用 ４点起 吊，将下节 门叶平移至 闸室 内，然 后在 吊车主钩 上挂一个 ２ ０ ｔ 导链和 ２个 １ ０ ｔ 导链 ，在
门叶上部相距 ７ ． ６ ｍ 的两个排水孔处用专用 吊具两点起 吊，
并用 ２ ０ ｔ 导链配合 吊车调整 门叶两侧的垂直度 ，使门叶慢慢
吊起 ，当 门叶块离地面时 ，将两个 １ ０ ｔ导链挂在门叶下游侧 底部相距 ７ ． ６ ｍ 的两个排水孔上 ，并拉紧导链 ，然后让 吊车
缩杆 ，使 门叶向上 游方向倾倒 ，当 门叶弧面倾倒到 与侧 轨弧
面基本一致时 ，拉紧两个 １ ０ ｔ导链 ，再让 吊车 出杆 ，将 门叶 吊起 ，运送到安装位 置与支臂连接 。
２ ． ８ ｔ ） ，支臂长 ：９ ． ０ ３ ３ ｍ ，固定铰 面与轴心距 ０ ． ６ ５ ｍ ，活
７ Ｇ
（ ｂ ）
动铰与轴 心距 ０ ． ８ ｍ ；如 图 ３ 。
ｆ
图 ４ 四点起 吊方案受 力示意图 １ ．千斤绳受力计算
Ａ Ｃ＝ ， ／ ９ ． ９ ２ ２ ＿ ３ ． ９ ４ ＝ ９ ． １ ｍ
３ ． 调 整 定 位
门叶 吊至底槛后 ，将 门叶中心与底槛 中心对正 ，检查侧
（ ａ ）
止 水座板螺孔与侧止水板距离 ，再用导链、千斤顶等将支臂
钢闸门重量计算
K3
Hs<60m Hs≥60m
备注 H<5m 5m<H<8m H>8m
KZ--闸门行走支承系数；滑动支承取0.81，滚轮支承取 Kc--材料系数；闸门用普通碳素钢取1.0，用低合金钢取 Kg--孔口高度系数；当H<5m时，取0.156；当5m<H<8 计算G=0.012KzKcH1.65B1.85
备注 B≤10m B>10m
Kb--孔口宽度系数；当B≤5m时，Kb=0.29,5m<B≤10 Kb=0.075，B>20m时，Kb=0.105。 Kc--材料系数；闸门用普通碳素钢取1.0，用低合金钢取
滚轮支承取1.0，台车式支承取1.3。 用低合金钢取0.8。 8m时，取0.13。H>8m时，按下式
10m时，Kb=0.472,10m<B<20m H（孔口高度） 2 5 12 3 7 10
露顶式弧形钢闸门 G 4.00 16.40 Kb 0.472 0.075 Kc 1 1 Hs(设计水头） B（孔口宽度） H（孔口高度） 2.5 3 10 15 3 8
K1 工作门、事故门 检修门、导流门
K2 H/B≥2 H/B<1 其他情况
潜孔式平面滚轮闸门 G 18.64 0.36 0.22 G 17.60 110.33 69.12 K1 1 0.9 1 Kz 1.3 1.3 1.3 K2 0.92 1.1 0.93 Kc 1 1 1 K3 1 1.05 1 Kg 0.156 0.13 A(孔口面积） HS（设计水头） 11.22 0.6 0.4 4 0.73 0.73
弧形闸门计算书
弧形闸门计算书-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1目录1 计算目的与要求 ................................................................... 错误!未定义书签。
2 设计计算内容....................................................................... 错误!未定义书签。
3 设计依据 .............................................................................. 错误!未定义书签。
4 基本资料和结构布置............................................................ 错误!未定义书签。
基本参数 (3)基本结构布置 (4)荷载计算 (4)面板弧长 (6)主框架位置 (7)5 结构计算 .............................................................................. 错误!未定义书签。
面板....................................................................................... 错误!未定义书签。
水平次梁............................................................................... 错误!未定义书签。
中部垂直次梁（隔板）....................................................... 错误!未定义书签。
边梁....................................................................................... 错误!未定义书签。
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弧形钢闸门计算实例一、基本资料和结构布置1．基本参数孔口形式：露顶式；孔口宽度：12.0m；底槛高程：323.865m；检修平台高程：337.0m；正常高水位（设计水位）：335.0m；设计水头：11.135m；闸门高度：11.5m；孔口数量：3孔；操作条件：动水启闭；吊点间距：11.2m；启闭机：后拉式固定卷扬机。
2．基本结构布置闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，其结构布置见图3-31。
孤门半径R=15.0m，支铰高度H2=5m。
垂直向设置五道实腹板式隔板及两道边梁，区格间距为1.9m，边梁距闸墩边线为0.3m；水平向除上、下主梁及顶、底次梁外，还设置了11根水平次梁，其中上主梁以上布置4根，两主梁之间布置7根。
支铰采用圆柱铰，侧水封为“L”形橡皮水封，底水封为“刀”形橡皮水封。
在闸门底主梁靠近边梁的位置设置两个吊耳，与启闭机吊具通过吊轴相连接。
采用2×500KN 固定式卷扬机操作。
本闸门结构设计按SL74-95《水利水电工程钢闸门设计规范》进行。
门叶结构材料采用Q235，支铰材料为铸钢ZG310-570。
材料容许应力（应力调整系数0.95）：Q235第1组：[б]=150MPa ，[τ]=90 MPa ； 第2组：[б]=140MPa ，[τ]=85 MPa ； ZG310-570：[б]=150MPa ，[τ]=105 MPa 。
3．荷载计算闸门在关闭位置的静水压力，由水平压力和垂直水压力组成，如图1所示：水平水压力：()kN B H P s s 3.74390.12135.1110212122=⨯⨯⨯==γ垂直水压力：()()⎭⎬⎫⎩⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=212212221sin sin 2sin 2sin 180/21φφφφφφπφγB R V s式中：()471.19,3333333.0155sin 14224,409.0155135.11sin 222111======-==φφφφ所以所以R H 。
R H()()()041.03355.2sin 21sin 690.0613.43sin sin 0815.0671.4sin sin 629.0942.38sin 2sin 761.0180/613.432121221==⎥⎦⎤⎢⎣⎡-====-====+= φφφφφφπφφφφ故()()kN V 7.649041.0690.020815.0629.0761.012151021222=⨯⨯---⨯⨯⨯⨯=总水压力：()kN V P P s s 6.74677.6493.74392222=+=+=总水压力作用方向：08734.03.74397.6490===ssP V tg φ所以 991.40=φ4．面板弧长闸门门叶垂直高度为11.5m ，支铰中心水平线以上弧形面板包角1'φ为()[] 679.2515/55.11sin 11'=-=-φ 总水压力作用线上、下的弧长L 上、L 下分别为：()()()m r L 028.8991.4679.250.1501745.001745.00'1'=+⨯⨯=+=φφ上()()()m r L 79.3991.4471.190.1501745.001745.00'2'=-⨯⨯=-=φφ下面板总弧长为L 总为L 总=L 上+L 下=8.028+3.79=11.818(m) 5．主框架位置根据等荷载原则，闸门上、下主梁与支臂组成的主框架平面布置应与总水压力作用线对称，使两框架受力均匀。
两主梁之间的弧长为6.0m ，上、下主框架之间的夹角为2θ，即()918.22156296.571802=⨯=⨯=R lπθ所以 θ=11.459°上、下框架与水平线的夹角（负号表示位于水平线的上方）为45.16459.11991.4468.6459.11991.400=+-+=-=-=-=θϕφθφφ下上二、结构计算 （一）面板面板厚度按下列公式选，并按表1计算。
[]σαδqk ay =表1 面板厚度计算表注主梁前翼缘宽度取100mm，次梁前翼缘宽度取70mm根据上有的计算结果，面板厚度选定为δ=10mm（二）水平次梁1．荷载及内力水平次梁荷载按“近次取相邻间距和之半法”计算单位宽度荷载，见表2。
表2 水平次梁荷载计算表全部次梁及顶、底次梁采用同一截面，按其中最大荷载的一根次梁（次梁11）进行计算。
水平次梁按受均布荷载的六跨连续梁计算，其计算简图见图2。
水平次梁参数为：q=63.4kN/m ， l =1.9m 。
最大支座弯钜：()m kN ql M B •=⨯⨯==3.249.14.63106.0106.022最大跨中弯距：()m kN ql M •=⨯⨯==9.179.14.63078.0078.0221最大剪力：()kN ql Q BZ 0.739.14.63606.0606.0=⨯⨯==2．次梁支座处截面特性次梁选用[20a ，参数如下：A 0=28.83cm 2；d=0.7cm ；I0=1780.4cm 3，b=7.3cm ，t=1.1cm 。
面板参数与次梁作用的有效宽度B=b 2ζ：()()()17.1651904.04.06565652121021=⨯===+⨯=+=b l b l mm b b b根据b l 0查得2ζ=0.34，则 B=0.34×65=22.2(cm)次梁截面如图3所示，其截面特性为： A=1×22.2+28.83=51.03(cm 2) Ay=1×22.2×0.5+28.83×(10+1) =328.23(cm 2)()()()()()()()()()()320302301322017655.043.61207.03.71.143.61207.02121743.6212.31632149243.62.31632.31634.178043.611083.285.043.612.2243.603.5123.328cm S cm y I W cm y I W cm I cm A A y x x x y=--+⨯-⨯+-+⨯⨯==-=-=====+-+⨯+-⨯⨯====3.应力计算 弯曲应力：()[]σσ<=⨯==MPa W M 4.49492103.2431max 1()[]σσ<=⨯==MPa W M 0.112217103.2432max 2剪应力：()][0.587.02.3163176100.730max τδτ<=⨯⨯⨯==MPa I S Q x 最大跨中挠度：()[]()[]f f mm l f mm EI ql f <===⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=6.725082.0102.31631006.210019004.63644.0100644.04544 （三）中部垂直次梁（隔板）中部隔板按两端悬臂简支梁计算，其计算简图见图4。
1．荷载及内力 荷载()()()ml l l l m l m l m l m kN b p q m kN b p q m kN b p q 416.11,79.0,0.6,626.4/57.2119.135.111/26.1979.182.103/44.849.144.44321321332211=++=====⨯===⨯===⨯==支座反力：()()kN B kN A 7.6009.60657.211416.11219.6060.679.0416.113157.211416.1121=-⨯⨯==⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯⨯⨯=剪力：()()()()()kN Q B Q kN Q kN Q A Q kN Q b B B A A A 2.4395.1617.6005.16157.21126.19779.0216.4113.1959.6063.19544.84626.421323121=-=-==+⨯⨯==-=-==⨯⨯=弯距：()()m kN M m kN M B A •=++⨯⨯⨯⨯=•=⨯⨯=5.6426.19757.21126.19757.211279.0315.1612.301626.4313.195跨中最大弯距位置x ：222B A Q Q x l x=-2.4396.4110.6=-x x 解得 x =2.9m ()()()m kN M m kN q x x •=⨯+⨯-⨯==⨯+=1.4435.1399.2626.4619.29.606/5.13957.211416.119.2626.422．截面特性（跨中截面）面板参与隔板作用的有效宽度m b b B 9.1,1==ζ895.19.10.66.06,020=⨯==b l b l 查表得：67.0=ζ，则B=0.67×1.9=1.28(m) 又 ()cm B 600.16060=⨯=≤δ根据以上计算结果选取面板有效宽度为60cm ，隔板截面尺寸见图5，截面特性如下：()()()()()()()32032314232203241724.731219.731205742504.1244272418545504272714272719.731204.12211212.1214.1225.49160504.20228.1012128.101219.123202.624.1225.0604.2022014.1221601cm S cm W cm W cm I cm y cm A cm A x y =⨯⨯+⨯⨯==-====⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯====⨯+⨯+⨯==⨯+⨯+⨯= 3．应力验算弯曲应力：()[]()[]σσσσ<=⨯⨯=<=⨯⨯=MPa MPa 2.77105742101.4439.51108545101.443362361 剪应力()[]τδτ<=⨯⨯⨯==MPa I S Q x 9.4214272714172102.4390max （四）边梁边梁受力情况与中部垂直隔板相同，计算省略。
（五）主框架 1．荷载上、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=22.918°（θ=11.459°，见前面的计算），则每个框架上的静水荷载为()()kN P Q Q 7.4190459.11cos 26.74671.1cos 21.1=︒⨯⨯=⨯==θ下上 式中的1.1 为动载系数。
主梁上的均布荷载为()m kN L Q q l /2.3490.127.4190===下 下框架还承受启闭机的启门拉力，由于拉力相对比较小，在此先忽略不计。
2．框架内力（1）主梁断面初选。
面板参与主梁作用的有效宽度（下主梁）为()()()8.6677606.067656921210211=⨯==+⨯=+==b l cm b b b bB ζ查表得958.01=ζ，所以B=0.958×67=64cm 。