水工剛結(jié)構(gòu)潛孔式焊接平面鋼閘門設(shè)計(jì)計(jì)算書.doc

水工剛結(jié)構(gòu)潛孔式焊接平面鋼閘門設(shè)計(jì)計(jì)算書一、 設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定：一、平面鋼閘門設(shè)計(jì) 1.閘門形式：潛孔式平面鋼閘門2.孔口尺寸（寬高）：4.5 m 5.5 m3.上游水位：40.5 m4.下游水位： 0.1 m5.閘底高程： 0 m6.啟閉方式：電動(dòng)固定式啟閉機(jī)7.材料：鋼結(jié)構(gòu)：Q235-A.F；焊條：E43型；行走支承：滾輪支撐或膠木滑道；止水橡皮：側(cè)止水和頂止水用P型橡皮，底止水用條型橡皮。8.制造條件：金屬結(jié)構(gòu)制造廠制造，手工電弧焊，滿足級(jí)焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)啟閉機(jī)械：卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)9.規(guī)范： 水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL1974-2005二、攔污柵設(shè)計(jì)1.攔污柵型式：固定式平面攔污柵2.尺寸（寬高）：4.5 m 5.5 m3.水頭：4 m二、閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置（一） 閘門尺寸的確定（圖1示）1.閘門孔口尺寸：閘門高度h：5.5m荷載跨度L1：4.5m計(jì)算跨度L：4.9m2.計(jì)算水頭：40.5-0.1=40.4m（二） 主梁的布置1.主梁的數(shù)目及形式 主梁是閘門的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門的尺寸。因?yàn)殚l門跨度L=4.5m,閘門高度h=5.5m,L3時(shí)，a=1.4,則t=a=0.070現(xiàn)列表1計(jì)算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akPN/mm2t(mm)547.512252.2370.688 0.3430.48618.094582.512252.1030.4970.3500.41716.517582.512252.1030.4970.3570.42116.676582.512252.1030.4970.3640.42516.834582.512252.1030.4970.3710.42916.993582.512252.1030.4970.3780.43317.151582.512252.1030.4970.3850.43717.310547.512252.2370.6880.3920.51919.322根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=20mm 。2.面板與梁格的連接計(jì)算已知面板厚度t=20mm ,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力max=160N/mm2,則p=0.0720160=224N/mm ,面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)地應(yīng)力：T=面板與主梁連接的焊縫厚度：，面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度。四、水平次梁，頂梁和底梁地設(shè)計(jì)1.荷載與內(nèi)力地驗(yàn)算水平次梁和頂，底梁都時(shí)支承在橫隔板上地連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力可按下式計(jì)算，即q=p現(xiàn)列表2計(jì)算：根據(jù)表2計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取263.60kN/m，水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為1.225m，水平次梁彎曲時(shí)的邊跨彎距為: M次中0.077ql2=0.077263.601.2252=30.46kNm支座B處的負(fù)彎距：M次B0.107ql2=0.107263.601.2252=42.32kNm表2梁號(hào)梁軸線處水壓力強(qiáng)度P（kN/m2）梁間距（m）（m）q=p(kN/m)1(頂梁)3430.3438117.920.68752（主梁）349.740.6875240.450.68753（水平次梁）356.480.6875245.080.68754（主梁）363.210.6875249.780.68755（水平次梁）369.950.6875254.340.68756（主梁）376.690.6875258.970.68757（水平次梁）383.420.6875263.600.68758（主梁）390.160.6875268.230.68759（底梁）396.900.3438136.452.截面選擇W=mm3 考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選25a,由附錄三表四查得：A=3491mm2 ; Wx=269597mm3 ; Ix=33696200mm4 ; b1=78mm ; d=7mm 。面板參加次梁工作的有效寬度分別按式711及式712計(jì)算，然后取其中較小值。 式：711 Bb1+60t=78+6020=1278mm ; 式：712 B=1b (對(duì)跨間正彎距段) B=2b （對(duì)支座負(fù)彎距段） 。 梁間距b= 。 對(duì)于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.81225=980mm ;對(duì)于支座負(fù)彎距段l0=0.4l0.41225490mm 。根據(jù)l0/b查表71： 對(duì)于l0/b980/687.51.425 得10.58 ，得B=1b0.58687.5399mm , 對(duì)于l0/b490/687.50.713 得20.32 ，得B=2b0.32687.5220mm ,對(duì)第一跨中選用B399mm,則水平次梁組合截面面積（例圖4）:A=3491+39920=11471mm2 ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=68mm ;跨中組合截面的慣性距及截面模量為：I次中33696200+3491682+3992035259614084mm4Wmin=對(duì)支座段選用B220mm，則組合截面面積：A=3491+22020=7891mm2 ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=55mm支座初組合截面的慣性距及截面模量為：I次B33696200+3491552+2202035249646475mm4Wmin= 3.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座B處（例圖3）處彎距最大，而截面模量較小，故只需驗(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，即次說(shuō)明水平次梁選用25a滿足要求。 軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗(yàn)算。4.水平次梁的撓度驗(yàn)算 受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在便跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎距已經(jīng)求得M次B42.32kNm,則邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算： 0.0002故水平次梁選用25a滿足強(qiáng)度和剛度要求。五、主梁設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)資料1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）L0：4.5m ；計(jì)算跨度L：4.9m ；荷載跨度L1：4.5m 。2）主梁荷載：3) 橫向隔板間距： 1.225m 。4）主梁容許撓度： W=L/750 。（二）主梁設(shè)計(jì)1.截面選擇（1） 彎距和剪力 彎距與剪力計(jì)算如下：彎距： 剪力： （2）需要的截面模量。 已知Q235-A.F鋼的容許應(yīng)力=160N/mm2 ,考慮鋼閘門自重引起附加應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力= 則需要的截面模量為： W= （3）腹板高度選擇 按剛度要求的最小梁高（變截面梁）為： 經(jīng)濟(jì)梁高： 由于鋼閘門中的橫向隔板重量將隨主梁增高而增加，故主梁高度宜選得比hec為小，但不小于hmin?，F(xiàn)選用腹板厚度h0110cm 。(4)腹板厚度選擇選用tw1.0cm 。(5)翼緣截面選擇：每個(gè)翼緣需要截面為下翼緣選用t12.0cm（符合鋼板規(guī)格），需要取b140cm,上翼緣的部分截面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的翼緣板同面板相連，選用t12.0cm，b116cm，面板兼作主梁上翼緣的有效寬度為：Bb1+60t16+602.0136cm 。上翼緣截面面積：A1=162.0+1362.0=304cm2 。(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算截面形心距：截面慣性距：截面抵抗距：上翼緣頂邊 下翼緣底邊 彎應(yīng)力：安全表3部位截面尺寸（cmcm）截面面積A(cm2)各型心離面板表面距離y（cm）Ay（cm3）各型心離中和軸距離y=y-y1(cm)Ay2(cm4)面板部分1362.0272.01.0272.0-30.7256357上翼緣162.032.03.096.0-28.726358腹板1101.0110.055.4609423.761786下翼緣402.080.0115.0920083.3555111合計(jì)494.015662899612（7）因主梁上翼緣直接同面板相連，可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性，因梁高大于按高度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗(yàn)算。2 .翼緣焊縫翼緣焊縫厚度hf按受力最大的支承端截面計(jì)算。Vmax1144kN,I0=cm4。上翼緣對(duì)中和軸的面積距：S1=272.051.0+32.049.0=15440cm3，下翼緣對(duì)中和軸的面積距：S2=80.063.05040cm3S1,需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf12mm 。4.加筋肋驗(yàn)算閘門上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，所以不需設(shè)置橫向加勁肋。其間距a1.225m 。腹板區(qū)格劃分見圖2。5.取面板區(qū)格驗(yàn)算其長(zhǎng)邊點(diǎn)的折算應(yīng)力 面板區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)的主梁彎距和彎應(yīng)力該區(qū)格長(zhǎng)邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力 故面板厚度選用20mm滿足強(qiáng)度要求 。六、橫隔板設(shè)計(jì)1.荷載和內(nèi)力計(jì)算 如圖5所示水平次梁為4跨均布連續(xù)梁，R可看作它所受的最大剪力，由規(guī)范表查知：作用于豎直次梁上由水平荷載傳遞的集中荷載： 取qq次2.橫隔板和截面選擇和強(qiáng)度驗(yàn)算:腹板選用與主梁腹板同高，采用110010mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm8mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B1b確定。查表得10.41 ，B=0.411225=502mm，取B500mm 。計(jì)算如下圖所示截面幾何特性截面型心到腹板中心線距離： 100mm截面慣性距： ，驗(yàn)算應(yīng)力： 由于橫隔板截面高度較大，剪切強(qiáng)度更不必驗(yàn)算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度hf6mm 。七、邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用單腹式，如圖7，邊梁的截面尺寸按構(gòu)造要求確定，即截面高度與主梁端部高度相同，腹板厚度與主梁腹板厚度相同，為了便于安裝壓合膠木滑塊，下翼緣寬度不宜小于300mm 。邊梁是閘門的重要受力構(gòu)件，由于受力情況復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)時(shí)將容許應(yīng)力值降低20作為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。1.荷載和內(nèi)力計(jì)算在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)4個(gè)膠木滑塊，其布置如圖7： （1）水平荷載 主要是主梁傳來(lái)的水平荷載，還有水平次梁和頂，底梁傳來(lái)的水平荷載，為了簡(jiǎn)化起見，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁，每個(gè)邊梁作用于邊梁荷載為R1144kN（2） 豎向荷載有閘門自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滑塊所受壓力：，下滑塊所受壓力：， ,最大阻力為作用于一個(gè)邊梁上的起吊力，估計(jì)為700kN，有N700kN進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算， ,2.邊梁強(qiáng)度驗(yàn)算截面面積 。截面邊緣最大應(yīng)力驗(yàn)算：腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算：腹板與下翼緣連接處則算應(yīng)力驗(yàn)算：， 。均滿足強(qiáng)度要求八、行走支承設(shè)計(jì)膠木滑塊計(jì)算：下滑塊受力最大，起值為R2288kN，設(shè)滑塊長(zhǎng)度為350mm，則滑塊單位長(zhǎng)度承受壓力由表7-2查得軌頂弧面半徑R=300mm，軌頭設(shè)計(jì)寬度為b50mm，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應(yīng)力驗(yàn)算：。選定膠木高30mm，寬120mm，長(zhǎng)350mm。九、膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)1. 確定軌道底板寬度軌道底板寬度按砼承壓強(qiáng)度確定，查表得：砼允許承壓應(yīng)力為7N/mm2 ，則所需軌道底板寬度為： 取Bh470mm， 故軌道底面壓應(yīng)力： 2.確定軌道底版厚度軌道底板厚度按其彎曲強(qiáng)度確定，軌道底版的最大彎應(yīng)力：軌道底板懸臂長(zhǎng)度c102.5mm，對(duì)于Q235-A.F查表得100N/mm2 ，故：，故t50mm 。十、閘門啟閉力和吊座驗(yàn)算1.啟門力：T啟1.1G+1.2(T2d+T2s)+Px G=0.022K1K2K3A1.34Hs0.639.8其中，A=3.53.5=12.25mm2 ,可查知：系數(shù)K1,K2,K3，均取為1.0 ，G=0.0221.01.01.012.251.3440.40.639.8= 63.6kN ，滑道摩阻力：止水摩阻力：因橡皮止水與鋼板間摩擦系數(shù)f0.65， 橡皮止水受壓寬度取為b0.06m，每邊側(cè)止水受壓長(zhǎng)度H5.5m ，側(cè)止水平均壓強(qiáng)：下吸力Px底止水橡皮采用I11016型，其規(guī)格為寬16mm，長(zhǎng)110mm，底止水沿門跨長(zhǎng)4.9m，根據(jù)規(guī)范SDJ1378，啟門時(shí)閘門底緣平均下吸強(qiáng)度一般按20kN/m2計(jì)算，則下吸力：故閘門啟門力：2.閉門力：3.吊軸和吊耳板驗(yàn)算（1） 吊軸 采用Q235鋼，由第二章表2-8查得=65N/mm2,采用雙吊點(diǎn)，每邊啟吊力為：吊軸每邊剪力：需吊軸截面積：由有：d取d100mm。（2） 吊耳板強(qiáng)度驗(yàn)算 按局部緊接承壓條件，吊耳板需要厚度按下式計(jì)算，查表2-8得Q235得cj=80N/mm2,t固在邊梁腹板上端部的兩側(cè)各焊一塊為60mm的軸承板。軸承板采用圓形，其直徑取為3d3100300mm，吊耳孔壁拉應(yīng)力計(jì)算：，吊耳板直徑R=150mm,軸孔半徑Y(jié)=40mm，由表2-8查得：k=120N/mm2，故孔壁拉應(yīng)力：，滿足要求。十一、攔污柵的設(shè)計(jì) 1 攔污柵的形式及構(gòu)造 采用固定式攔污柵，放置方式采用垂直放置。攔污柵的形式見圖10。 圖10： 固定式攔污柵構(gòu)造圖 2 柵面結(jié)構(gòu) （1） 攔污柵的柵面由垂直放置的金屬柵條互相連接而成，連接方式為焊接。每片柵條選用長(zhǎng)5.5m，厚t=10，高h(yuǎn)=100（見圖11左）。一共用三塊攔污柵，三塊攔污柵在豎直方向連接，每塊