平面定輪鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)

1、目 錄1. 水工剛結(jié)構(gòu)平面定輪鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)。11）設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定。12）閘門(mén)結(jié)構(gòu)的形式及布置。1 閘門(mén)尺寸的確定。1 主梁的布置。13）面板設(shè)計(jì)。一. 設(shè)計(jì)任務(wù)2二設(shè)計(jì)資料2三閘門(mén)結(jié)構(gòu)形式及布置2四、面板設(shè)計(jì)3五、水平次梁，頂梁和底梁地設(shè)計(jì)4六、主梁設(shè)計(jì)5七、橫隔板設(shè)計(jì)9八、邊梁設(shè)計(jì)10九、行走支承設(shè)計(jì)11十、膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖10）11十一、閘門(mén)啟閉力和吊座驗(yàn)算12。2 4）水平次梁、頂梁和底梁地設(shè)計(jì)。35）主梁設(shè)計(jì)。66）橫隔板設(shè)計(jì)。87）邊梁設(shè)計(jì)。98）行走支承設(shè)計(jì)。109）膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)。1110）閘門(mén)啟閉力和吊座驗(yàn)算。112. 水工剛結(jié)構(gòu)平面定輪鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)圖。（附圖）水

2、工剛結(jié)構(gòu)平面定輪鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 一.設(shè)計(jì)任務(wù)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)為某節(jié)制閘工作閘門(mén)的設(shè)計(jì)。二設(shè)計(jì)資料某供水工程，工程等級(jí)為1等1級(jí)，其某段渠道上設(shè)有節(jié)制閘。節(jié)制閘工作閘門(mén)操作要求為動(dòng)水啟閉，采用平面定輪鋼閘門(mén)。本閘門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按sl74-95水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行?；举Y料如下：孔口尺寸：6.0m6.0m(寬高)；底檻高程：23.0m；正常高水位：35.0m；設(shè)計(jì)水頭：12.0m；門(mén)葉結(jié)構(gòu)材料：q235a。三閘門(mén)結(jié)構(gòu)形式及布置1. 閘門(mén)尺寸的確定閘門(mén)的高度：h=6+0.5=6.5m閘門(mén)的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：l1=6.1m閘門(mén)計(jì)算跨度：l=l0+2d=6+20.2=6.4m2. 主

3、梁的數(shù)目及形式主梁是閘門(mén)的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門(mén)的尺寸。因?yàn)殚l門(mén)跨度l=6.4，閘門(mén)高度h=6.5，l3時(shí)，a=1.4,則t=a=0.07計(jì)算表見(jiàn)附表1.根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=12mm 。2.面板與梁格的連接計(jì)算面板局部撓曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫拉力p表達(dá)式按下式計(jì)算，已知面板厚度t=12mm ,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力max=160n/mm2,則p=0.0712160=134.4n/mm ,面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的剪力：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。五、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

4、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計(jì)算表格見(jiàn)附表2。根據(jù)計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取71.08kn/m，水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為1.6m，水平次梁彎曲時(shí)的邊跨彎距為: m次中0.077ql2=0.07771.081.62=14.01knm支座b處的負(fù)彎距：m次b0.107ql2=0.10771.081.62=19.47knm 2.截面選擇w= 考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選18b,由附錄三表四查得：a=2929mm2 ; wx=152200mm3 ; ix=13699000mm4 ; b1=70mm ; d=9mm 。面板參加次梁工作的有效寬度分

5、別按下式計(jì)算，然后取其中較小值。 bb1+60t=70+6012=790mm ; b=1b (對(duì)跨間正彎距段) b=2b （對(duì)支座負(fù)彎距段） 。 按3號(hào)梁計(jì)算，設(shè)梁間距b=。對(duì)于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.81600=1280mm ;對(duì)于支座負(fù)彎距段l0=0.4l0.41600640mm 。根據(jù)l0/b查表： 對(duì)于l0/b1280/94501.354 得10.53 ，得b=1b0.53945501mm , 對(duì)于l0/b640/9450.677 得20.21 ，得b=2b0.21945198mm ,對(duì)第一跨中選用b501mm,則水平次梁組合截面面積見(jiàn)附圖2:面積為 a=2929+5011

6、2=8941mm2 ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=65mm ;跨中組合截面的慣性距及截面模量為：i次中13699000+2929652+5011231232814479mm4wmin=對(duì)支座段選用b198mm，則組合截面面積：a=2929+19812=5305mm2 ;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=43mm支座初組合截面的慣性距及截面模量為：i次b13699000+2929432+1981253225788905mm4wmin= 3.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座b處處彎距最大，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18b滿(mǎn)足要求。 軋成梁的剪應(yīng)力一般

7、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b=19.41knm,則邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算： 0.000274 故水平次梁選用18b滿(mǎn)足強(qiáng)度和剛度要求。六、主梁設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)資料1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）l06m ；計(jì)算跨度l6.4m ；荷載跨度l16.1m 。2）主梁荷載：) 橫向隔板間距： 1.6m 。4）主梁容許撓度： w=l/750 。（二）主梁設(shè)計(jì)主梁的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：截面選擇；梁高改變；翼緣焊縫；腹板局部穩(wěn)定驗(yàn)算；面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力驗(yàn)算。1.截面選擇（1） 彎距和剪力。彎距

8、與剪力計(jì)算如下：彎距： 剪力： 需要的截面抵抗距 已知a3鋼的容許應(yīng)力=160n/mm2 ,考慮鋼閘門(mén)自重引起附加應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力= 則需要的截面抵抗矩為； 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(mén)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h090cm 。(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b120cm,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，b114cm，

9、面板兼作主梁上翼緣的有效高度為bb1+60t14+601.286cm 。上翼緣截面面積a1=142.0+861.2=131.2cm2 。(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算.主梁跨中梁面的幾何特性見(jiàn)附表3.主梁跨中截面見(jiàn)附圖3.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。（7）整體穩(wěn)定性與撓度驗(yàn)算。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.截面改變因主梁跨度較大，為減小門(mén)槽寬度與支承邊梁高度（節(jié)約鋼材），有必要將主梁承端腹板高度減小為。見(jiàn)附圖4.梁高開(kāi)始改變的位置取在臨近支承端的橫向隔板下翼緣的外側(cè)，離開(kāi)支承端的距

10、離為160-10=150.剪切強(qiáng)度驗(yàn)算：考慮到主梁端部的腹板及翼緣都分別同支承邊梁的腹板及翼緣相焊接。可按工字型截面來(lái)驗(yàn)算剪應(yīng)力強(qiáng)度，主梁支承端面的幾何特性見(jiàn)附表4. 因誤差未超過(guò)10，安全3.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。vmax424.9kn。i0=124032cm4，上翼緣對(duì)中和軸的面積距：s1=103.217.5+2815.9=2251cm3，下翼緣對(duì)中和軸的面積距：s2=4040.11604cm31.0，采用下式計(jì)算：將以上數(shù)據(jù)代入驗(yàn)算式（滿(mǎn)足局部要求）故在橫隔板之間區(qū)格2不應(yīng)增設(shè)橫加勁肋。再?gòu)募袅ψ畲蟮膮^(qū)格1來(lái)考慮：該區(qū)格的腹板平均高度，不必計(jì)算，故在梁高減小

11、的區(qū)格1內(nèi)也不必另設(shè)橫向勁肋。5. 取面板區(qū)格驗(yàn)算其長(zhǎng)邊點(diǎn)的折算應(yīng)力 從上述的面板計(jì)算可見(jiàn)，直接與主梁相鄰的面板區(qū)格，只有區(qū)格3所需要的板厚較大，這就意味著該區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)應(yīng)力也較大，所以選擇區(qū)格3按下列驗(yàn)算其長(zhǎng)邊的折算應(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8mm滿(mǎn)足強(qiáng)度要求 。七、橫隔板設(shè)計(jì)1.荷載和內(nèi)力計(jì)算 如圖所示水平次梁為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90010mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm800

12、mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式b2b確定。查表得20.225 ，b=0.2251600=360mm，取b360mm 。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： 83mm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 。八、邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用單腹式，見(jiàn)附圖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(mén)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)

13、備。1.荷載和內(nèi)力計(jì)算在閘門(mén)每側(cè)邊梁上各設(shè)4個(gè)膠木滑塊，其布置見(jiàn)附圖6： （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(jiàn)，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r424.9kn（2） 豎向荷載有閘門(mén)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400kn，有n400kn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：但不超過(guò)10%，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算：但不超過(guò)10%，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。腹板與下翼緣連接處則算應(yīng)力驗(yàn)算：， 。但不超

14、過(guò)10%，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。九、行走支承設(shè)計(jì)膠木滑塊計(jì)算：下滑塊受力最大，其值為r2899.6kn，設(shè)滑塊長(zhǎng)度為350mm，則滑塊單位長(zhǎng)度承受壓力根據(jù)上述q，查表得軌頂弧面半徑r=200mm，軌頭設(shè)計(jì)寬度為b40mm，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。十、膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖10）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bh400mm， 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c180mm，對(duì)于a3查表得

15、100n/mm2 ，故：，故t80mm 。十一、閘門(mén)啟閉力和吊座驗(yàn)算1.啟門(mén)力：其中閘門(mén)自重滑道摩阻力：止水摩阻力：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(mén)跨長(zhǎng)6.4m，根據(jù)規(guī)范sdj1378，啟門(mén)時(shí)閘門(mén)底緣平均下吸強(qiáng)度一般按20kn/m2計(jì)算，則下吸力：故閘門(mén)啟門(mén)力：2. 閉門(mén)力：顯然僅靠閘門(mén)自重是不能關(guān)閉閘門(mén)的。由于該溢洪道閘門(mén)孔口較多，若把閘門(mén)行走支承改為滾輪，則邊梁需由單腹式改為多腹式，加上增設(shè)滾輪等設(shè)備。則總造價(jià)增加較多。為此，宜考慮采用一個(gè)重量為200kn的加載梁，在閉門(mén)時(shí)可以依次對(duì)需要關(guān)閉的閘門(mén)加載下壓關(guān)閉。3.吊軸和吊耳板驗(yàn)算（1） 吊軸 采用q235號(hào)鋼，9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d80mm，（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，查表得a3得cj=80n/mm,t固在邊梁腹板上端部的兩側(cè)各焊一塊為35mm的