水工钢结构潜孔式平面钢闸门设计

水工钢结构潜孔式平面钢闸门设计
水工钢结构潜孔式平面钢闸门设计

目录

一、设计资料及有关规定 (2)

二、闸门结构的形式及布置 (2)

三、面板设计 (3)

四、水平次梁、顶梁和底梁地设计 (4)

五、主梁设计 (7)

六、横隔板设计 (10)

七、纵向连接系 (11)

八、边梁设计 (11)

九、行走支承设计 (13)

十、轨道设计 (14)

十一、止水布置方式 (14)

十二、埋固构件 (15)

十三、闸门启闭力 (15)

十四、闸门的启闭机械 (15)

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×12.0m

3、上游水位:67m

4、下游水位:0.1m

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: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

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:67m

2、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

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

t=a kp(0.9ασ)

当b/a≤3时,a=1.5,则

t=a kp(0.9×1.5×160)=0.068a kp

当b/a >3时,a=1.4,则

t=a kp(0.9×1.4×160)=0.07a kp

现列表1计算如下:

表1

区格a(mm) b(mm) b/a k p[N/mm2] kp t(mm)

1 910 1230 1.35 0.510 0.544 0.527 32.61

2 910 1230 1.35 0.429 0.554 0.488 30.20

3 910 1230 1.35 0.429 0.56

4 0.492 30.44

4 910 1230 1.3

5 0.429 0.573 0.49

6 30.69

5 910 1230 1.35 0.429 0.583 0.500 30.94

6 910 1230 1.35 0.429 0.593 0.504 31.19

7 910 1230 1.35 0.429 0.603 0.509 31.50

8 910 1230 1.35 0.429 0.613 0.513 31.74

9 910 1230 1.35 0.429 0.622 0.517 31.99

10 910 1230 1.35 0.429 0.632 0.521 32.24

11 910 1230 1.35 0.429 0.642 0.525 32.49

12 860 1230 1.43 0.539 0.652 0.593 34.68

根据上表计算,选用面板厚度t=35mm

2、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:

T=VS

2I o

=

4184600×426×35×2240

2×44429130000

=1573(N/mm)

面板与主梁连接的焊缝厚度:

h f=P2+T20.7τtω=3922+15732(0.7×113)=20.5(mm)

角焊缝最小厚度:

h f≥1.5t=1.5×35=8.9(mm)

面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度h f=21mm

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

q=p a

+a

2

现列表2计算如下

表2

梁号 梁轴线处水压力

强度P (kN/mm 2)

梁间距 (m ) a 上+a 下2 (m ) q =p

a 上+a 下

2

(kN/m) 1(顶梁) 539 0.5075 273.5 1.015

2(主梁) 548.9

1.015

557.1 1.015

3(水平次梁) 558.9

1.015

567.3 1.015

4(主梁) 568.8

1.015 577.3 1.015

5(水平次梁) 578.8

1.015 587.5 1.015

6(主梁) 588.7

1.015 597.5 1.015

7(水平次梁) 598.7

1.015 607.7 1.015

8(主梁) 608.6

1.015 617.7 1.015

9(水平次梁) 618.6

1.015 627.9 1.015

10(主梁) 628.5

1.015 637.9 1.015

11(水平次梁) 638.5

1.015 648.1 1.015

12(主梁) 648.4

0.990 641.9 0.965

13(底梁) 657.9

0.4825 317.4

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=0.072ql 2=0.072×648.1×1.242=71.9(kN·m)

支座B 处的负弯距:

M 次B =0.106ql 2=0.106×648.1×1.24 2=105.4(kN·m)

2、截面选择

W =M [σ]=105.4×106

160

=658750(mm 3)

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=6089mm 2 ; W x =659700mm 3; I x =118742000mm 4; b 1=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。 B≤b 1+60t=96+60×35=2196(mm) B=ξ1b (对跨间正弯距段) B=ξ2b (对支座负弯距段) 按11号梁计算,梁间距

b =b 1+b 22=1015+10152

=1015(mm)

对于第一跨中正弯距段 :l 0=0.8l=0.8×1240=992(mm) 对于支座负弯距段:l 0=0.4l =0.4×1240=496(mm) 根据l 0/b 查表7-1:

对于l 0/b =992/1015=0.997 得ξ1=0.40,得B=ξ1b =406(mm) 对于l 0/b =496/1015=0.489 得ξ2=0.16,得B=ξ2b =162.4(mm) 对第一跨中选用B =406mm,则水平次梁组合截面面积(如图):

A=6089+406×35=21199(mm 2)

组合截面形心到槽钢中心线得距离:

e =406×35×197.521199

=132(mm)

跨中组合截面的惯性距及截面模量为:

I 次中=118742000+6089×1322+406×35×65.52

=285801188(mm 4)

W min =285801188

312

=916029(mm 2)

对支座段选用B =162.4mm ,则组合截面面:

A=6089+162.4 35=11773(mm 2)

组合截面形心到槽钢中心线得距

e =162.4×35×197.511773

=95(mm)

支座初组合截面的惯性距及截面模量为: 惯性距:

I

次中=118742000+6089×952+162.4×35×112.52=245633350(mm 4)

截面模量:

W min =245633350

265

=926918(mm 2)

3.水平次梁的强度验算

由于支座B 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:

σ次=

M 次B W min

=77.86×106916029

=78.4 N mm 2 < σ =160(N/mm 2)

σ=

M 次中W min

=105.4×106926918

=113.7(N mm 2 )<[σ]=160(N mm 2)

说明水平次梁选用[36a 满足要求。

轧成梁的剪应力一般很小,可不必验算。 4.水平次梁的挠度验算

受均布荷载的等跨连续梁,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 =71.86kN?m,则边跨挠度可近似地按下式计算:

ωl =5384ql 3

EI 次?M 次B l 16EI 次

=5×648.1×12403384×2.06×105×285801188?71.86×1016×124016×2.06×105×285801188

=0.000179≤ ωl =1

250

=0.004

故水平次梁选用[36a 度和刚度要求。 五、主梁设计 (一)设计资料

(1)主梁跨度:净跨(孔口净宽)L 0=7.0m ;计算跨度L =7.44m ;荷载跨度L 1=7m ; (2)主梁荷载:q =(9.8×55+9.8×67)×12(2×6) =1195.6(kN/m) (3)横向隔板间距:1.24m

(4)主梁容许挠度:[W]=L/600 (二)主梁设计 1、截面选择

(1)弯距和剪力。弯距与剪力计算如下: 弯距:

M min =1195.6×72× 7.442?7

4

=8243.7(kN/m)

剪力:

V max =qL 12=1

2

×1195.6×7=4184.6(kN)

(2)需要的截面抵抗距:已知Q235钢的容许应力 σ =160N/mm 2,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响,取容许应力 σ =0.9×160=144N/mm 2 则需要的截面抵抗矩为:

W =M max [σ]=8243.7×100144×0.1

=57247.9(cm 3)

(3)腹板高度选择:按刚度要求的最小梁高(变截面梁)为:

h min

=0.96×0.23[σ]L E[ωL ]=0.96×0.23×144×102×7.44×102

2.06×107×(1600 )

=70.3(cm)

经济梁高:h ec =3.1W 25 =3.1×57247.925 =248(cm)

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h ec 为小,但不小于h min 。现选用腹板厚度h 0=240cm 。 (4)腹板厚度选择

t w = h 11 = 24011 =1.4(cm) 选用t w =4cm

(5)翼缘截面选择:每个翼缘需要截面为

A 1=W h 0?t w h 06=57247.9240?4×2406

=78.5(cm 2)

下翼缘采用 t 1=2cm (符合钢板规格)

需要b 1=A 1t 1=78.52 =39(cm) ,选用b 1=60cm (在h/2.5~h/5=96~48之间)。

上翼缘的部分截面积可利用面板,故只需设置较小的翼缘板同面板相连,选用t 1=2cm , b 1=14cm ,

面板兼作主梁上翼缘的有效高度为B =b 1+60δ=14+60×3.5=224(cm) 上翼缘截面面积A 1=14×2.0+224×3.5=812(cm 2 ) (6)弯应力强度验算 截面形心距:

y 1=∑Ay ′∑A =1515581892

=80.1(cm)

截面惯性距:

I =t w h 0312+ Ay 2=4×240312

+10274177

=14882177(cm 4)

截面抵抗距: 上翼缘顶边

W max =I y 1=14882177

80.1

=185795(cm 3)

下翼缘底边

W min =I y 2=14882177

167.4

=88902(cm 3)

弯应力:

σ=M max W min =8243.7×10088902

=9.3<0.9× σ

=0.9×16=14.4(kN/cm 2)

表3

部位 截面尺寸 (cm cm ) 截面面积 A(cm 2) 各型心离面 板表面距离 y′(cm ) Ay′ (cm 3) 各型心离中和

轴距离

y=y′-y 1(cm)

Ay 2

(cm 4)

面板部分 224×3.5 784 1.75 1372 -78.35 4812758 上翼缘 14×2 28 4.5 126 -75.6 160030 腹板 240×4 960 125.5 120480 45.4 1978714 下翼缘 60×2 120 246.5 29580 166.4 3322675 合计 1892 151558 10274177

(7)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、截面改变

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h 0s =0.6h 0=144cm 。梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧,离开支承端的距离为124-10=114cm

考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接,故可按工字截面梁验算应力剪力强度。尺寸表4所示:

表4

部位 截面尺寸 (cm cm ) 截面面积 A(cm 2) 各型心离面 板表面距离 y′(cm ) Ay′ (cm 3) 各型心离中

和轴距离

y=y′-y 1(cm)

Ay 2

(cm 4)

面板部分 224×3.5 784 1.75 1372 -40.85 1308278 上翼缘 14×2 28 4.5 126 -38.1 40645 腹板 144×4 576 77.5 44640 43.9 701573 下翼缘 60×2 120 150.5

18060 107.9 1397089 合计 1508 64198 3447585

截面形心距:

y 1=641981508

=42.6(cm)

截面惯性距:

I 0=3.5×1443

12

+3447585=4442913(cm 4)

截面下半部对中和轴的面积距:

S =120×107.9+106.92

×42

=35803(cm 3)

剪应力:

τ=V max S I 0t ω=4184.6×358034442913×4

=8.4(kN/cm 2)< τ =9.5kN/cm 2

3、翼缘焊缝

翼缘焊缝厚度h f 按受力最大的支承端截面计算。V max =4184.6kN 。I 0=4442913cm 4, 上翼缘对中和轴的面积距:S 1=784×40.85+28×38.1=33093(cm 3) 下翼缘对中和轴的面积距:S 2=120×107.9=12948(cm 3)﹤S 1 需要

h f =VS 11.4I 0[τf ω

]=4184.6×33093

1.4×4442913×11.3=2 cm =20(mm) 角焊缝最小厚度h f ≥1.5 t =1.5× 40=9.5(mm) 全梁的上下翼缘焊缝都采用h f =21mm 。

4、腹板的加劲肋

加劲肋的布置:因h 0t ω=2404=60<80 ,故不需要设置横向加劲肋。 5、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算 取面板区格12验算其长边中点的折算应力计算

σmy =kpa 2t 2=0.539×0.652×8602

35

2=±212(N/mm 2) σmx =μσmy =±0.3×212=±63.6(N/mm 2)

面板区格12的长边中点的主梁弯矩和弯应力

M =1195.6×3.5×3.1?1195.6×2.92

2

=7944.8(kN ·m)

σ0x =M W =7944.8×106

185.8×10

6=42.8(kN/mm 2) 该区格长边中点的折算应力

σzh = σmy 2+ σmx +σ0x 2?σmy σmx +σ0x

= 2122+(63.6?42.8)2?212×(63.6?42.8)=202 N mm 2 <α σ

=1.55×160=248(N/mm 2)

故面板厚度选用35mm 满足强度要求 。 六、横隔板设计 1、荷载和内力计算

横隔板同时兼作竖直次粱,主要承受水平次粱、底梁和顶梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载,则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为:

M =(9.8×55+9.8×56.015)×1.0152×1.24×1.0152

=347.5(kN ·m)

2、横隔板和截面选择和强度验算

腹板选用与主梁腹板同高,采用

2400mm×20mm ,上翼缘利用面板,下翼缘采用200mm×10mm 的扁钢,上翼缘可利用面板的宽度公式按式B =ξ2b 确定其中b=1240mm,按l 0/b=2×1.015/1.24=1.64,查表得ξ2=0.46 ,则

B=0.46×1240=570mm ,取B =570mm 。计算如下图所示截面几何特性。

截面型心到腹板中心线距离

e =

570×35×1222.5?200×10×1222.5570×35+2400×20+200×10

=313(mm)

截面惯性距:

I =20×2400312

+20×2400×3132+10×200×15182+35×570×904.52

=4.867265899×1010(mm 4)

截面模量:

W min=4.867265899×1010

1523

=31958410(mm3)

验算应力:

σ=

M

W min

=

347.5×106

31958410

=10.8

N

mm2

<[σ]

由于横隔板截面高度较大,剪切强度更不必验算,横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度

h f=1.520=6.7(mm),选取h f=8mm。

七、纵向连接系

1、荷载和内力计算

纵向连接系承受闸门自重。潜孔式平面钢闸门门叶自重按下式计算

G=0.073K1K2K3A0.93H s0.79×9.8=0.073×1×1×095×(7×12)0.93×670.79×9.8 =1160(kN)

则下游纵向连接系承受0.4G=464KN

纵向连接系视作平面简支桁架,其结点荷载为

464

6

=77.33(kN)

2、斜杆截面计算

斜杆承受的最大的拉力为305KN,同时考虑闸门偶然扭矩时可能造成的压力,故细长比的限制应该与压杆相同。即λ≤λ=150

选用单角钢L110×12,由附录三表2查得:

截面面积A=25.2cm2回转半径i y0 =21.5cm

斜杆计算长度l0=0.9× 1.0152+1.242+0.42=1.49(m)

长细比λ=l0i y0=1.49×10321.5=69.3<λ=150

验算拉杆强度

σ=305×103

2520

=121N mm2<0.85σ=133N mm2

八、边梁设计

由于深孔大孔口,行走支承采用滚轮式。所以这里用双腹式组合边梁。

边梁的截面尺寸按构造要求确定,梁高1460mm,上翼缘直接采用面板,下翼缘用150mm×20mm的扁钢做成。腹板厚度40mm。边梁是闸门的重要受力构件,由于受力情况复杂,做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。

1、荷载和内力计算

滚轮采用等荷载布置,在每个边梁上分别布置6个大小相等的主轮。每个主轮位于主梁后面。

每个主轮受力为2092.3kN。具体计算根据结构力学求解器。

最大弯矩M max=2092.3kN/m

最大剪力V max=4184.6kN

最大轴向力为作用在边梁上的一个起吊力,估为2300kN

在最大弯矩作用截面上轴向力为:N=2300-4184.6×0.1=1881.5kN

2、边梁强度验算

截面面积A=490×35+150×20×2+40×1460×2=140020(mm2)

y1=700mm

上半部分对中和轴的面积矩

S1=35×490×(700?17.5)+40×(700?35)2=29393875(mm3) 下半部分对中和轴的面积矩

S2=2×150×20×1490?700+10+2×(1490?700)2×40÷2

=30111000mm3

截面惯性距:

I=3.31176×1010(mm4)

截面模量:

W=

I

432

=

3.31176×1010

432

=76661049(mm3)

截面边缘最大应力验算:

σ=N

A

+

M max

W

=

1881.5×103

140020

+

2092.3×106

76661049

=13.4+27.3=40.7N mm2<0.8σ=0.8×157=126(N/mm2)

腹板最大剪应力验算:

τ=V max S max

Itω

=

41894.6×1032×30111000

3.31176×1010×40

=9.5N mm2<0.8τ=0.8×95=76(N/mm2)

均满足强度要求

九、行走支承设计

采用滑动式滚轮支承,轴孔采用滑动轴承,轮径D=900mm,宽度b=150mm,轮轴直径d=200mm,轴套工作长度b1=250mm,;轮子材料用ZG35GrlMo.

滚轮验算

圆柱形滚轮与平面轨道接触应力:

σmax=0.418P l E

bR

=

209300×2.06×105

150×450

=1056N mm2≤3f y=3×390=1170N mm2 P l:一个轮子的计算压力,N ;b、R:轮缘宽度和轮半径,mm;

E:材料的弹性模量,N/mm2;f y:屈服强度,N/mm2。

轴和轴套间接触应力:

σcg=

P l

db1

=

2092300

250×200

=41.8N mm2≤ σcg=50N mm2

d:轴的直径,mm;b1:轴套的工作长度,mm;

σcg]:滑动轴套的容许应力,N/mm2。

轮轴与轴承板间局部承压应力

σcj=

N

d∑t

=

1046000

200×80

=65N mm2≤ σcj=80N mm2

N:轴承板所受的压力(N=P l/2),N;∑t:轴承板叠总厚度,mm;[σcj]:容许应力,N/mm2。以上计算均满足强度要求。

十、轨道设计

滚轮荷载R=2092.3kN, 混凝土为C25,其[σh]=9N/mm2。轨道材料为35Mn2,轨道选I56c,由附录三表4查得:W x=2551400mm3;

I x=714300000mm4;b=170mm;t w=16.5mm ;h=560mm

1、轨道底板混凝土承压应力:

a=3.3

EI x

E h b

3

=3.3

206000×714300000

30000×170

3

=17725(mm)

σh=P

ab

=

2092300

17725×170

=0.7N mm2≤σh=9N mm2

2、轨道局部承压应力:

a1=3.3

I x

t fb

3

=3.3

818400

16.5

3

=1158.7(mm)

σcd=

P

a1t fb

=

2092300

1158.7×16.5

=109.4N mm2≤σcd=150N mm2

故满足要求。

十一、止水布置方式

侧向止水采用P型橡皮,顶止水采用P型橡皮,底止水采用条形橡皮,布置方式如图

十二、埋固构件

门槽的埋固构件主要有:行走支承的轨道、与止水

橡皮相接触的型钢、为保护门槽和孔口边棱处的混凝土免遭破坏所设置的加固角钢等。

侧止水座底止水座

十三、闸门启闭力

闸门自重G=1160kN

滚动摩擦阻力

T zd=Wf k

R

R1

d

+1=

50215×0.1

45

×

40

20

+1=335(kN)

止水摩阻力

T zs=2fbhp=2×0.65×0.06×12×559.5(kN)

上托力P t=0KN

闭门力T

=1.2T Zd+T zs?0.9G=1.2×335+559.5?0.9×1160=29.4kN

下吸力P x=20×7×0.016=2.3kN

则启门力为:

T

=1.1G+1.2T Zd+T zs+P x=1.1×1160+1.2×335+559.5+2.3=2352(kN)

十四、闸门的启闭机械

由于启门力为2352kN,选用江苏龙城宏力液压设备有限公司生产的QPKY-4500/2500-15.0型号的启闭机。

QPKY系列——平面快速闸门液压启闭机

QPKY系列液压启闭机共14种规格,适用于水利水电工程水轮发电机机组进口、调压井下游快速事故闸门的启闭,也可用于一般平面事故闸门启闭,本系列液压缸按闸门利用水柱压力或部分加重可关闭孔口而无需投运油泵电机组的条件进行设计。

型号表示方法

Q P K Y □/□—□—□

液压缸支承型式Ⅰ或Ⅱ

行程(m)

启门力(kN)

持住力(kN)

液压传动

快速关闭

平面闸门

启闭机

QPKY系列快速闸门液压启闭机基本参数

参数

型号

持住力

F g(KN)

启门力

F q(KN)

最大行程

L man

(m)

缸内径

D

(mm)

活塞杆直径

d

(mm)

缸内计算压力

F g/ F q

(MPa)

速度

Vg/Vq

(m/min)1 QPKY-60/60-8* 60 60 8.0 100 50 9.99/9.99

Vg=

3.0~8.5

Vq=

0.25~1.0

2 QPKY-80/80-8* 80 80 8.0 110 60 10.39/10.39

3 QPKY-100/100-8* 100 100 8.0 125 63 10.7/10.7

4 QPKY-125/125-8* 12

5 125 8.0 140 70 10.6/10.6

5 QPKY-160/160-8* 160 160 8.0 160 70 9.7/9.7

6 QPKY-200/200-8* 200 200 8.0 180 90 10.29/10.29

7 QPKY-250/250-8* 250 250 8.0 200 100 10.4/10.4

8 QPKY-320/320-11.5* 320 320 11.5 220 100 10.33/10.33

9 QPKY-400/400-11.5* 400 400 11.5 250 110 10.0/10.0

10 QPKY-500/250-11.5* 500 250 11.5 300 120 10.39/5.28

11 QPKY-630/320-11.5* 630 320 11.5 300 120 10.39/5.28

12 QPKY-800/400-11.5* 800 400 11.5 320 140 12.1/6.05

13 QPKY-1000/500-11.5*1000 500 11.5 320 140 15.09/7.55

14 QPKY-1250/630-11.5*1250 630 11.5 340 150 16.76/8.4

15 QPKY-1600/800-11.5*1600 800 11.5 360 150 18.65/9.33

16 QPKY-2000/1000-11.5*2000 100 11.5 400 150 18.16/9.1

17 QPKY-2500/1250-11.5*2500 1250 11.5* 450* 180 18.4/9.2*

18 QPKY-3200/1600-12 3200 1600 12.0 450 220 26.5/13.25

19 QPKY-4000/2000-14.54000 2000 14.5 500 250 27.1/13.6

20 QPKY-4500/2500-15.04500 2500 15.0 560 280 24.4/13.5

21 QPKY-5000/2500-16.05000 2500 16.0 600 300 23.6/11.8

22 QPKY-6300/3150-16.06300 3150 16.0 630 300 26.2/13.1

23 QPKY-8000/4000-17.08000 4000 17.0 710 350 26.7/13.35

24 QPKY-10000/5000-17.010000 5000 17.0 800 350 24.6/12.3

注:*为修改后的数据

QPKY系列快速闸门液压启闭机机座

液压缸结构图

课程设计成绩评定表

学习态度(15)技术水平与实际能力(25)说明书、图纸质量(60)

总成绩评定:

指导教师签名:年月日

水工钢结构简答题

简答题 1、角焊缝有哪些主要的构造要求?为什么设置这些要求,请 简述其原因? 答案:角焊缝的主要尺寸是焊脚尺寸hf和焊缝计算长度l w,他们应该满足下列构造要求。 (1)考虑起弧和灭弧的弧坑影响,每条焊缝的计算长度l w,取其实际长度减去2hf; (2)最小焊脚尺寸h f≧1.5max t,其中tmax较厚焊件厚度;若焊缝hf过小,而焊件过厚时,则焊缝冷却过快,焊缝金属易产生淬硬组织,降低塑性; (3)最大焊脚尺寸hf≦1.2tmin,其中tmin薄焊件厚度;若焊缝hf过大,易使母材形成过烧现象,同时也会产生过大的焊接应力,使焊件翘曲变形;(4)最小焊缝计算长度l w,≧40mm及8hf是为了避免焊缝横向收缩时,引起板件拱曲太大;(5)最大侧焊缝计算长度l w,≦60hf,由外力在侧焊缝内引起的剪应力,在弹性阶段沿侧焊缝长度方向的分布是不均匀的,为避免端部先坏,应加以上限制;(6)在端焊缝的搭接连接中,搭接长度不小于5tmin及25mm;是为了减少收缩应力以及因传力偏心在板件中产生的次应力;(7)在次要构建或次要焊缝中,由于焊缝受力很小,采用连续焊缝其计算厚度小于最小容许厚度时,可改为采用间断焊缝,避免局部凸曲而对受力不利和潮气侵入引起锈蚀。 3、焊接组合梁的设计包括哪几项内容? 答案:①首先根据梁的跨度与荷载求得的最大弯矩与最大剪力以及强度、刚度、稳定与节省钢材等要求,来选择经济合理的截面尺寸,有事可以在弯矩较小处减小梁的截面;②计算梁的翼缘和腹板的连接焊缝;③验算组合梁的局部稳定性和设计腹板的加劲肋④设计组合梁各部件的拼接以及设计梁的支座和梁格的连接⑤绘制施工详图。 4、图中所示为一平面钢闸门门叶结构示意图,请分别指明图 中的序号所对应的构件名称? 答案:面板、顶梁、水平次梁、横向隔板、吊耳、主梁、纵向连接系、主轮、边梁; 5、在选定结构所需的钢材种类时,应考虑结构结构的哪些特 点? 答案:结合么钱钢铁生产实际情况,努力做到即使结构安全可靠,又要尽力节约钢材,降低造价选用时注意以下几点:(1)结构所承载特性,(2)结构类型及重要性,(3)连接的方法(4)结构的工作温度和所处的环境。 6、加劲肋在钢梁设计中的作用是什么?有哪些类型?在钢梁 设计中必要时,为什么增设加劲肋而不直接加大腹板厚度? 答:作用是提高局部稳定性;有横向加劲肋和纵向加劲肋; 因为钢结构设计中要求采用薄板,如果加大腹板厚度是不经济的。7、翼钢结构连接和轴心受压构件的设计为例,阐述等稳定原 则在钢结构设计中的具体应用。 答:在焊接连接中,要求焊缝截面强度不能高于母材截面强度;在螺栓连接设计中,螺栓连接强度和拼接板强度和母材强度匹配等,这些体现出等稳定设计的概念;在受压构件设计中,要求两个方向的稳定性接近相等,这也是等稳定原则的体现。 8、当采用平面桁架作为屋卖弄承重体系时,为什么要设置屋架支撑?支撑的作用是什么? 答:平面桁架在平面外刚度很小,容易发生侧向倾斜。作用为:保证桁架体系的空间几何稳定性;提供弦杆的侧向支撑点;提高侧向刚度及稳定性;使结构具有空间整体作用;保证结构安装时的稳定与方便。 9、简述钢材的一次单项拉伸试验中,随着荷载的增加,钢的工 作大致可以分为哪几个阶段?在试验测得的应力应变曲线图可以显示哪几项机械性能指标? 答:钢的工作大致可以分为:弹性阶段、弹塑阶段、塑性阶段、自强和破坏阶段应力应变曲线图可以显示的机械性能指标:比例极限;屈服点;(屈服强度);抗拉强度。10、普通螺栓与高强度螺栓在受力特性方面有什么区别? 答:两者受力主要区别是:普通螺栓连接的螺母拧紧的预拉力很小,受力后全靠螺杆承压和抗剪来传递剪力。高强度螺栓是靠凝紧螺母,对螺杆施加强大而受控制的预拉力,使连接构件夹紧而是搂面的摩擦阻力来承受连接内力。11、整体稳定临界应力受哪几个因素的影响?如何提高和保 证钢梁的整体稳定性? 答:影响整体稳定临界应力的因素有:受压翼缘的自由长度,梁截面的侧向抗弯刚度以及抗扭刚度;提高和保证钢梁整体稳定性的措施;设置纵向联接或称纵向支撑以减小受压翼缘的自由长度,或适当加大受压翼缘的宽度。 12、简述平面闸门结构布置主要有哪些内容? 答:结构布置的主要内容:主梁的布置,包括主梁的数目和位置,梁格的布置,梁格联接形式,边梁的布置。 13、钢结构在水利工程的合理应用范围有哪些? 答:1、活动式结构;2、可拆卸或移动的结构;3、高耸结构;4、板结构;5、大跨度结构;6、海工钢结构 14、为什么说梁高的选择是梁截面选择中的关键?最小梁高 和经济梁高根据什么条件和要求确定的? 答:梁高的选择是梁截面选择中的关键,因为截面各部分尺寸都将随梁高二改变。最小梁高是根据刚度条件而定的,使组合梁在充分利用钢材强度前提下或满足梁的刚度现行规格。再设计中一般选择梁高比经济高校10%--20%,单不得校友最小梁高。 15、简述轴心受压实腹式构件的截面选择步骤? 答:轴心受压实腹式构件截面选择步骤:假定长细比;根据假定长细比和等稳定条件初步稳定A、b1和h;试选翼缘厚

潜孔式平面钢闸门设计

潜 孔 式 平 面 钢 闸 门 设 计 工程概况: 闸门是用来关闭、开启或者局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构。其主要作用是控制水位、调节流量。闸门是水工建筑物的重要组成部分,它的安全与适用,在很大程度影响着整个水工建筑物的原行效果。

设计目录: 1.水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书。。。。。。。。1 (1)设计资料及有关规定。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 (2)闸门结构的形式及布置。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 <1>闸门尺寸的确定。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 <2>主梁的布置。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1 (3)面板设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 (4)水平次梁、顶梁和底梁地设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 (5)主梁设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 (6)横隔板设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 (7)边梁设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 (8)行走支承设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 (9)胶木滑块轨道设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11 (10)闸门启闭力和吊座验算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11 2.水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计图。。。。。。。。。。(附图) 水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书 一、设计资料及有关规定: 1.闸门形式: 潜孔式焊接平面钢闸门。 2.孔的性质: 深孔形式。 3.材料:

水工钢闸门结构设计(详细计算过程)

6 金属结构设计 6.3 金属结构设计计算 6.3.1 设计资料 (1)闸门型式:露顶式平面钢闸门 (2)孔口尺寸(宽×高):6m ×3m (3)设计水头:3.16m (4)结构材料:Q235钢 (5)焊条:E43 (6)止水橡皮:侧止水型号采用P45-A ,底止水型号采用I110-16 (7)行走支承:采用胶木滑道,压合胶木为MCS-2 (8)混凝土强度等级:C25 (9)规范:《利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95) 6.3.2 闸门结构的形式及布置 6.3.2.1 闸门尺寸的确定 1.闸门高度:考虑风浪产生的水位超高,将闸门的高度确定为3m 。 2.闸门的荷载跨度为两侧止水的间距:L 0=6.0m 3.闸门计算跨度:L=L 0+2d=6.0+2×0.15=6.3m 6.3.2.2静水总压力 闸门在关闭位置的静水总压力如图6.1所示,其计算公式为: 2 29.8344.1/2 2gh P kN m ρ?= == 图6.1 闸门静水总压力计算简图 P

6.3.2.3 主梁的形式 主梁的形式应根据水头的大小和跨度大小而定,本设计中主梁采用实腹式组合梁。 6.3.2.4主梁的布置 根据主梁的高跨比,决定采用双主梁。两根主梁应布置在静水压力合力线上下等距离的位置上,并要求两主梁的距离值要尽量大些,且上主梁到闸门顶缘的距离c 小于0.45H ,且不宜大于3.6m ,底主梁到底止水的距离应符合底缘布置的要求。故主梁的布置如图6.2所示 图6.2 主梁及梁格布置图 6.3.2.5 梁格的布置和形式 梁格采用复式布置并等高连接,并使用实腹式竖向隔板兼作竖直次梁,使水平次梁穿过隔板上的预留孔而成为连续梁,其间距上疏下密,面板各区格需要的厚度大致相等,具体布置尺寸如图6.2所示。 6.3.3 面板设计 根据《利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-95),关于面板的计算,先估算面板厚度,在主梁截面选择之后再计算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。 初选面板厚度。面板厚度计算公式为: δ当b/a >3时,α=1.4;当b/a ≤3时,α=1.5。 列表进行计算,见表6.1:

水工钢结构课程设计

露顶式平面钢闸门设计 1、设计资料 1.1闸门形式:露顶式平面钢闸门。 1.2设计水头:6.00m 。 1.3孔口净宽:9.00m 。 1.4结构材料:碳素钢Q235B-F 。 1.5焊条:E43型手工焊。 1.6止水橡皮:侧止水用P 型橡皮,底止水用条形橡皮。 1.7行走支承:采用胶木滑道,压合木为MCS-2。 1.8启闭方式:电动固定式启闭机。 1.9制造条件:金属结构制造,手工电弧焊,焊缝满足III 级质量检验标准。 1.10执行规:《水利水电工程钢闸门设计规》(SL74-95) 2、闸门结构的形式及布置 2.1 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=6.0+0.2=6.2(m ); (2)闸门的荷载跨度为两侧止水的间距:L1=9(m); (3)闸门的计算跨度:L=L0+2×0.2=9.0+0.4=9.4(m); 2.2主梁的形式 主梁的形式根据水头合跨度大小而定,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。 2.3 主梁的布置 根据闸门的高跨比,决定采用双主梁。为使两个主梁在设计水位时所承受的水压力相等,两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线y =H/3=2.0(m)(图1),并要求下悬臂a ≥0.12H 和a ≥0.4m,上悬臂、c ≤0.45H,今取,a=0.7m ≈0.12H=0.67(m ) 则主梁间距:)(6.2)(22m a y b =-= 则H m a b H c 45.0)(7.27.06.262==--=--=(满足要求) 2.4 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

水利水电工程水工钢结构课程设计

露顶式平面钢闸门设计 2007101316 王亮春 一、设计资料 闸门形式:溢洪道露顶式平面钢闸门; 孔口净宽:14.00m; 设计水头: 6.00m; 结构材料:Q235; 焊条:E43; 止水橡胶:侧止水用P 形橡皮,底止水用条形橡皮; 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、闸门的结构形式及布置 1、闸门尺寸的确定(图1) 闸门高度:考虑风浪所产生的水位超高为0.3m,故闸门高度为9+0.3=9.3 米 闸门的荷载跨度为两侧止水的间距即为孔口净宽:L1 14 m 闸门的计算跨度:L L0 2 d 14 2 0.3 14.6 m 2、主梁的形式 本闸门为中等跨度,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 闸门高跨比L / H 1.5 采用双主梁,为使两个主梁在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的作用线y H / 3 3 m (图2),并要求下悬臂 a 0.12 H 和a 0.4 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,使面板各区格需要的厚度大致相等,梁格布置的具体尺寸见详图 2 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,其间距为横隔板兼作竖直次梁。 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、边梁和行走支承 1

变量采用单腹式,行走支承采用胶木滑道。 三、面板设计 根据SL74—95《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,先估算面板的厚度,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。 1、估算面板厚度 假定梁格布置尺寸如上图所示。面板厚度按式(7--3)计算: t a 0.9 k p a kp 当b / a 3 时,a 1.5 ,则t a 0.068 a kp 0.9 1.5 160 kp 当b / a 3 时,a 1.4 ,则t a 0.07 a kp 0.9 1.4 160 现列表(如下)计算: 表1 注1、面板边长a、b 都从面板与梁格的连接焊缝算起,主梁上翼缘宽度为260mm(详见于后); 2

水工钢结构平面钢闸门设计计算书

水工钢结构平面钢闸门设计计算书 一、设计资料及有关规定: 1?闸门形式:潜孔式平面钢闸门。 2. 孔的性质:深孔形式。 3. 材料:钢材:Q235 焊条:E43;手工电焊;普通方法检查。 止水:侧止水用P型橡皮,底止水用条型橡皮。 行走支承:采用胶木滑道,压合胶布用MC—2。砼强度等级:C20b 启闭机械:卷扬式启闭机。 4. 规范:水利水电工程刚闸门设计规范(SL74-95),中国水利水电出版社1998.8 二、闸门结构的形式及布置 (一)闸门尺寸的确定(图1示) 1?闸门孔口尺寸: 孔口净跨(L) : 3.50m。孔口净高:3.50m。 闸门高度(H) : 3.66m。闸门宽度:4.20m。 2. 计算水头:50.00m。 (二)主梁的布置 1. 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=3.50m,闸门高度h=3.66m,L

三、面板设计 根据《钢闸门设计规范 SD — 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?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 匸9 ?OF :] 现列表1计算如下: 表1 根据上表计算,选用面板厚度。 2.面板与梁格的连接计算 已知面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力c max=[c ]=160N/mn n ,则 p=0.07 x 14x 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力: 3 VS 790 10 1000 14 272 T = =— 21。 2 3776770000 面板与主梁连接的焊缝厚度: h f . P 2 T 2 /0.7 [ t w ] 398/0.7 113 5mm , 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度 h f 6mm 。 四、水平次梁,顶梁和底梁地设计 1. 荷载与内力地验算 水平次梁和顶,底梁都时支承在横隔板上地连续梁,作用在它们上面的水压力可 按下式计算,即 a 上 a 下 现列表2计算如下: 表2 当 b/a < 3 时,a=1.65,则 t=a kp =0.065 a% kp 0.9 1.65 160 当 b/a >3 时,a=1.55,则 t=a kp 0.9 1.55 160 =0.067 a., kp 398N / mm,

水工钢结构课设说明书

《水工钢结构》暨露顶式平面钢闸门课程设计 一、设计资料 某水库溢洪道工作闸门,孔口净宽8.0m,设计水头H=5m,采用直升式露顶平面钢闸门,门顶超高取0.2m,试设计闸门门叶结构、门槽埋件、选择启闭机设备。 闸门门叶采用Q235镇静钢,焊条E43 。侧止水选用P60A型,底止水选用I110—16型。行走支承(学号为单号者,采用胶木滑道,压合胶木为MCS—2。学号为双号者,采用滚轮支承)。闸墩混凝土强度等级C20。依照《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74—95设计。 二、设计内容及步骤 1、闸门结构的形式及布置 整个设计过程的关键,应综合考虑各方面因素。内容包括:闸门尺寸确定,门叶上需要的各种构件、数目及所在位置,梁格的形式及连接方式,联结系的布置和形式及边梁与行走支承。首先确定主梁形式、数目、位置,然后确定水平次梁及竖直次梁的形式、数目和位置。 2、面板设计 在满足强度要求的基础上,设计出一经济合理的面板厚度。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。 3、水平次梁、顶梁和底梁设计 水平次梁采用不等肢角钢(单学号),槽钢(双学号)。顶、底梁

宜采用槽钢。在计算出各构件的内力后,选择各梁的截面,考虑利用部分面板抗弯,将所选截面适当缩小。之后,进行强度、刚度验算。 4、主梁设计 采用焊接组合截面,面板兼作主梁上翼缘的有效宽度按教材(7—11)式确定。内容包括:截面选择、(梁高改变)、翼缘焊缝、腹板局部稳定验算、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。 W=1.4--2.5的要求,可不改变梁高。 若主梁高度满足门槽宽深比 D 5、竖直次梁及横向联结系设计 横向联结系采用横隔板,并兼作竖直次梁。按构造要求确定其尺寸,即截面高度、腹板厚度与主梁相同,横隔板可不设上翼缘,其下翼缘用宽度100~200mm厚度10~12mm的扁钢做成。因横隔板截面尺寸大应力很小,可不进行强度验算。 6、纵向联结系设计 闸门自重G按教材附录十一附式(1)计算。纵向斜杆采用等肢单角钢其截面尺寸主要按刚度条件要求进行选择。 7、边梁设计 截面型式采用单腹式(适用滑动支承),双腹式(适用滚动支承),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。对单腹式边梁,为了便于安装胶木滑快,下翼缘宽度不宜小于300mm。对双腹式边梁,为便于腹板焊接其两腹板间距为300~400mm。边梁需验算的危险截面为与主梁连接处,即求出该截面的弯矩、剪力、轴力,按拉弯构件验算截面的强度以及抗剪强度

27-水工钢结构设计课程大纲2020

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性:公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能,课程性质:必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述(中英文): 水工钢结构设计是港航专业的主要专业基础课之一,也是水利工程、海洋工程、海岸工程等水利类专业的学科基础课。钢结构是当前和今后工程领域重点推广和发展的结构形式,采用钢材制作而成的结构重量轻、结构简洁、预制安装方便,是水利工程、建筑工程、海洋工程、船舶工程的主要结构形式之一。课程的主要内容包括材料选择、连接设计、基本构件设计、水工钢结构应用设计等四大部分,其中应用设计包括实际港口与海岸工程经常遇到的钢桁架、钢引桥、钢闸门等设计内容。通过本课程学习使学生熟悉钢结构材料特性和连接技术对结构性能、安全与施工的影响规律,掌握水工钢结构基本构件强度、刚度和稳定性计算原理,掌握常用水工钢结构的基本设计方法。 Design of Hydraulic Steel Structures is a basic professional course for undergraduates majoring in Port, Waterway and Coastal Engineering, as well as a basic course for other hydraulic engineering, ocean engineering, etc. Steel structures are widely used and one of the most promising structural forms in the current and future engineering fields. This course includes the material selection, connection design, components design, and application design. The application design includes steel trusses, steel access bridges, and steel gates, which are widely used in port and coastal engineering. Students are expected to be familiar with the influence of material properties and connection technology on steel structural performance, safety and construction, master the calculation principles of strength, stiffness and stability of basic hydraulic steel structures, and the basic design methods of common hydraulic steel structures.

水工钢结构潜孔式平面钢闸门设计

目录 一、设计资料及有关规定 (1) 二、闸门结构的形式及布置 (1) 三、面板设计 (2) 四、水平次梁、顶梁和底梁地设计 (3) 五、主梁设计 (6) 六、横隔板设计 (9) 七、纵向连接系 (10) 八、边梁设计 (10) 九、行走支承设计 (12) 十、轨道设计 (13) 十一、止水布置方式 (13) 十二、埋固构件 (14) 十三、闸门启闭力 (14) 十四、闸门的启闭机械 (14)

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×12.0m 3、上游水位:67m 4、下游水位:0.1m 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: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 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:67m 2、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

水工钢结构问答题

1、钢结构的特点? 答:①钢结构自重较轻②钢结构的可靠性较高③钢材的抗震性、抗冲性较好④钢结构制造的工艺化程度较高⑤钢结构可以准备快速的装配⑥容易做成密封结构⑦钢结构极易腐蚀⑧钢结构耐火性差 2、钢结构在水工中的应用有哪些? 答:①活动式结构②装拆式结构③板结构④高耸结构⑤大跨度结构⑥海工钢结构 3、截面选择的具体步骤是? 答:①选择梁高h和腹板高度h0 ②选择腹板厚度hw ③选择翼缘尺寸b1和t1 ④梁的强度、整体稳定和挠度的验算。 4、闸门的类型有哪些? 答:按功用分为:工作闸门、事故闸门、检修闸门和施工闸门 按闸门空口的位置分:露顶闸门、潜孔闸门 按闸门结构形式分为:平面闸门、弧形闸门及船闸上常采用的人字形闸门 5、平面闸门结构布置的主要内容有哪些? 答:确定闸门上需要的构件,每种构件需要的数目以及确定每个构件所在的位置。 ①主梁的布置②梁格的布置③梁格连接形式④边梁的布置 6、平面闸门门叶结构组成又哪些? 答:面板、梁格、横向和纵向连接系(即横向和纵向支撑)、行走支承(滚轮或滑块)以及止水等部件组成。 ①边梁、②主轮、③面板顶梁、④水平次梁、⑤横向隔板、⑥纵向连接系、⑦主梁、⑧吊耳 1.焊接连接有哪些缺点? 1. 缺点是由于焊接连接处局部受高温,在热影响区形成的材质较差,冷却又很快,再加上热影响区的不均匀收缩,易使焊件产生焊接残余应力以及残余变形,甚至可能造成裂缝,导致脆性破坏对结构工作产生不利影响。 2.在桁架体系中,支撑有哪些主要作用? 2. (1)保证桁架结构的空间几何稳定性,即几何形状不变。(2)保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。(3)为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点。(4)承受并传递水平荷载。(5)保证结构安装时的稳定且便于安装。 3.系杆的布置原则是什么? 3. 在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆;屋脊节点及主要支撑点处需设置刚性系杆,天窗侧柱处及下弦跨中附近设置柔性系杆,当屋架横向支撑设在端部第二柱间时,则第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。 4.简述钢梁整体失稳的概念。 4. 钢梁截面一般都设计成高而窄且壁厚较薄的开口截面,以获得弯矩作用平面内较大的抗弯承载力和抗弯刚度,但抗扭和侧向抗弯能力较差。如工字形截面梁,弯矩作用在其最大刚度平面内,当弯矩逐渐增加使梁受压,翼缘的最大弯曲应力达到某一数值时,梁在很小的侧向干扰力作用下,会突然向刚度较小的侧向弯曲,并伴有扭矩而破坏,这种现象称为整体失稳。 5.减小或消除焊接变形有哪些措施? 5. (1)反变形法即在施焊前预留适当的收缩量和根据制造经验预先造成相反方向和适当大小的变形来抵消焊后变形;(2)采用合理的焊接和装配顺序控制变形也十分有效;(3)焊接变形的矫正方法,以机械矫正和局部火焰加热矫正较为常用。 1.为什么选择屈服点作为建筑钢材静力强度承载力极限的依据? 1. (1)钢材屈服后,塑性变形很大,从屈服到断裂的塑性变形约等于弹性变形的200倍,这样大的塑性变形已使结构失去正常使用功能而达到极限状态,因而无法利用强化阶段。(2)屈服后塑性变形很大,险情极易被察觉,可以及时采取适当补救措施,以免突然发生破坏。 (3)抗拉强度和屈服点的比值较大,成为结构极大的后背强度,符合结构多级抗震设防的准则,使钢结构从来不会发生真正的塑性破坏。 2.实腹式轴心受压柱有哪些设计原则? 2. (1)截面面积的分布应尽量远离主轴线,以增大截面的惯性矩和回转半径,从而提高柱的整体稳定性和刚度;(2)使两个轴方向的稳定性相等;(3)构造简单,便于制作;(4)便于与其他构件连接;(5)选用便于供应的钢材规格。 3.简述平面钢闸门主梁设计的特点。 3. 当主梁所承受的最大弯矩值不超过500kNm时,可考虑使用型钢作为主梁。若型钢强度不足,可在其上翼缘加焊扁钢予以加强。采用型钢可以简化制造,降低成本。当型钢不能满足要求时,可采用由钢板焊接而成的主梁组合梁。当跨度较大时,采用变截面组合梁较为经济合理。 4.说明格构式压弯构件的设计步骤。

水工钢结构习题

解:由表3-1查得175=w t f N/mm 2,计算长度500=w l mm 对接直焊缝的承载力为[] w t w w w f t l N = =500×20×175=1750 N/mm 2 若采用斜焊缝则,由表2-4查得205=t f N/mm 2 对接斜焊缝的承载力为 []t w w f lt N = =500×20×205=2050 N/mm 2 此时斜焊缝的 []7 .585175 202050 =?= = w t w w w f t N l mm 按规范规定采用1.5:1可达到等强度要求,不必进行验算。

解:(1)计算外力 对接截面承受剪力V ﹦F ﹦180 KN 弯矩M ﹦180×200﹦36×106 N ?mm (2)计算截面几何特征值 ()1010 300?-=w A =2900 mm 2 ())()22 1502112902109910190-??? ?? ? ? -??+ +10790900 4104.4899?===a w w a y W mm 3 461026.2352111092.47?=-?==b w w b y I W mm 3 461005.575 10991092.47?=--?==yc I W w w c mm 3 (3)计算内力 查表3-1得185=w t f N/mm 2,215=w c f N/mm 2,125=w v f N/mm 2, 38 .74104.4810364 6=??= = w a w a W M σN/mm 2≤ 185=w t f N/mm 2 77 .1541026.2310364 6 =??= = w b w b W M σN/mm 2≤ 215=w c f N/mm 2

水工钢结构潜孔式平面钢闸门设计与拦污栅设计

目录 一.小型潜孔式平面钢闸门 1、设计资料及有关规定 (2) 2、闸门结构的形式及布置 (2) 3、面板设计 (3) 4、水平次梁、顶梁和底梁地设计 (4) 5、主梁设计 (6) 6、横隔板设计 (9) 7、纵向连接系 (10) 8、边梁设计 (11) 9、行走支承设计 (12) 10、轨道设计 (13) 11、止水布置方式 (14) 12、埋固构件 (14) 13、闸门启闭力 (14) 14、闸门的启闭机械 (16) 二.固定式平面拦污栅 1、基本资料 (19) 2、拦污栅的结构布置 (19) 3、栅面结构 (19) 4、梁格设计 (20)

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 ×4.0m 3、上游水位:64m 4、下游水位:0m 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: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 1、闸门尺寸的确定 闸门高度:4.2m 闸门的荷载跨度为两止水的间距:7.0m 闸门计算跨度:7+2×0.22=7.44 m 设计水头:64m 2、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=4m,L ≥1.5H 。所以闸门采用2根主梁。本闸门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。 64 4

水工钢结构钢闸门课程设计样本

水工钢结构钢闸门 课程设计

水工刚结构潜孔式焊接平面钢闸门设计计算书 一、设计资料及有关规定: 闸门形式:潜孔式平面钢闸门 孔口净宽:10m 孔口净高:13m 上游水位:73m 下游水位:0.1m 闸底高程:0m 启闭方式:电动固定式启闭机 启闭机械:液压式启闭机 材料:钢材: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。 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 规范:《水利水电工程刚闸门设计规范 SL 1974- 》 混凝土强度等级:C30

二、闸门结构的形式及布置 (一)闸门尺寸的确定(图 1示) 1 闸门孔口尺寸: 孔口净跨:10m 孔口净高:13m 闸门高度: 13.2m 闸门宽度: 10.4m 荷载跨度: 13.2m 计算跨度: 10.4m 2 计算水头:73m (二)主梁的布置 1.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=10m,闸门高度h=13m,L

中等跨度,为了便于制造和维护,决定采用实腹式组合梁。 2.主梁的布置 本闸门为高水头的深孔闸门,孔口尺寸较小,门顶与门底的水压强度差值相对较小。因此,主梁的位置按等间距来布置。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。 3.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所支承。水平梁为连续梁,间距应上疏下密,使面板个区格需要的厚度大致相等,布置图2示 三、面板设计 根据《钢闸门设计规范SDJ—78(试行)》关于面板的设计,先估算面

水工钢结构

结构: 结构是一个汉语词汇,由组成整体的各部分的搭配和安排;建筑物承重部分的构造;构筑;建造等意思。 水工钢结构: 《水工钢结构》主要依据国家标准《钢结构设计规范》和(水利水电工程钢闸门设计规范》编写,全书共分六章。章节前有内容提要、中有例题、后有章节小结,并附有思考题和习题等。《水工钢结构》为全国高等院校水利水电类精品规划教材,可供水利水电工程建筑、农业水利工程、工程管理专业及相关专业选用,亦可作为水利水电工程专业技术人员的参考用书。 目录: 出版者的话 前言 绪论 第一节钢结构的特点和应用 第二节钢结构的发展概况和发展方向 第三节水工钢结构课程的主要内容、性质、任务和基本要求 小结 思考题 第一章钢结构的材料及设计方法 第一节钢材的破坏形式 第二节钢材的主要力学性能

第三节影响钢材力学性能的主要因素第四节复杂应力下钢材的工作性能第五节钢材的疲劳 第六节钢材的种类、规格及选用 第七节钢结构的设计方法 小结 思考题 第二章钢结构的连接 第一节钢结构的连接方法 第二节焊接连接 第三节对接焊缝连接 第四节角焊缝的构造和计算 第五节焊接残余应力和残余变形 第六节普通螺栓连接 第七节高强度螺栓连接 小结 思考题 习题 第三章钢梁 第一节钢梁的形式及应用 第二节钢梁的弯曲强度及其计算 第三节钢梁的刚度计算

第四节梁的整体稳定 第五节型钢梁设计 第六节组合梁设计 第七节梁的局部稳定和腹板加劲肋设计 第八节组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算第九节梁的拼接与连接 小结 思考题 习题 第四章钢柱与钢压杆 第一节柱的可能破坏形式 第二节柱的截面强度与刚度 第三节轴心受压实腹式构件的整体稳定 第四节轴心受压格构式构件的整体稳定 第五节轴心受压构件的局部稳定和单肢稳定第六节轴心受压柱设计 第七节实腹式压弯构件的稳定 第八节格构式压弯构件的稳定 第九节偏心受压柱设计 第十节梁柱连接 第十一节柱脚的设计 小结

水工钢结构课程设计

课程设计说明书 课程名称:水利水电工程钢结构课程计 课程代码: 8203281 题目:潜孔式平面钢闸门设计 学生姓名: 学号: 312009********* 年级/专业/班: 2009级水利水电2班 学院(直属系) :能源与环境学院 指导教师:徐良芳 开题时间:2011年12月12日 完成时间:12月18日

目录1设计资料 2闸门结构的形式及布置 3面板设计 4水平次梁、顶梁和底梁的设计5主梁设计 6 横隔板设计 7 纵向连接系 8 边梁设计 9 行走支撑设计 10滚轮滑道设计 11 闸门启闭力和吊耳计算

一、设计资料 闸门形式:潜孔式平面刚闸门 孔口尺寸(宽×高):10.0m ×10.0m 上游水位:55.0m 下游水位:0.1m 闸底高程:0m 启闭方式:电动固定式启闭机 材料钢结构:Q235—A.F 焊条:E43型 行走支承:胶木滑道或滚轮支承 止水橡皮:側止水和顶止水用P型橡皮,底止水用条形橡皮 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、闸门结构的形式及其布置 (一)、闸门尺寸的确定 如图1 图1 闸门主要尺寸图(单位:m) 1.闸门孔口尺寸: 孔口净宽:10.0m 孔口高度:10.0m 闸门高度:10.0m 闸门的宽度:10.4m 荷载跨度:10.0m 计算跨度:10.4m 2、计算水头:54.9m

(二)主梁的布置 1.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=10.4m,闸门高度h=10.0m,L

平面钢闸门设计结构特点

闸门是用来关闭、开启或局部开启水工建筑物中过水孔口的活动结构,其主要作用是控制水位、调节流量。闸门按工作性质可分为工作闸门、事故闸门和检修闸门;按闸孔口的位置分为露顶闸门和潜孔闸门;按闸门结构型式分为平面闸门、弧形闸门和人字形闸门。平面钢闸门是最常见的一种钢闸门型式,它由活动的门叶结构、埋件和启闭设备三部分组成。 1.功能原理: 闸门由装有液压千斤顶的钢闸门及高压电动油泵站等组成,与闸门槽配合使用。通过电动液压泵站,将液压油经过高压软管输入千斤顶工作缸,将活塞顶起,压紧闸门导槽使钢闸门的“P”型橡胶紧贴在闸门槽的止水面上,达到止水的目的。 2.平面液压钢闸门的组成 平面液压钢闸门一般是由可以上下移动的门叶结构、埋固构件和启闭闸门的机械设备及液压系统及附件等所组成。 门叶结构的组成: 门叶结构是用来封闭和开启孔口的活动挡水结构。门叶结构是由面板、梁格、横向和纵向联结系、行走支承(滚轮或滑块)以及止水等部件组成。 1)面板。面板是用来直接挡水,并将承受的水压力传给梁格。面板通常设在闸门上游面,这样可以避免梁格和行走支承浸没于水中而聚积污物,也可以减少因门底过水而产生的振动。对静水启闭的闸门或

当启闭闸门时门底流速较小的闸门,为了设置止水的方便,面板可设在闸门的下游面。 2)梁格。梁格用来支承面板,以减少面板跨度而不致使面板过厚。梁格一般包括主梁、次梁(包括水平次梁、竖直次梁、顶梁和底梁)和边梁,共同支承面板传来的水压力。 3)空间联结系。由于门叶结构是一个竖放的梁板结构,梁格自重是竖向的,而梁格所承受水压力却是水平的,因此,要使每根梁都能处在它所承担的外力作用的平面内,就必须用联结系来保证整个梁格在闸门空间的相对位置。同时,联结系还起到增强门叶结构在横向竖平面内和纵向竖平面内刚度的作用。 横向联结系位于闸门横向竖平面内,其形式一般为实腹隔板式和桁架式。横向联结系用来支承顶梁、底梁和水平次梁,并将所承受的力传给主梁。同时,横向联结系保证着门叶结构在横向竖平面内的刚度,不使门顶和门底产生过大的变形。 纵向联结系一般采用桁架式或刚架式。桁架式结构的杆件由横向联结系的下弦、主梁的下冀缘和另设的斜杆所组成。桁架支承在边梁上,其主要作用是承受门叶自重及其他可能产生的竖向荷载,并配合横向联结系保证了整个门叶结构在空间的刚度。 4)行走支承。为保证门叶结构上下移动的灵活性,需要在边梁上设置滚轮或滑块,这些行走支承还将闸门上所承受的水压力传递到埋设在门槽内的轨道上。 5)吊具。采用自动抓钩起吊。

水工钢结构平面钢闸门设计计算书

水工钢结构平面钢闸门 设计计算书 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】

水工钢结构平面钢闸门设计计算书 一、设计资料及有关规定: 1.闸门形式:潜孔式平面钢闸门。 2. 孔的性质:深孔形式。 3. 材料:钢材:Q235 焊条:E43;手工电焊;普通方法检查。 止水:侧止水用P型橡皮,底止水用条型橡皮。 行走支承:采用胶木滑道,压合胶布用MCS—2。 砼强度等级:C20。 启闭机械:卷扬式启闭机。 4.规范:水利水电工程刚闸门设计规范(SL74-95),中国水利水电出版社 二、闸门结构的形式及布置 (一)闸门尺寸的确定(图1示) 1.闸门孔口尺寸: 孔口净跨(L):。 孔口净高:。 闸门高度(H):。 闸门宽度:。 荷载跨度(H1):。 2. (二)主梁的布置 1.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=,闸门高度h=,L

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.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 t=a ] [9.0σa kp 当b/a ≤3时,a=,则t=a 16065.19.0??kp =kp a 当b/a >3时,a=,则t=a 160 55.19.0??kp =现列表1计算如下: 2.面板与梁格的连接计算 已知面板厚度t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力σmax=[σ]=160N/mm 2,则 p=х14х 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力: T =02I VS = ,/3983776770000 2272 141000107903mm N =????? 面板与主梁连接的焊缝厚度: mm T P h w t f 51137.0/398][7.0/22=?=?+=τ, 面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度mm h f 6=。 四、水平次梁,顶梁和底梁地设计 1.荷载与内力地验算 水平次梁和顶,底梁都时支承在横隔板上地连续梁,作用在它们上面的水压力可 按下式计算,即 q=p 2 下上a a + 现列表2计算如下:

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