露顶式平面钢闸门设计

钢结构课程设计题目：露顶式平面钢闸门设计

一、设计资料

闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门； 孔口净:9.00m ； 设计水头：5.5m ； 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，压合胶木为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。

1）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.4m ，故闸门高度=5.5+0.4=5.9m 2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：1L =9m ； 3）闸门计算跨度：L =0L +2d=9+2×0.2=9.40m 。

（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力合力的作用线-

y =H/3=1.83m ，并要求下悬臂a ≥0.12H 和a ≥0.4m 、上悬臂c ≤0.45H,今取

a=0.63m ≈0.12H=0.66m 主梁间距

2b=2(_

y －a)=2×(1.83－0.63)=2.4m.

则

c=H-2b-a=5.5－2.4－0.63=2.47（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，其间应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大

致相等，梁布置的具体尺寸。

（5）连接系的布置和形式。

1）横向联接系，根据主梁的跨度决定布置三道隔板，其间距为2.35m,横隔板兼作竖直次梁。

2）纵向联接系，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。

边梁采用单腹式，行走支承采用胶木滑道。

三、面板设计

根据SL1974-1995《水利水电工程钢闸门设计规范》修订送审稿，关于面板的计算，先估算面板厚度，在主梁界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。

（1）估算面板厚度。假定梁格布置如图所示。面板厚度按下式计算：

t=a

[]

σα9.0kp

当b/a ≤3时，α=1.5，则t=a

160

5.19.0⨯⨯kp

=0.068a kp

当b/a>3时，α=1.4,则t=a 1604.109⨯⨯kp

=0.07a kp

现列表如下： 梁格 a （mm ） b(mm) b/a k p(N /2m m ) kp

t(mm) Ⅰ 1650 2341 1.42 0.535 0.005 0.052 5.83 Ⅱ 1010 2341 2.32 0.499 0.019 0.097 6.66 Ⅲ 790 2341 2.96 0.499 0.029 0.121 6.50 Ⅳ 710 2341 3.30 0.500 0.037 0.136 6.76 Ⅴ 620 2341 3.77 0.500 0.044 0.148 6.42 Ⅵ 430

2341

5.44

0.750

0.050

0.194

5.84

根据上表计算，选用面板厚度t=7mm 。 （2）面板与梁格的连接计算

面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P ，已知面板厚度t=7mm,

并且近似地取板中最大弯应力σmax =[]σ=1602m m N 则 )mm /(4.78160707.007.0max N =⨯⨯==σt P 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为： )mm /(1601142014000

25

.279756033345020N =⨯⨯⨯⨯==

I VS T 由式（6.8）计算面板与主梁连接的焊缝厚度为：

[]

)mm (2.2)1157.0/(1604.78)7.0/(2222=⨯+=

+=ωτf f T P h 面板与梁格连接焊缝取其最小厚度mm 6=f h 。

四、水平次梁、顶梁和底梁的设计

（1）荷载与内力的计算

水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力按公式： 2

下

上a a p q +=

现列表计算如下：

∑q =152.93kN/m

梁号 梁轴线水压

强度

（2

m m kN ）

梁间距 (mm) 2下

上a

a + (m) 2下上a a p q += (kN/m)

1（顶梁） 2.44

1.72 2 13.4 1.425

19.10

1.13 3（上主梁） 24.5 1.005

24.62

0.88 4 33.1 0.830

27.47

0.78 5 40.8 0.760

31.01

0.74 6（下主梁） 48.02 0.620

29.77

0.50 7（底梁） 52.92 0.350

18.52

根据上表计算，水平次梁计算荷载取31.01KN/m, 水平次梁为四跨连续梁，跨度为2.35m.如下图所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： ）（次中m k 2.1335.201.31077.0077.022∙=⨯⨯==N ql M 支座B 处的弯矩为：

)m k (3.1835.201.31107.0107.022∙=⨯⨯==N ql M B 次

（2）截面选择。

[])mm (114375160

103.1836

=⨯==σM

W

考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢16b ，由附录表查得： A=2515(2mm )； x W =116800(3mm ); x I =9350000(4mm )；1b =65(mm); d=8.5(mm)

面板参加次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中最小值。 B ≤1b +60t=65+60×7=485(mm)

B=ξ1b(对跨间正弯矩段）；

B =ξ2b (对支座负弯矩段）；

按5号梁计算，设梁间距b=(b 1+b 2)/2=(780+740)/2=760(mm).确定上式中面板的有效宽度系数ξ时，需要知道梁弯矩零点之间的距离L 0与梁间距b 之比值。对于第一跨中正弯矩段取0l =0.8l =0.8×2350=1880(mm);对于支座负弯矩段取0l =0.4l =0.4×2350=940(mm)。根据0l /b 查表得：

对于b l /0=1880/760=2.474得ξ1=0.78则B=ξ1b=0.78×760=592.8(mm)